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Jahresbericht 2000/2001 Annual report 2000/2001

Grundlagen f端r morgen Basics for tomorrow


Jahresbericht 2000/2001 Annual report 2000/2001


Inhalt

Seite / Page

GKSS Unternehmen Forschung

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Contents

GKSS Operation Research

Zukunft gestalten

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Shaping the Future

Aus Forschung und Entwicklung

10 - 47 Research and Development

Leichtbau in der Verkehrs- und Energietechnik

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Light Weight Structures for Transportation and Energy

Überblick Friction Stir Welding - Alternative zu Fügeverfahren Hochenergiemahlen für nanokristalline Werkstoffe

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Entwicklung einer neuartigen Herzklappenprothese

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Overwiev Friction Stir Welding High-energy milling generates production of nanocrystalline materials with novel properties Development of an improved mechanical heart valve prosthesis

Membranen in der Prozesstechnik

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Membranes in Process Technology

Überblick Zur Oberfläche von Polymermembranen Sanierung schwefelsaurer Bergbaurestseen Hochselektive Stofftrennungen mit Carriermembranen

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Overwiew Inside the surface of a polymere-membrane Neutralization of acid lakes Separation-process by carrier-membranes

Wasser und Klima im Lebensraum Küste

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Water and Climate in the Coastal Zo n e s

Überblick Blei in der Umwelt – Umweltbelastung und Umweltpolitik in der Retrospektive BALTEX und der Wasserkreislauf Gewinnung mariner Wertstoffe

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Overwiew The lead-project – an ecologically and economically retrospection

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Water cycle of the Baltic Sea Preparation of bioactive compounds from marine resources

Technikum

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Technical Department

Forschungsreaktor

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Research Reactor

Zahlen, Daten, Fakten

52-83 Figures and Facts

Organe und Gremien

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Organization

Kennzahlen

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Key Figures

GKSS und das Umfeld

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Interaction with the Surrounding

GITZ - Geesthachter Innovationsund Technologiezentrum

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GITZ - Geesthacht Innovation and Technology Center

Lagepläne – Anschriften

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Site Maps – Address

Impressum

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Imprint


Forschung Research

Nutzung Utilization


GKSS: Unternehmen Forschung / Operation Research

Technologie Technology


Zukunft gestalten Liebe Leserinnen und Leser, wir freuen uns, Ihnen den neuesten GKSS-Jahresbericht vorlegen zu können und hoffen, Sie auch in diesem Jahr davon zu überzeugen, dass GKSS an den Zukunftsthemen arbeitet, die unsere Welt von morgen mitgestalten. Wir wünschen Ihnen interessante Informationen, spannende Einblicke in unsere Tätigkeit, in die Faszination Forschung und Spaß beim Lesen. Das Jahr 2001 ist ein wichtiges Jahr für GKSS und für die HelmholtzGemeinschaft Deutscher Forschungszentren (HGF) insgesamt. Die HGF wurde Anfang 2001 vom Wissenschaftsrat evaluiert. Basierend auf diesen Ergebnissen, eigenen Überlegungen und den Anforderungen der auch im Wissenschaftsbereich fortschreitenden Globalisierung, hat die HGF – in Zusammenarbeit mit den Geldgebern, dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (bmb+f) und den Ländern – ein großes Reformprojekt gestartet. In diesem Prozess ist die HGF dabei, Forschungsthemen neu auszurichten, sich programmatisch auf die zukünftigen Herausforderungen der Gesellschaft zu konzentrieren, sich intern und extern stärker zu vernetzen, auf das Europa von morgen vorzubereiten und sich einen neuen organisatorischen Rahmen zu geben. Die wichtigste Veränderung für die HGF und GKSS wird die Umstellung der Forschungsförderung von einer zentrenspezifischen Finanzierung der HGF-Zentren auf eine zentrenübergreifende Finanzierung von Forschungsprogrammen sein. GKSS hat sich seit Jahren auf diesen Prozess vorbereitet und die Forschungsarbeiten im Bereich der Küstenforschung, der Entwicklung von Leichtbau für die Energie- und Verkehrstechnik, der Trenn- und Umwelttechnik, der Biomaterialentwicklung und der Großgeräte orientierten Materialforschung mit Neutronen und Synchrotronstreuung thematisch und programmatisch ausgerichtet.

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Neben der wissenschaftlichen Exzellenz wurde unternehmerisches Denken und Handeln in den Fokus gerückt. GKSS gehört zur Spitzengruppe der Forschungszentren bei Unternehmensgründungen. Fokussierung, Orientierung am Wettbewerb, Motivation der Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter und kompetente Menschen in unserem Zentrum haben erreicht, dass GKSS trotz der Personalkürzungen in den vergangenen Jahren die Forschung noch einmal im internationalen Wettbewerb verbessert positionieren konnte.

GKSS-Wissenschaftler haben in den vergangenen Jahren ihre Publikationstätigkeit deutlich erhöht und konnten zugleich den Impactfaktor der Veröffentlichungen steigern. Das Drittmittelaufkommen ist - insbesondere bei den EU-Mitteln – deutlich gestiegen. Weiterhin gründen sich neue Unternehmen aus der GKSS, die in Kürze in dem Neubau des Geesthachter Innovations- und Technologiezentrums (GITZ), ein hervorragendes räumliches Umfeld

finden werden. Diese Beispiele zeigen, wie erfolgreich sich GKSS im nationalen und internationalen Wettbewerb behauptet. Der wissenschaftliche Erfolg des Zentrums reflektiert auch die Gestaltungskompetenz aller Beteiligten. Wie alle großen Forschungseinrichtungen steht GKSS vor der Aufgabe, den bereits angelaufenen Generationswechsel weiter zu gestalten. Dies ist eine große Herausforderung und zugleich eine Chance für unser Zentrum. Innovative Forschung, kreative Ideen und zukunftsweisende Forschungsplanung erwachsen aus der Neubesetzung zahlreicher Führungspositionen und Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter in unseren Instituten. In der Werkstoffforschung wurden für die Bereiche der beiden Leichtbauwerkstoffe der GKSS, TiAl und Magnesium, personelle Voraussetzung geschaffen, dass wir uns – in Kooperation mit der Universität Kiel und der Technischen Universität Hamburg-Harburg – als Keimzelle für ein norddeutsches Materialzentrum für Leichtbau entwickeln können. Für die Materialforschung mit Neutronen- und Synchrotronstreuung liegen die zukünftigen Aufgaben darin, einerseits im Rahmen der deutschen Neutronenforschung die Positionierung unserer Neutronenstreueinrichtungen zu sichern und andererseits mit den Kollegen von DESY die Zukunftsperspektiven der Synchrotronstrahlung für die Materialforschung für GKSS und die wissenschaftliche Community zu erschließen.


Das Institut für Küstenforschung werden wir in Kürze um den Bereich der so genannten "Operationalisierten Systeme" erweitern und – so hoffen und planen wir - in einem ersten Schritt die programmatische Ausrichtung des Instituts enger mit dem Forschungs- und Technologiezentrum (FTZ) in Büsum, einer Forschungseinrichtung der Universität Kiel, abstimmen können. Im Institut für Chemie wird die Weiterentwicklung funktioneller Polymere für Trennaufgaben in der Medizin und Industrie im Mittelpunkt stehen. Biomaterialien für die regenerative Medizin werden neben Membranen für Trennung und Reaktion an Bedeutung gewinnen. Eine herausfordernde und spannende Zukunftsperspektive. Vor dem Hintergrund, dass es immer schwerer wird hervorragend qualifizierten Nachwuchs anzuwerben, unternimmt GKSS besondere Anstrengungen, um attraktiv für junge, engagierte Menschen zu sein. In der Nachwuchsförderung werden wir mit dem Schülerlabor "Quantensprung" einen Anlaufpunkt für die Nachwuchswissenschaftler von morgen hier im Zentrum realisieren. Schüler erhalten in einem eigenen Labor die Möglichkeit, Forschung hautnah zu erleben und dessen Faszination zu spüren. In Zusammenarbeit mit den umliegenden Schulen und Behörden wollen wir dabei auch bei Schülern der Technik den Stellenwert geben, der notwendig ist, um dieses kost-

bare Kulturgut in die nächste Generation zu tragen und weiter zu entwickeln. Zum Schluss noch einige nachdenkliche Anmerkungen zur Reform der HGF. Diese zukunftsweisende Neuorganisation, dem Zusammenschluss in einem Verein, dem Übergang von der Zentren- auf die Programmfinanzierung, ist eine seit langem geforderte Flexibilisierung der Beschränkungen des öffentlichen Haushaltsrechtes ein notwendiges Erfordernis. Ohne diese neuen Handlungsspielräume kann das anspruchsvolle Vorhaben nicht gelingen. Auch die Personalkürzungen der letzten zehn Jahre, von inzwischen mehr als 25 %, müssen ein Ende haben. Der Forschung muss in dieser Phase der Neuorganisation eine Entwicklungsperspektive gegeben werden, um im globalen Wettbewerb bei Wachstumssteigerungen im Forschungsetat von 10 % in den USA und 7 % in Großbritannien bestehen zu können.

Günter von Sengbusch wissenschaftlicher Geschäftsführer

Christian Scherf kaufmännischer Geschäftsführer

Unseren großen Dank möchten wir allen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern des Forschungszentrums aussprechen. Sie sind es, die im laufenden Jahr gemeinsam die Herausforderungen für GKSS annehmen und mit allen Kräften dazu beitragen, unsere Zukunft besser zu gestalten.

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Shaping the Future Dear readers, We are happy to present to you the GKSS 2001 Annual Report and hope we will once again be able to convince you that GKSS is at the cutting edge of the most important issues of the future — issues that will shape the world of tomorrow. We also hope you will find interesting information in this report as well as an indepth look into our activities and fascinating insights into the world of research. The year 2001 is an important one for GKSS and for the HelmholtzGemeinschaft Deutscher Forschungszentren (HGF) as a whole. HGF underwent an assessment by the Scientific Committee at the beginning of this year. On the basis of this evaluation, our own discussions, and the demands presented by continuing globalization (in the scientific realm as well), HGF — together with its benefactors, the German Ministry of Education and Research (BMBF) and the German states — has launched a major program of reform. Among other things, this involves a refocusing of research issues at HGF, greater concentration on the challenges facing society in the future, a higher degree of internal and external networking, preparation for the Europe of tomorrow, and the establishment of a new organizational framework. The most important change for HGF and GKSS will be the adjustment in the nature of research funding, which will shift from the financing of every HGF-center for it’s own to a system of cross-center financing of research programs. GKSS has been preparing itself for this process for years by organizing its research programmatical in line with the fields of coastal research, the development of lightweight construction techniques

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for energy and transport technology, separation and environmental technology, bio-materials development, and materials research with neutron and synchrotron scattering geared to large-scale equipment. In addition to scientific excellence, business-like thought and action are becoming more and more important in research activities. GKSS is among the top research institutes when it comes to the establishment of new companies.

A sharp focus on competitiveness, great motivation on the part of staff, and a competent team have enabled GKSS to once again improve the international competitive position of its research activities, despite the cutback in permanent posts over the last few years. The successes achieved by GKSS both in Germany and abroad are evidenced by the larger amount of published work from the institute and its greater impact worldwide, as well as by the number of new start-ups established, the construction of the Innovation and Technology Center in

Geesthacht (GITZ), and the increased funding from third parties — especially from the EU. The scientific and research successes of the center are a reflection of the organizational and professional expertise of all those involved. The generation transformation currently under way represents both a great challenge and a tremendous opportunity for our center. We have thus succeeded in recruiting highlyqualified scientists for the two lightweight engineering materials at GKSS: TiAl and magnesium. This will make it possible for GKSS — in cooperation with the University of Kiel and the Technical University of Hamburg-Harburg — to establish itself as the starting point for a northern German materials center for lightweight construction. In the area of materials research with neutron and synchrotron scattering the most important tasks will be, on the one hand, to secure good positioning of our neutron scattering facilities within the overall framework of neutron research in Germany, and on the other hand, to work with colleagues at DESY to exploit the future opportunities offered by synchrotron radiation in materials research to the benefit of GKSS and the scientific community as a whole. We will soon expand our Coastal Research Institute by the so-called operational systems. We therefore plan — as an initial step — to be able to coordinate the focus of programs at the Coastal Research Institute more closely with the Research and Technology Center (FTZ) in Büsum, which is a research facility operated by the University of Kiel.


The focus of our activities of the Institute of Chemistry here will be on the further development of functional polymers for separation problems in the medical field and in industry. Both bio-materials for regenerative medicine and membranes for separation and reactions will become more and more important in this field — a field that presents challenging and exciting prospects for the future. We also plan to step up our efforts to promote young scientists. In October 2001, for example, we will set up the "Quantum Leap” school laboratory that will serve as our center’s magnet for the scientists of tomorrow. Here, high school students will have the opportunity to experience research first-hand and discover the fascination associated with research activities. We will also work together with schools and public agencies in the surrounding area in order to instill in students the great priority that should be assigned to technology if this precious cultural asset is to be passed on to the next generation and developed further.

Finally some thought-provoking remarks to the upcoming HGFreorganization. The long-demanded flexibility with respect to the limitations imposed by public budget laws will be necessary to ensure that the upcoming reorganization of HGF proceeds smoothly and that consolidation into an association and the transition from center to program-based funding can be implemented. These ambitious plans cannot succeed without the new leeway such adjustments require. Personnel cutbacks, which have totaled more than 25% in the last 10 years, must come to an end as well. The reorganized structure has to provide development prospects for research in order for us to remain competitive in a global environment marked by 10% growth in research budgets in the U.S. and 7% in Great Britain. We would like to take the opportunity to express our tremendous thanks to all of our employees at the Research Center. Without their commitment, it would be impossible to tackle the challenges facing GKSS and to work toward the common goal of shaping a better future for us all. Pleasant reading

Günter von Sengbusch Managing Director Scientific affairs

Christian Scherf Managing Director Business Affairs

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Forschungsreaktor Research Reactor

Technikum Technical Department


Aus Forschung und Entwicklung / Research and Development

Leichtbau in der Verkehrs- und Energietechnik Light-weight Structures for Transportation and Energy

Membranen in der Prozesstechnik Membranes in Process Technology

Wasser und Klima im Lebensraum K端ste Water and climate in the Coastal Zones


Leichtbau in der Verkehrs- und Energietechnik Light-weight Structures for Transportation and Energy

Überblick Neue Materialien werden die Grundl a gen von Schlüsseltechnologien der nächsten Dekaden sein. Materialforschung ist deshalb ein vorrangiges Feld für eine Investition in die Zukunft. Bei GKSS wird sie in enger Zusammenarbeit mit Hochschulen und Industrie betrieben. Die bisherigen Ergebnisse haben einen erstklassigen nationalen und internationalen Ruf der GKSSMaterialforschung begründet. Der Wi ssenschaftsrat hat in seiner Evaluation der außeruniversitären Materialforschung in Deutschland im Jahre 1995 die Aktivitäten der GKSS als beispielhaft herausgestellt. Die Qualität der GKSS-Materialforschung wurde 1998 durch eine internationale Evaluation bestätigt. Die im Grundlagenbereich erarbeiteten Forschungsergebnisse sollen schnell in marktfähige Produkte und Verfahren umgesetzt werden; kleinere und mittelständische Unternehmen würden im nationalen und internationalen Wettbewerb davon profitieren.

Hierbei wird künftig der Leichtbau in der Verkehrs- und Energietechnik im Vordergrund stehen. Die Anforderungen an neue Werkstoffe steigen rasant. In der Folge sollen beispielsweise zum einen neuartige intermetallische Legierungen auf Titanbasis Eigenschaftsprofile aufweisen, die die Vo rteile von metallischen und keramischen Werkstoffen in sich vereinen: einsetzbar bei hohen Temperaturen, dazu leicht und extrem fest und trotzdem verformbar und zäh. Zum anderen sind es Magnesium-Werkstoffe, die für einen verstärkten Einsatz in der Verkehrstechnik entwickelt werden, um das Leichtbaupotenzial metallischer Werkstoffe in Konkurrenz zu Polymerwerkstoffen zu erhöhen. Leichtbau wird jedoch nicht nur durch leichte Werkstoffe ermöglicht: neue, für Leichtbauwerkstoffe geeignete Schweißv e rfahren werden entwickelt, die höchste Anforderungen an die Nahtgüte erfüllen. Wi rtschaftlichkeit bei

möglichst gesteigerter Sicherheit wird durch die Entwicklung von umfassenden Bewertungsverfahren für Werkstoffe und Bauteile gewährleistet; hierbei spielen Computersimulationen eine zunehmende Rolle. Zentrale Bestandteile der Ausstattung in diesem Programmschwerpunkt sind der Forschungsreaktor FRG-1, die Pulververdüsungsanlage PIGA und eine reichhaltige Palette von zum Teil einmaligen Geräten und Verfahren zur Materialprüfung sowie von Computern und Computerprogrammen zur Simulation des Material- und Bauteilverhaltens. Der Forschungsreaktor liefert die Neutronenstrahlen für die Mikrostrukturanalyse von Materialien. Im Jahre 2000 haben über 40 externe Gruppen die mit dem FRG-1 verbundenen experimentellen Einrichtungen genutzt. Künftig wird eng mit dem HGFZentrum DESY zur Nutzung der Synchrotronstrahlung für die Materialcharakterisierung zusammen gearbeitet.

Overview The key technologies of the coming decades will be based on new materials. Materials research is therefore one of the main areas for investing in the future, and GKSS is conducting this research in close collaboration with universities and industry. The results thus far have been pivotal in establishing the excellent reputation of GKSS materials research, both in Germany and abroad. In its evaluation of non-university materials research in Germany in 1995, the Wissenschaftsrat (German Science Council) praised the activities of GKSS as exemplary. This assessment was confirmed by an international evaluation conducted in 1998.

ring in the transport and energy techn o l o gy sectors.

The results of the basic research are to be quickly transformed into marketable products and processes that will particularly benefit small and mediumsize companies competing on national and international markets. The focus here will be on lightweight engi n e e-

However, lightweight engineering is not just made possible by using lightweight materials. New welding techniques that meet the most stringent demands on weld quality are also being developed for these materials. Both economy and the greatest possi-

The demands put on new materials are increasing dramatically. On the one hand, new kinds of titaniumbased intermetallic alloys need to have characteristics that combine the advantages of metallic and ceramic materials. In other words, they have to be heat resistant, extremely light, and very firm yet formable. On the other hand, magnesium-based materials are being increasingly developed for use in transport technology, enabling metallic materials to better compete with polymers in lightweight applications.

ble increase in safety are guaranteed by the development of comprehensive evaluation methods for materials and components — a process in which computer simulations are playing an increasing role. The main facilities used in this research are the FRG-1 research reactor, the PIGA powder atomization plant, a large number of devices and procedures — some of them unique — for testing materials, and computers and software to simulate the behavior of materials and components. The research reactor provides the neutron beams necessary for analyzing the materials’ microstructure. In 2000 around 40 external groups used FRG-1’s experimental facilities. In the future, GKSS will work in close collaboration with the HGF research center DESY when using synchrotron radiation for determining the characteristics of materials.

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Friction Stir Welding – Alternative und Ergänzung zu etablierten Fügeverfahren Das innovative Reibschweißverfahren Friction Stir Welding (FSW) oder Reibrührschweißen, erfährt seit seiner Erfindung Anfang der neunziger Jahre eine rasante Weiterentwicklung auf wissenschaftlicher Ebene und für den industriellen Einsatz. Diese wird unter anderem durch fügetechnische Problemstellungen vorangetrieben, welche sich beim zunehmenden Einsatz moderner Leichtbauwerkstoffe ergeben. FSW hat sich sehr schnell als Alternative in Bereichen angeboten, in denen die etablierten Fügeverfahren an ihre Grenzen stoßen oder die Möglichkeit besteht, eine wesentliche Verbesserung der Verbindungsqualität zu erzielen. Ebenfalls hat sich gezeigt, dass eine erhebliche Reduzierung der Produktionskosten erreicht werden kann. Weltweit wird das Friction-Stir-Welding-Verfahren interdisziplinär weiterentwickelt. Die GKSS-Untersuchungen auf diesem Gebiet sind in dem Programmschwerpunkt Leichtbau in der Verkehrs- und Energietechnik eingegliedert. Im Rahmen der wissenschaftlichen Tätigkeiten wird die gesamte Bandbreite des Verfahrens von der Werkzeug- und Prozessentwicklung bis zur umfangrei-

chen Charakterisierung und Bewertung der Verbindungen abgedeckt. Der weltweit einzigartige Einsatz von Robotern zur Verfahrensführung bei GKSS erhöht die industrielle Relevanz der Entwicklungen. Durch die Notwendigkeit, die Umweltbelastung und den Energieverbrauch zu senken, werden vor allem

in der Verkehrs- und Energietechnik zunehmend moderne Leichtbaustrukturen unter Einsatz entsprechender Werkstoffe eingesetzt. Ein wesentlicher Bestandteil des Produktionsprozesses ist das Fügen dieser Strukturen. Beispielsweise werden in einem modernen Mittelklassefahrzeug aus Aluminium 50 Meter Schweiß- und 1800 Stanznietverbin-

Prinzip des Reibrührschweißens Principle of Friction Stir Welding

Ein verschleißfestes, rotierendes Werkzeug sorgt beim Reibrührschweißen für die Erzeugung der erforderlichen Prozesswärme und verrührt gleichzeitig das plastifizierte Material. Dabei wird durch gleichzeitig aufgebrachten axialen Druck bei der Bewegung des Werkzeugs entlang der Fugelinie eine metallische Bindung erzeugt. To generate a Friction Stir Weld a rotating non-consumable tool is used to plasticise the material by the generation of frictional heat. Additionally the material is stirred by the tool pin and consolidated by an axial force to form the metallic b ond.

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Leichtbau in der Verkehrs- und Energietechnik Light-weight Structures for Transportation and Energy

dungen hergestellt, bei einem Aluminiumschiff werden etliche hundert Kilometer Schweißnaht hergestellt. In der Konstruktion moderner Verkehrsflugzeuge werden bis zu 1,5 Mio. Nieten als Verbindungselemente vorgesehen. Etablierte Fü g e v e rfahren stoßen beim Einsatz moderner Leichtbauwerkstoffe in vielen Fällen aus unterschiedlichen Gründen an ihre Grenzen. Ein Aspekt sind die metallurgischen Vorgänge beim Fügen der zunehmend komplexen We r kstoffe. Durch das Aufschmelzen und wieder Erstarren des We r kstoffes beim Einsatz von Schmelzschweißverfahren werden die Eigenschaften im Schweißnahtbereich stark verändert. Die Qualität der erzielten Verbindung kann in vielen Fällen den Anforderungen nicht gerecht werden. Im Extremfall sind diese Werkstoffe mit Schmelzschweißverfahren nicht schweißbar. Dies führte bislang zwangsweise zum Einsatz mechanischer Verbindungsverfahren, wie z.B. Nieten. Verf a h r e n s s p ezifische Besonderheiten, Wi rtschaftlichkeitsaspekte und Umweltverträglichkeit können den Einsatz konventioneller Fügeverf a hren ebenfalls erschweren. Ein Beispiel für Verfahrensbesonderheiten stellt die Wechselwirkung zwischen Strahl und Werkstoff beim Laserstrahlschweißen dar, die zu erheblichen Schwankungen der Verbindungsqualität führen kann. Auf der Wi rtschaftlichkeitsseite muss unter anderem der erforderliche Anlagenaufwand betrachtet werden. Ein gutes Beispiel hierfür ist Elektronenstrahlschweißen, das unter Vakuumbedingungen durchgeführt wird. Durch die Erfahrung mit konventionellen Reibschweißverfahren, die seit Jahrzehnten erfolgreich industriell eingesetzt werden, ist bekannt, dass metallurgische Probleme beim Fügen in der festen Phase, das heißt unterhalb des Schmelzpunktes, minimiert werden. Wenn die Werkstoffe beim Fü g e n keinen negativen Einfluss auf das

Verfahren ausüben, die Verfahrensgrenzen die vorgesehene Fü g e a u fgabe zulassen und gleichzeitig die Wi rtschaftlichkeit des Einsatzes gewährleistet ist, bieten Fü g e v e rfahren, die in der festen Phase arbeiten, die ideale Lösung für das Fügen moderner Leichtbauwerkstoffe. Reibschweißverfahren werden seit einigen Jahrzehnten industriell für eine Vielfalt von Fügeaufgaben eingesetzt. Beschränkt wurde der Einsatz nur durch die Verfahrensgrenzen, da bislang nur rotationssymmetrische bzw. in Sonderanwendungen flächige Ko mponenten gefügt werden konnten. 1991 wurde vom TWI, Cambridge, das Friction-Stir-Welding-Verfahren zum Fügen von Aluminiumlegierungen vorgestellt, das als Abwandlung des konventionellen Reibschweißens das Fügen von Stumpf- und Überlappverbindungen möglich macht. Damit sind die Vorteile des Fügens in der festen Phase auf eine größere Bandbreite von Fügeaufgaben anwendbar geworden. Innerhalb von wenigen Jahren wurde durch Studien gezeigt, dass neben Aluminiumlegierungen eine Vielzahl weiterer Werkstoffe von Magnesium über Stahl bis hin zu Titan schweißbar sind. Einen interessanten und industriell zukünftig äußerst relevanten Anwendungsbereich bietet die Möglichkeit mit Reibschweißverfahren auch unterschiedliche Werkstoffe miteinander zu verbinden, zum Beispiel Aluminium mit Magnesium oder Kupfer. Das Zustandekommen der Verbindung beim konventionellen Reibschweißen beruht auf Reibungswärme, die durch Relativbewegung der Fügepartner zueinander erzeugt wird und auf Druck, der auf den Fügebereich ausgeübt wird und für das Zustandekommen der atomaren Bindung erforderlich ist. Bei FSW werden sowohl die Reibungswärme als auch der Druck durch verschleißfeste Werkzeuge erzeugt. Diese bestehen im wesentlichen aus einem Schweißstift, der unter einer sogenannten Schulter angeordnet ist. Das Werkzeug wird rotierend im Fügebereich in den Werkstoff hinein-

Der Einsatz von Robotern für Reibrührschweißen bei GKSS ermöglicht die erforderliche flexible Verfahrensanwendung für das Fugen nicht linearer und räumlich gekrümmter Verbindungen. The use of robots at GKSS lends the Friction Stir Welding process the essential flexibility for welding of non-linear and non planar joint configurations.

gedrückt, bis die Schulter in Kontakt mit der Werkstückoberfläche ist. Durch die Reibung zwischen Werkstoff und Werkzeug entsteht die erforderliche Wärme zur Plastifizierung (Friction) des Werkstoffes. Bei der Bewegung des Werkzeuges entlang des Fügebereiches wird das plastifizierte Material durch den Stift im Inneren der Naht verrührt und zu

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seiner Rückseite transportiert (Stir). Durch den zusätzlich über die Werkzeugschulter aufgebrachten Druck wird es dort verdichtet und bildet beim Abkühlen eine metallische Bindung (Welding). Als Gegenlager für die durch das Werkzeug aufgebrachten Kräfte ist auf der Rückseite der Komponenten eine feste Unterlage erforderlich. Abhängig vom zu fügenden Werkstoff, der Nahtform und der Materialstärke, werden Form und Profil von Schulter und Stift für die entsprechende Fügeaufgabe individuell optimiert. FSW weist gegenüber den etablierten Schmelzschweißverfahren eine Reihe von Vorteilen auf. Einer der wichtigsten ist die Tatsache, dass die Verbindung in der festen Phase erzeugt wird. Dadurch wird die Gefahr von Rissbildung oder Entstehung von Porositäten vermieden. Die Oberflächen der Verbindung bilden sich sehr glatt und gleichmäßig aus. Der im Vergleich zu Schmelzschweißverfahren geringe Wärmeeintrag in die Schweißnaht verhindert, beziehungsweise reduziert, den Verzug der Werkstücke. Durch die Vermeidung einer schmelzflüssigen Phase während des Fügens ist eine Abschirmung von der Umgebung durch

eine Schutzgasatmosphäre nicht erforderlich. Selbst bei Komponenten mit großen Wandstärken ist keine Kantenvorbereitung erforderlich, dadurch besteht auch kein Bedarf für Zusatzwerkstoff. Ebenfalls ist keine chemische Vorbehandlung der Oberflächen erforderlich. Der vollständig mechanische Prozess ist einfach zu automatisieren und zu überwachen, selbst für kritische Werkstoffe wird kein hochqualifiziertes Personal benötigt. Die Eigenschaften der Verbindungen sind denen konventioneller Schweißverfahren in vielen Fällen überlegen. Vor allem der geringe Energiebedarf und die Tatsache, dass auf Schutzgas und chemische Vorbereitung verzichtet werden kann, macht FSW zu einem umweltschonenden Verfahren. Die Arbeitsplatzbelastungen sind äußerst gering, da kein Lichtbogen, keine Dämpfe und keine erhöhte Lärmbelastung entstehen. Wie alle Fügeverfahren weist auch FSW einige verfahrensbedingte Nachteile auf. Die auftretenden Kräfte müssen durch eine stabile Klammerung und Unterstützung der Werkstücke aufgefangen werden. Ebenfalls aufgrund der erforderlichen Prozesskräfte muss das Handha-

Härteverlauf einer FSW-Verbindung Hardness profile of a FSW-joint

Mikrohärteverläufe von fehlerfreien und reparierten FSW-Verbindungen in der Legierung Al 6061 T6. Die durchschnittlich gemessene Härte des Grundwerkstoffs ist ebenfalls angegeben. Microhardness profile of defect free and repaired FSW welds in Al 6061 T6. The average microhardness value measured in the base material is also indicated.

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bungssystem über eine ausreichende Steifigkeit und Kraft verfügen. Am Nahtende verbleibt beim Herausziehen des Werkzeugs ein Loch in der Schweißnaht, welches entweder durch ein weiteres Verfahren gefüllt, beziehungsweise entfernt werden muss, falls es in der entsprechenden Anwendung nicht toleriert werden kann. Im Bezug auf wenige Nahtformen (z. B. Eckverbindungen) weist FSW eine geringere Flexibilität auf als Schmelzschweißverfahren, was auf der konstruktiven Seite ein Umdenken erforderlich macht. FSW zeichnet sich als vollständig mechanischer Prozess durch hohe und reproduzierbare Schweißnahtqualität aus. Da das Fügen bei Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes stattfindet, sind metallurgische Vorgänge, die beim Schmelzoder Strahlschweißen z.B. zu Porenund Rissbildung führen können, bei FSW nicht zu beobachten. Im Inneren weisen FSW-Verbindungen eine typische Gefügestruktur auf. Das Gefüge wird durch Temperatureinflüsse aufgrund der Reibungswärme und durch Verformungsvorgänge verändert. In der Nahtmitte bildet sich der sogenannte Nugget. Durch den hohen Verformungsgrad im Rührbereich im Zusammenhang mit dem Temperaturzyklus entsteht in diesem Bereich ein sehr feines, dynamisch rekristallisiertes Gefüge. In der thermomechanisch beeinflussten Zone außerhalb des Nuggets nimmt die Korngröße zu, und es ist eine Deformation der Körner durch die Rührbewegung des Stiftes zu erkennen. Rotation und Vorschub des Werkzeugs erzeugen eine Verformungsstruktur, durch deren Grenzflächen das Bruch- und Verformungsverhalten der Schweißnaht bestimmt sein kann. In der Regel tritt in FSW-Verbindungen in aushärtbaren Legierungen ein Verlust an Festigkeit im Bereich der Schweißnaht auf (Undermatching). Er ist durch partielle Rekristallisation und die Änderung der Ausscheidungscharakteristika im Nuggetbereich und auf Überalterungsvorgänge in der thermomechanisch beeinflussten bzw. wärmebeeinflussten Zone


Leichtbau in der Verkehrs- und Energietechnik Light-weight Structures for Transportation and Energy

zurückzuführen. In nicht aushärtbaren Legierungen (z.B. Al 5083, Al 5454) kann unter bestimmten Bedingungen eine Erhöhung der Festigkeit beobachtet werden (Overmatching). Festigkeitsprofile quer durch die Schweißnaht haben gezeigt, dass die Gefügeveränderungen im Nugget eine Zunahme der Bruchdehnung in diesem Bereich der Schweißverbindung zur Folge haben, die auf dem Niveau des Grundwerkstoffes bzw. darüber liegen kann. Die Bruchzähigkeit der Verbindungen liegt in den meisten Legierungen erheblich oberhalb des Grundwerkstoffniveaus. Versuche an bauteilähnlichen Proben, bei denen ein künstlicher Defekt in die Schweißnaht eingebracht wurde, haben gez e i gt, dass erst eine Belastung zwischen 80 bis 90% der Streckgrenze des Grundwerkstoffs zu Risswachstum und damit zum Versagen führen. Strukturelle Bauteile sind für Belastungen dieser Größenordnung im normalen Betrieb nicht ausgelegt. Selbst eine angerissene FS W -Verbindung wird daher unter statischer Belastung nicht die Schwachstelle darstellen. Die Dauerfestigkeit übertrifft die in Konstruktionsrichtlinien geforderten

Risswiderstand einer FSW-Verbindung Crack Resistance of a FSW-joint

We rte und auch die Eigenschaften schmelzgeschweißter Nähte. Die erzielten Ermüdungseigenschaften liegen in der Regel zwischen denen des Grundwerkstoffs und denen von Verbindungen, die mit anderen Verfahren hergestellt wurden. Die Zeit zwischen der Vorstellung des Friction Stir Welding Verfahrens und den ersten industriellen Anwendungen Mitte der neunziger Jahre war für ein neues Fü g e v e rfahren verhältnismäßig kurz.

Mit Hilfe von CTOD (CT50) Proben ermittelte Risswiderstandskurven von Grundwerkstoff und FSW-Verbindungen in Al 6061 T6 Crack resistance curves obtained from CTOD (CT50) specimens for Base Material and FSW welded Al 6061 T6

FSW eignet sich hervorragend für das Fügen ebener gerader Verbindungen. Für den Schiffbau werden Strangpressprofile auf einer Länge von bis zu 16m zu beliebig breiten Sektionen zusammengeschweißt und dann in Schiffen als Seitenwände oder Decks eingesetzt. FSW ist im Schiffbau als Fü g e v e rfahren von den Klassifikations-

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gesellschaften abgenommen und erfordert aufgrund der konstanten hohen Qualität nur einen eingeschränkten Prüfaufwand. Mittlerweile werden in der selben Weise auch Profile für den Fahrzeugbau gefügt, die dann beispielsweise in Schienenfahrzeuge eingebaut werden. In der Raumfahrtindustrie werden Raketentreibstofftanks seit einigen Jahren mit FSW gefügt. Auch hier sind die Nähte gerade (Längsnähte). FSW wird in erster Linie als Ersatz für Schmelzschweißen eingesetzt, um die Fehlerhäufigkeit und damit die Produktionszeiten und –kosten zu senken. In allen Einsatzgebieten wurde durch den Wechsel zu Friction Stir Welding eine Verbesserung der Bauteileigenschaften bei gleichzeitiger Senkung der Produktionskosten erreicht. In industriellen Bereichen, in denen die Nahtform unter Umständen stark von geraden Nähten abweicht, z.B. im Fahrzeug- und Flugzeugbau, sind die Einsatzfälle noch sehr beschränkt. Die Entwicklungen, die auf dem Gebiet der Anlagen- und Systeme bei GKSS durchgeführt werden, zielen darauf, dem Verfahren die erforderliche Flexibilität zu verleihen,

um es auch an komplexeren Bauteilen und Leichtbaustrukturen einsetzen zu können. Die Flexibilität wird in erster Linie durch das Handhabungssystem bestimmt. Es muss bei ausreichender Bewegungsfreiheit eine ausreichende Steifigkeit und Kraft vorhanden sein, um das Werkzeug sicher und genau führen zu können. Die bislang industriell eingesetzten Maschinen sind entweder auf gerade Nahtverläufe beschränkt oder speziell für eine bestimmte Aufgabe entworfen. Selbst bei geringfügigen Änderungen eines Bauteils oder Nahtverlaufes müsste die Maschine modifiziert werden. B ezüglich der Bewegungsfreiheit stellen Roboter das geeignetste System dar. Aufgrund des Mangels an Steifigkeit ist es aber nicht möglich herkömmliche Knickarmroboter einzusetzen. Geeignete Roboter werden von der schwedischen Firma NEOS Robotics seit Mitte der neunziger Jahre hergestellt. Die tricept Roboter basieren auf paralleler Kinematik und sind bei hoher Steifigkeit in der Lage Kräfte bis zu 45 kN aufzubringen.

Bauteiluntersuchung Wide plate testing

Rissspitzenöffnung CTOD (δ5) über der Querschnittspannung bei bauteilähnlichen Proben (wide Plate). Dargestellt sind Grundwerkstoffe, fehlerfreie und reparierte FSW-Verbindungen in Al 6061 T6. Gross section stress plotted against the CTOD (δ5) values obtained for wide plate (M(T)) specimens for base material, defect free and repared FSW joints in Al 6061 T6.

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Um die Vision des flexiblen Verfahrenseinsatzes zu verwirklichen und die vorhandene Marktnische erfolgreich zu besetzen, hat GKSS 1998 gemeinsam mit NEOS Robotics das Robotic Friction Welding Application and Technology Centre (RIFTEC) gegründet. Das Ziel der Zusammenarbeit ist die Anwendung innovativer Reibschweißverfahren mit tricept Robotern. Der erste Roboter, ein tricept 600, wurde im Herbst 1998 in Betrieb genommen. Schon im Mai 1999 wurden im Rahmen eines gemeinsamen Workshops mit TWI die weltweit ersten nicht linearen und dreidimensionalen FSW-Verbindungen unter Einsatz eines Roboters demonstriert. Seit Mitte 2000 wird zur Verfahrensentwicklung zusätzlich ein tricept 805 eingesetzt, der im Vergleich zum kleineren tricept 600 wesentlich höhere Kräfte und Steifigkeit aufweist. Mit Hilfe beider Roboter ist es möglich, beliebige räumliche Nahtverläufe ohne speziell entwickelte Maschinen zu fügen. Für den Einsatz von FSW mit den Robotern werden zur Erhöhung der Prozesssicherheit und der Verbindungsqualität Sensorikpakete entwickelt und in die Maschinenhardware und Steuerung integriert. Neben dem Roboter als direktem Handhabungssystem für das Schweißwerkzeug wurden unterschiedliche Systeme entwickelt, für die Roboter nur noch die Funktion eines Positionierungssystems erfüllen müssen. Diese von der GKSS patentierten FSW-Systeme sind in der Lage die erforderlichen Prozesskräfte aufzubringen und gleichzeitig eine Stützfunktion für die Werkstücke zu erfüllen. Anwendung sollen diese Systeme vor allem in der Fahrzeugserienproduktion finden, in denen direkt an Leichtbaustrukturen gefügt werden muss, die nicht durch eine zusätzliche feste Unterlage gestützt werden können. Die wissenschaftlichen Arbeiten und die Entwicklungen im Bereich der Fügetechnologie werden sowohl als Teil des GKSS F&E-Programms als auch im Rahmen von Forschungs-


Leichtbau in der Verkehrs- und Energietechnik Light-weight Structures for Transportation and Energy

aufträgen durchgeführt. Parallel beteiligt sich GKSS, teilweise als Taskleader, an den EU-Projekten WAFS, QualiStir und EuroStir, deren Schwerpunkt auf FSW liegt. In den vergangenen Jahren wurden für einige europäische Industrieunternehmen Machbarkeitsstudien zum Einsatz von FSW durchgeführt. Mittlerweile ist das Ziel der meisten Projekte neben der Prozessoptimierung und Charakterisierung und Bewertung der Verbindungen die Herstellung von Prototypen.

Die zukünftigen Arbeiten sollen sich verstärkt darauf konzentrieren, für eine möglichst hohe Zahl von Werkstoffen (inkl. von GKSS entwickelten Mg-Legierungen) FSW-Prozesstechnologie zu entwickeln. Ziel ist die Optimierung von FSW-Verbindungen in Leichtbauwerkstoffen durch ein besseres Verständnis der Wechselwirkung zwischen dem mikroskopischen Gefügeaufbau und dessen Einfluss auf das makroskopische Verhalten. Über die Deutung der Einflüsse lokaler prozessbedingter Verformungsvorgänge und Tempera-

turzyklen auf die mikroskopischen Gefügebestandteile und die Eigenschaften von FSW-Verbindungen soll die Möglichkeit geschaffen werden, die Qualität der Verbindungen durch wissensbasierte Manipulation von Prozessgrößen zu optimieren. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf der Verbindung unterschiedlicher Werkstoffe, z.B. Aluminium mit Magnesium, damit die Eigenschaften der Werkstoffe in Leichtbaustrukturen noch optimaler ausgenutzt werden können.

(which is in intimate contact with the upper surfaces of the workpieces) and the pin produces frictional heat, bringing the material to the plastified state. As the tool translates along the joint line, plastified material is stirred and forged behind the trailing face of the pin, where it consolidates and cools down to form the solid-state weld. In contrast to fusion welding processes, the solidstate nature of the FSW process results in a much lower distortion and residual stresses owing to the low heat input characteristic of the process. Further advantages of the FSW process include: No need for pretreatment of surfaces, no need for groove preparation, simple automation and quality control, reproducible, high quality properties, no need for shielding gas or filler wire and absence of fumes, spatter or radiation.

TEC is the strategic application of innovative friction welding processes with robots. NEOS provides the know-how on robot technology and simulation while GKSS is responsible for process development, characterisation and assessment of welded joints, process monitoring strategies and systems as well as the development of industrial applications.

Summary Since its invention in 1991 the Friction Stir Welding (FSW) process is being continuously developed at an ever increasing pace. In this period progress has been achieved both in the fundamental understanding of the process and on its application to engineering structures. The driving force behind these advances originates basically from inherent difficulties in joining modern light alloys in modern lightweight structures. The FSW process has established itself in applications for which existing joining technologies have reached their applicability limits or where a substantial increase in joint quality was required. Moreover, current commercial applications of the process have shown that improvements in quality have been accompanied by a reduction in production costs. Research and development activities at GKSS on this field are carried out as part of the programme on lightweight structures in transport and energy. These research activities cover a wide spectrum of topics ranging from the development of process technology to the characterisation and assessment of welded joints. In the FSW process a specially designed cylindrical tool, consisting of a shoulder and a profiled pin is inserted into the pieces to be welded. During welding, rotation of the shoulder

GKSS has pioneered worldwide the use of robots to produce friction stir welded joints. In this way the advantages of the FSW process can be extended to complex components and structures increasing therefore, the industrial relevance of the research work carried out at GKSS. In order to provide the industry with system solutions GKSS and NEOS Robotics, Sweden established in 1998 the Robotic Friction Welding Application and Technology Centre RIFTEC. The main objective of RIF-

The research work in the field of robotic FSW stipulated in GKSS' R&D- P r ogramme has been focused on the development of process technology for a number of light alloys (i.e. primarily Mg and Al alloys) and in the comprehensive characterisation and testing of the welded joints thereof. Part of this work has been carried out within the scope of research contracts and in European projects (i.e. EuroStir, WAFS and QUALISTIR). The future research work will be concentrated on the further development of process technology for light alloys through an improved understanding of the structure-properties relationships (Process-Prepenty-Performance, so called 3P-concept) in friction stir welded joints. To achieve this objective the effects of the thermal and deformation processes (controlled by process parameters) taking place during welding on the resulting microstructure (i.e. mechanical behaviour) will be systematically studied.

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Hochenergiemahlen zur Herstellung nanokristalliner Werkstoffe mit neuartigen Eigenschaften Das Hochenergiemahlen ist eine neue Fertigungstechnologie zur Herstellung feinststrukturierter Pulver aus metallischen oder keramischen Werkstoffen und Verbundwerkstoffen. Dabei werden die Ausgangsstoffe in einer Mühle kontinuierlich zerkleinert und miteinander vermischt ("mechanisch legiert"), bis die Kristallitgrößen typisch einige Nanometer erreichen (1 nm = 0.000000001 m). Mit diesen Pulvern lassen sich Bauteile mit vollkommen neuen Eigenschaften und Eigenschaftskombinationen herstellen. So zeichnen sich nanostrukturierte Werkstoffe durch eine große chemische Reaktivität aus, die beispielsweise zur Speicherung von Wasserstoff für den Automobilantrieb von morgen genutzt werden kann. Weiterhin besitzen diese Materialien eine außergewöhnliche Härte und Festigkeit bei Raumtemperatur, da eine plastische Verformung der nanoskaligen Kristallite kaum mehr möglich ist. Diese extremen mechanischen Eigenschaften lassen eine erhebliche Steigerung der Verschleiß- und Abriebfestigkeit von Verschleißschutzschichten erwarten, wie sie beispielsweise für die Beschichtung von überdurchschnittlich beanspruchten Oberflächen dringend benötigt werden. Für die industrielle Anwendung dieser innovativen Materialien ist es notwendig, dass das Hochenergiemahl-Verfahren im Hinblick auf die Herstellung größerer, über den Labormaßstab hinausgehenden, Pulvermengen qualifiziert wird. Dazu wurde bei GKSS ein neuer Versuchsstand aufgebaut, der erstmals die Herstellung nanostrukturierter Werkstoffe mit einer Mahltechnik in industrienahem Maßstab ermöglicht. Mit Hilfe systematischer Parameterstudien wurde zunächst das Mahlverhalten der neuen Mühle charakterisiert und mit bisherigen, im Labormaßstab erzielten Ergebnissen verglichen. Auf diese Weise wurden optimale Prozessparameter ermittelt, mit denen

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Hochenergiemahlen von nanokristallinen Werkstoffen in der Schwingmühle High-energy milling of nanocrystalline material in the vibrating mill

sich größere Pulvermengen wirtschaftlich herstellen lassen, unter Beibehaltung der außerordentlich günstigen Werkstoffeigenschaften dieser neuen nanokristallinen Materialien. Auf der Basis der gewonnenen physikalischen-technologischen Kompetenz wurden nanokristalline Magnesium-Verbundwerkstoffe hergestellt, die für die Produktion eines Leichtbau-Energiespeichers für das anvisierte wasserstoffbetriebene Automobil von morgen geeignet sind. Erste erfolgreiche Tests von Prototyptanks bei unserem Industriepartner GfE Metalle und Materialien, Nürnberg, demonstrieren, dass sich die nanokristallinen Verbundwerkstoffe durch extrem hohe Be- und Entladungsgeschwindigkeiten auszeichnen. Die Ergebnisse dieser Tests stellen damit einen technologischen Durchbruch bei der Entwicklung eines innovativen Energiespeichers für das emissionsfreie Automobil dar. Darüber hinaus werden in einem gemeinsamen Projekt mit der Universität der Bundeswehr neuartige Verschleiß- und Korrosionsschutzschichten durch thermisches Spritzen

von nanostrukturierten Metall-Keramik-Verbundmaterialien erzeugt. Beim thermischen Spritzen werden Pulverpartikel durch ein Brenngas oder eine Plasmaflamme kurzzeitig erhitzt und teilweise aufgeschmolzen. Durch eine Gasexpansion in der Düse werden die Partikel auf hohe Geschwindigkeit gebracht und auf das zu beschichtende Bauteil hin beschleunigt. Beim Auftreffen auf das Bauteil haften die Partikel an der Bauteiloberfläche und erstarren. Dadurch lassen sich Schichten bis zu einem Millimeter Dicke erzeugen. Thermisch gespritzte Schichten, die aus bei GKSS entwickelten und hergestellten nanokristallinen Pulvern hergestellt wurden, zeichnen sich durch eine außergewöhnlich hohe Härte und Verschleißbeständigkeit aus, so dass eine deutlich höhere Standzeit der damit ausgestatteten Bauteile und Werkzeuge und dadurch eine erhöhte Wirtschaftlichkeit der Gesamtanlage erwartet wird. Bei dem thermischen Spritzprozess ist neben der Kristallitgröße insbesondere die Größe und die Form der Pulverpartikel von großer Bedeutung, da diese Eigenschaften das Fördern des Pulvers in dem Gasstrahl, das


Leichtbau in der Verkehrs- und Energietechnik Light-weight Structures for Transportation and Energy

homogene Aufschmelzen der Partikel und deren Flugverhalten bestimmen. Durch die Optimierung verschiedener Mahlparameter ist es GKSS gelungen, nanostrukturierte Pulver mit unterschiedlichen Partikelgrößen maßgeschneidert herzustellen. So können die üblicherweise in einem aufwändigen Prozess hergestellten Verbundpulver für das thermische Spritzen vergleichsweise einfach mit dem Hochenergiemahlen hergestellt werden. Die Einsatzpotentiale hierfür werden in einem Entwicklungsauftrag mit der Industrie weiter untersucht. Die erfolgreiche Technologieentwicklung zeigt, dass nanostrukturierte Werkstoffe in großtechnischem Maßstab wirtschaftlich herstellbar sind und dass damit die Einsatzpotenziale dieser neuartigen Funktions- und Strukturmaterialien für die industrielle Anwendung genutzt werden können.

Thermisches Spritzen von nanokristallinen Metallpulvern in der Plasmaflamme Thermal spraying of nanocrystalline metal powder in the plasma jet

Summary High-energy milling is a new production technology to produce finestructured powder of metallic or ceramic materials and composites. The production process is characterised by continuously breaking and cold-welding (mechanical alloying) of the initial powder particles, until the microstructure inside the particles is homogeneous with characteristic dimensions of a few nanometers (1 nm = 0.000000001 m). Compared to conventional coarse-structured materials, these nanocrystalline materials show novel properties and property combinations, which give rise to advanced products. The high chemical reactivity of nanocrystalline light metals qualifies light metal hydrides for hydrogen storage in the future emission-free automobile. Another useful property of fine scaled material is the extremely high hardness and superior wear resis-tance, which are for example strongly desired for the protection coatings of wear-used parts. For the industrial application of this innovative materials, it is necessary

to produce larger powder quantities while achieving the same good properties as on the laboratory scale. To reach this goal, a new test facility was installed at GKSS, which allows the production of nanocrystalline materials on an industry-like scale for the first time. Based on the conducted parameter studies, the milling behaviour of the new mill was characterised and the optimum combination of process parameters was determined that guarantees the economic production of large powder quantities with the desired favourable properties. Based on the acquired physical and technological expertise, nanocrystalline magnesium hydride composites for prototype light-weight hydrogen storage tanks were produced, which are envisioned as energy supply for the fuel-cell powered emission-free vehicles of tomorrow. The nanoscaled microstructure leads to exceptionally fast charging and discharging of the tanks, which are essential requirements for application. The prototype tanks were successfully tested by our industrial partner GfE Metals and Materials in

Nuremberg, Germany, and represent a technolog ical break-through in the field of hydrogen storage. Additionally, novel wear and corrosion resistant coatings were produced with in the framework of a cooperation with the University of the Federal Armed Forces and powder industry, using thermal spraying techniques with nanocrystalline powder feedstocks. During the spraying process, the nanocrystalline powder particles are injected into a plasma or combustion gun and accelerated onto a substrate. The large mechanical impact onto the substrate and partial melting guarantee the formation of a dense solid coating up to one millimetre thickness. Tests evidence the superior hardness and wear resistance of these coatings from nanocrystalline powders, which enhance lifetime and thus economy of the respective tools. The successful large-scale production of nanocrystalline materials at GKSS allows for the exploitation of the favourable superior properties of this new class of materials, leading to novel and advanced products.

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Die Entwicklung einer neuartigen Herzklappenprothese Etwa 12.000 Menschen benötigen allein in Deutschland jährlich eine Herzklappenprothese, da eine der eigenen natürlichen Herzklappen infolge krankhafter Veränderungen Funktionsstörungen aufweist. Sowohl für biologische als auch mechanische Herzklappenimplantate besteht noch hinsichtlich Verträglichkeit und Funktionalität ein erheblicher Forschungsbedarf. GKSS beteiligt sich mit neuen Werkstoffen und Herstellungstechniken zusammen mit weiteren Partnern an einer zukunftsweisenden Implantatentwicklung der Firma Tricumed Medizintechnik. Insgesamt vier Herzklappen, die als Rückschlagventil arbeiten, stellen im menschlichen Herzen die Strömungsrichtung des Blutes sicher und garantieren damit, dass das Herz als Pumpe wirksam arbeiten kann. Seit den sechziger Jahren werden Herzklappenprothesen erfolgreich implantiert. Derzeit gibt es verschiedene Varianten biologischer und mechanischer Prothesen. Bei den biologischen Ersatzherzklappen handelt es sich vorwiegend um präparierte Klappen von Schweinen und Rindern. Sie haben relativ gute Strömungseigenschaften verbunden mit guter Blutverträglichkeit, sie neigen jedoch zu vorzeitigem Verschleiß, so dass deren Ausfallrate bereits nach 5 - 8 Jahren stark ansteigt. Die mechanischen Klappen bestehen aus anorganischem Material, zumeist aus p y r o l ytischem Kohlenstoff. Sie haben oft ein schlechteres Strömungsverhalten, eine schlechtere Materialverträglichkeit, sind aber robuster im Ve rgleich zu ihren biologischen Pendants. Das ungünstigere Strömungsverhalten kann in Verbindung mit der geringeren Materialverträglichkeit zur Bildung von Blutgerinseln führen. Träger von mechanischen Herzklappenprothesen sind auf blutgerinnungshemmende Medikamente angewiesen, die insbesondere zu schwer stillbaren und damit gefährlichen inneren und äußeren Blutungen führen können.

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Die neuartige Herzklappenprothese im Strömungsversuchsstand The novel artificial heart valve in a flow test rig

Die Firma Tricumed Medizintechnik, Kiel, hat eine neuartige Form einer Herzklappenprothese speziell für Aortenklappenersatz entwickelt, die in Ve rträglichkeit und Funktion die bisherigen mechanischen Prothesen deutlich übertreffen soll. Das neuart ige Design ist der natürlichen Aort e nklappe nachempfunden. Die Prothese besteht aus einem äußeren Ring vom Durchmesser etwas größer als ein Ehering. Anders als bei den bisherigen Klappen ist der Ring jedoch nicht eben, sondern geschwungen und damit der Einbauposition im Herzen viel besser angepasst. Genauso, wie bei der natürlichen Klappe gibt es drei Flügel, die im Inneren des Ringes beweglich angeordnet sind. Im Unterschied zu den bisherigen mechanischen Klappen wird beim Öffnen der Flügel in der Hauptströmung in der Mitte des Ringes eine große Fläche freigegeben, durch die das Blut dann gleichmäßig ohne starke Verwirbelung und Schädigung hindurchfließen kann.

Die neuartige Herzklappe zu entwickeln ist eine sehr komplexe Aufgabe, die gemeinsam von den Projektpartnern Tricumed Medizintechnik, Kiel; GKSS-Forschungszentrum Geesthacht GmbH; Leistritz AG, Nürnberg; Fraunhofer Institut IFAM, Bremen; Bioservice, München und der Angewandten Physik der Universität Kiel gelöst werden soll. Die GKSS-Aufgaben beziehen sich dabei vorwiegend auf die Auswahl des Materials, der Entwicklung der Herstellungstechnik und der mechanischen Prüfung der Herzklappenprothese. Die neue Herzklappe soll mindestens 30 Jahre funktionieren, wobei sich die Flügel ca. 60 mal pro Minute öffnen und schließen. Dies stellt enorme Anforderungen an die Dauerfestigkeit des Materials. Zudem bewegen sich die Flügel in Lagern, so dass auch deren Verschleißbeanspruchung auf Dauer sehr groß ist. Neben den Anforderungen an das


Leichtbau in der Verkehrs- und Energietechnik Light-weight structures for Transportation and Energy

mechanische Verhalten ist aber die Forderung der Körperverträglichkeit an das verwendete Material mindestens ebenso wichtig. Als Werkstoff bietet sich eine Titanlegierung mit einer Oberflächenbeschichtung an. Zwar hat Titan bestechende Eigenschaften im Hinblick auf das Anforderungsprofil, aber die Bearbeitung von Titan ist anspruchsvoll und teuer. Um mit den bestehenden Herzklappenprothesen konkurrieren zu können, musste daher eine kostengünstige Herstellungstechnik entwickelt werden. Die Lösung heißt Metallpulverspritzguss. Hierbei wird ein sehr feines Titanpulver mit einer wachsartigen Substanz verknetet. Bei etwas erhöhter Temperatur kann diese Masse auf herkömmlichen Spritzgussmaschinen in die Form eines Bauteils - hier Herzklappenring und Flügel - gespritzt werden. Nach dem Erkalten wird das Bauteil der Form entnommen. In einer speziellen Prozedur wird die wachsartige Substanz herausgelöst, und durch eine Wärmebehandlung bei hohen Temperaturen verbackt das Titanpulver zu einem kompakten Bauteil. Auf diese Weise lassen sich komplette Bauteile mit komplizierter Form kostengünstig herstellen. GKSS hat seit vielen Jahren Erfahrung in der Herstellung und Verarbeitung von reinen und feinen Titanlegierungspulvern. So war es dann ein logischer Schritt, auch das für das Titan neuartige Verfahren des Metallpulverspritzgusses - gemeinsam mit dem IFAM - zu entwickeln.

Zudem besitzt GKSS das erforderliche Know-how und die Prüfmaschinen zur Bestimmung mechanischer Eigenschaften von Titanlegierungen. Unter der Federführung von Tricumed ist das Projekt jetzt so weit fortgeschritten, dass Funktionsmuster der neuartigen Herzklappenprothese vorliegen. Erste Tests in speziellen Strömungsversuchsständen am Institut für Angewandte Physik der Universität Kiel bestätigten das angestrebte sehr gute Strömungsverhalten. Auch alle bisher durchgeführten mechanischen Tests und Biokompatibilitätsuntersuchungen zeigten für die Anwendung zufriedenstellende Ergebnisse.

Computergenerierte Zeichnung der neuartigen dreiflügeligen Herzklappenprothese Computer drawing of the novel heart valve prosthesis

Einblick in das menschliche Herz Scheme of the human heart

Rechte Herzhälfte

Linke Herzhälfte Aortenbogen

Zur Lunge

Zur Lunge Aus der Lunge

Pulmonalklappe

Aortaklappe

Tricuspidalklappe Mitralklappe

Summary About 12 000 human heart valves are replaced each year in Germany with biological or mechanical prostheses. In gerneral, the biological replacements are well tolerated, but their durability is only about 5 years. This is higher for mechanical prostheses, however, their hemocompatibility needs to be improved. Tricumed Medizintechnik, Kiel, has developed a heart valve replacement of novel design, which is as

close as possible to that of a natural aortic heart valve. The prosthesis consists of three occluders inside a support ring. The novel design and the use of a Titanium alloy should guarantee a duration of 30 years and an excellent hemocompatibility. In the frame of a project with several partners, the prosthesis is currently under development. GKSS is responsible for selection of the alloy, manufacturing technique and

mechanical testing of the component. For production of the heart valve metal injection moulding has been adapted for Titanium alloys. First demonstration components are now available. The results of mechanical and biocompatibility tests are very promising with respect to the goal of developing an improved mechanical heart valve prosthesis.

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Membranen in der Prozesstechnik Membranes in Process Technology

Überblick Fachübergreifend zwischen den Disziplinen Physik, Chemie und Technik gehören die umweltfreundlichen Trennund Umwelttechniken mit Hilfe von Membranen zum High-Tech-Bereich mit zunehmender wirtschaftlicher Bedeutung. Viele Stofftrennungsprobleme, wie die Abwasseraufbereitung, die Wertstoffanreicherung, die Dämpferückgewinnung oder die Erdgasaufbereitung, können mit der Membrantechnik gelöst werden. Die chemisch-technische Komponente der Forschung wird durch eine biologisch-technische Ko mponente ergänzt und stimuliert die Entwicklung neuer biokompatibler Werkstoffe als Träger spezifischer Funktionen (Biomaterial) und ihre Anwendung in Ve rfahren der Herstellung, des Tr a n s p o rtes und der Isolierung von Stoffen (Bioprozesstechnik) im Bereich der Medizintechnik und im weiteren Sinne innerhalb fortgeschrittener Bio-Technologien.

wandlung, Biotechnik, Prozesstechnik und Medizin. GKSS-Entwicklungen, unter anderem 12 neue Patente allein im Jahr 2000, haben in den letzten Jahren wesentliche Beiträge zur Stofftrennung in der Lebensmittelindustrie, mit lösemittelbeständigen Membranen und zur Aufbereitung von Abgasen und Prozessgasen im produktionsintegr i e rten Umweltschutz geleistet. Gerade bei der Prozessgasbehandlung sind hochselektive Membranen gef r a gt. Untersuchungen zum Transport mit Hilfe von Carriern sind dabei echte Vorlaufforschung. Die Lösungsansätze für neue Anwendungen – gemeinsam mit in- und ausländischen Partnern werden in 24 Lizenzverträgen Innovationen geprüft - beschränken sich dabei nicht auf Teilprobleme, sondern reichen von der molekularen Modellierung von Funktionswerkstoffen für Membranen bis zur fertigen Pilotanlage.

Ziel der GKSS-Membranforschung in Geesthacht und Teltow ist die Entwicklung von Membranen für Trennv e rfahren in Umwelttechnik, Energi e-

Neue, umweltrelevante technologische Entwicklungsarbeiten bei GKSS konzentrieren sich auf die Dekontamination von Feststoffen und die

Sanierung von Seen. Durch enge Zusammenarbeit mit dem Forschungsschwerpunkt Umweltforschung und externen Partnern, z.B. dem Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle, war es möglich, die ingenieurtechnischen Voraussetzungen für die Sanierung von eutrophierten Gewässern zu schaffen. Die Vorhaben und Projekte unserer Forschungen decken das Spektrum von Grundlagenforschung – hier Modellierung und Werkstoffentwicklung – bis hin zur Anwendung ab. Die Bündelung der Kenntnisse von Technologie und Anwendung aller Beteiligten trägt dazu bei, Entwicklungen noch effizienter und schneller in die Praxis überzuleiten. Durch interdisziplinäre, in diesem Forschungsschwerpunkt betonte Verflechtung von natur- und ingenieurwissenschaftlicher Forschung, leistet GKSS einen innovativen Beitrag zur Vorsorgeforschung durch zukunftsorientierte Techniken und versucht durch engen Kontakt mit der Industrie, die Anwendung zu beschleunigen.

Overview Separation and environmental technol o gies that make use of membranes are high-tech applications that are having an ever greater economic impact. These technologies unite physics with chemistry and engineering. Many problems associated with separating materials — such as waste water treatment, valuable substance enrichment, steam recovery and natural gas processing — can be solved using membrane technology. Chemical-technical components in research are being enhanced by bio-technical elements, thereby stimulating the development of new bio-compatible materials for specific functions (bio-materials) as well as their application in manufacturing, transport and materials isolation (bio-process technology) in the medical field and advanced bio-technology processes. The goal of membrane research conducted by GKSS in Geesthacht and Teltow is to develop membranes for separation processes in environmental technology, energy conversion, bio-

technology, process technology, and medicine. Over the last few years, the successes achieved by GKSS, including 12 new patents in 2000 alone, have made an important contribution to materials separation in the food industry, solution-resistant membranes, and the treatment of exhaust gases and process gases for environmental protection at manufacturing plants. Highly-selective membranes are in p a rticular demand for process gas treatment, while studies on transport with the help of carriers represent true pioneering research. The solutions for new applications (innovations are being reviewed together with domestic and international partners in 24 licensing contracts) are not limited to a few problems but instead range from molecular modeling of functional materials for membranes all the way to finished pilot facilities. New, environmentally-relevant technol o gical developments at GKSS focus on the decontamination of solid waste

and the cleaning of lakes. Close cooperation with the Environmental Research department and external partners such as the Leipzig-Halle Environmental Research Center made it possible to establish the engineering requirements for the decontamination of eutrophic waters. The goals and projects of our research activities cover the spectrum from basic research (in this case modeling and materials development) all way to applications. By combining the knowledge of technology and applications possessed by all participants, it has become possible to put new developments into practice even more quickly and efficiently. With such interdisciplinary relationships between natural and e n gineering sciences in this research field, GKSS is making an innovative contribution to preventive research through pioneering technologies. At the same time, it is maintaining close contact with industry in an attempt to accelerate the development of these applications.

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Nicht oberflächliche Betrachtungen zur Oberfläche von Polymermembranen Das Leben in der uns bekannten Form ist vom ersten Moment seiner Existenz untrennbar mit dem Begriff Membran verbunden. Die kleinste Einheit einer Lebensform und gleichzeitig das Grundelement allen Lebens, die Zelle wird von einer Membran umgeben, die ihr Schutz bietet, den Stofftransport erledigt und als Kommunikationsschnittstelle dient. Die aus spezialisierten Zellen gebildeten Organe vermögen komplexe Aufgaben wahrzunehmen. Zum Beispiel die Lunge eines Menschen: mit einer inneren Oberfläche von 70 Quadratmetern stellt sie sicher, dass immer genügend Sauerstoff in unser Blut kommt und dass bei der Nährstoffverbrennung entstandenes Kohlendioxid abgeführt wird. Barrierefunktion und Stofftransport, wesentliche Funktionen der Zellmembran, sind Eigenschaften, die auch in technischen Prozessen eine große Rolle spielen. Mit synthetischen Membranen ist es möglich, diese Funktionen in stark vereinfachter Form nachzubilden. So wird in der Herz-Lungenmaschine ein Membranmodul für den Gasaustausch des Blutes eingesetzt. Fü r die Blutwäsche mit der "künstlichen Niere" ist die Membran gleichfalls seit langem Stand der Technik. Aber auch in der Industrie hat die Membran mittlerweile einen festen Platz erobert. Hier findet sie in der Reinigung von Flüssigkeiten, der Trennung von Gasen und in der Aufarbeitung von Abwässern Verwendung. Die Eigenschaften dieser Membranen werden in hohem Maße durch deren Oberfläche bestimmt. Porenmembranen finden Verwendung als Filtrationsverfahren, hier wird das Trennverhalten durch die Po r e ndimensionen und die Wechselwirkung der Membranoberfläche mit dem zu trennenden Stoffgemisch bestimmt.

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Das Rasterelektronenmikroskop ist ein leistungsfähiges Werkzeug zur Untersuchung von Membranproben. Es ermöglicht hoch aufgelöste Bilder der Oberfläche und des Querschnittes sowie Informationen über die Materialzusammensetzung und Verteilung der untersuchten Membranen. The scanning electron microscope is a powerful tool for membrane investigation. It results in high resolved pictures of membrane surface and cross section and information about composition and element distribution of the observed samples.

Porenfreie Membranen, wie sie in der Gastrennung eingesetzt werden, sind häufig als Komposite aus einer außerordentlich dünnen porenfreien Polymerschicht als trennaktiver Bereich und einer Porenmembran als Support aufgebaut. Auch bei diesen Membranen spielt die Morphologie der Stützstruktur eine wesentliche Rolle. Die Häufigkeit und Größe der Poren in der Trägermembran entscheidet über die Beschichtbarkeit und beeinflusst zusammen mit der Dicke der porenfreien Polymerschicht den Gesamtwiderstand der Ko mpositmembran. Die Morphologie der dünnen Schwämmen ähnelnden Trägermembranen bestimmt zusammen

mit den mechanischen Eigenschaften des verwendeten Po l y m e r s auch die mechanische Belastbarkeit des Membrans. Um all diese morphologischen Eigenschaften zu visualisieren, hat sich das Rasterelektronenmikroskop als das am besten geeignete Instrument erwiesen. Nicht nur die Oberfläche, sondern auch die Elemente, aus denen das Untersuchungsobjekt zusammengesetzt ist, lassen sich mit dem Rasterelektronenmikroskop bestimmen. So wird die Rasterelektronenmikroskopie zu einer wichtigen Methode für die Entwicklung neuer Membranen. Die Idee, die dem Rasterelektronenmikroskop zugrunde liegt, geht auf


Membranen in der Prozesstechnik Membranes in Process Technology

Arbeiten von Max Knoll und Ernst Ruska im Hochspannungsinstitut der TU Berlin zurück. Das erste, dem heutigen Rasterelektronenmikroskop entsprechende Gerät wurde 1942 bei der Radio Corporation of Amerika von Vl a d i m i r Zworykin, James Hillier und Gerald Snyder vorgestellt. Die Auflösung wurde bereits mit 50 nm angegeben. Das erste kommerzielle Rasterelektronenmikroskop brachte 1964 Cambridge Instruments auf den Markt. Mit den besten derzeit auf dem Markt verf ü g b a r e n Mikroskopen lassen sich Auflösungen von 0,7 bis 1,2 nm bei einer optimal präparierten Probe erzielen. Für die Abbildung im Rasterelektronenmikroskop wird die Probeno b e rfläche mit einem scharf gebündelten Elektronenstrahl abgetastet. Die im Licht der Elektronen dargestellte Probe kann je nach Bildgebungsverfahren und Präparationsmethode ein ganzes Bündel an Informationen vermitteln. Wir nutzen für die Abbildung und die Analyse unserer Proben drei Signale, die wir mit spez i f ischen Detektoren auffangen und weiter verarbeiten.

Membranen in der Herz-Lungenmaschine versorgen Patienten mit dem lebensnotwendigen Sauerstoff und entfernen das Atemgas CO2 aus dem Blut. Membranes in a heart-lung machine regulate the oxygen content and remove the carbon dioxide in the patients blood.

1. Sekundärelektronen: Für die Abbildung von Oberflächen bei höchst möglicher Auflösung nutzen wir Elektronen, die durch einen inelastischen Streuprozess

des Elektronenstrahls mit der Probe entstehen. Die seitlich ausgerichtete Position des Sekundärelektronendetektors vermittelt den Eindruck einer von der Seite beleuchteten Probe mit Lichtern und

Das Rasterelektronenmikroskop ist ein leistungsfähiges Werkzeug zur Untersuchung von Membranproben. Es ermöglicht hoch aufgelöste Bilder der Oberfläche und des Querschnittes sowie Informationen über die Materialzusammensetzung und Verteilung der untersuchten Membranen.

Die Qualität der Untersuchungsergebnisse hängt stark von der vorhergehenden Präparation ab. Um Kondensation von Wasserdampf auf der kalten Bruchfläche zu vermeiden, wird bei empfindlichen Proben die Präparation unter trockenem Stickstoff durchgeführt.

The scanning electron microscope is a powerful tool for membrane investigation. It results in high resolved pictures of membrane surface and cross section and information about composition and element distribution of the observed samples.

The quality of investigation depends on the quality of the foregoing preparation. To avoid condensation of water vapor on the fractured surface, the preparation of sensitive samples is made in a dry nitrogen atmosphere.

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Schatten. Dabei erscheinen dem Detektor zugeneigte Flächen heller als Flächen, die zu der Detektor abgewandten Seite geneigt sind. Aber auch die Rauigkeit, die Orientierung bei kristallinen Materialien und die Stoffzusammensetzung spielen eine Rolle bei der Kontrastentstehung im Sekundärelektronenbild. Die niedrige Energie der Sekundärelektronen von 2 – 5 eV ermöglicht eine hoch aufgelöste Abbildung der Oberfläche, da nur die Elektronen, die unmittelbar an der Oberfläche entstanden sind, zum Detektor gelangen können. 2. Rückstreuelektronen: Rückstreuelektronen entstehen bei elastischer Streuung des Primärelektronenstrahls im Probenmaterial. Stellt man die Probe mit Hilfe eines Rückstreuelektronendetektors dar, so verschwinden die im Sekundärelektronenbild sichtbaren Oberflächendetails, und es lassen sich Elemente verschiedener Ordnungszahlen unterscheiden. Schwere Elemente erscheinen im Rückstreuelektronenbild heller als leichte Elemente. Die Energie der Rückstreuelektronen ist deutlich höher als die der Sekundärelektronen, sie reicht bis hin zu der des anregenden Elektronenstrahls. Das Rückstreuelektronenbild ist somit immer das Abbild eines oberflächennahen Volumensegments. Mit wachsender Beschleuni-

Das Verteilungsbild für die Elemente Quecksilber, Silber, Zinn und Kupfer, aufgenommen mit dem Röntgendetektor Mapping of mercury, silver, tin and copper, investigated with the x-ray detector

gungsspannung wird die angeregte Schicht immer dicker und die Ortsauflösung geringer. So lassen sich auch Objekte unterhalb der Oberfläche lokalisieren, sie erscheinen jedoch nur unscharf, da der Elektronenstrahl beim Eindringen in die Probe aufgefächert wird. 3. Röntgenstrahlung: Trifft der energiereiche Primärelektronenstrahl auf die Materie der Probe, so wird auch Röntgenstrahlung frei. Möchte man eine präzise Information über

die Materialzusammensetzung und Verteilung, so ist das mit Hilfe eines Detektors für die von der Probe emittierte Röntgenstrahlung möglich. Dabei nutzt man die für jedes Element typische charakteristische Röntgenstrahlung, die von dem vom Primärelektronenstrahl angeregten Volumen ausgeht. Mit einem Halbleiterdetektor lassen sich so die Elemente des Pe r i o d e nsystems ab Bor in der Probe nachweisen. Für die Untersuchung von Membranen ist dieses Verfahren insbesondere für die Lokalisierung von Stoffen

Das Rückstreuelektronenbild, hier sind die Elemente der Legierung unterschiedlich hell zu erkennen.

Das Sekundärelektronenbild einer Amalgamfüllung zeigt deutlich die Oberflächenstruktur der Probe.

Elements with different atomic numbers are observed in different brightness utilizing the backscattered electrons.

The Secondary electron image shows clearly the surface structure of a dental amalgam filling.

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Membranen in der Prozesstechnik Membranes in Process Technology

interessant, die zur Fu n k t i o n alisierung der Membran eingebracht wurden. Als Beispiel für verschiedene Kontraste ist die Oberfläche einer Amalgamprobe abgebildet. An dieser Probe lässt sich beispielhaft die mit den entsprechenden Detektoren gewonnene Information demonstrieren. Die Anregungsbedingungen, das heißt Beschleunigungsspannung und S t r a h l s t r o m, waren für alle drei Abbildungen gleich (20 kV, 6*10-11 A). Wie bei allen Methoden der Mikroskopie ist auch in der Rasterelektronenmikroskopie das Ergebnis der Arbeit von der Qualität der Präparation abhängig. Zur optimalen Darstellung von Membranen bei hoher Auflösung war es erforderlich, die Präparationsmethoden auf die spez i f i s c h e n Eigenschaften der Proben abz ustimmen. Ziel einer jeden Präparationsmethode ist, die zu untersuchende Struktur so zu konditionieren, dass sie mit der erf o r d e rlichen Abbildungsmethode untersucht werden kann, ohne durch die Präparation oder während der Bearbeitung im Mikroskop eine erkennbare Veränderung zu erf a hren. Die wesentlichen Schritte einer Präparation umfassen: freistellen und stabilisieren der Strukt u r, entgasen der Probe und bei den üblicherweise nicht leitenden Polymerproben eine leitfähige Beschichtung.

An Tankstellen schützen Membranen den Menschen vor schädlichen Benzindämpfen und helfen Treibstoff zu sparen. At the gas station membranes protect men against harmful evaporants and help saving fuel.

Die klassische Methode zur leitfähigen Beschichtung von REM-Proben ist das Magnetronsputterverfahren. Vergleichende Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass insbesondere die feinstrukturierten Oberflächen poröser Membranen durch die Belastung während des Sputterverfahrens signifikant verändert werden. Die Ursachen für diese Veränderung sind sowohl auf eine thermische Belastung als auch auf Verän-

derungen der Polymereigenschaften durch den Einfluss geladener Teilchen des Plasmas zurückzuführen. Es konnte gezeigt werden, dass der Einsatz einer Neutralteilchenquelle und eine Flüssigstickstoffkühlung der Probe während des Beschichtungsvorgangs geeignet sind, eine leitfähige Beschichtung ohne eine im Rasterelektronenmikroskop nachweisbare Veränderung der Probenoberfläche

Drei Beispiele von Membranen, hergestellt aus unterschiedlichen Polymeren und drei Abbildungen der Porenoberfläche typischer Membranproben Examples of three membranes, made of different materials and three porous surfaces of typical membranes

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zu erzeugen. Bei der Neutralteilchenquelle handelt es sich um ein Sputterverfahren, bei dem das Plasma in einem, mit einer kleinen Blende abgeschlossenen Volumen brennt. Die Metallteilchen und geladene Teilchen des Plasmas treten durch diese Blende aus und passieren ein starkes elektrisches Feld, das nur die neutralen Metallatome, die zur Beschichtung der Probe benötigt werden, passieren lässt. Präparation bei Flüssigstickstoff gekühlter Probe unter konsequenter Abschirmung der Probe vor dem Plasma ermöglichen es, Membranoberflächen ohne die sonst üblichen Präparationsartefakte leitfähig zu beschichten und so die elektronenoptische Abbildungsleistung des Rasterelektronenmikroskopes optimal zu nutzen. Die analytischen Fähigkeiten und eine speziell auf diesen Probentyp optimierte Präparationsmethode sind die Basis für eine Untersuchungsmethode von Membranenquerschnitten und Elementenanalyse zur Lokalisierung eingelagerter Metallsalze. Carriermembranen zur Trennung von Olefin-Paraffin-Gemischen bestehen aus einem in Polymer eingelagerten, stark hygroskopischen Silbersalz. Die

Carrier Membran Silver-carrier membrane

Verteilung des Silbersalzes im Polymer, die Dicke der trennaktiven Schicht, die Qualität der Oberflächenpassivierung und die Eindringtiefe des Beschichtungsmaterials in den Träger waren die wesentlichen Fragestellungen für die Untersuchung am Rasterelektronenmikroskop. Dafür wurde eine Untersuchungsmethode entwickelt, die es ermöglicht, die Verteilung von im Polymer eingelagerten Metallverbindungen zu bestimmen. Die Methode beinhaltet ein modifiziertes Gefrierbruchverfahren, die leitfähige Beschichtung mit Kohlenstoff und für die Abbildung und Analyse eine externe Steuerung des Rasterelekt r o n e n m i k r o s k o p e s . Die klassische Präparationsmethode zur Darstellung eines Membranquerschnittes ist das Gefrierbruchverfahren. Hierbei wird die Probe in flüssigem Stickstoff abgekühlt. Das Polymer wird dabei sprödhart und lässt sich dann leicht brechen. Diese Methode führt jedoch bei der Präparation der Silbersalz beladenen Carriermembranen zu deutlichen Artefakten auf der zu untersuchenden Oberfläche. Das im Polymer gelöste Silbersalz ist stark hygroskopisch, so dass die auf der kalten Probe kondensierte Luftfeuchte ein Ausbluten des Salzes verursacht. Nach Erwärmung der Probe findet dann eine Rekristallisation des im Ko n d e n swasser gelösten Salzes auf der freigestellten Oberfläche statt.

In trockenem Stickstoffgas getrockneter Carrier Membran Membrane, fractured under dry nitrogene. BSE-image and line-scan of Si, Ag and Cl.

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Für die Präparation hygroskopischer Membranproben wurde daher ein Kryobruchverfahren entwickelt, das Präparationsart efakte durch Ko ndensation von Luftfeuchte auf der kalten Bruchfläche vermeidet. Dabei werden sämtliche Arbeitsschritte, die bei tiefer Temperatur

der Probe erfolgen, unter Schutzgas ausgeführt. Die Schwammstruktur der Membran und das nur aus leichten Elementen zusammengesetzte Probenmaterial führen bei hoher Beschleunigungsspannung schnell zu einem großen angeregten Volumen und damit zu einer signifikanten Verringerung der Ortsauflösung. Um eine ausreichende Auflösung für die Abbildung im RE-Bild und bei der Röntgenanalyse zu erzielen, muss daher die Beschleunigungsspannung so niedrig wie möglich gehalten werden. Damit scheidet die leitfähige Beschichtung mit Gold-Palladium, wie sie für die Abbildung im SE-Kontrast eingesetzt wird, aus. Um bei niedrigst möglicher Beschleunigungsspannung und daraus folgend mit höchstmöglicher Ortsauflösung arbeiten zu können, werden die Proben für die Abbildung im RE-Bild und für Röntgenanalyse im Elektronenstrahlbedampfungsverfahren mit Kohlenstoff beschichtet. In Kohlenstoff ist die Reichweite der Elektronen deutlich größer und die Abschirmwirkung für die entstehende Röntgenstrahlung geringer. Thermisch sensitive Proben können zusätzlich mit flüssigem Stickstoff gekühlt werden. Die schon erwähnten Probeneigenschaften, geringe Dichte und Zusammensetzung aus leichten Elementen, ergeben ein sehr schwaches Röntgensignal. Es ist daher für eine genaue Messung notwendig, den Elektronenstrahl gezielt Punkt für Punkt über die Probe zu führen. Das ist jedoch mit der Strahlsteuerung des Rasterelektronenmikroskops nicht möglich. Für eine ausreichende Flexibilität bei der Wahl der Scanparameter und eine entsprechend angepasste Datenerfassung wurde daher eine externe Steuerung des Rasterlektronenmikroskops eingesetzt. Die externe Strahlsteuerung ermöglicht die gleichzeitige Erfassung mehrerer Kanäle des Röntgendetektors und der Bild erzeugenden Detektoren. So kann die Messzeit für die einzelnen Rasterpunkte optimal auf die Probenbeschaffenheit abgestimmt werden. Mit diesem Ve rfahren sind nur zwei Scans für ein Rückstreuelek-


Membranen in der Prozesstechnik Membranes in Process Technology

tronenbild und die Lokalisierung von bis zu vier Elementen im Linescanverfahren erforderlich. Auch für die zweidimensionale Darstellung der Elementenverteilung, der Mapping, lassen sich mit der externen Strahlsteuerung Rasterweite und Verweildauer des Elektronenstrahls für jeden Messpunkt exakt steuern und so auch bei geringen Zählraten verwertbare Ergebnisse erzielen. Der ortsbezogene Konzentrationsverlauf zeigt im Linescan für die Elemente Si, Ag, und Cl farbig über ein Rückstreuelektronenbild gelegt. Die grüne Linie kennzeichnet den Verlauf des Elektronenstrahls. Das Siliziumsignal identifiziert die zusätzlich aufgebrachte Silikonschicht, die Ag- und Cl-Linien zeigen die Konzentration und den Umsetzungsgrad des aus Silberchlorid gebildeten Carriermaterials. Die Gefrierbruchmethode führt unter normalen Bedingungen zu einer Kondensation von Luftfeuchtigkeit und Rekristallisation des herausgelösten Salzes auf der Probenoberfläche. Die Präparation unter Schutzgas verhindert diese Kondensation. Auf der nun sauberen Bruchfläche kann die Ve rteilung des Silbers über die Membran gemessen werden. Die Kombination aus Abbildung bei höchster Auflösung und ortsbezogener Analyse macht aus dem Rasterelektronenmikroskop ein leistungsfähiges Werkzeug zur Steuerung von Strukturen, die in ihrer Ausdehnung oft nur den Bruchteil der Wellenlänge des Lichtes ausmachen. Dem Entwickler ist es mit den so gewonnenen Daten möglich, seine Membran optimal auf

Blick in das Innere der Neutralteilchenquelle. A view inside the penning sputter coater.

die vorgesehene Trennaufgabe abz ustimmen. Als Instrument zur Qualitätskontrolle kann das Rasterelektronenmikroskop mit dazu beisteuern, dass Veränderungen der Morphologie oder der Zusammensetzung schnell aufgedeckt werden. Sollte einmal eine Membran ihren Dienst versagen, so ist das Licht des scharf gebündelten Elektronenstrahls ein zuverlässiger Helfer bei der Suche nach der Schadensursache. Besonders

bei der Membranentwicklung nutzen Chemiker, Physiker und Ingenieure die Rasterelektronenmikroskopie. Dabei hilft ihnen nicht nur die unseren Sehgewohnheiten entsprechende und deshalb besonders ergonomische Darstellung der Sekundärelektronenbilder sondern auch die Möglichkeit, gezielte Veränderungen sicher nachzuweisen. So manches Patent ziert heute eine im Rasterelektronenmikroskop entstandene Abbildung.

Summary The Surface and bulk morphology of the different membrane layers as well as their composition determine their separation capabilities in technical applications. The investigation with the scanning electron microscope results in high resolved pictures of surface and cross section and information of material composition and distribution

by means of x-ray analysis. To avoid preparation artifacts in the scale of nanometers, the preparation methods have to be specially adapted to the physical properties of the membrane material. Visualization with high resolution and minimized risk of structural changing during the preparation are the result of the preparation methods developed at GKSS. Element specific images in

the back scattering electron mode and x-ray microanalysis give additional information on composition and element distribution. This is a important information for the investigation of complex structured membranes like carrier membranes or catalytic membranes which contains functional metallic compounds.

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Vom Labor zum großtechnischen Einsatz – Sanierung schwefelsaurer Bergbaurestseen Es scheint auf den ersten Blick vielversprechend: Die im Osten Deutschlands liegenden zahlreichen Bergbaurestseen und Abraumhalden des Braunkohletagebaus werden renaturiert, und schon bald entsteht eine idyllische Seenlandschaft. Doch die Realität sieht anders aus. Viele dieser Gewässer lassen weder die Entwicklung einer natürlichen Artenvielfalt zu, noch sind sie für Fischerei oder gar Badebetrieb geeignet. Sie sind schwefelsäurehaltig und mit einem pH-Wert zwischen 2,6 und 2,9 biologisch nahezu tot. Ein HGF-Strategiefondsprojekt setzt hier an und zeigt erste Erfolge. Wissenschaftliche Studien haben gezeigt, dass der natürliche Selbstreinigungsprozess dieser Gewässer viele Jahrzehnte benötigen würde. Es ist jedoch möglich, und das haben Laborversuche bereits bestätigt, mit Hilfe biotechnologischer Verfahren, unter Einsatz von Mikroorganismen, diesen Reinigungsprozess erheblich zu beschleunigen. Vom ersten Laborversuch bis zum realen Einsatz in den Bergbaurestseen ist es jedoch ein weiter Weg. Unter Beteiligung von fünf HGF-Zentren werden diese Laborversuche jetzt im großtechnischen Maßstab umgesetzt. Die

Die Idylle trügt, denn mit einem pH-Wert von 2,6 lebt kein Fisch in diesem Wasser. A nice environment - nearly an idyll, but no fish can live in this water with its pH of 2,6.

Versuche finden in einem Restloch nahe Plessa in der Lausitz statt. Der See hat ein Volumen von 500.000 m3, der Sulfatgehalt beträgt ca. 1.200 mg/L bzw. 600 t und der pH-Wert liegt bei 2,6. Der Ursprung für den Sulfateintrag in die Seen sind die großen Abraumhalden. Sauerstoff aus der Luft und sauerstoffreiches Regenwasser oxydieren das in den Halden enthaltene Pyrit und schwemmen über Oberflächen- und Grundwasser das schwefelsäurehaltige Wasser in die

Seen. Zusammen mit der UFZ-Sektion Gewässerforschung Magdeburg ist es daher das Hauptziel bei GKSS, Verfahren zur in situ Neutralisation des gebildeten sauren Seewassers zu entwickeln. Um einen weiteren Schwefelsäureeintrag in die Seen zu unterbinden, befassen sich beteiligte Projektpartner auch mit der Entwicklung von Verfahren zur Reduzierung der sauren Zuflüsse aus den Abraumhalden. Kleintechnische Landversuche mit Bioreaktoren zur Sulfatreduktion auf

Quasi einen ”See im See" bildet das Enclosure. Es reicht von der Wasseroberfläche bis zum Grund des Sees. The enclosure - ”a lake in the lake” - separates the enclosed water from the surface to the bottom of the acid lake.

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Membranen in der Prozesstechnik Membranes in Process Technology

mikrobiologischer Basis sind bereits erf o l greich durchgeführt worden. Für einen flexiblen Einsatz an unterschiedlichen Standorten sind in situ Systeme mit ihrem vergleichsweise geringen Energiebedarf besser geeignet. Die Entwicklungsziele bei GKSS in diesem Projekt sind daher:

Neutralisation schwefelsaurer Seen Neutralization of acid lakes

1. Entwicklung von Groß-Enclosures mit einem Durchmesser bis zu 30 m und deren Einsatz als in situ Systeme. 2. Leistungssteigerung angewandter Verfahrensprinzipien zur kosteneffizienten Umwandlung des säurebildenden Sulfats unter Nutzung der von GKSS entwickelten EnclosureSysteme als Bioreaktoren. Anstelle der bisherigen Enclosures mit nahezu starrer Struktur entwickelte GKSS ein flexibles EnclosureSystem, das vorgefertigt und zusammengerollt auf einem Lkw transportiert und mit geringer Krankapazität entladen werden kann. Es wird vor Ort entrollt und flach auf dem Wasser liegend zum Einsatzort geschleppt und dort mit Druckluft und Zugleinen entfaltet und verankert. Dieser Folientank reicht von der Oberfläche bis zum Grund und bildet so einen "See im See". In ihm werden die von GKSS konzipierten eigentlichen Bioreaktoren installiert. Mit einem Durchmesser von 1,5 m bis 3 m und einer Gesamthöhe von 7 m enthalten sie im unteren Teil Sektionen, die mit Stroh gefüllt sind. Sie bilden den Lebensraum der Bakterien, die - mit Nährstoffen versorgt - die eigentliche "Arbeit verrichten", indem sie dem Sulfat den Sauerstoff entziehen und es zu Pyrit zurückverwandeln. Die ersten Seeversuche

mit diesem System und auch die Technikumsversuche an der Uni Cottbus (GKSS-Hochschulprogramm) verliefen über mehrere Monate planmäßig und störungsfrei. Durch Optimierung des Gesamtsystems sollen in Zukunft Solarzellen und Windkraft vor Ort für einen wirtschaftlichen Betrieb derartiger Systeme sorgen.

innerhalb weniger Jahre die Wasserqualität drastisch verbessern könnten. Nach den Feldversuchen wird GKSS die Übertragbarkeit des Verfahrens auf andere Seen untersuchen. Danach sollte letztlich ein ausgereiftes in situ Verfahren zur kosteneffizienten Neutralisierung schwefelsaurer Seen für den weltweiten Einsatz vorliegen.

Berechnungen haben ergeben, dass drei derartige Enclosure-Systeme

Summary Large cavities have been originated in brown coal open cast activities in the eastern part of Germany. Most of them in the area of "Lausitz” are filled up with acid water generated by rain and groundwater crossing the aerated stockpiles. This process is responsible for the conversion of originally existing pyrite into sulphate. It is estimated

that more than 3 million tons of sulphate will be solved in the waters. The use of such lakes is far beyond the limit for fishery activities. It is the aim of an HGF-Strategi e f o n d sprojekt to develop sanitation strategies for the neutralization of such lakes. The project started midst

of 1998, the project management lies in hands of UFZ Leipzig-Halle, Sektion Gewässerforschung, Magdeburg. A lake (Restloch (RL) 111) with a pH of 2,6 sited near Plessa has been chosen as demonstration object for the needed in situ investigations.

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Hochselektive Stofftrennungen mit Carriermembranen M e m b r a n v e rfahren werden vielfältig zur Trennung von Lösungen, Gasen oder Dämpfen angewandt. Im Allgemeinen trennen die Membranen nach Größe, Löslichkeit, Diffusionsgeschwindigkeit oder Ladung. Eine hochselektive Tr e n n u n g ist aber auch zu erreichen, wenn eine Komponente eines Stoffgemisches auf der einen M e m b r a n s e i te (Fe e d s e i te) in reversibler Weise chemisch an eine in der Membran befindliche reaktionsfähige Ste l l e (Carrier) gebunden und nach dem Dissozieren dieser Ve rbindung mit dem nächste n Carrier erneut reagi e rt . Durch vielfaches Wi e d e r h o l e n dieses Vorgangs kann der gewünschte Stoff durch die Membran transport i e rt und auf der Gegenseite (Pe r m e a t s e i t e ) wieder freigesetzt werden. Der Permeand tritt letztlich in unverä n d e rter Form auf der anderen Membranseite wieder aus.

Man spricht vom erleichterten oder carriervermittelten Transport.

Querschnitt einer Kompositmembran Cross section of a composite membrane

Bei den zu trennenden Stoffen kann es sich um Ionen, gelöste Neutralstoffe, Gase oder Dämpfe handeln. Solche Trennprozesse findet man z.B. in der Natur beim ionenselektiven Transport durch biologische Membranen. Wi rtschaftlich sehr interessant erscheint die Trennung von Gasgemischen. Seitdem der erleichterte Transport in den sechziger Jahren im Labor erstmals für die Stofftrennung in synthetischen Membranen angewendet wurde, sind viele Anstrengungen unternommen worden, dieses Prinzip industriell zu nutzen. Es konnte aber bislang nicht in großtechnischen Proz e s s e n angewendet werden. Die GKSSForschungsarbeiten haben daher das Ziel, äußerst dünne Polymerschichten zu erzeugen, die Carrier in möglichst hohen Konzentrationen enthalten.

Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme des Querschnittes einer Kompositmembran mit einer kupferhaltigen trennaktiven Schicht Scanning electromicrograph of a cross section of a composite membrane with a Copper containing skin layer

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Technisch handhabbare CarrierMembranen werden sogenannte Komposit-Membranen sein. Das sind Membranen, die auf einem porösen


Membranen in der Prozesstechnik Membranes in Process Technology

Trägermaterial, in der Regel eine Polymermembran vom Ultrafiltrationstyp, eine nur wenige Mikrometer dicke trennaktive Schicht besitzen. Auf diese Weise wird der Widerstand der Membranen für den Permeatstrom reduziert, so dass die erforderliche Produktivität erreicht werden kann. Ein wichtiger potenzieller Anwendungsbereich sind Gastrennungen in der Mineralölindustrie. Oft ist der Unterschied von Kohlenwasserstoffen in ihren physikalischen Eigenschaften so gering, dass eine Trennung durch das klassische Verfahren der Rektifikation gar nicht oder zumindest nicht in wirtschaftlich vertretbarem Maße möglich ist. Für die Trennung von ungesättigten und gesättigten Kohlenwasserstoffen lassen sich Übergangsmetallionen als Carrier nutzen, die dazu in geeignete Polymerschichten eingebaut werden müssen. Bisher wurden hauptsächlich Silbersalze für diese Trennaufgabe genutzt. In früheren Arbeiten wurde bei GKSS aus dem kommerziell verfügbaren Nafion®-Polymer eine mit AgBF 4 dotierte Membran hergestellt, um iso-Buten aus einem Gemisch mit n-Butan abzutrennen. Der Einsatz dieser Membran wurde jedoch durch ihre mangelnde Langzeitstabilität verhindert. In letzter Zeit wurde von GKSS dieser Membrantyp durch Verwendung eines Polyetheramids und Silberperchlorat hinsichtlich Stabilität und Selektivität deutlich verbessert. In anderen Experimenten wurde versucht, einwertiges Kupfer als Carrier für ungesättige Kohlenwasserstoffe zu verwenden.

Das Auftragen einer dünnen trennaktiven Schicht auf eine Trägermembran Coating a very thin separating active layer onto a support membrane

Auch für die Abtrennung von Kohlendioxid aus Gasgemischen besteht in vielen Prozessen der chemischen Industrie ein steigender Bedarf. Genannt seien die CO2-Abtrennung von Methan bei der Erdgaskonditionierung oder der Deponiegasbehandlung, die CO2-Wasserstoff-Trennung bei der Dampfreformierung von

Kohlenwasserstoffen sowie die CO2Abtrennung aus Abgasen von Kraftwerken oder Gasturbinen zur Verringerung des globalen Treibhauseffektes. Schließlich sind hier auch medizinische Anwendungen zu erwähnen wie z.B. die CO2-Abtrennung aus modernen Narkosegas-Kreisläufen.

reaction between the permeand and the membrane (facilitated or carrier mediated transport). The separation of gas mixtures by carriermembranes appears very promising from a technical point of view. Experimental membrane samples often show excellent separation factors, but they have not met the

permeability requirements for an economic use so far. Composite membranes enabling a facilitated transport can be made by incorporation of carriers in the polymeric membrane material and coating of porous support membranes with thin selective layers of the carrier-polymer.

Summary Membrane processes are able to separate liquid mixtures as well as mixtures of gases or vapours according to the sizes, solubilities, rates of diffusion or charges of the components. A separation is also possible using membranes in which the transport is coupled to a specific chemical

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Wasser und Klima im Lebensraum Küste Water and Climate in the Coastal Zones

Überblick Umweltforschung dient dazu, das komplexe Zusammenspiel zwischen natürlichen und anthropogen beeinflussten Parametern von regionalen und globalen Ökosystemen besser zu verstehen und aus diesem Verständnis heraus Handlungsempfehlungen zu entwickeln mit dem Ziel, die Qualität des "Lebensraums Erde" zu sichern und zu verbessern. Eine auf diese Ziele ausgerichtete Forschung kann nur dann erfolgreich sein und nachhaltige Ergebnisse liefern, wenn sie multidisziplinär und nach dem jeweiligen Stand der Technik erf o l gt. Zentrales Anliegen der Umweltforschung ist, die oft sehr komplexen Fragestellungen einer Lösung näher zu bringen, die beiden betroffenen Pa rtnern, der Umwelt und dem Menschen, gerecht wird. Die GKSS-Umweltforschung steht unter dem Thema ”Wasser und Klima im Lebensraum Küste” und hat das Ziel, die Wechselwirkungen zwischen physikalischen, chemischen und biogeochemischen Prozessen zu analysieren. Hierbei sind die kritischen Faktoren,

die aufgrund natürlicher Entwicklungen und Eingriffe durch den Menschen zu Veränderungen der Ökosysteme führen, zu identifizieren und so zu b e w e rten, dass Handlungsoptionen abgeleitet werden können, die zu nachhaltigen Entwicklungskonzepten führen. Der Brückenschlag zwischen Wissenschaftlern und Verantwortlichen aus Politik, Verwaltung und Wirtschaft ist hierbei von besonderer Bedeutung. Die zentrale Fragestellung lautet also: Wie kann die Erhaltung oder gar Verbesserung der wirtschaftlichen und sozialen Lebensbedingungen mit der dauerhaften Sicherung der natürlichen Lebensgrundlagen in Einklang gebracht werden? Im Mittelpunkt der Forschungen stehen Untersuchungen des Transportes und des Austausches von natürlichen und anthropogen eingetragenen Stoffen in den küstennahen Bereichen auf Land und See sowie des Energie- und Wasserkreislaufes in der Atmosphäre und am Boden. Diese Regionen bieten den Lebensraum für viele Mil-

lionen Menschen und werden wirtschaftlich und auch touristisch intensiv genutzt, was sich in den vergangenen 50 Jahren vielfach nachteilig auf die Umwelt ausgewirkt hat. Darüber hinaus soll die GKSS-Umweltforschung wissenschaftlich abgesicherte Grundlagen und Lösungskonzepte erarbeiten, die Modellcharakter für Problemlösungen in Ländern des osteuropäischen Raumes und der Dritten Welt besitzen können. Die herausragende Bedeutung und der konkrete Anwendungsbezug der Forschungsergebnisse wird noch verstärkt vor dem Hintergr u n d , dass weltweit über die Hälfte der Menschheit in küstennahen Zonen lebt und arbeitet. Diese Gebiete werden sich auch als Folge von Klimawandlungen ändern können. GKSSUmweltforschung ist daher in nationale Projekte und in internationale Programme der EU, der UNO, der ESA und anderer Organisationen eingebunden und beteiligt sich an weltweit koordinierten Projekten, denn Umweltprobleme machen vor nationalen Grenzen nicht Halt.

Overview Environmental research serves to create a better understanding of the complex interrelationships between natural and anthropogenically influenced parameters in regional and global ecosystems, and to make recommendations for safeguarding and improving the quality of life on our planet on the basis of the knowledge gained. Environmental research geared toward these goals can only be successful and deliver sustainable results if it is conducted in a multidisciplinary fashion in accordance with state of the art technology. A central focus of environmental research is the often very complex issue of trying to come up with a solution suitable for both "partners” on the earth: the environment and humankind. Environmental research at GKSS is devoted to "Water and Climate in the Coastal Environment” with the goal of analyzing the interaction between physical, chemical and bio-geochemical

processes. The focus is on identifying and evaluating the critical factors that lead to changes in ecosystems as a result of both natural developments and the intervention of human beings. Such assessments are used to determine possible courses of action leading to sustainable development concepts. An important aspect here is the link between scientists and representatives of government, administrative bodies and industry. The key question is therefore: How can the maintenance or even improvement of economic and social conditions be reconciled and balanced with the long-term safeguarding of our natural environment? Research here focuses on analyzing the transport and exchange of natural and man-made substances in coastal environments on both land and sea, as well as the energy and water cycle in the atmosphere and on the ground. Coastal regions are home to many

millions of people and are used extensively for economic purposes and tourism, something which has had a detrimental effect on the environment over the last 50 years. Environmental research at GKSS is also intended to develop scientifically-sound concepts and solutions that can serve as models for problem-solving in Eastern European countries and the developing world. The extreme significance and practical application possibilities of research results are reinforced by the fact that more than half of all human beings in the world live in coastal regions that can be affected by climatic changes. GKSS environmental research has therefore been incorporated into national projects and international programs conducted by the EU, UN, ESA and other organizations. GKSS also participates in globally coordinated projects, since in the end, environmental problems do not recognize national boundaries.

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Blei in der Umwelt 1958 – 1997 Umweltbelastung und Umweltpolitik in der Retrospektive Auf der Basis detaillierte r Abschätzungen der Bleiemissionen seit 19 58 wurde mithilfe von Modellrechnungen die atmosphärischen Konzentrationen und Deposition von Blei in Europa für die Zeit von 19 58 bis 19 97 rekonstruiert . Den Hauptanteil an den Emissionen trägt bis heute der K r a f t v e r k e h r. Bis in die 1970 e r Jahre wuchs die Emissionen von Blei unvermindert an; danach wurden durch gesetzliche Maßnahmen die Emissionen in mehreren Schritte n begrenzt, bis in den 19 8 0 e r Jahren das bleifreie Benzin e i n g e f ü h rt wurde. Parallel dazu fielen die atmosphärischen Konzentrationen von Blei stark ab. Eine Analyse von Blut, Pflanzen und Tieren im Hinblick auf Bleikonzentrationen ergab eine deutliche Verbesserung der Lage. Die Politik der Reduktion von Blei in der Umwelt seit 1970 kann als Beispiel einer erf o l greichen und ökonomisch v e rtretbaren Umweltpolitik angesehen werden. Nachfolgend wird der politische und wirtschaftliche Hintergrund der veränderlichen Bleiemissionen rekapituliert. Dann wird das verwendete Modellsystem beschrieben, das aus einer "Regionalisierung" von Wetteranalysen und der Beschreibung des atmosphärischen Transports und der Deposition von Blei besteht. Abschließend werden die Simulationsergebnisse und einzelne Beobachtungen präsentiert. Die Massenmobilisierung in den 1950er und 1960er Jahren in Europa führte zu einem schnell anwachsenden Verbrauch von Benzin und damit zu einem steil anwachsenden Anstieg an Emissionen von Blei durch den Kraftverkehr. Dies führte Ende der 1960er Jahre zur Formulierung von Umweltschutzprogrammen, um der latenten Gefahr für Mensch, Tier und Pflanzen zu begegnen.

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Jährliche Bleikonzentration in der Atmosphäre 1958-1995 Mean annual Pb air concentration in Europe 1958-1995

Die jährlichen Bleikonzentrationen in der Atmosphäre wurden mit einem Transport-Modell berechnet. Bis 1975 ist ein deutlicher Anstieg der Schadstoffkonzentrationen zu beobachten. Der starke Rückgang bis 1995 weist auf erfolgreiche Maßnahmen zur Reduktion von Bleiemissionen hin. The annual atmospheric lead concentrations were estimated using a transport model. From 1958 to 1975 the concentrations increase significantly. Due to led reduction policies, however, up to 1995 the led concentrations have decreased substantially.

In Deutschland wurden gesetzliche Maßnahmen zur Reduktion des Bleigehalts 1972 und 1976 beschlossen, obwohl die Frage der mit der Bleiemission verbundenen Gesundheitsbelastung des Menschen noch ungeklärt war. Ab 1.1.1972 war sowohl die Produktion als auch der Import von Benzin mit einem Bleigehalt von mehr als 0,4 g/l verboten. Ab 1.1.1976 wurde der Bleigehalt im Benzin auf maximal 0,15 g/l vermindert. Bleifreies Benzin wurde in Deutschland 1985 eingeführt. In der

Europäischen Gemeinschaft wurde der Bleigehalt erstmals in 1978 auf 0,4 g /l reduziert. Die Bereitstellung von bleifreiem Benzin wurde innerhalb der Europäischen Union 1989 vorgeschrieben. Aus wirtschaftlicher Sicht waren vor allem Autofahrer, Kfz-Hersteller, Raffinerien und Tankstellen von den neuen Regelungen zur Emissionsminderung betroffen. In Deutschland hatte die Reduktion des Bleigehalts im Benzin 1972 und 1976 keine


Wasser und Klima im Lebensraum Küste Water and Climate in the Coastal Zones

Auswirkungen auf die Verbraucher. In 1985 war die Mineralölindustrie infolge innovativer Produktionstechnologie in der Lage, bleifreies Benzin ohne Zusatzkosten zu produzieren. Die Einführung des Katalysators seit 1985 führte wegen der unterschiedlich hohen Kosten beim serienmäßigen Einbau zu Wettbewerbsverzerrungen auf dem europäischen Automobilmarkt, unter anderem waren Daimler-Benz und Volkswagen deutliche Gewinner. Die Notwendigkeit, nunmehr eine zusätzliche Zapfsäule für bleifreies Benzin vorzuhalten, führte in Deutschland zu Geschäftsaufgaben freier Tankstellen. In den 80er Jahren dominierte das Problem Waldsterben die Diskussion um Luftverschmutzung. Durch die Einführung des Katalysators erwartete man eine signifikante Reduktion der Kfz-Emissionen, die als Ursache des Waldsterbens betrachtet wurden. Wiederum drängte vor allem Deutschland auf eine europäische Gesetzgebung über Kraftfahrzeuge mit niedrig emittierenden Abgassystemen und die Einführung bleifreien Benzins, denn Bleiadditive im Treibstoff würden Katalysatoren zerstören. 1984 wurde in Deutschland ein Gesetz zur Reduktion von

Kfz-Emissionen verabschiedet. Dies beinhaltete nicht nur Steuervergünstigungen für Katalysatorensysteme, sondern auch die Einführung von bleifreiem Benzin ab 1.10.1985. Dieser deutsche Alleingang wurde von den Autoherstellern bekämpft, da sie hohe Exportverluste befürch-

Jährliche Bleiemission europäischer Länder 1980-1996 Annual lead emission in European nations 1980-1996

Während Deutschland, Italien und Großbritannien frühzeitig begannen, die Bleiemissionen zu reduzieren, blieb Frankreich bis 1992 der größte Emittent. Erst 1988 wurden in Frankreich Maßnahmen zur Reduktion des Bleigehalts auf Drängen der EU eingeführt. While Germany, Italy and the United Kingdom began early reduction of lead emissions, France remained the greatest polluter until 1992. It was not until 1988 that France passed a law to reduce the lead content of gasoline, to pressured from the European Union.

teten. Doch erst 1989 verpflichtete die EU-Kommission die Länder, bleifreies Superbenzin anzubieten und empfahl, den Benzin-Bleigehalt europaweit zu senken. Die Reaktion der EU-Staaten war sehr unterschiedlich. In Italien und Großbritannien wurden die Bleiemissionen frühzeitig gesenkt. Obwohl Frankreich innerhalb der EU der größte Emittent war, wurden diese Schwermetallemissionen erst ab 1989 reduziert. Möglicherweise war die Umweltschutzbewegung in Frankreich zu schwach, um den Prozess zu beschleunigen. Vor allem die französische Automobilindustrie versuchte gesetzliche Emissionsreduktionen zu verhindern, weil sie Exportverluste befürchtete. Frankreich exportierte zu dieser Zeit vorwiegend Kleinwagen, deren Verkaufspreis durch den Einbau von Katalysatoren überdurchschnittlich ansteigen würde. In dem GKSS "Bleiprojekt" wurden zunächst die europäischen Bleiemissionen seit den späten 1950er Jahren abgeschätzt. Diese Emissionen wurden dann in einem Transportmodell von Winden innerhalb der atmosphärischen Mischungsschicht verfrachtet und vor allem durch Niederschlag auf Land- und Meeresoberflächen abgelegt. Die dazu erforderlichen Angaben über Wind,

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Mischungsschichthöhe und Niederschlag wurden einer 40-jährigen Simulation mit einem regionalen Klimamodell entnommen, die eine Verfeinerung der auf einem relativ groben Gitter vorliegenden Wetteranalysen auf ein feineres Gitter bewerkstelligt. Im Folgenden werden die verschiedenen technischen Schritte besprochen: zunächst die Regionalisierung, dann die Transportmodellierung. Zur Berechnung der atmosphärischen Stofftransporte wurden hoch aufgelöste Niederschlags- und Winddaten der letzten Dekaden benötigt. Die klimatischen Bedingungen von 1958 bis heute wurden vom US National Center for Environmental Prediction (NCEP) rekonstruiert. Diese Reanalysedaten wurden erzeugt, indem ein globales Klimamodell aus sämtlichen verfügbaren Messdaten zeitlich und räumlich homogen verteilte Atmosphärendaten berechnete. Da die globale Auflösung von etwa 200 x 200 km zu gering ist, um den Transport und die Deposition von Blei über Europa zu berechnen, wurden diese globalen Modellwerte mit einem Regionalmodell verfeinert aufgelöst (50 x 50 km). Dieses sogenannte dynamische D o w n -scaling wurde mit dem Modell REMO berechnet. Die Hauptaufgabe

der Regionalisierung besteht darin, die großräumigen Gegebenheiten beizubehalten und Information im kleinräumigen Bereich hinzuzufügen. Diese auf ein enges Gebiet begrenzten Wetterphänomene entstehen durch regionale Charakteristika wie z.B. kleinere Gebirgszüge und Gewässer. Standardmäßig wird ein Regionalmodell über den Rand des Modellgebiets angetrieben, indem hier die globalen Wetterinformationen in das Modell einfließen. Allerdings kann es mit dieser Methode vorkommen, dass das Regionalmodell großräumige Wetterphänomene neu berechnet und so zu unterschiedlichen Ergebnissen im Vergleich zu den Antriebsdaten kommt. Die Abweichungen sind jedoch nur im regionalen Bereich wünschenswert, da die grob aufgelösten Antriebsdaten nur diesen unzureichend darstellen. Deshalb wurde im Bleiprojekt das sogenannte spektrale nudging entwickelt. Diese Technik schreibt dem Regionalmodell zusätzlich zu den Randdaten die großräumigen Wettercharakteristika der Eingangsdaten auch im Innern des Modellgebiets vor, so dass hier Abweichungen vermieden werden. Die 40-Jahres Simulation ist mittlerweile abgeschlossen, und es wurden eine Reihe von Vergleichen mit Beobachtungsdaten erstellt. Der Vergleich des Windes in 10 m Höhe

Globales NCEP-Modell sowie Regionalmodell The global NCEP-Model and the regional REMO-Model

Die Auflösung im globalen NCEP-Modell (links) von etwa 200 x 200 km ist zu gering, um den atmosphärischen Bleitransport und die Deposition über Europa zu berechnen. Deshalb werden die globalen Modellwerte mit Hilfe des regionalen REMO-Modells (rechts) auf eine verfeinerte Auflösung von 50 x 50 km gebracht. The resolution of the global NCEP-Model (left) is 200 x 200 km coarse to estimate the europewide transport and deposition of led. Therefore the data of the NCEP-Model are transformed to regional data with a 50 x 50 km grid resolution.

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über Rügen zwischen dem Regionalmodell und aus Satellitendaten gewonnenen Windfeldern vom 12. August 1991 zeigt, dass z.B. die Windrichtung beider Datensätze gut übereinstimmt. Dieser atmosphärische Datensatz ist so weit bekannt der längste bisher berechnete regionale Klimadatensatz. Er umfasst sämtliche üblicherweise benötigten meteorologischen Größen im stündlichen Abstand von 19 58 bis 19 97. Zu den aktuellen Anwendungen dieses Datensatzes zählen die Berechnung von Wellen mit dem Wellenmodell WAM in der Irischen See sowie die Rekonstruktion von Wellen und Wasserständen der Nordsee im Rahmen des EUProjektes HIPOCAS. Bei GKSS wird zur Zeit ein Vergleich mit aus Satellitendaten abgeleiteten Wi n dfeldern berechnet. Die Daten dienen außerdem als Antrieb für ein Seegangsmodell zur Rekonstruktion von Sturmereignissen in der Deutschen Bucht und sie werden verwendet innerhalb einer Kooperation mit der Bundesanstalt für Wasserbau, die damit Seegangssimulationen, Wa s s e r s t ä n d e und Strömungen berechnet. Blei ist in der Atmosphäre an Schwebstoffe gebunden und kann durch diese mit Hilfe der großräumigen Zirkulation über weite Strecken transportiert werden. Solche weiträumigen Transporte wurden anhand von erhöhten Bleikonzentrationen in Eiskernen aus entlegenen Gebieten in Zentralgrönland bestätigt. In diesen Eisbohrkernen spiegelt sich die Geschichte der europäischen Bleiverhütung in Form erhöhter Bleiwerte wider. Anhand von Isotopenanalysen wurde deren anthropogener Ursprung nachgewiesen. Demnach finden sich anthropogene Bleigehalte von ca. 2 - 3 pg/g in Schichten, die um die Zeit von 500 vor bis 300 nach Christus datiert sind, 4 pg/g aus dem Mittelalter und der Renaissance und 50 pg/g aus dem 19. Jahrhundert. Der Großteil der Bleikontamination in Höhe von 100 pg/g, der um 1960 erreicht wurde (das entspricht ca. dem


Wasser und Klima im Lebensraum Küste Water and Climate in the Coastal Zones

bare Beobachtungen über lange Zeiten. Die Modellergebnisse sind räumliche Mittel von 250 km2 und mehr, während viele Beobachtungen in den 1970er Jahren in besonders exponierten Lagen, wie Straßenschluchten, vorgenommen wurden und somit nicht repräsentativ für größere Gebiete sind. Allerdings bieten Hochmoore, in denen über die Jahre ohne große vertikale Umlagerungen Bleidepositionen "archiviert " werden, eine gute Möglichkeit der Validierung der Modellergebnisse. Ein Vergleich der simulierten Depositionen mit einem in Dänemark gezogenen Hochmoorkern zeigte eine sehr gute Übereinstimmung des zeitlichen Verlaufs, während die absoluten We rt e sich um bis zu einem Faktor 2 unterscheiden.

Vergleich des Windes zwischen dem Regionalmodell und aus Satellitendaten gewonnenen Windfeldern über Rügen. Der Wind in 10 m Höhe am 12.08.1991 um 21:00 (Regionalmodell) bzw. 21:07 (Satellitendaten). Die Windvektoren des Regionalmodells sind rot, die aus dem Satellitenbild dargestellten Vektoren sind blau. Vor allem die Windrichtung zeigt eine gute Übereinstimmung zwischen dem Modell und den aus Satellitendaten abgeleiteten Winden. Wind data of the regional REMO-model in comparision with satellite data over the island of Rügen. Wind data at the 10 m-level, 12.08.1991, 21:00 (REMO-model), 21:07 (satellite data). The wind vectors of the regional REMO-model are represented in red those of the satellite data in blue. The wind vectors of the two data systems are highly consistent, especially regarding the wind directions.

200fachen des geschätzten natürlichen We rtes) sowie die 150 pg/g um 1984 werden dem organisch gebundenen Blei der Benzinadditive zugeordnet.

Absolut erscheint diese Unsicherheit recht groß, entscheidend ist aber, dass der zeitliche Verlauf gut rekonstruiert wird. Tatsächlich ist eine Unsicherheit von bis zu 100% in solchen Simulationen "normal". Solche Abweichungen werden auch in anderen Studien zum regionalen Tr a n s p o rt und Verbleib anthropogener Stoffe gefunden.

Bleideposition im Moor Lead deposition in moor

Durch trockene oder nasse Deposition, wie zum Beispiel Niederschlag, wird das atmosphärische Blei auf der Erdoberfläche abgelagert. Die Advektion von Blei aus diffusen Quellen wird durch ein horizontales, Lagrangesches, atmosphärisches Transportmodell "TUBES" dargestellt, das mit "flow tubes" statt linearen Trajektorien arbeitet. Das garantiert die Erhaltung der Masse auf jeder Skala, und in Abhängigkeit von den Windbedingungen können sich die "flow tubes" aufweiten oder verengen. Die mit dem Transportmodell berechneten atmosphärischen Bleikonzentrationen zeigen einen deutlichen Anstieg in den Jahren bis 1975 und einen deutlichen Abfall ab 1985. Leider gibt es kaum vergleich-

Bleidepositionen in Storelung Moor in Dänemark nach Messungen in einem Bohrkern (rot) und nach den Simulationen mit dem atmosphärischen Transportmodell (blau). Lead deposition flux at Storelung Moor, Denmark, estimated from peat profile measurement (red) and using the atmospheric transport model (blue).

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Die Ergebnisse der Modellstudie werden derzeit weiter ausgewertet. Insbesondere wird analysiert, wie viel Deposition in den verschiedenen europäischen Ländern und Meeren stattgefunden hat, und welchen räumlichen Ursprung diese Depositionen haben.

Jährliche Blei-Emissionsraten in der Atmosphäre Atmospheric lead emission rates

Kann der Rückgang der Bleiemissionen in Deutschland in verschiedenen Umweltsystemen nachgewiesen werden? Messdaten über die Bleikonzentrationen in einem Ballungsraum und einem ländlichen Gebiet in den Jahren 1986 - 19 9 5 zeigen, dass die Schwermetallkonzentrationen in der Luft im städtischen Bereich deutlich über denen im ländlichen Gebiet liegen. Dieser Unterschied ist durch die verschiedene Dichte des Kraftfahrzeugv e rkehrs bedingt. Wie erwartet sinken die Konzentrationen in beiden Gebieten in Zeitablauf deutlich ab. Innerhalb von 4 bis 5 Jahren sind sie um die Hälfte reduziert. Eine vergleichbare Entwicklung der Bleikonzentrationen wurde auch in Nadeln und Blättern von Bäumen nachgewiesen. In den Jahren 1985 bis 1996 sinken z.B. die Bleigehalte in Fichtennadeln (Picea abies) und Pappelblättern (Populus nigra) im Saarland. Entsprechend dem Rückgang der Atmosphäre sind die Bleikonzentrationen in Pflanzen reduziert, da diese Blei hauptsächlich aus der Luft und nicht aus dem Boden aufnehmen. Dies gilt jedoch nicht für marine und aquatische Lebewesen. Daten über Bleikonzentrationen in Miesmuscheln (Mytilus Edulis) in der Nordsee in den Jahren 1982 - 19 97 variieren zwar stark, zeigen jedoch keinen Rückgang der Bleibelastung. Eine weitgehend konstante Bleikonzentration wurde auch in Fischen festgestellt. Anhand von Daten über die Bleigehalte von Muskeln und Leber verschiedener Fischarten in den 80er und 90er Jahren wurde kein signifikanter Rückgang der Bleibelastung in Elbe und Nordsee nachgewiesen. Die unterschiedliche Reaktion von terrestrischen und marinen bzw.

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aquatischen Lebewesen lässt sich durch die unterschiedliche Aufnahme von Blei erklären. Während Landpflanzen Blei durch die Luft aufnehmen, d.h. von der atmosphärischen Bleikonzentration abhängig sind, wird die Bleikonzentration in Muscheln und Fischen durch den Bleigehalt in Schwebstoffen und Sedimenten bestimmt. Diese sind im Gegensatz zur Atmosphäre Langzeitspeicher für Blei. In den Jahren 1979 - 1997 wurde in mehreren Studien der Bleigehalt im Blut verschiedener Gruppen der deutschen Bevölkerung gemessen. Die Bleikonzentrationen im Blut lag in Deutschland seit 1979 in den archivierten Untersuchungen unterhalb eines Gesundheitsrisiken anzeigenden Grenzwertes. Insofern ist die Einführung des bleifreien Benzins in 1985 als Vorsorgemaßnahme zu

bewerten und nicht mit einer akuten Gesundheitsgefährdung der Bevölkerung zu begründen. Es bleibt aber noch zu analysieren, oder zumindest abzuschätzen, ob die Bleikonzentrationen im Blut in den Hochemissionsjahren um 1970 die kritischen Werte erreicht bzw. überschritten haben. Weitere Informationen zu diesem Beitrag finden Sie unter: http://w3g.gkss.de/staff/blei


Wasser und Klima im Lebensraum Küste Water and Climate in the Coastal Zones

Bleikonzentrationen in Sprossen und Blättern 1985-1996 Lead concentrations in sprouts and leaves 1985-1996

Entsprechend der sinkenden Bleikonzentration in der Atmosphäre sinken die Bleigehalte von Sprossen und Blättern im Zeitablauf. Die Reduktion des Bleigehalts im Benzin wirkt sich auf Landpflanzen positiv aus. The lead concentrations in spronts and leaves. The same development could be observed regarding amospheric lead concentrations. It seems that the reduction of lead in gasoline has positively influenced the lead levels of these two environmental systems.

Die Mitarbeiterinnen des ”Bleiprojekts” (von links): C. Hagner (soziökonomische Analyse) M. Costa Cabral (Bleitransportmodellierung) F. Feser (Regionalisierung von Wetteranalysen) The ”lead-project-women” (from left): C. Hagner (sozio-economic-analysis) M. Costa Cabral (lead-transport-modeling) F. Feser (devolution of weather-analyses)

Bleikonzentration in Miesmuscheln 1982-1997 Lead concentration in Blue Mussels 1982-1997

Summary

In den Jahren 1982 - 1997 bleiben die Bleigehalte in Miesmuscheln der Nordsee relativ konstant. Im Gegensatz zu Landpflanzen, die Blei aus der Atmosphäre aufnehmen, werden die Bleikonzentrationen in aquatischen und marinen Systemen durch die Bleigehalte der Schwebstoffe und Sedimente bestimmt. In 1982 - 1997 the lead levels did not decrease significantly in Blue Mussels from the North Sea. In contrast to terrestrial plants the lead contamination of aquatic and marine systems is determined by lead concentration of suspended matter or sediments and not by atmospheric lead pollution.

Detailed estimates of European emissions of lead since 1958 were processed with an atmospheric model to reconstruct pathways and depositions of lead from 1958 to 1997. Most of the airborne lead was emitted by roadway traffic burning leaded gasoline. Until the 1970s the emissions grew strongly. In the 1970s and 1980s measures to limit the emissions of lead were implemented. Specifically, in the 1980s, unleaded gas was introduced in Europe. These measures caused a significant decrease of lead concentrations in the atmosphere, in plants and in humans. The policy of reducing the emissions of lead into the atmosphere may be considered an example of ecologically and economically successful policy.

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Vieles hängt vom Wasser ab! BALTEX und der Wasserkreislauf Das international koordinierte Baltic Sea Experiment (BALTEX) befasst sich mit dem Wasserkreislauf über dem Einzugsgebiet der Ostsee. Dieser ist nicht nur verantwortlich für die Verteilung des für das menschliche Leben und die Natur so wichtigen Elements, Wasser, über die enge Kopplung mit dem Energiekreislauf greift er auch bestimmend in das regionale und globale Klima ein. Wesentliche, die Koordination, die messtechnische Erfassung und die Modellierung betreffende Beiträge zu diesem Forschungsprojekt liefert das GKSS-Institut für Atmosphärenphysik. Ohne Wasser gäbe es kein organisches Leben, wie wir es kennen, auf unserem Planeten. Die langfristige Verfügbarkeit dieses Lebenselementes ist daher für unsere Erde von immenser Bedeutung. Ein kontrolliertes Management der Wasservorräte

erfordert genaue Kenntnisse der jeweiligen Mengen in den Ästen des Wasserkreislaufs. Diese Kenntnisse können nur aus einem engen Zusammenspiel von Messungen und Modellen gewonnen werden. Sowohl Messungen als auch Modelle sind noch nicht ausgereift und

Wasserkreislauf über dem Ostseeeinzugsgebiet Water cycle of the Baltic Sea

Der Wasserkreislauf errechnet mit dem regionalen Wetter- und Klimavorhersagemodell "REMO" über dem Ostseeeinzugsgebiet als Mittelwerte für drei verschiedene Monate. Catchment area for three different months calculated by the original weather and climate prediction model ‘REMO’

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besitzen zum Teil noch bedeutende Fehlerquellen. Besonders langfristige Prognosen sind heute noch wenig belastbar. Regionale Großprojekte, in denen Wasserkreisläufe über größeren Wassereinzugsgebieten detailliert untersucht werden, wurden daher von verschiedenen Programmen der internationalen Erdsystemforschung angeregt und unterstützt. GKSS hat bereits 1992 diese Herausforderung aufgegriffen und mit deutschen und internationalen Forschungspartnern BALTEX (Baltic Sea Experiment) definiert und darin auch alle bisher durchgeführten Forschungen koordinierend verfolgt. Die eigenen Beiträge dazu sind entsprechend der vorhandenen Kompetenzen sehr weit gestreut. Ein wesentliches Ziel vom BALTEX ist nicht nur die qualitative, sondern auch die quantitative Erfassung des Wasserkreislaufes über dem Einzugsgebiet der Ostsee. Hierfür werden regionale Modelle eingesetzt, die sowohl die Vorgänge in der Atmosphäre, als auch die am und im Erdboden beschreiben. Modelle sind aber nicht die Wirklichkeit selber, sondern liefern nur ein vereinfachtes Abbild derselben. Das heißt, sie sind mit Fehlern behaftet. Diese Fehler mit Hilfe von Messungen abzuschätzen ist eine weitere Aufgabe im BALTEX. Von GKSS wurde sowohl die quantitative Bestimmung des Was-


Wasser und Klima im Lebensraum Küste Water and Climate in the Coastal Zones

serkreislaufes über dem Ostseeeinzugsgebiet, als auch die Abschätzung der Modellungenauigkeiten anhand von Messungen durchgeführt. Berücksichtigte Messungen waren hier u.a. die Regen- und Schneemessungen an den Niederschlagsstationen der meteorologischen Wetterdienste, Pegelstandsmessungen in den Flüssen und Wolkenwasser aus Satellitendaten. Untersuchungen hierzu wurden in nationalen und internationalen Projekten durchgeführt (z.B. dem von der Europäischen Union geförderten Projekten NEWBALTIC "Numerical studies Of the Energy and Water cycle of the Baltic region" und NEWBALTIC II). Ein Ergebnis war zum Beispiel, dass der durch Modellrechnungen prognostizierte Niederschlag im Mittel um bis zu 20% höher liegt, als der gemessene. Auch die Vergleiche mit den anderen Messungen legen nahe, dass die Atmosphäre im Modell etwas feuchter ist als in Wirklichkeit. Für den Transport von Wasser in das Ostseeeinzugsgebiet sind im Wesentlichen die vom Atlantischen Ozean kommenden Tiefdruckgebiete verantwortlich. Sie entziehen dem Ozean Wasser durch Verdunstung und geben ihn über dem Ostseeeinzugsgebiet als Regen oder Schnee teilweise wieder ab. Mit regionalen Modellen der Atmosphäre wurde dieser Vorgang nachvollzogen. Ein Tiefdruckgebiet bringt dabei etwa 10 Milliarden Tonnen an Zufuhr von Frischwasser. Umgerechnet würde dies 6 Jahre lang für jeden Menschen auf der Erde 2 Liter Trinkwasser täglich bedeuten.

Einen weiteren Schwerpunkt bildeten exprimentelle und modellierende Arbeiten zur Bestimmung der Evapotranspiration (Verdunstung und Transpiration der Vegetation) über größeren Gebieten. Die Messungen erfolgten wiederum in Gemeinschaft mit vielen Gruppen auf dem Gelände des Observatoriums Lindenberg. In den Modellen für die Atmosphäre und den Erdboden standen in den vergangenen Jahren Kontrollen und Verbesserungen der Simulation des Austausches am Boden, in den obersten Bodenschichten bis zur Wurzeltiefe und schließlich auch die Abflussbildung im Mittelpunkt des Interesses. Einige der Ergebnisse werden auch in einer weiterführenden Anwendung zu einem Hochwasservorhersagesystem für die Oder entwickelt. Im atmosphärischen Ast des Wasserkreislaufs spielen Wolken eine besondere Rolle, sie sind ausschlaggebend für die Niederschlagsbildung und bestimmen den Strahlungsfluss, der den Erdboden erreicht. GKSSArbeitsgruppen beschäftigen sich mit der Fernmessung und in situ Messung von Wolkeneigenschaften. Hierzu werden insbesondere ein Hochfrequenz-Wolkenradar, das Einblicke in die Strukturen und Schichtungen erlaubt, und flugzeuggetragene Sonden zur Erfassung des Partikelspektrums und des Wasserund Eisgehaltes in Wolken eingesetzt. Die Aktivitäten sind zur Zeit im EU-Projekt CLIWA-NET (BALTEX Cloud Liquid Water Network) gebündelt, an dem 15 europäische Gruppen teilnehmen und das gezielte Messpha-

sen zum Flüssigwassergehalt koordiniert. GKSS stellt dabei einen Ankerpunkt des Netzwerkes, über dem in 2000 eine Messkampagne unter zusätzlicher Beteiligung von Gruppen des norddeutschen Wolkenphysikverbundes stattfand. Die Ergebnisse der Kampagnen werden für eine objektive Evaluierung von Wolkenprodukten atmosphärischer Modelle (u.a. des Deutschen und Holländischen Wetterdienstes) genutzt. Eine Fortführung der Arbeiten zum Wasserkreislauf auf internationaler Ebene ist geplant. Im Rahmen des Weltklimaforschungsprogramms hat man sich geeinigt, im BALTEX und anderen Experimenten im Zeitraum 2001 - 2003 intensive Studien durchzuführen. Diese neue Periode für das BALTEX heisst BRIDGE und soll eine Brücke zu den für das weitere Leben auf diesem Planeten wichtigen Grundlagen zu einem vitalen Erdsystemmanagement schlagen.

Intensivmessphase mit mehreren Partnern im Sommer 2000 auf dem GKSS-Gelände während einer Cliwa-Net Kampagne Intensive observation period with several partners at GKSS during a Cliwa-Net campagne in summer 2000

Summary One major objective of the international co-ordinated Baltic Sea Experiment (BALTEX) is the quantification of the water cycle over the Baltic Sea catchment area. The GKSS institute for atmospheric physics contributes to BALTEX by coordination, measurements and modelling. With a regional atmospheric model the amount of water transported into the Baltic Sea catchment (mainly by cyclones) and released as preci-

pitation is simulated. A hydrological model combined with a river routing scheme calculates the further transport of the water into the Baltic Sea. With in situ and remote sensing techniques cloud characteristics are determined. Main facilities at GKSS for this purpose are a cloud radar and an airborne particle measurement system. The studies to the water cycle will be carried on with international

partners. In the frame of the world climate research programme intensive studies in the period 20012003 are planned within BALTEX and other international experiments. This main experiment in BALTEX is called BRIDGE which will be a bridge between the knowledge of important processes for the human future and a vital earth system management.

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Gewinnung neuer mariner Wertstoffe mittels biospezifischer Affinitätstrennung Obwohl der artenreiche, marine Lebensraum mehr als 70% der Erdoberfläche bedeckt, ist dieses Habitat nur unzureichend hinsichtlich pharmakologisch nutzbarer Substanzen untersucht. Medizinische Wirkstoffe z.B. aus Schwämmen, aus Moosund Manteltieren zeigen aber, dass im Meer ein hohes Potenzial als Quelle für neue Pharmawertstoffe steckt. Auf Grund der zu erwartenden Fülle von Substanzen unterschiedlicher chemischer Struktur ist eine gezielte Gewinnung vielversprechender Substanzklassen notwendig. Zu diesen gehören die Glycokonjugate, Moleküle in denen ein hydrophiler (wasserlöslicher) Zuckeranteil mit einem fettlöslichen Anteil (Glycolipide) oder mit einem Eiweißanteil (Glycoproteine) verbunden ist. Diese Substanzen sind unter anderem in der äußeren Umhüllung einer Zelle, der Zellmembran verankert. Aufgrund des komplexen und verzweigten Zuckerrestes bilden sie die charakt e r i stische Oberflächenstruktur der Zelle und sind somit wichtige Bausteine für die Erkennung und Wech-

Modell einer Zellmembran Model of a cell membrane

Probenaufbereitung im Labor Probe preparation in the laboratory

selwirkung der Zellen untereinander oder mit körperfremden Strukturen z.B. Viren und Bakterien. Neben der natürlichen Funktion der Glycokonjugate sind auch zahlreiche pharmazeutisch nutzbare Eigenschaften nachgewiesen worden. Aus unterschiedlichsten marinen Organismen wie Algen oder Schwämmen wurden beispielsweise Glycolipide

isoliert, die das Tumorzellwachstum hemmen (mögliche Krebsbehandlung), das Immunsystem stärken oder die Virenvermehrung beeinflussen. Um diese Substanzen pharmakologisch untersuchen und einsetzen zu können, ist es notwendig, sie in hochreiner Form aus komplexen Stoffgemischen zu gewinnen. Aufgrund der charakterstischen Zuckerstruktur bietet sich ein stoffspezifisches, selektives Reinigungsverfahren an, das als Affinitätstrennung bezeichnet wird. Die Affinitätstrennung beruht auf der biospezifischen Wechselwirkung zwischen Molekülen, die einander aufgrund komplementärer Strukturen erkennen und binden ähnlich dem Schlüssel-Schloss-Prinzip. Der Bindungspartner, der die gewünschte Substanz aus einem Gemisch entfernen soll, wird als Ligand bezeichnet und ist bei der Affinitätstrennung an eine feste Matrix gekoppelt. Die Eigenschaften der Matrix, die Form der Kopplung und die Spezifität des Liganden selbst sind Voraussetzungen für eine erf o l greiche Isolierung der Zielsubstanzen. Diese Parameter werden in der Arbeitsgruppe Selektive We rtstoffseparation analysiert, variiert und an entsprechende Zielsubstanzen angepasst.

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Wasser und Klima im Lebensraum Küste Water and Climate in the Coastal Zones

Als Grundlage für die Herstellung der Trennmedien werden unterschiedliche Matrices verwendet. Um einen Liganden stabil an diese Matrix binden zu können, ist die Funktionalisierung derselben notwendig. Als Liganden werden Lectine verwendet. Lectine sind große Proteine, die spezifisch Zuckerstrukturen erkennen und somit für die Aufreinigung von Glycokonjugaten geeignet sind. Verwendet werden zur Zeit verschiedene Lectine unterschiedlicher Zuckerspezifität. Die hergestellten Trennmedien (Adsorbens) werden hinsichtlich Spezifität und Kapazität charakterisiert, um damit festzustellen, wieviel Wertstoff während der Aufreinigung am Adsorbens gebunden und nach Abtrennung von den unerwünschten Begleitstoffen im Desorptionsschritt wieder abgelöst (desorbiert) werden kann. Es gelang beispielsweise mehr als 80% des immobilisierten Liganden für den Trennprozess zu nutzen. Die Untersuchungen zur Langzeitstabilität dieses Trägers zeigen weiterhin, dass die Kapazität über einen Zeitraum von mehr als einem Jahr konstant

Affinitätszyklus und Modell eines Adsorbens Affinity separation process

und der Träger stabil ist. Somit konnten die neu entwickelten selektiven Adsorbentien zur Gewinnung neuer Wertstoffe aus natür-

lichen marinen Ressourcen, wie beispielsweise aus Algen oder Krill sowie aus anderen Produktionsreststoffen eingesetzt werden.

Glycoconjugates especially glycolipids isolated from e.g. sponges and blue green algae show antiviral, immunmodulatoric and antitumoral effects. The isolation of new compounds and their application in bioassays require purification processes. The characteristic sugar chain may selectively adsorbed in the biospecific separation process which is a suitable method for the purification of glycoconjugates. Affinity separation is a selective technique based on specific interaction between complementary molecules e.g. enzyme and substrate or antigen and antibody. The substance to be separated e.g. the glycolipid is adsorbed on a immobilized ligand. This ligand is bound onto a solid matrix (adsorbens). The unbound contaminants in a crude extract can be washed off. Consequently the substance of interest can be desorbed from the ligand. Factors influencing this separation process are the characteristics of the solid matrix,

conditions of functionalization and ligand immobilization and the affinity between ligate and ligand. Modifying these parameters according to the substances of interest are the research topics of the working group: Selective bioseparation.

Summary The marine environment have become into focus of natural product recovery because of its wide biodiversity. Representatives of every phylum (plant, animal or fungi) are found in the sea. From a small number of marine species that have been studied, thousands of compounds have been isolated. Moreover, only a small percentage of these compounds has been tested in clinically relevant bioassays. Marine derived pharmaceuticals e.g. from sponges and bryozoans show the high potential of the oceans as a resource for new drugs. A promising class of substances are glycoconjugates. These are amphiphilic molecules with a sugar part combined with a protein or a lipophilic part. Characteristic sugar chains determine the cell surface and play a major role in physiologi c a l processes like cell recognition and cell differentiation and unphysiologi c a l processes like infections.

A successfull immobilization of bioactive lectins as ligands under mild conditions in a short time could be achieved. Parameters like capacity and ligand accessibiity show a more than 80% immobilization of several lectins. Studies on long term stability prove no activity loss of the self prepared adsorbents for more than one year even if the support is applied to rough separation cycles. With these investigation a number of different adsorbents are applicable for the purification of biological active glycoconjugates from marine resources like microalgae, crabs or other byproducts.

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Technikum Technical Department

Aus der Arbeit des Technikums In der Zentralabteilung Technikum sind die ingenieurwissenschaftlichen Abteilungen und diejenigen zentralen technischen Dienste zusammengefasst, die an der Durchführung des Forschungs- und Entwicklungsprogramms des Zentrums unmittelbar beteiligt sind. GKSS versteht sich als technologi eorientiertes GF-Zentrum, insbesondere in Bezug auf die Marktnähe der Fo rschung und Entwicklung und auf die Zusammenarbeit mit der Industrie und den Behörden in der Projekt- und Auftragsarbeit. Im Gegensatz zu den meisten Universitätsinstituten ist es bei GKSS möglich, Entwicklungsarbeiten durchzuführen, für die technisch anspruchsvolle und aufwendige Experimentiereinrichtungen benötigt werden. Ebenso ist GKSS in der Lage, zur Erprobung hier entwickelter technischer Verfahren, im Vo rfeld der industriellen Anwendung Pilotanlagen zu erstellen und zu betreiben. Das Technikum verfügt über die h i e rfür erforderliche Entwicklungs-

kapazität, die im wesentlichen aus qualifizierten Ingenieuren besteht, zu der aber natürlich auch entsprechend ausgestattete Versuchswerkstätten gehören, in denen Prototypfertigungen sowie Änderungen und Reparaturen durchgeführt werden können. Insbesondere bei laufenden Experimenten, Feldkampagnen und knapp terminierten Forschungsaufträgen für Dritte ist ein schneller, unbürokratischer Zugr i f f auf erfahrenes Werkstattpersonal erforderlich. A u f grund langjähriger Erfahrung und eines dabei erworbenen Spez i a lwissens sind die Mitarbeiter des Technikums in der Lage, in Zusammenarbeit mit den Wissenschaftlern der verschiedensten Disziplinen das Instrumentarium zu erstellen, welches b e n ö t i gtwird, um erstklassige experimentelle Forschung zu betreiben. Durch Bündelung der erforderlichen Kompetenz (Konstruktion, Elektronik und Fe rtigungstechnik) in einer zentralen Stelle werden ein hohes Maß an Flexibilität, eine gute Auslastung der Fachkräfte und ein Optimum an

Qualität erreicht. Voraussetzung hierfür ist aber, dass es zu einer wirklichen, echten Zusammenarbeit mit den Wissenschaftlern der Institute kommt. Brauchbare Experimentiereinrichtungen können nicht einfach bestellt werden, sie sind jedesmal einmalig in ihrer Art und müssen gemeinsam erarbeitet werden. Das Technikum stellt die maritime Logistik sowohl für den Betrieb der Forschungsschiffe "LUDWIG PRA NDTL" und "STORCH" als auch für Messpontons und Bojen, die im Bereich der GKSS-Küstenforschung regelmäßig eingesetzt werden. Gleichfalls in den maritimen Bereich fallen die Arbeiten des Technikums auf den Gebieten der Tauchergeräteprüfung und Unterwasserschweißausbildung. Zusammen mit dem Germanischen Lloyd, Hamburg, werden Aufträge inklusive der Durchführung von Druck- und Funktionstests an Unterwassergeräten und Druckbehältern durchgeführt .

Technical Department The central Technical department is made up of the engineering d e p a rtments and those central technical services directly involved in the implementation of the research and development program. GKSS sees itself as a technology oriented national research center, part icularly with regard to the market proximity of research and development and cooperation with industry and government agencies on projects and contracts. Unlike the situation at most university institutes, at GKSS it is possible to carry out development work requiring expensive, high-technology facilities. GKSS is also able to produce and operate pilot plants for testing the technical procedures developed at its facilities. The Technical department has the requisite development capacity to accomplish all of this. Such capacity consists primarily of qualified

e n gineers, but naturally also includes appropriately equipped experimental facilities in which prototypes can be produced, changes made, and repairs carried out. Quick, non-bureaucratic access to trained facility personnel is necessary for productive research, especially within the context of ongoing experiments, field campaigns and research projects for third parties with short-term deadlines. Thanks to their special knowledge acquired through many years of experience, the employees in the Technical Department are able to cooperate with scientists from the most varied of disciplines to create the instruments necessary for first-class experimental research. The pooling of requisite exp e rtise (design, electronics and manufacturing engineering) in one central location leads to a high degree of flexibility, good utilization of skilled workers, and optimum quality. In order for this

to occur, however, it is necessary that real cooperation be established with scientists from various institutes. Useable experimental facilities cannot simply be ordered; every one of them is unique in its own way and must be developed through collaborative effort s . The Technical department produces the maritime logistics for operating the research ships "LUDWIG PRA NDTL” and "STORCH” as well as for the measurement pontoons and buoys that are regularly used in GKSS coastal research. In the maritime sector, the Technical d e p a rtment also inspects divers’ equipment and performs underwater welding training. Jobs such as pressure and function tests for underwater devices and pressure tanks are carried out in cooperation with Germanische Lloyd, Hamburg.

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Forschungsreaktor Research Reactor

Der Forschungsreaktor FRG-1 Entwicklung, Aufbau und Betrieb der Neutronenstreueinrichtungen am FR G 1 sind im wesentlichen Bestandteil der GKSS-Programmschwerpunkte "Leichtbau in der Verkehrs- und Energietechnik" sowie "Wasser und Klima im Lebensraum Küste". Mit dieser Einbindung wird erreicht, dass die Forschung mit Neutronen weniger methodisch sondern thematisch an den auf industrieller Nutzung und Anwendung ausgerichteten Forschungszielen der Werkstoffentwicklung orientiert ist. Neben dem Einsatz im GKSSForschungsprogramm werden die Bestrahlungsmöglichkeiten des Fo rschungsreaktors sowie die in den letzten Jahren ausgebauten experimentellen Neutronenstreueinrichtungen in enger Zusammenarbeit mit der Industrie, den Hochschulen, Behörden und Ämtern genutzt. Die international anerkannte experimentelle Ausstattung, verbunden mit einer großen Verfügbarkeit des FRG-1, hat zu einer intensiven Zusammenarbeit mit in- und ausländischen Wissenschaftlergruppen geführt . Diese hat sich weiter verbessert, nach-

dem es im März 2000 möglich war, durch eine Halbierung der Größe des Reaktorkerns den Neutronenfluss um ca. 80% weiter zu erhöhen. Der jetzt vorhandene ungestörte Neutronenfluss von 1,4 x 1014 n/cm2 s ist einmalig für einen Forschungsreaktor dieser Leistung. Aus den Anforderungen der wissenschaftlichen Arbeiten leiten sich die Aufgaben und Ziele der GKSS-Zentralabteilung Forschungsreaktor ab: viele brauchbare Neutronen, sicher und zuverlässig, aber auch kostenbewusst, mit dem FRG-1 zu produzieren. Die Sicherheit ist dabei oberstes Gebot, dem sich die weiteren Ziele unterordnen. Von der Zentralabteilung Forschungsreaktor werden ferner Bestrahlungsaufträge für andere wissenschaftliche Einrichtungen, Hochschulen, Behörden und Ämter durchgeführt. Die Herstellung medizinischer Präparate für diagnostische Zwecke gehört ebenso dazu wie die Bestrahlung von Proben aus unserer Umwelt zur Beurteilung der Schwermetallbelastung.

Der FRG-1 ist ein Forschungsreaktor mit einer thermischen Leistung von fünf Megawatt. Er ist als Strahlrohrreaktor ausgelegt, das heißt, die durch nukleare Spaltung entstehenden Neutronen werden über Strahlrohre vom Reaktorkern zu den Experimenten geleitet. Der FRG-1 wurde bereits 1958 in Betrieb genommen. Kontinuierlich wurde und wird er dem sich ändernden Stand von Wissenschaft und Technik angepasst. Hierzu gehören auch die regelmäßige Überprüfung der Betriebsvorschriften, die Bedienungsanweisungen, regelmäßige und intensive Personalschulungen, umfangreiche und wiederkehrende Prüfungen und die vorbeugende Wa rtung wichtiger Anlagenteile. Hierdurch wird aktiv der sicherheitstechnische Standard der Anlage gefördert und die Ergebnisse und Empfehlungen in Abstimmung mit den zuständigen Genehmigungsbehörden umgesetzt. Durch die Summe dieser Maßnahmen steht der Wissenschaft mit dem FRG-1 eine der modernsten Neutronenquellen Europas zur Verfügung.

The FRG-1 Research Reactor The development, construction and operation of the neutron scattering facility at FRG-1 are essentially elements of the GKSS research p r o grams "Lightweight Construction in Transport and Energy Technology” and "Water and Climate in the Coastal Environment.” This integration ensures that research using neutrons at GKSS is oriented less toward methodology and more toward research goals in the area of materials development tailored to industrial applications. In addition to their use in the GKSS research program, the radiation capacities of the research reactor as well as the experimental neutron scattering facilities (which have been expanded over the last few years) are employed in close cooperation with industry, colleges and universities and government agencies. The world-class research equipment and the high availability of FRG-1 have led to extensive cooperation with teams of scientists from

Germany and abroad. This situation improved even further after a 50-percent reduction in the size of the reactor core in March 2000 enabled the neutron flux to be increased by 80 percent. The resulting unimpeded neutron flux of 1,4 x 1014 n/cm2 s is unparalleled for a research reactor of this power. The requirements of scientific work form the basis for the tasks and goals of the Central Research Reactor department at GKSS, i.e., using FRG-1 to produce many usable neutrons in a safe, reliable and cost-efficient manner. Top priority is given to safety, with all other goals subordinate to this requirement. The Central Research Reactor department also conducts radiation experiments for other scientific institutions, colleges and universities and government agencies. This includes the production of medical preparations for diagnostic uses as well as the irradiation of environmental samples to determine the level of

heavy metals they contain. FRG-1 is a research reactor with a thermal power of five megawatts. It is designed as a beam hole reactor, which means that the neutrons created by nuclear fission are transported to the research locations via beam holes. FRG-1 became operational back in 1958. Since then it has been continually updated to incorporate the latest scientific and technological developments. This includes a regular review of the operating guidelines and the operating instructions, as well as regular and extensive training courses for personnel, comprehensive and repeated testing and the preventive maintenance of the facility’s important components. This enables the facility’s safety technology to be actively improved and results and suggestions implemented in close cooperation with the responsible regulatory authorities. Taken together, these measures guarantee that FRG-1 provides scientists with one of the most modern sources of neutrons in Europe.

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Kennzahlen Key Figures

GKSS und das Umfeld Interaction with the Surrounding

Organe und Gremien Organization


Zahlen, Daten, Fakten / Figures and Facts

Lagepläne Site Maps

Impressum Herausgeber: GKSS-Forschungszentrum Geesthacht GmbH Max-Planck-Straße D- 21502 Geesthacht Anschriften Adress


Organisationsform Das GKSS-Forschungszentrum ist eine gemeinnützige Forschungsgesellschaft mit beschränkter Haftung. Ihre Gesellschafter sind die Bundesrepublik Deutschland, die Länder Brandenburg, Freie und Hansestadt Hamburg, Niedersachsen und Schleswig-Holstein, die Gesellschaft zur Förderung des GKSS-Forschungszentrums e.V. sowie namhafte Wirtschaftsunternehmen. Sitz der Gesellschaft ist Geesthacht. Der GKSS gehört als auswärtiger Betriebsteil seit 1992 die Arbeitsgruppe für Membranforschung in Teltow an. Die zur Deckung des Betriebs- und Investitionsaufwandes nach Abzug der eigenen Erträge erforderlichen Zuschüsse werden zu 90 Prozent vom Bund und zu zehn Prozent von den Ländern getragen. GKSS hat vier Gesellschaftsorgane. Die Gesellschaft wird durch einen technisch-wissenschaftlichen Beirat (twB) ergänzt, der sich aus der Gesellschaft nicht angehörigen Mitgliedern zusammensetzt und der die Gesellschaft in wissenschaftlich-technischen Fragen und in wichtigen die Industrie und Wirtschaft betreffenden Fragen berät und bei wichtigen Entscheidungen gehört wird. Die Gesellschaftsorgane sind: • • • •

Geschäftsführer Wissenschaftlich-Technischer Rat (WTR) Gesellschafterversammlung Aufsichtsrat

Geschäftsführung Geschäftsführung am 31.05.2001:

Prokura am 31.05.2001:

Christian Scherf - kaufmännisch

Dr. Wolfgang Jager – kaufmännisch

Dr. Günter von Sengbusch - wissenschaftlich

Dr. Joachim Krohn – wissenschaftlich

Wissenschaftlich-Technischer Rat Der Wissenschaftlich-Technische Rat (WTR) bildet das Forum für die interne Diskussion. Er trägt somit zur fachübergreifenden, vernetzenden Arbeitsweise der GKSS bei. Er berät die Geschäftsführung in allen wesentlichen wissenschaftlichen und technischen Fragen. Ihm gehören die Leiter der Institute, sowie gewählte Vertreter der wissenschaftlich-technischen Mitarbeiter und ein Mitglied des Betriebsrates der Gesellschaft an. Der WTR setzte sich am 31.05.2001 aus folgenden Personen zusammen: Prof. Dr. Karl-Ulrich Kainer (Vorsitzender ab 10.11.2000)

Dr. Klaus Richau

Prof. Dr. Rüdiger Bormann

Michael Schossig-Tiedemann (ab 29.03.2001)

Prof. Dr. Wolfgang Brocks

Prof. Dr. Karl-Heinz Schwalbe

Prof. Dr. Helmut Clemens (ab 01.07.2000)

Henning Schwan

Dr. Roland Doerffer (ab 10.01.2001) Jürgen Gandraß (ab 10.01.2001) Prof. Dr. Bernd Neidhart Prof. Dr. Dieter Paul Prof. Dr. Ehrhard Raschke (Vorsitzender bis 10.11.2000)

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Prof. Dr. Hans von Storch Dr. Rolf Stuhlmann (bis 31.12.2000) Dr. Regine Willumeit


Organe und Gremien Organization

Organizational Structure The GKSS Research Center is a non-profit research institute with limited liability. Its associates are the Federal Republic of Germany, the federal states (Länder) of Brandenburg, Hamburg, Lower Saxony and Schleswig-Holstein, the Gesellschaft zur Förderung des GKSS-Forschungszentrums e.V. (Society for the Promotion of the GKSS Research Center) as well as a number of renowned companies. GKSS is based in Geesthacht, Germany. In 1992, the Working Group for Membrane Research in Teltow became a part of GKSS. The funds required to cover operating and investment costs after deduction of the income generated by GKSS are provided by the federal government (90 percent) and by the participating Länder (10 percent). GKSS is divided up into four organizations. The society is supplemented by a Technical-Scientific Advisory Committee, which is made up of people who do not belong to the society. The committee, which is always consulted on important matters, advises GKSS on scientific and technical questions as well as industry and business issues. The society is composed of the following organizations: • • • •

Managing Directors Scientific-Technical Committee Society Associates Advisory Board

Management Board Management Board as of May 31, 2001:

Procuration on May 31, 2001:

Christian Scherf - Business Administration

Dr. Wolfgang Jager - Business Administration

Dr. Günter von Sengbusch - Scientific Issues

Dr. Joachim Krohn - Scientific Issues

Scientific-Technical Committee The Scientific-Technical Committee provides a forum for internal discussion. As such, it helps promote interdisciplinary, networked working methods at GKSS. The Committee advises the management of GKSS on all major scientific and technical issues. The Committee is made up of the directors of the GKSS institutes as well as elected representatives of the scientific and technical personnel at the center and a member of the GKSS works council. As of May 31, 2001, the Committee comprised the following members: Prof. Dr. Karl-Ulrich Kainer (chairman since November 10, 2000)

Dr. Klaus Richau

Prof. Dr. Rüdiger Bormann

Michael Schossig-Tiedemann (since March 29, 2001)

Prof. Dr. Wolfgang Brocks

Prof. Dr. Karl-Heinz Schwalbe

Prof. Dr. Helmut Clemens (since July 1, 2000)

Henning Schwan

Dr. Roland Doerffer (since January 10, 2001) Jürgen Gandraß (since January 10, 2001) Prof. Dr. Bernd Neidhart

Prof. Dr. Hans von Storch Dr. Rolf Stuhlmann (until December 31, 2000) Dr. Regine Willumeit

Prof. Dr. Dieter Paul Prof. Dr. Ehrhard Raschke (served as chairperson until November 10, 2000)

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Gesellschafterversammlung Das Stammkapital des GKSS-Forschungszentrums in Höhe von DM 80.000,- wurde per 31.05.2001 gehalten von: • Bundesrepublik Deutschland: DM 37.000,- (46,25 %) • nachfolgenden Bundesländern mit DM 4.000,- (5 %): Freie und Hansestadt Hamburg, Land Brandenburg, Land Niedersachsen, Land Schleswig-Holstein • Gesellschaft zur Förderung des GKSS-Forschungszentrums e.V.: DM 14.000,- (17,50 %) • weiteren Gesellschaftern aus Industrie, Schiffbau, Schifffahrt und Banken mit einem Gesamtanteil von DM 25.000,- (31,25 %): Aluminium Rheinfelden GmbH, Rheinfelden

MAN Technologie AG, Augsburg

Commerzbank AG, Frankfurt/Main

E.ON Wasserkraft GmbH, Hannover

Deutsche Bank AG, Hamburg

L. Possehl & Co. mbH, Lübeck, mit Draegerwerk AG, Lübeck, in Gesellschaft bürgerlichen Rechts

Dresdner Bank AG, Hamburg John T. Essberger, Hamburg, mit Deutsche Afrika-Linie GmbH & Co., Hamburg, in Gesellschaft bürgerlichen Rechts

Schleswag Aktiengesellschaft, Rendsburg Siemens AG, Berlin und München

Germanischer Lloyd AG, Hamburg

Sterling Industry Consult GmbH, Itzehoe

Hamburgische Electricitäts-Werke AG, Hamburg

Stadtwerke Flensburg GmbH, Flensburg

Howaldtswerke-Deutsche Werft AG, Kiel

Thyssen Krupp Technologies AG, Essen

Thyssen Krupp AG, Düsseldorf

Verband für Schiffbau und Meerestechnik e.V., Hamburg

Mannesmannröhren-Werke AG, Mühlheim

Meeting of Partners The GKSS Research Center has nominal capital of DM 80,000. As of May 31, 2001, this was held by the following: • The Federal Republic of Germany: DM 37,000 (46.25 %) • The following federal states (Länder) with DM 4,000 (5 %): The Free and Hanseatic City of Hamburg, Brandenburg, Lower Saxony, Schleswig-Holstein • Gesellschaft zur Förderung des GKSS-Forschungszentrums e.V. (Society for the Promotion of the GKSS Research Center): DM 14,000 (17.50 %) • Further companies from the industrial, shipbuilding and banking sectors with a combined share of DM 25,000 (31.25 %): Aluminium Rheinfelden GmbH, Rheinfelden

Mannesmannröhren-Werke AG, Mühlheim

Commerzbank AG, Frankfurt/Main

MAN Technologie AG, Augsburg

Deutsche Bank AG, Hamburg

E.ON Wasserkraft GmbH, Hannover

Dresdner Bank AG, Hamburg

L. Possehl & Co. mbH, Lübeck, together with Draegerwerk AG, Lübeck, in a civil law association

John T. Essberger, Hamburg, together with Deutsche Afrika-Linie GmbH & Co., Hamburg, in a civil law association

Schleswag Aktiengesellschaft, Rendsburg Siemens AG, Berlin and München

Germanischer Lloyd AG, Hamburg

Sterling Industry Consult GmbH, Itzehoe

Hamburgische Electricitäts-Werke AG, Hamburg

Stadtwerke Flensburg GmbH, Flensburg

Howaldtswerke-Deutsche Werft AG, Kiel

Thyssen Krupp Technologies AG, Essen

Thyssen Krupp AG, Düsseldorf

Verband für Schiffbau und Meerestechnik e.V., Hamburg

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Organe und Gremien Organization

Aufsichtsrat Der Aufsichtsrat überwacht nach dem Gesellschaftsvertrag die Rechtmäßigkeit, Zweckmäßigkeit und Wirtschaftlichkeit der Geschäftsführung. Zu seinen Aufgaben und Befugnissen gehören weiterhin: • die Entscheidung über strategische, forschungspolitische und finanzielle Angelegenheiten der Gesellschaft, • der Beschluss über die Grundsätze für eine Erfolgskontrolle der wissenschaftlich-technischen Arbeiten, • die Weisungsbefugnis gegenüber Geschäftsführung und Wissenschaftlich-Technischem Rat in wichtigen forschungs-politischen und wichtigen finanziellen Angelegenheiten, • die Zustimmungspflicht bei einer Reihe von Rechtsgeschäften der Gesellschaft. Dem Aufsichtsrat gehörten zum 31.05.2001 folgende Personen an: Ministerialdirigent Hansvolker Ziegler (Vorsitzender) Bundesministerium für Bildung und Forschung, Bonn Prof. Dr. Rolf Dieter Behling Gesellschaft zur Förderung des GKSS-Forschungszentrums e. V., Hamburg Dr. Klaus Borgschulte Geschäftsführer der Thyssen Umformtechnik Turbinenkomponenten GmbH, Remscheid

Ministerialrätin Dr. Ursula Kleinhans Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kultur des Landes Brandenburg, Potsdam Ministerialrat Dr. Axel Kollatschny Niedersächsisches Ministerium für Wissenschaft und Kultur, Hannover Prof. Dr. Eike Lehmann Mitglied des Vorstandes, Germanischer Lloyd Hamburg, Hamburg

Direktor Hans-Joachim Brückner (bis 28.06.2000) Leiter der Niederlassung Hamburg der Dresdner Bank AG, Hamburg

Dr. Michael Pfuff GKSS-Forschungszentrum Geesthacht GmbH, Geesthacht

Peter Deutschland Vorsitzender des DGB, Landesbezirk Nordmark, Hamburg

Prof. Dr. jur. Bernd Rebe (bis 28.06.2000) Braunschweig

Dr. Rudolf-Adolf Dietrich (bis 28.06.2000) GKSS-Forschungszentrum Geesthacht GmbH, Geesthacht Dr. Götz Flöser (ab 30.05.2000) GKSS-Forschungszentrum Geesthacht GmbH, Geesthacht Ministerialdirigent Dr. Birger Hendriks (stellvertretender Vorsitzender) Ministerium für Bildung, Wissenschaft, Forschung und Kultur des Landes Schleswig-Holstein, Kiel Ministerialdirigent Dr. Fritz Holzwarth Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit, Bonn

Regierungsdirektor Dr. Jürgen Roemer-Mähler Bundesministerium für Bildung und Forschung, Bonn Dr. Nico Scharnagl GKSS-Forschungszentrum Geesthacht GmbH, Geesthacht Senatsdirektor Gerhard Schneider Behörde für Wissenschaft und Forschung der Freien und Hansestadt Hamburg, Hamburg Nicholas Teller (ab 08.06.2000) Mitglied der Geschäftsleitung Commerzbank AG,Hamburg

Supervisory Board According to the GKSS statute, the supervisory board monitors that management activities are appropriate, economically efficient and in conformity with legal norms. Its responsibilities and powers also include: • making decisions concerning the research center’s strategy, research policies and financial affairs, • deciding on the principles for evaluating the success of scientific and technical work, • the authority to issue directives to management and to the Scientific-Technical Committee in important research policies and financial matters, • granting the consent necessary for a number of the research center’s legal transactions. As of May 31, 2001, the following persons were members of the supervisory board: Deputy Director General Hansvolker Ziegler (Chairman) Federal Ministry of Education and Research, Bonn Professor Dr. Rolf Dieter Behling Gesellschaft zur Förderung des GKSS-Forschungszentrums e. V., Hamburg Dr. Klaus Borgschulte Managing director of Thyssen Umformtechnik Turbinenkomponenten GmbH, Remscheid Director Hans-Joachim Brückner (until June 28, 2000) Head of the Hamburg branch of Dresdner Bank AG, Hamburg Peter Deutschland Chairman of the DGB, Nordmark district, Hamburg

Section Director Dr. Ursula Kleinhans Ministry of Science, Research and Culture of the state of Brandenburg, Potsdam Section Director Dr. Axel Kollatschny Ministry of Science and Culture of Lower Saxony, Hanover Professor Dr. Eike Lehmann Board of management member, Germanischer Lloyd Hamburg, Hamburg Dr. Michael Pfuff GKSS Research Center Geesthacht, Geesthacht Professor Dr. jur. Bernd Rebe (until June 28, 2000) Braunschweig

Dr. Rudolf-Adolf Dietrich (until June 28, 2000) GKSS Research Center Geesthacht, Geesthacht

Ministerial Director Dr. Jürgen Roemer-Mähler Federal Ministry of Education and Research, Bonn

Dr. Götz Flöser (since May 30, 2000) GKSS Research Center Geesthacht, Geesthacht

Dr. Nico Scharnagl GKSS Research Center Geesthacht, Geesthacht

Deputy Director General Dr. Birger Hendriks (deputy chairman) Ministry of Education, Science, Research and Culture of the state of SchleswigHolstein, Kiel

Senate Director Gerhard Schneider Ministry of Science and Research of the Free and Hanseatic City of Hamburg, Hamburg

Deputy Director General Dr. Fritz Holzwarth Federal Ministry for the Environment, Nature Conservation and Nuclear Safety, Bonn

Nicholas Teller (since June 8, 2000) Member of managing board, Commerzbank AG, Hamburg

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technisch-wissenschaftlicher Beirat Der technisch-wissenschaftliche Beirat (twB) bildet die zentrale Verbindung zu Einrichtungen außerhalb der GKSS: zu Hochschulen, zur Industrie und zu anderen Forschungseinrichtungen. Aus jedem Arbeitsgebiet gehören deshalb mehrere Sachverständige dem Beirat an. Die Aufgabe des twB ist die Beratung der Gesellschaft und des Aufsichtsrates in allen wissenschaftlichen Fragen. Hierzu gehören insbesondere die regelmäßigen Beratungen über die langfristigen Forschungs- und Entwicklungsprogramme, die Beratung über den Ergebnisbericht und die Beratung der Gesellschaft bei der Planung und Ausführung ihrer Arbeiten. Der Aufsichtsrat kann dem twB weitere Aufgaben im Einzelfall zur Beratung übertragen. Die Mitglieder des twB werden vom Aufsichtsrat für vier Jahre berufen. Er bestand am 31.05.2001 aus folgenden Personen: Prof. Niels-Peter Rühl (Vorsitzender) Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH), Hamburg

Prof. Dr. Dr. Wittko Francke Institut für Organische Chemie, Universität Hamburg

Prof. Dr. Georg Büldt Institut für Biologische Informationsverarbeitung, Forschungszentrum Jülich, Jülich

Prof. Dr. May-Britt Hägg Telemark Institute of Technology, Porsgrunn, Norwegen

Prof. Dr. Karl Cammann Institut für Chemo- und Biosensorik an der Westfälischen Wilhelms-Universität, Münster Prof. Dr. Franciscus Colijn Forschungs- und Technologiezentrum Westküste der Universität Kiel, Büsum Prof. Dr. Wolf-Dieter Deckwer Bioverfahrenstechnik der Gesellschaft für Biologische Forschung mbH (GBF), Braunschweig

Prof. Dr. Niels Hansen Materials Department, Risø National Laboratory, Roskilde, Dänemark Dr. Erich Holzhüter Sterling Industry Consult SIC, Ludwigshafen Barend Pek Shell International Oil Products B.V., Amsterdam, Niederlande Prof. Dr. Armin Reller Universität Augsburg, Lehrstuhl für Festkörperchemie, Augsburg

Prof. Dr. Franz-Dieter Fischer Montanuniversität Leoben, Leoben, Österreich

Prof. Dr. Alfred Schmidt Institut für Verfahrens- und Brennstofftechnik an der TU Wien, Wien, Österreich

Prof. Dr. Helmut Föll Technische Fakultät der Universität Kiel, Kiel

Dr. Wolfgang Schneider (stellvertretender Vorsitzender) DaimlerChrysler Aerospace Airbus GmbH, Hamburg

Prof. Dr. Ulrich Förstner Arbeitsbereich Umweltschutztechnik, Technische Universität Hamburg-Harburg, Hamburg

Michael Windisch MAN-Technologie, Karlsfeld Dr. Jürgen Wortmann DaimlerChrysler Aerospace, München

Technical and Scientific Advisory Committee The Technical and Scientific Advisory Committee serves as the main institutions for maintaining contact with organizations outside of GKSS, including universities, industrial companies and other research institutions. The advisory committee therefore includes as members several experts from each field of work. The job of the committee is to advise GKSS and the supervisory board on all scientific matters. In particular, this includes regular consultations concerning the long-term research and development programs, discussion of the report on results and advice regarding the planning and conduct of the work at GKSS. The supervisory board can assign other consultative responsibilities to the committee in individual cases. Committee members are appointed by the supervisory board and serve terms of four years. As of May 31, 2001, the committee consisted of the following persons: Professor Niels-Peter Rühl (Chairman) Federal Maritime and Hydrographic Agency of Germany (BSH), Hamburg

Professor Dr. May-Britt Hägg Telemark Institute of Technology, Porsgrunn, Norway

Professor Dr. Georg Büldt Institute for Biological Information Processing, Research Center Jülich, Jülich

Professor Dr. Niels Hansen Materials Department, Risø National Laboratory, Roskilde, Denmark

Professor Dr. Karl Cammann Institute for Chemical and Biochemical Sensor Research at the University of Münster

Dr. Erich Holzhüter Sterling Industry Consult SIC, Ludwigshafen

Professor Dr. Franciscus Colijn Research and Technology Center Westcoast at the University of Kiel, Büsum

Barend Pek Shell International Oil Products B.V., Amsterdam, Netherlands

Professor Dr. Wolf-Dieter Deckwer Biochemical Engineering Division of the German Research Center for Biotechnology (GBF), Braunschweig

Professor Dr. Armin Reller University of Augsburg, Chair of Solid State Chemistry, Augsburg

Professor Dr. Franz-Dieter Fischer University of Leoben, Leoben, Austria

Professor Dr. Alfred Schmidt Institute for Process and Fuel Technology at the Vienna University of Technology, Vienna, Austria

Professor Dr. Helmut Föll Faculty of Engineering at the University of Kiel, Kiel

Dr. Wolfgang Schneider (Deputy Chairman) DaimlerChrysler Aerospace Airbus GmbH, Hamburg

Professor Dr. Ulrich Förstner Environmental Technology section, Technical University of Hamburg-Harburg (TUHH), Hamburg

Michael Windisch MAN-Technologie, Karlsfeld

Professor Dr. Dr. Wittko Francke Institute of Organic Chemistry, University of Hamburg

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Dr. Jürgen Wortmann DaimlerChrysler Aerospace, Munich


Organe und Gremien Organization

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Organe und Gremien Organization

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Einnahmen Die Einnahmen der GKSS setzen sich aus der institutionellen Förderung durch Bund und Länder und eigenen Einnahmen aus Drittmittelprojekten (z. B. bmb+f und EU) und Aufträgen aus der Wirtschaft zusammen. Im Jahr 2000 lag die institutionelle Förderung bei ca. 102 Mio DM. Es ist zu erwarten, dass sich die institutionelle Förderung auch in den nächsten Jahren auf diesem Niveau bewegen wird, u. a. durch die bereits erfolgte Genehmigung eines weiteren Neubaus für das Institut für Werkstoffforschung. Die Einnahmen aus Aufträgen und Projektförderungen von Bund und Ländern, in- und ausländischen Wirtschaftsunternehmen, internationalen Organisationen und sonstigen Erträgen liegen in den letzten Jahren bei ca. 20 – 25 Mio DM p.a. mit steigender Tendenz insbesondere bei den Einnahmen aus der EU-Förderung und der Wirtschaft.

Einnahmen Own income

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Der größte Anteil an den Erträgen aus Projektförderungen stammt aus Projekten des Bundes und der Länder, die neben der institutionellen Förderung auf Grund von Einzelanträgen der GKSS gewährt wurden. Der zweite wesentliche Beitrag zu den Einnahmen stammt aus den Projektförderungen durch internationale Organisationen, im Wesentlichen durch die Europäische Union. Dieser Anteil an den eigenen Erträgen konnte erfreulicherweise in den Jahren 1995 – 2000 verdreifacht werden. Anzeichen für eine weiterhin sehr positive Entwicklung in diesem Bereich liegen vor. Der drittgrößte Beitrag an den Erträgen stammt aus Einnahmen aus inländischen Wirtschaftsunternehmen. In diesem Zusammenhang ist auch auf die Erfolge der GKSS bei der Einwerbung von Mitteln des HGFStrategiefonds hinzuweisen.

Einnahmen von inländischen Unternehmen Income from German companies


Kennzahlen Key Figures

Own income GKSS finances its activities with subsidies from the German federal and state governments as well as through its own income from projects funded by third parties (e. g. from the German Ministry of Education and Research and the EU), and from private and public business contracts. Public subsidies amounted to approximately DM 102 million in 2000. It is expected that this funding will remain at about the same level in the coming years, among other things due to the approval which has been granted for construction of a new institute for materials research.

Annual income from project subsidies and contracts from the federal and state governments as well as from German and foreign companies, international organizations and other sources amounted to between DM 20 and DM 25 million over the last few years. This type of income is noticeably increasing, particularly due to EU funding and industry contracts. The largest share of project funding comes from the federal and state governments. It is granted to GKSS on the basis of individual project applications and is not part of public subsidies.

The second-largest contribution to income comes from project funding by international organizations, particularly the European Union. The share of GKSS’ own income accounted for by such funding tripled from 1995 – 2000, and there are clear indications that this positive trend will continue. The third-largest contribution to income comes from German companies. Last, but not least, GKSS’ success in gaining funding from the HGF Strategy Fund is also worthy of mention.

Einnahmen von intern. Organisationen (EU) Income from international organizations (EU)

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Ausgaben Die Gesamtausgaben der GKSS entsprechen den gesamten Einnahmen, da GKSS als gemeinnützige GmbH keine Gewinnabsichten verfolgt. Den größten Ausgabenblock stellen die Personalausgaben dar. Sie betrugen im Jahr 2000 ca. 64 Mio DM und liegen damit bei ca. 47 % der Gesamtausgaben.

Die Sachausgaben mit 46 Mio DM im Jahr 2000 betrugen - wie auch in in den zurückliegenden Jahren - ca. 1/3 der Gesamtausgaben. Ihre Höhe ist ein Zeichen dafür, dass GKSS weiterhin auf eine ausreichende Ausstattung mit Arbeitsmitteln zurückgreifen kann.

Die Investitionen zeigen einen unterschiedlichen Verlauf in Abhängigkeit zum jeweiligen Ausbauprogramm. Sie liegen jedoch auf einem gesunden Niveau, das einen für eine Forschungseinrichtung notwendigen schnellen Erneuerungsprozess ermöglicht.

In 2000, the cost of materials and equipment remained at about the same level as in previous years, coming in at DM 46 million, or about a third of total expenditures. The high level of these expenditures ensures that GKSS will continue to have sufficient working materials.

The development of investment varied depending on the expansion program in question. Investments were at a relatively high level, however, thus allowing GKSS to modernize at a rate necessary for a research institute.

Expenditures Because GKSS is a non-profit organization, its total expenditures are as high as its income. The largest single item are personnel costs, which amounted to some DM 64 million in 2000, or approximately 47% of the center’s total expenditures.

Ausgaben Expenditures

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Kennzahlen Key Figures

Personal Die von Bund und Ländern gefordert e Stellenreduktion im Rahmen der Grundfinanzierung (Personal im Stellenplan) musste in den letzten Jahren weiter fortgeführt werden. Auch in den Folgejahren muss mit einem weiteren Abbau von Planstellen gerechnet werden. Um einen zu starken Personalabbau zu vermeiden, müssen daher weiterhin verstärkt Drittmittel eingeworben werden, um damit zusätzliches Personal (drittmittelfinanziert) beschäftigen zu können. Während im Jahr 1995 noch ca. 520 Mitarbeiter und Mitarbeiterinnen auf Planstellen beschäftigt wurden, sind es im Jahr 2000 nur noch etwa 440 gewesen. Somit mussten in den letzten fünf Jahren etwa 80 Arbeitsplätze abgebaut werden. Fast 300 Mitarbeiter und Mitarbeiterin-

nen werden außerhalb des Stellenplans auf zeitlich befristeten Stellen gef ü h rt (Doktoranden, Postdoktoranden, Diplomanden und Auszubildende).

Die Ausbildung nimmt bei GKSS einen erheblichen Stellenwert ein. Die Zahl der Auszubildenden wurde in den letzten Jahren kontinuierlich gesteigert und beläuft sich zur Zeit auf mehr als 40. Großen We rt legt GKSS auf die Weiterund Fortbildung ihres Personals, um die Ressource Personal möglichst optimal einsetzen zu können.

Dieser kontinuierliche Personalabbau gefährdet inzwischen die wissenschaftliche Infrastruktur - trotz ausreichender Finanzmittel - in ihrer Existenz und stellt bei weiterer Fortführung die Funktionsfähigkeit ernsthaft in Frage. Dringende Flexibilisierungsmaßnahmen werden nicht gewährt und damit die für ein Forschungszentrum Personalstruktur 2000 notwendige BewegPersonnel structure for the year 2000 lichkeit im nationalen und internationalen Wettbewerb stranguliert .

Personnel Over the past few years, GKSS has been compelled to continue reducing the workforce financed with basic funds (classification plan staff) in accordance with the demands of the federal and state governments. It is expected that the number of permanent positions will be cut in the future as well. To prevent staff levels from being reduced too strongly, GKSS needs to obtain additional funding from third parties. Whereas the research institute still had approximately 520 permanent employees in 1995, this number dropped to only around 440 in 2000. This means that around 80 positions had to be cut in the last five years. In addition to the positions listed in the classification plan, GKSS also employs almost 300 temporary workers (trainees, graduate and post-graduate students, post-doctoral fellows). Despite sufficient funding, this reduction in the workforce is threatening the institute’s scientific infrastructure and, if continued, will endanger the center’s ability to function. The governments have thus far failed

to approve necessary flexibility measures, thereby inhibiting the maneuverability needed to deal with competitors at home and abroad.

Personalgesamtübersicht Complete staff overview

Training plays an important role at GKSS, and over the last few years the number of trainees has continuously risen to the current level of more than 40. GKSS also puts great store in the continuing and further education of its staff to ensure that human resources are employed as optimally as possible.

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Überblick Dynamik und Kreativität von Wissenschaft und Forschung erwachsen aus der Wechselwirkung mit ihrem Umfeld. Als nationales Forschungszentrum mit stark anwendungsorientierter Ausrichtung der Forschungsarbeiten ist für GKSS der enge Kontakt zu Industrie und Hochschule, aber auch zur Bevölkerung ganz allgemein, als Impulsgeber für Entwicklungen von zentraler Bedeutung. Neue Hochtemperaturwerkstoffe müssen beispielsweise nicht nur im Labormaßstab herstellbar, sondern auch großtechnisch produzierbar sein. Nicht nur die Machbarkeit eines neuen Verfahrens im Pilotmaßstab ist bedeutend für GKSS, vielmehr wird zunehmend das Gewicht in Richtung der industriellen Verwertbarkeit verschoben. Technologietransferleistung ist der neue Maßstab, mit dem GKSS sich

international vergleichen muss. Neue Werkstoffe müssen deshalb nicht nur bearbeitbar sein, sie müssen überdies wirtschaftlich produzierbar sein. Das sind Anforderungen, die bereits bei der Entwicklung der Werkstoffe formuliert und berücksichtigt werden. GKSS besitzt daher nicht nur eine international anerkannte Kompetenz auf dem Gebiet der Materialforschung, sondern ist auch Forum für Strategiegespräche mit der Industrie.

orientierte Diskussion mit den Medien und der Öffentlichkeit. Gleichermaßen wichtig ist der ständige Dialog mit Landes- und Bundesbehörden. So wird ein großer Teil der GKSS-Umweltforschung einerseits mit dem Ziel der Umsetzung in Handlungen von öffentlichen Einrichtungen durchgeführt, zum anderen aber auch, um neue Anforderungen an die Forschung aufzunehmen und Aktivitäten daraus abzuleiten.

Die Einbeziehung der Öffentlichkeit durch einen intensiven und verständlichen Informationsfluss ist von zentraler Bedeutung für die Akzeptanz der wissenschaftlichen Arbeit. Zwar ist der Zusammenhang von Wirtschaftswachstum und der Entwicklung neuer Techniken und Verfahren im Bewusstsein der Bevölkerung verankert, jedoch hemmt in vielen Fällen eine unzureichende Information deren Einführung. GKSS versteht sich daher auch als Forum für eine sachgerechte und problem-

Die langfristige Sicherung der Bundesrepublik Deutschland als Wirtschaftsstandort, der Ausbau und die Intensivierung neuer, im internationalen Maßstab bedeutender Technologien sowie die rasche Umsetzung wissenschaftlicher Ergebnisse, sind die zentralen Herausforderungen, denen sich GKSS auch in Zukunft weiterhin stellen wird. Die Schaffung und Pflege vielfältiger Umfeldbeziehungen ist eine wesentliche Voraussetzung für den Erfolg.

Zusammenarbeit

• Gemeinsame Berufung • Hochschulforschungsprogramm • Doktoranden/Diplomanden

• Information • Diskussion • Wissenschaftliche und kulturelle Veranstaltungen

• Arbeitsgruppen • Praktika / Kurse • ”Summer Schools”

Hochschulen

Öffentlichkeit

Behörden

• • • •

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Auftragsforschung Kooperation Arbeitsteilung Unterstützende und begleitende Untersuchungen

Industrie

• Auftragsforschung • Strategiediskussion • Nutzung, Anwendung, Patente

• TechnologieKooperation • Technologie-Zentrum


GKSS und das Umfeld Interaction with the Surrounding

Overview The dynamism and creativity of science and research result from interaction with their surroundings. For GKSS, a national research center with a strong focus on the applications of its research projects, close contact with industry, universities and the population in general is of central importance as a stimulus for developments.

workable; it must also be possible to manufacture them economically. Those are requirements that are formulated and taken into account during the development of the materials. To this end, GKSS not only relies on its internationally acknowledged expertise in the field of materials research; it also acts as a forum for strategy discussions with industry.

with the media and the public. The constant dialogue with state and federal authorities is equally important. A large part of GKSS’ environmental research, for example, is carried out with the goal of involving public institutions in the implementation phase. At the same time, it is also conducted to tackle the new demands made of research and derive activities from them.

For example, it must be possible to make new high-temperature materials not only on a laboratory but also on a large technical scale. It is not only the feasibility of a new process on the pilot scale that is important for GKSS; rather, the focus is increasingly on industrial utility.

The involvement of the public through an intensive and comprehensible flow of information is of central importance for the acceptance of the scientific work. Although the relationship between economic growth and the development of new technologies and processes is embedded in the consciousness of the public, insufficient information often hinders the introduction of such technologies. GKSS therefore also sees itself as a forum for a proper, problem-oriented discussion

Safeguarding the Federal Republic of Germany as an industrial location over the long term, expanding and intensifying development of new technologies that are important on an international scale and rapidly implementing scientific results are the central challenges that GKSS will continue to face in the future. Success will only be possible through the creation and cultivation of a variety of external relationships.

The capacity to carry out technology transfers is the new standard by which GKSS must measure itself internationally. It is therefore not only crucial that new materials are

Cooperation

• Information • Diskussion • Scientific and cultural events

• Joint decisions on appointments • Working groups • University research program • Internships/ • Post-graduate students / Training courses graduate students • ”Summer Schools” Universities

Public

Authorities

• • • •

Contract research Collaboration Division of labour Supporting and supplementary research

Industry

• Contract research • Strategy discussions • Uses, applications, patents

• Technology cooperation • Technology center

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Kooperation mit der Wirtschaft Es gehört zu den GKSS-Zielen, durch Forschung und Entwicklung Impulse für Innovationsprozesse zu geben und so dem Fortschritt in der Gesellschaft zu dienen. Dies lässt sich nur in engem Zusammenwirken mit der Wirtschaft erreichen. So erstrecken sich die Beziehungen von GKSS zu den industriellen Partnern vom Dialog über die thematische Ausrichtung der Forschungsprogramme bis hin zur Unterstützung bei der Markteinführung von Produkten und Verfahren, die aus gemeinsamen Kooperationsprojekten hervorgegangen sind. Hierbei beschränkt sich der GKSSDialog mit der Wirtschaft nicht nur auf die Diskussion der Forschungsstrategie im Aufsichtsrat und im technisch-wissenschaftlichen Beirat der Gesellschaft. Unternehmensvertreter arbeiten auch in Struktur- und Berufungskommissionen mit, die bei der Neuorientierung von GKSS-Instituten und im Zusammenhang mit der Neubesetzung von Leitungspositionen eingesetzt werden. Daneben sorgen regelmäßige oder ad hoc einberufene fachbezogene Gesprächskreise mit der Anwenderseite, wie z.B. der Industriebeirat Membrantechnik, dafür, dass GKSS nicht am Bedarf der Nutzer vorbei forscht. In der projektbezogenen Zusammenarbeit haben sich für die einzelnen Stadien der Entwicklung von den Grundlagen bis zur Markteinführung unterschiedliche Formen der Kooperationen herausgebildet. Generell lässt sich sagen, dass das Engagement der Industrie in Kooperationen um so größer ist, je weiter diese Beziehung, ausgehend von der Grundlagenforschung in Richtung produktbezogener Entwicklung und Markteinführung positioniert ist. Partner der GKSS in der Grundlagenforschung sind überwiegend Universitäten und andere Forschungseinrichtungen. Die Mitwirkung der Industrie bezieht sich hier in der Hauptsache auf die strategische Ausrichtung der Forschungsziele. Ein Beispiel ist die Strukturaufklärung

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von Legierungen mit Hilfe der Kleinwinkelstreuung, unter anderem mit dem Forschungszentrum Jülich, Universitäten und Max-Planck-Instituten als Nutzern. Verbundprojekte decken in der Regel den vorwettbewerblichen Bereich ab und werden im Rahmen nationaler oder europäischer Programme mit Drittmitteln gefördert. Der Anwendungsaspekt gewinnt hierbei zunehmend an Bedeutung. Dies kommt in der Beteiligung von Herstellern und Anwendern zum Ausdruck. Unter Federführung von GKSS wird mit fünf europäischen Partnern im Rahmen eines Brite-Euram Projektes daran gearbeitet, mit Hilfe eines Bio-

hybrids die noch aktiven Leberfunktionen eines Patienten zu unterstützen und so die Regeneration des bestehenden Gewebes zu erreichen. Neue Anwendungsgebiete für das Elektronen- und Laserschweißen werden im Rahmen des EU-Projektes "ASPOW" erschlossen. Partner (unter anderem): Thyssen LaserTechnik, NUTECH GmbH, QUANTEL S.A., Interturbine Germany GmbH, BRITISH STEEL. Bilaterale Kooperationsprojekte zielen meist schon auf ein konkretes Produkt des Industriepartners. Solche Projekte werden auf der Basis durchgeführt, dass beide Seiten sich an den Kosten beteiligen und für den


GKSS und das Umfeld Interaction with the Surrounding

Erfolgsfall eine Nutzungsregelung vorgesehen wird. Hier geht es oft um die Umsetzung von Laborergebnissen in den Pilot- und Demonstrationsmaßstab.

Im Auftrag von Karlsruher Glastechnisches Werk GmbH wurde beispielsweise eine Tiefkühlzelle für die Hochleistungsgasanalytik weiter entwickelt.

Beispiel: Die Zusammenarbeit mit der Firma Tuicumed GmbH hat die Herstellung und Erprobung einer n e u a rtigen mechanischen Herzklappe aus einem zu entwickelnden biokompatiblen Werkstoff auf der Basis einer Ti t a n l e gierung zum Ziel. Dies vom bmb+f gefördert e Projekt wird als Einstieg in die Medizintechnik gesehen.

Der direkteste Weg der Umsetzung von Forschungsergebnissen in industrielle Produkte und Leistungen führt über Unternehmensgründungen durch die Forscher und Entwickler selbst. Diese Form des Transfers wird deshalb von GKSS besonders gefördert und unterstützt, insbesondere durch befristete Nebentätigkeitsgenehmigungen, zeitlich befristete "Rückfahrkarten”, GKSS-Aufträge an die Gründer in der Startphase, Vermietung von Räumen und Geräten.

Im Erfolgsfall wird die Zusammenarbeit auf der Ebene eines Lizenzv e rtrages fortgesetzt, wobei GKSS den Industriepartner bis in die Phase der Markteinführung hinein weiter beratend unterstützt. Auf diese Weise wachsen langj ä h r i g e stabile Geschäftsbeziehungen, die nicht selten Grundlage für neue Projekte sind. Das gilt insbesondere dann, wenn es im Rahmen der L i z e n z b eziehung zur Übernahme von Personal aus der Fo r s c h u n g seinrichtung in das Unternehmen des Industriepartners kommt. Beispiele: Atomika Instruments GmbH; Oberschleißheim, Aluminium Rheinfelden; Rheinfelden, Sterling Sihi; Itzehoe. Neben der gemeinsamen Entwicklung stellen Auftragsbez i e h u n g e n eine andere wichtige Form der Zusammenarbeit mit der Industrie oder öffentlichen Nutzern dar (Auftragsprojekte sind in der Regel im wettbewerbsnahen Bereich angesiedelt). Hier geht es darum, ein vom Auftraggeber vorgegebenes Pflichtenheft zu erf ü l l e n . Hauptcharakteristikum ist, dass die Ergebnisse allein dem Auftraggeber gehören und er die Leistungen voll bezahlt. Soweit die nachg e f r a gten Leistungen auch von privaten Unternehmen (z.B. Ingenieurbüros) angeboten werden, achtet GKSS darauf, dass es nicht zu ordnungspolitisch unerwünschten Konkurrenzsituationen kommt.

Capsum Technologie GmbH, Geesthacht, fertigt beispielsweise in GKSSLizenz Methansensoren für die Unterwassergasanalytik. Diese

Sensoren wurden bereits an zahlreiche Kunden in den USA und Europa verkauft. Capsum ist neben Elipsa GmbH, Berlin, und e-men1 GmbH, Hamburg, Partner des bmb+f-Projektes: "Existenzgründung – Ein Baustein der Innovation". In diesem Projekt versuchen wir, die ökonomischen Fragestellungen zu beantworten, die durch technische Innovationen hervorgerufen werden.

Ansprechpartner: Stabsstelle Technologietransfer Volker Dzaak Telefon: 04152/87-1626

Kooperation mit der Wirtschaft

Grundlagen

Anwendungsorientierte Forschung und Entwicklung

Labortests

Produkt- und Verfahrensentwicklung

Prototyp

Markteinfürung

DemoAnlagen

Unterstützung bei Unternehmensgründungen Lizenzverträge Auftragsprojekte/Dienstleistungen Bilaterale Kooperationsprojekte GKSS/ Industrie Verbundforschung GKSS / Institute / Industrie Hochschulprojekte

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Cooperation with Industry One of the goals of GKSS is to stimulate innovation through research and development and in this way promote the progress of society. This can only be achieved in close cooperation with industry. The relationship of GKSS to industrial partners therefore ranges from consultation regarding the thematic focus of research programs to support during the market launch of products and processes that have emerged from cooperative projects. GKSS’ dialogue with industry is not limited to the discussion of research strategy at the research institute’s supervisory board and technical and scientific advisory committee. Business representatives also participate in structural and appointment committees that contribute to refocusing GKSS institutes and refilling leadership positions. In addition, regular or ad hoc round-table meetings with the user side, such as the Membrane Technology Industry Advisory Committee, ensure that GKSS does not conduct research irrelevant to the needs of the users. In project-oriented collaboration, different forms of cooperation have evolved for the individual stages of development extending from basic research to market launch. In general, it can be said that industry is more involved in cooperative projects when the distance between basic research, on the one hand, and product-oriented development and market launch, on the other, is greater. In basic research, the partners of GKSS are for the most part universities and other research institutions. Here, industry collaboration relates primarily to the strategic focus of the research goals. One example is the analysis of the structure of alloys using small-angle scattering, with the Research Center Jülich, universities and Max Planck Institutes, et al., as users. As a rule, joint projects cover the pre-market area and are sponsored

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with third-party funds in the framework of national or European programs. Application is becoming increasingly important here. This finds expression in the participation of manufacturers and users. GKSS heads a Brite-Euram project that includes five European partners. The project’s aim is to support the remaining liver functions of patients by using a biohybrid and in this way help regenerate existing tissue. New fields of application for electron and laser welding are being developed in the framework of the EU project "ASPOW." The partners (among others): Thyssen Laser-

Technik, NUTECH GmbH, QUANTEL S.A., Interturbine Germany GmbH, BRITISH STEEL. Bilateral projects usually aim at creating specific products for the industrial partners. These projects are based on a scheme whereby both sides share the costs and provision is made for a utilization arrangement in the event of success. Here it is often a matter of implementing laboratory results on a pilot and demonstration scale. The collaboration with Tuicumed GmbH, for example, has as its goal the production and testing of a new type of mechanical heart valve made


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of a biocompatible material that will be based on a titanium alloy and has yet to be developed. This project, which is being funded by the German Federal Ministry of Education and Research, is seen as a first step to developing medical technology. If successful, the collaboration will be continued at the level of a licensing agreement, whereby GKSS will continue to assist the industrial partner as a consultant up to and during market launch. This often leads to stable business relationships that can last many years and not infrequently form the basis for new projects. This is especially true when, in the framework of a licensing agreement, the industrial partner takes over personnel from the research institute. Examples: Atomika Instruments GmbH; OberschleiĂ&#x;heim, Aluminium Rheinfelden; Rheinfelden, Sterling Sihi; Itzehoe. In addition to joint development, contract relationships represent another important form of cooperation with industry or with public users (contract projects generally have close market proximity). Here it is a matter of fulfilling specifications provided by the client. The principal characteristic of such relationships is that the results belong exclusively to the client, and he pays for the services in full. To the extent that the services are also offered by private companies (e.g. engineering firms), GKSS sees to it that no competitive situations arise. On behalf of Karlsruher Glastechnisches Werk GmbH, for example, improvements were made to a refrigerating cell used in highperformance gas analysis. The most direct route to the implementation of research results in industrial products and services is via the creation of new companies by the researchers and developers themselves. GKSS therefore gladly supports and promotes this form of transfer. It mainly does this by granting temporary approval to pursue

outside jobs, by providing temporary "return tickets," by awarding GKSS contracts to the founders in the startup phase and by renting out space and equipment.

Contact: Stabsstelle Technologietransfer Volker Dzaak Telephone: +49 (0)4152 / 87-1626

Under a license from GKSS, for example, Capsum Technologie GmbH in Geesthacht manufactures methane sensors for underwater gas analysis. These sensors have already been sold to numerous customers in the U.S. and Europe. Capsum is a partner of the German Federal Ministry of Education and Research project "Existenzgrßndung Ein Baustein der Innovation" ("Business Start-Ups—A Part of Innovation"), as are Elipsa GmbH, Berlin, and e-men1 GmbH, Hamburg. The project attempts to address the economic issues that result from technological innovations.

Cooperation with the industry Basics

Application-oriented research and development

Laboratory tests

Product and process development

Prototype

Market launches

Demonstration facilities

Support for start-up companies Licensing contracts Commissioned projects/services Bilateral cooperative projects between GKSS and industry partners Joint research by GKSS, other research institutes and industry partners Projects at colleges and universities

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Drittmittelprojekte GKSS hat ihre Bemühungen, Fördermittel für Projekte im Rahmen von nationalen und europäischen Forschungsprogrammen einzuwerben, in den letzten Jahren deutlich intensiviert. Dabei sind die mit der Akquisition von Drittmittelprojekten beabsichtigten Ziele mehrschichtig: Durch die Beteiligung an Drittmittelprojekten bringt GKSS ihre wissenschaftlich-technische Kompetenz bei der Lösung gesellschaftlicher und forschungsrelevanter Probleme ein sowohl auf nationaler als auch auf europäischer Ebene. Dadurch erweitert GKSS zugleich auch die Möglichkeiten zum weiteren Auf- und Ausbau dieser Kompetenz. Dies ist eine wichtige Voraussetzung, um auch zukünftig als Innovationspartner für die Wirtschaft attraktiv zu sein. Außerdem tragen angesichts einer sinkenden Grundfinanzierung Drittmittelprojekte in zunehmendem Maße zur Realisierung des geplanten FuE-Programms bei. Auch die Tatsache, dass diese Fördermittel im Wettbewerb vergeben werden, hilft GKSS, sich bei Partnern zu profilieren und gegenüber internationalen Wettbewerbern zu positionieren. Da viele dieser Programme die Beteiligung von Unternehmen (Herstellern bzw. Anwendern) an den entsprechenden Projektvorschlägen voraussetzen, wird jeder positive Bescheid gleichzeitig zu einem Kompetenznachweis gegenüber den jeweiligen Industriepartnern von GKSS. Ein weiteres Ziel der Beteiligung von GKSS an Drittmittelprojekten ist die Intensivierung bestehender bzw. der Aufbau neuer Kundenbeziehungen zu Unternehmen und Institutionen, mit denen zuvor nur eine lose oder noch keine Zusammenarbeit bestand. So schafft die erfolgreiche Durchführung von Drittmittelprojekten das notwendige Vertrauen in die Leistungsfähigkeit von GKSS und bildet die Basis für langfristige bilaterale Kundenbeziehungen. Der Weg, eine Projektidee zu einem einreichungsfähigen Projektantrag

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auszugestalten, ist eine schwierige und zeitaufwendige Aufgabe. Eine Fülle von inhaltlichen und formalen Anforderungen ist dabei zu beachten. Die Hauptlast bei der Erstellung der Antragsunterlagen tragen die Wissenschaftler. Die Aufgabe der Verwaltung ist es, sie hierbei bestmöglich zu unterstützen. Zu diesem Zweck hat GKSS in der Abteilung Technologietransfer eine Stelle geschaffen, die die Wissenschaftler durch gezielte Informationen über die Förderprogramme, durch Koordination der internen Abstimmungsprozesse und durch umfassende Beratung unter Nutzung eines Netzwerkes von Kontakten in allen Phasen der Antragsstellung und der Projektabwicklung unterstützt. Dass sich die Anstrengungen der GKSS gelohnt haben, lässt sich an der überdurchschnittlichen Bewilligungsquote von gestellten EU-Anträ-

gen ablesen: Die Rate schwankte im 4. Forschungsrahmenprogramm der EU zwischen 30 und 36 % bei einem gesamteuropäischen Bewilligungs-Durchschnitt von nur 17,5 %. Seit 1993 hat GKSS seine jährlichen Einnahmen durch EU-Förderung mehr als verdoppelt.

Ansprechpartner: Stabsstelle Technologietransfer Dr. Hans-Jörg Isemer Telefon: 04152/87-1661


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Externally Funded Projects In recent years, GKSS has substantially stepped up its efforts to attract funding for projects that fall within national and European research programs. The participation in externally funded projects goes hand in hand with a number of aims: By participating in externally funded projects, GKSS is able to use its scientific and technical expertise for solving social and research problems on both a national and European level. At the same time, such projects also provide GKSS with an opportunity to increase its own fund of know-how and therefore further consolidate its reputation as an attractive partner for business and industry in the future. Finally, a fall in the level of state funding means that externally funded projects are assuming an increasingly important role within the institute’s R&D program as a whole.

In addition, since such funding must generally be competed for, such projects provide a good opportunity for GKSS to raise its profile with actual and potential partners as well as boost its position against rival institutions both at home and abroad. Moreover, many of these programs involve the participation of the corporate sector—both manufacturers and users—in putting together proposals for the corresponding projects. As such, all positive response in this area also provides industry partners with further proof of the competence and capabilities of GKSS. Another reason why GKSS participates in externally funded projects is that they offer a chance to develop and strengthen ties to companies or institutions with which we formerly had only a loose connection or none at all. In this respect, the successful

completion of an externally funded project helps generate the necessary confidence in the capabilities of GKSS as well as providing the basis for future, long-term cooperation. The process of turning an initial project idea into a fully fledged project proposal is a difficult and timeconsuming task. Before a proposal is ready for submission, a large number of requirements with respect to both form and content have to be fulfilled. The main burden here is borne by the scientists. The task of the research center’s administration staff is therefore to offer them as much assistance as possible. With this in mind, GKSS has created an additional post in the Department of Technology Transfer. The aim of this new post is to feed the scientists with information on sponsorship programs, provide comprehensive consultation on all the different phases of putting together a proposal, coordinate all the internal processes involved, and offer support throughout the project itself by means of a network of contacts. The efforts of GKSS in this direction have certainly started to pay off. For example, the institute enjoys an above-average approval rate for the proposals it has submitted to the EU. In the course of the Fourth EU Research Framework Program, the percentage fluctuated between 30 and 36% as compared to an average approval rate for Europe as a whole of only 17.5%. In the period since 1993, GKSS has more than doubled its yearly income from EU funding. Contact: Technology Transfer Department Dr. Hans-Jörg Isemer Tel.: +49 (0)4152/87-1661

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Hochschulzusammenarbeit Die Kooperation mit Hochschulen ist ein unverzichtbares strategisches Element für ein Forschungszentrum der Helmholtz-Gemeinschaft. Dieses gilt es zu stärken, die Vernetzung der Forschung an Universitäten und Fachhochschulen mit der außeruniversitären Forschung voran zu treiben und auch neue Formen der Zusammenarbeit zu entwickeln. Schon bisher stellen Hochschulen nicht nur das Potential der Nachwuchswissenschaftler, sie sind gleichermaßen Partner in gemeinsamen Projekten und liefern eine wichtige Ergänzung im Rahmen einer interdisziplinären Zusammenarbeit. Sonderforschungsbereiche der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) wurden in allen drei Forschungsschwerpunkten in enger Kooperation mit den Hochschulen initiiert. Eine wesentliche Komponente stellt das Zusammenwirken im personellen Bereich dar. Gemeinsame Be-

rufungsverfahren zur Besetzung der wissenschaftlichen Leitungspositionen in den Instituten fördern die wissenschaftliche Zusammenarbeit und sichern die fachliche Qualität. So sind alle Neubesetzungen der Leitungsfunktion in den letzten Jahren in gemeinsamen Verfahren mit Universitäten durchgeführt worden. Zur Zeit befinden sich mit den Universitäten Hamburg und Potsdam weitere drei Besetzungen von Leitungsfunktionen in Vorbereitung. GKSS fördert die wissenschaftliche Qualifikation seiner Mitarbeiter insbesondere dadurch, dass Freiräume zur Habilitation eingeräumt werden. Dies kann nur in sehr enger und vertrauensvoller Kooperation mit den beteiligten Hochschulen gelingen. Gemeinsame fachbezogene Seminare, Vorträge und Tagungen tragen wesentlich zum Austausch von Forschungsergebnissen zwischen Hochschulen und GKSS bei. Regelmäßig werden die GKSS-Programmschwer-

punkte im Rahmen der Erfolgskontrolle von externen Gutachtergremien, zu denen auch Wissenschaftler aus den Hochschulen gehören, untersucht und beurteilt. Im Frühjahr 2000 wurde der Programmschwerpunkt Materialforschung begutachtet. GKSS leistet seinen Beitrag zur Ausbildung von Studenten. Wissenschaftler halten in den verschiedenen Universitäten der Region Grundund Spezialvorlesungen, bieten Praktika an und beteiligen sich an der Gestaltung neuer Studiengänge. Diplomanden und Doktoranden erarbeiten an den GKSS-Instituten ihre Diplomarbeiten und Dissertationen in enger Zusammenarbeit mit den Hochschulen. Ansprechpartner: Planungs- und Koordinierungsstab Dr. Joachim Krohn Telefon: 04152/87-1665

Cooperation with Universities For a Helmholtz research center, collaboration with universities is an indispensable part of overall strategy. It requires the intensification of cooperative measures, the strengthening of networks between colleges, universities and other research centers, and the development of new forms of collaboration. Colleges not only provide research centers with up-and-coming scientists; they are also partners in joint projects and augment the work at the research center through interdisciplinary collaboration. Collaborative research centers of the Deutsche Fo r s c h u n g s g e m e i n s c h a f t (German Research Council — DFG) have been initiated at all three research programs in close cooperation with the participating universities.

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Collaboration is particularly evident when dealing with personnel issues. Joint decision-making on the filling of leading scientific positions at institutes not only promotes scientific collaboration but also ensures that employees are suitably qualified. All new management appointments over the past few years were made in collaboration with universities, and three additional management appointments are currently being prepared in conjunction with the universities of Hamburg and Potsdam. GKSS promotes the scientific qualification of its employees — in particular by giving them the opportunity to earn the right to lecture as professors at German universities (habilitation). This can only be achieved in close cooperation with the participating universities. Jointly organized seminars, lectures, and conferences

promote the exchange of research knowledge between universities and GKSS. The GKSS research programs are regularly analyzed and evaluated by external auditors, including university scientists. The Materials Research program was, for example, evaluated in the spring of 2000. Last, but not least, GKSS does its part in educating students. Scientist from the research center lecture at various universities in the region, offer internships and participate in drawing up new courses of study. In addition, graduate and post-graduate students work on their theses and dissertations at GKSS institutes in close cooperation with universities. Contact: Planning and Coordination Dr. Joachim Krohn Telephone: ++49 (0)4152/87-1665


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Wissenschaftliche Veröffentlichungen Wie andere Forschungseinrichtungen hat auch GKSS ein originäres Interesse, ausgewählte Ergebnisse der wissenschaftlich-technischen Arbeiten zu veröffentlichen. Als Forschungszentrum der HGF, das von Bund und Ländern getragen wird, besteht überdies dazu eine Verpflichtung. Diesen Auftrag erfüllt GKSS zielgerichtet auf unterschiedlichen Wegen, um sowohl das wissenschaftliche Umfeld als auch die interessierte Öffentlichkeit zu informieren.

Mitarbeiter seit 1988 weist eine Datenbank nach, die über die Homepage angewählt werden kann. Ansprechpartner: Zusendung technisch-wissenschaftlicher Berichte – Bibliothek Brigitte Eisenschmidt Telefon: 04152/87-1691 E-Mail: bibliothek@gkss.de

Publiziert wird in wissenschaftlichen Zeitschriften, Tagungsbänden, Büchern, in Form von Patenten und in wissenschaftlich-technischen Berichten, die im Haus erstellt und kostenlos bezogen werden können. Eine gedruckte Übersicht der Veröffentlichungen eines Jahres wird am Beginn des Folgejahres herausgegeben. Die Publikationen der

Scientific Publications Like other research institutes, GKSS has a vested interest in publishing selected results of its scientific and technical research. In fact, it is even obligated to do so, as it is an HGF research center funded by the German federal government and state governments. GKSS fulfills this task in different ways so that information is provided not only to the scientific community, but to the general public as well.

employees since 1988 can be accessed from the GKSS website. Contact: Submittal of Technical and Scientific Reports – Library Brigitte Eisenschmidt Telephone: ++49 (0)4152/87-1691 e-mail: bibliothek@gkss.de

GKSS publishes in scientific journals, conference transcripts, and books, and also makes its findings available in the form of patent documentation and scientific and technical reports that are prepared at the research center and can be ordered free of charge. A printed list of all publications made in a particular year is published at the beginning of the following year. A database listing the publications of the center’s

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Öffentlichkeitsarbeit Wissenschaftliche Ergebnisse sowie neueste Entwicklungen und Hintergrundinformationen für die Öffentlichkeit transparent zu machen, ist eine der Aufgaben der Presse- und Öffentlichkeitsarbeit. Von der Bevölkerung wird eine anwendungsorientierte wissenschaftliche Forschung nur dann verstanden und akzeptiert, wenn sie von einem steten und verständlichen Informationsfluss begleitet wird. Pressemitteilungen, Pressekonferenzen, Radio- und Fernsehbeiträge sowie Veranstaltungen für die Bevölkerung werden von GKSS zur Information eingesetzt. Ein besonderer Schwerpunkt liegt dabei in der regional bezogenen Arbeit. Informationsveranstaltungen für besondere Zielgruppen, "Tage der offenen Tür", Gruppenbesichtigungen für Schüler und Studenten, Teilnahme an regionalen Ausstellungen und Präsentationen, die GKSS-Jahrestagung, aber auch Kunstausstellungen und Konzerte sind nur einige Bei-

spiele für regionale Aktivitäten. Der Jahresbericht, Broschüren zu einzelnen Forschungsschwerpunkten und Projektfeldern, Kurzinformationen zu besonderen Veranstaltungen, Filmmaterial, aber auch Informationen über die Großforschung in Deutschland werden kostenlos abgegeben. In 2000 machten sich über 3.500 Besucher mit den Forschungsarbeiten vertraut und diskutierten mit den Wissenschaftlern und Technikern. Jugendliche der Stiftung "Jugend forscht" nutzten die GKSS-Einrichtungen, Leistungskurse der benachbarten Schulen führten Projekttage durch, und Studenten informierten sich über Berufsbilder und -chancen. Innovativ-kreative Forschungsarbeit entwickelt sich besonders dann, wenn diese mit einem "wir"-Gefühl und der Identifikation mit der täglichen Arbeit im Einklag steht: "corporate identity". Die innerbetriebliche Kommunikation hat für GKSS einen

großen Stellenwert, quasi eine Öffentlichkeitsarbeit für die Mitarbeiter. Das Mitarbeitermagazin "UNTER UNS", aktuelle Informationen über schwarze Bretter, electronic mailing über Netzwerk, besondere Veranstaltungen, Einweihungen und Ehrungen: Die Palette der Mitarbeiterinformationen ist breit gefächert. Die Zukunft von GKSS sowie die Akzeptanz der Arbeiten und Ergebnisse in der Bevölkerung stehen in engem Zusammenhang mit unserer Dialogbereitschaft. Wir arbeiten daher aktiv an der Kommunikation mit unserem Umfeld und freuen uns über das Interesse an unserer Arbeit: Wir informieren gern. Ansprechpartner: Presse- und Öffentlichkeitsarbeit Dipl.-Betriebswirt Hans-Friedrich Christiansen Telefon: 04152/87-1677

Public Relations One of the major tasks of public relations at GKSS is to provide information on the scientific results and all the latest developments from the institute, as well as any relevant background information. The public at large can only really understand and accept applied scientific research if it is accompanied by a constant flow of clearly understandable information. GKSS therefore makes generous use of press releases, press conferences, radio and TV reports and special events for the public. At the same time, particular emphasis is given to events with a specifically regional focus. Examples here include events for specific target groups, open-house days, tours for school groups and college students, participation in regional exhibitions and presentations, the GKSS annual conference, art exhibitions and concerts. In addition, GKSS produces, free of charge, an annual

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report as well as brochures on individual research programs and projects, leaflets on special events, film footage, and information on major research projects in Germany. Last year, more than 3,500 visitors came to GKSS to take a closer look at various research projects and discuss them with scientists and technicians. Moreover, those involved in the "Jugend forscht” (Young Researchers) program were able to use the facilities at GKSS, while neighboring schools held special project days at the institute and students had an opportunity to find out about careers and job opportunities. More often than not, innovative and creative research is produced in an environment where there is a powerful team spirit and a strong sense of identification with daily activities. As such, in-house communications—in a sense, PR for the

employees—have a high priority at GKSS. Every effort is made to inform the employees via, for example, the employee magazine "UNTER UNS,” e-mails, and notices posted on blackboards. In addition, the institute stages a number of special events, openings and award ceremonies. The future of GKSS and the acceptance of its work and results depend very much on our willingness to conduct a dialog with the public at large. We therefore work hard on communicating with the world around us and are delighted when people take an interest in our activities. Indeed, we’re only too happy to inform. Contact: Public Relations Department Hans-Friedrich Christiansen Tel.: +49 (0) 4152/87-1677


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Internationale Beziehungen Die Abteilung Internationale Beziehungen wird als Stabsstelle geführt und untersteht der kaufmännischen Geschäftsführung. Sie kümmert sich um solche internationalen Beziehungen, die im Stadium der Entwicklung sind bzw. die von den Wissenschaftlern nicht selbst wahrgenommen werden. Dies schließt die Beratung von GKSS-Mitarbeitern bei Fragen der Kooperation mit anderen Ländern ein. Die Stabsstelle Internationale Beziehungen vertritt gegenüber dem Internationalen Büro des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (bmb+f) Projekte, die GKSS im Rahmen von Regierungsabkommen zwischen Deutschland und ausgewählten Partnerländern durchführt. Dazu zählen Länder wie Brasilien, Griechenland, Indien, Indonesien, Kanada, Korea, Lettland und Tschechien. Die Fuktion der Stabsstelle

schließt die Initiierung und Vorbereitung neuer Projekte auch mit weiteren Ländern mit ein. Zwei internationale Forschungsprogramme mit Israel und Brasilien werden im Auftrag des bmb+f betreut: Die Stabsstelle ist gegenüber dem bmb+f verantwortlich für das deutsch-israelische Verbundprojekt "Biological Indicators of Natural and Man-Made Changes in Marine and Coastal waters". Die Phase 2 dieses Projektes wird Ende 2001 mit einem Statusseminar in Israel auslaufen. Eine neue Kooperationsphase wird in Deutschland und Israel ausgeschrieben. Im Rahmen des Koordinationsauftrages für das deutsch-brasilianische Kooperationsprogramm SHIFT – "Studies on Human Impact on Forests and Floodplains in the Tropics" hat die Stabsstelle das Konzept für den im September 2000 in Ham-

burg veranstalteten "German-Brasilian Workshop und Neo-tropical Ecosystems – Achievements and Prospects of Future Research" entwickelt und maßgeblich an der Durchführung mitgewirkt. In dem selben Programm wurde umfangreiches didaktisches Material zu einer Folienserie und als rechnergestützte Demonstrationsversion zusammengestellt. Die SHIFT-Webseiten (SHIFT-Forum und SHIFT-intern) als operationelles Instrument für die Zusammenarbeit der bilateralen Forschungsgruppen unterschiedlicher Disziplinen wurden weiter ausgebaut. Ansprechpartner: Stabsstelle Internationale Beziehungen Dipl.-Ing. Helmut Bianchi Tel.: 04152/87-1675

International Relations The International Relations department at GKSS is run as a staff unit subordinate to commercial management. Its job is to take care of international relationships that are still in the development stage and those that scientists at GKSS are not directly involved in. This includes advising GKSS employees on issues concerning cooperation with other countries. The International Relations department reports to the International Office of the German Ministry of Education and Research (bmb+f) on projects that GKSS conducts under the auspices of agreements between Germany and selected partner countries. Such countries include Brazil, Greece, India, Indonesia, Canada, Korea, Latvia and the Czech Republic. The department’s responsibilities also include initiating and preparing new projects with these and other countries.

Two international research programs with Israel and Brazil are currently being coordinated on contract of the bmb+f: The German-Israeli Cluster project "Biological Indicators of Natural and Man-made Changes in Marine and Coastal Waters.” Phase 2 of this project will conclude at the end of 2001 with a status seminar in Israel. Plans are under way in both Israel and Germany for a new phase of cooperation. As part of a coordination contract for the German-Brazilian cooperation program SHIFT (Studies on Human Impact on Forests and Floodplains in the Tropics), the International Relations department developed the concept for the ”German-Brazilian Workshop on Neo-tropical Erosystems - Achievements and Prospects of Future Research” and took essentially part in its realization in Hamburg in September 2000.

Within the same program comprehensive didactic information has been arranged as a series of transparancies and as a computeraided demonstration show. The SHIFT websites (SHIFT Forum and SHIFT Intern) have been expanded into an operational instrument for cooperation between the bilateral research groups from various disciplines. Contact: International Relations Department Dipl.–Ing. Helmut Bianchi Tel.: +49 (0) 4152/87-1675

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Technologietransfer Vermarktung von Forschungsleistungen Im Rahmen ihrer Aufgaben, die Vermarktung der Forschungsergebnisse anzuregen und zu unterstützen, erfüllt die Transferstelle eine Schnittstellenfunktion. Sie ist einerseits Berater und Helfer für die Forscher und Entwickler des Zentrums in allen Fragen, welche die Verwertung von technisch-wissenschaftlichen Erkenntnissen und Erfahrungen betreffen, und andererseits Ansprechpartner für Interessenten und Kunden aus der Wirtschaft, die neue technische Lösungen bei Forschungseinrichtungen suchen, um ihre Wettbewerbsfähigkeit zu erhalten oder zu verbessern. Die Rolle der Transferstelle beschränkt sich nicht auf die Vermittlung von Kontakten zwischen Forschern und Unternehmen. Ebenso wenig agiert sie als Verwertungszentrale über die Köpfe der Wissenschaftler hinweg. Vielmehr arbeitet sie mit den Forschern Hand in Hand zusammen und ebnet die Wege, um die Transferchancen zu nutzen. Die Art und die Intensität dieser Unterstützung richtet sich nach dem jeweiligen Bedarf im Einzelfall. Das Unterstützungsangebot bezieht sich auf alle Formen und Stadien der Verwertung von Forschungsergebnissen, z.B. durch Kooperation, Auftragsforschung, Lizenzvergabe, Unternehmensgründungen und umfasst folgende Aktivitäten: • Identifizierung von verwertbaren GKSS-Entwicklungen, • Sicherung von Schutzrechten, Beratung von Erfindern, • Vorbereitung und Verbreitung von Transferangeboten, • Hilfe bei der Partnersuche und bei Verhandlungen mit Kooperations-, Projektpartnern und Lizeninteressenten, • Sammlung und gezielte Verbreitung von Informationen über Förderprogramme, Anregung von Projektanträgen und Beratung der Antragsteller, • Koordinierung von Abstimmungsprozessen im Zusammenhang mit

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• •

externen Anfragen aller Art und angebotsbezogenen Initiativen aus dem Zentrum, Ausbau des Netzes von persönlichen Kontakten zu Stellen und Organisationen, die die wissenschaftliche Zusammenarbeit und den Technologietransfer in Deutschland und Europa fördern, Initiierung von transferbezogenen Veranstaltungen, Beratung und Betreuung in Zusammenhang mit Unternehmensgründungen durch GKSS-Mitarbeiter, Darstellen und Bekanntmachen der Transferleistungen des Zentrums (z.B. Herausgabe des Innovationsberichtes).

Die Transferstelle unterstützt und betreut darüber hinaus Unternehmensgründungen von GKSS-Mitarbeiterinnen und -Mitarbeitern. Seit 1992 wurden 14 solcher Unternehmen gegründet. Davon haben sich 10 auf dem Forschungsgelände der GKSS angesiedelt. Die steigende Zahl von Unternehmensgründungen war ein wesentlicher Anlass für die Entschei-

dung, gemeinsam mit der Wirtschaftsförderungsgesellschaft des Kreises Herzogtum Lauenburg, der Stadt Geesthacht, der IHK Lübeck und Kreditinstituten auf dem Forschungsgelände das Geesthachter Innovations- und Technologiezentrum (GITZ) zu errichten. Das GITZ wird im September 2001 seinen Betrieb aufnehmen. Die Lizenz- und Know-howEinnahmen, die GKSS aus Ihren Vermarktungsaktivitäten erzielt, fließen in einen Fonds, aus dem neue Transfermaßnahmen und -Projekte finanziert werden können. Die Fondsmittel werden überwiegend für die Finanzierung von Personalkosten eingesetzt und fließen zum Teil in die Forschungsbereiche der GKSS zurück, aus deren Transferaktivitäten die Erlöse stammen. Ansprechpartner: Technologietransfer Claas-Hinrich Schröder Telefon: 04152/87-1685


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Technology Transfer — Marketing Research Results The Department of Technology Transfer is responsible for encouraging and promoting the marketing of research results produced at GKSS. As such, it acts very much as an interface between the institute and the outside world. On the one hand, it offers researchers and developers advice and support on all issues related the commercial exploitation of the institute’s scientific and technical expertise. On the other, it is the first port of call for people from business and industry who are on the lookout for new research innovations to help them maintain and increase their competitiveness.

GKSS technology. At the same time, the nature and level of the support provided are always tailored to the precise requirements of each individual case.

Nevertheless, the responsibilities of the Department of Technology Transfer are not confined to setting up contacts between researchers and the corporate sector. Similarly, the department does not serve as a central marketing agency that acts independently of the wishes of the scientists at the institute. On the contrary, it works hand in hand with researchers and prepares the ground for a commercial exploitation of

Support is offered for all the different forms and degrees of commercial exploitation. This includes assistance with collaborative projects, externally commissioned research contracts, licensing, and setting up new companies. It comprises the following activities: •

• •

• • •

Identifying GKSS developments with potential for commercial exploitation Securing patent rights and advising the inventors Preparing and distributing proposals for technology transfer Help in identifying and negotiating with potential cooperation and project partners as well as those interested in taking out licenses Gathering and distributing information regarding sponsorship programs and encouraging and assisting with applications for external funding Coordinating the internal processes required to provide replies to external queries of all kinds and to put together a concrete initiative in response to an offer from outside the institute Creating a network of personal contacts to departments and organizations concerned with promoting scientific cooperation and technology transfer within Germany and Europe Organizing events with a focus on technology transfer Advising and assisting GKSS employees involved in setting up new companies Presenting and publicizing technology transfer activities at GKSS (e.g. publication of Innovation Report).

company. All in all, 14 such companies have been founded in the period since 1992, with 10 of them located on the research site of GKSS. The growing number of new companies was an important factor behind the decision to build the new Geesthacht Innovation and Technology Center (GITZ) on the institute site. The GITZ, which will commence operations in September 2001, is being established in collaboration with the Economic Development Agency of the district of Lauenburg, the city of Geesthacht, the Chamber of Industry and Commerce in Lübeck, and various financial institutions. All the revenues generated through the licensing and marketing of GKSS know-how flows into a fund designed to finance future technology transfer projects. A large portion of the revenues is spent on labor costs and thus finds its way back into the research departments at GKSS that were originally responsible for generating the money. Contact: Technology Transfer Department Claas-Hinrich Schröder Tel.: +49 (0)4152/87-1685

The Department of Technology Transfer offers assistance to GKSS employees when establishing a new

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GITZ – Geesthachter Innovations- und Technologiezentrum Schnittstelle zwischen Wissenschaft und Wirtschaft Kurz bevor der Besucher nach Betreten des GKSS-Campus in die Welt der Wissenschaft eintaucht oder der Forscher diesen Bereich in die entgegengesetzte Richtung verlässt, trifft er auf das GITZ – die Schnittstelle zwischen Wissenschaft und Wirtschaft. Die Baustelle, die er in den letzten Monaten hier vorgefunden hat, hat sich inzwischen zu einem ganz ansehnlichen Bauwerk gewandelt. Das Geesthachter Innovations- und Technologiezentrum errichtet hier auf ca. 4.000 m2 ein "Hotel" für junge, innovative, technologieorientierte Unternehmen. Wissenschaftler aus der GKSS sind hier ebenso willkommen, wie Unternehmungen aus der Region, die die Nähe zum Forschungsbetrieb suchen.

Im September letzten Jahres wurde mit tatkräftiger Unterstützung des Kieler Wirtschaftsministeriums der Grundstein gelegt. Seitdem herrschte auf der Baustelle des GITZ reger Betrieb. Die Bauarbeiten gingen trotz einer kleinen Winterpause gut voran, so dass Ende Januar das Richtfest

gefeiert werden konnte. Insgesamt sollen im September etwa 2.300 m2 vermietbarer Fläche bezugsfertig sein. Bis heute sind bereits rund 60 % der Räumlichkeiten fest zugesagt; für weitere 20 % liegen konkrete Interessensbekundungen vor.

Der Standort GITZ ist ausgesprochen attraktiv für junge Technologie-Unternehmen. Die Nähe zur GKSS mit ihrer wissenschaftlichen und technischen Infrastruktur bietet hervorragende Startbedingungen für Ausgründungen aus dem Wissenschaftsbereich. So liegt es auf der Hand, dass die meisten Interessenten bisher aus dem Forschungszentrum stammen. Der Geschäftsführer des GITZ, Dr. Rainer Döhl-Oelze, sieht das GITZ als Schnittstelle zwischen Wissenschaft und Wirtschaft. Erste Unternehmen aus der Region haben bereits Kontakt aufgenommen. Auch sie suchen den sich entwickelnden Technologieund Wirtschaftsstandort Geesthacht. Zu den überzeugenden Pluspunkten zählt aber nicht nur die Nähe zur GKSS sondern auch ein umfangreiches Dienstleistungsangebot des Technologiezentrums – angefangen bei der modernen Kommunikationsinfrastruktur bis hin zur begleitenden Beratung für die jungen Unternehmen. Döhl-Oelze ist überzeugt: Innovationen erfordern Informationen,

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Geesthachter Innovations- und Technologie Zentrum Geesthacht Innovation and Technology Center

Kontakte und gemeinsames Handeln. Er kann sich keinen geeigneteren Ort dafür vorstellen als ein Technologiezentrum, in dem unter einem Dach Firmen neben- und miteinander arbeiten, der Weg zum beratenden Forschungsinstitut nur wenige Meter beträgt und Seminare und Workshops neueste Technologien und Gesprächspartner ins Haus bringen.

GITZ – Geesthacht Innovation and Technology Center Shortly before visitors immerse themselves in the world of science as they step onto the GKSS campus, or before researchers leave this area in the other direction, they will encounter the Geesthacht Innovation and Technology Center (German acronym: GITZ) — the interface between science and business. The site, which has been under construction for the past few months, has now turned into a thoroughly handsome building. GITZ is constructing a "hotel” for young, innovative, technology-oriented companies here on around 4,000 sq. meters of space. Scientists from GKSS and regional enterprises looking for close contact with the research operation are equally welcome here. The cornerstone was laid last September with the energetic support of the Ministry of Economic Affairs of the German state of SchleswigHolstein. Since then, the GITZ construction site has been buzzing with

activity. Despite a brief winter pause, the construction progressed so well that it was possible to celebrate the topping off ceremony at the end of January. In September, a total of some 2,300 sq. meters of rental space should be ready for occupants to move into. Leases on some 60 percent of the premises have already been officially confirmed and firm interest has been expressed in another 20 percent. The GITZ location is extremely appealing for young technology companies. The proximity to GKSS, with its scientific and technical infrastructure, offers excellent starting conditions for spin-off companies from the science sector. It is therefore no surprise that the majority of parties that have expressed interest to date are from the research center. The managing director of GITZ, Dr. Rainer Döhl-Oelze, sees the center as an interface between science and

business. A number of companies from the region have already gotten in touch with GITZ management. Like other interested parties, these companies are also looking to benefit from all that Geesthacht has to offer as a developing technology and business location. In addition to the proximity to GKSS, other advantages include the comprehensive range of services offered by the technology center — from a modern communications infrastructure to consulting services for new companies. DöhlOelze is convinced that innovation requires information, contacts and joint action. He can’t imagine a more suitable location for this than a technology center where companies work together side by side under one roof — a place where a consulting research institute is located only a few meters away, and where seminars and workshops bring the companies into contact with experts and the latest technologies.

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Lageplan Geesthacht / Site Map Geesthacht

GKSS-Forschungszentrum Geesthacht GmbH Max-Planck-Straße • D- 21502 Geesthacht • Telefon: 0 4152 / 87- 0 • Telefax: 0 4152 / 87- 1403

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Impressum Herausgeber: GKSS-Forschungszentrum Geesthacht GmbH Max-Planck-Straße D-21502 Geesthacht Redaktion: H. F. Christiansen (verantwortlich) Autor

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J. dos Santos E. Aust R. Gerling M. Schossig-Tiedemann G. Luther H. Buschatz M. Costa-Cabral, W. Koch F. Feser, C. Hagner M. Quante, H. Rockel H. Helmholz

14 20 22 26 32 34 38 44 46

Fotos/Grafiken: Titelseite

Fotos: C. Geisler, Imagine Fotoagentur, Grafik: Context Werbeagentur Inhalt

G. Pfister 22 Tricumed Medizintechnik 23 S. Dunlop 44 Bavaria-Bildagentur 39, 72, 75, 77 C. Geisler 4, 6, 7, 10, 12, 14, 17, 20, 24, 26, 31, 34, 35, 36, 43, 46, 52, 68, 70, 80 GKSS alle übrigen

Layout & Satz: Context Werbeagentur, Geesthacht Lithografie: Ebeling & Blumenbach, Lüneburg Druck: Druckerei Albert Nienstedt, Hamburg ISSN 1430 - 7278 Gedruckt auf umweltfreundlichem, chlorfrei gebleichtem Papier

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Jahresbericht 2001  

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