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Elektrotechnik &
Informationstechnik
The first electrical engineers ...
Der Fachbereich       im Überblick
Impressum


Herausgeber

Technische Universität Darmstadt
Dekanat Fachbereich
Elektrotechnik und Informationstechnik

Gebäude S3|06
Merckstraße 25
D-64283 Darmstadt

dekanat@etit.tu-darmstadt.de
www.etit.tu-darmstadt.de


Layout und Satz:
KR3ATIV - Werbeatelier Schösser GbR
www.kr3ativ.de

5. Auflage, Juni 2009, Darmstadt
Inhaltsverzeichnis

• Einleitung ............................................................................................................   01

• Historie des Fachbereichs .....................................................................................           02

• Forschungsschwerpunkte und interdisziplinäre Akivitäten ...................................                               03

• Studium und Qualitätssicherung ..........................................................................                 04

• Zahlen und Fakten zum Fachbereich .....................................................................                   06


   Die 24 Fachgebiete:

  Institut für Automatisierungstechnik
• Regelungstechnik und Mechatronik (Prof. Dr.-Ing. Konigorski)
  Control Engineering and Mechatronics ...................................................................                  08
• Regelungstheorie und Robotik (Prof. Dr.-Ing. Adamy)
  Control Theory and Robotics ..................................................................................            10

  Institut für Datentechnik
• Echtzeitsysteme (Prof. Dr. rer. nat. Schürr)
  Real-Time Systems ................................................................................................        12
• Multimedia Kommunikation (Prof. Dr.-Ing. Steinmetz)
  Multimedia Communications ................................................................................                14
• Rechnersysteme (Prof. Dr.-Ing. Eveking)
  Computer Systems ................................................................................................         16
• Integrierte Elektronische Systeme (Prof. Dr.-Ing. Klaus Hofmann)
  Integrated Electronic Systems ................................................................................            18

  Institut für Elektrische Energiesysteme
• Elektrische Energieversorung (Prof. Dr.-Ing. Balzer)
  Electrical Power Systems ........................................................................................         20
• Hochspannungstechnik (Prof. Dr.-Ing. Hinrichsen)
  High-Voltage Technology .......................................................................................      22
• Regenerative Energien (Prof. Dr.-Ing. Hartkopf)
  Renewable Energies ...............................................................................................   24
• Systemführung in elektrischen Energieversorgungsnetzen (Prof. Dr.-Ing. Stenzel)
  Power System Control ............................................................................................    26

  Institut für Elektrische Energiewandlung
• Elektrische Energiewandlung (Prof. Dr.-Ing. habil. Dr. h. c. Binder)
  Electrical Energy Conversion ..................................................................................      28

  Fachgebiet Elektrische Messtechnik
• Elektrische Messtechnik (Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. mult. Pfeiffer)
  Electrical Measuring Technology

  Institut für Elektromechanische Konstruktionen
• Mikrotechnik und Elektromechanische Systeme (Prof. Dr.-Ing. Schlaak)
  Microtechnology and Electromechanical Systems ....................................................                   30
• Mess- und Sensortechnik (Prof. Dr.-Ing. habil. Werthschützky)
  Measurement and Sensor Technology .....................................................................              32
• Lichttechnik (Prof. Dr.-Ing. habil. Khanh)
  Lighting Technology ............................................................................................     34

  Institut für Halbleitertechnik
• Halbleitertechnik der Mikro- und Nanoelektronik (Prof. Dr. rer. nat. Schwalke)
  Semiconductor Technology and Nanoelectronics ......................................................                  36

  Fachgebiete Hochfrequenztechnik
• Höchstfrequenzelektronik (Prof. Dr.-Ing. Pavlidis)
  High-Frequency Electronics ...................................................................................       38
• Mikrowellentechnik (Prof. Dr.-Ing. Jakoby)
  Microwave Engineering .........................................................................................      40
• Optische Nachrichtentechnik (Prof. Dr.-Ing. Meißner)
  Optical Communications .......................................................................................         42

  Institut für Nachrichtentechnik
• Kommunikationstechnik (Prof. Dr.-Ing. Klein)
  Communications Engineering ................................................................................            44
• Nachrichtentechnische Systeme (Prof. Dr.-Ing. Gershman)
  Communication Systems .......................................................................................          46
• Signalverarbeitung (Prof. Dr.-Ing. Zoubir)
  Signal Processing ..................................................................................................   48

  Institut für Stromrichtertechnik und Antriebsregelung
• Leistungselektronik und Antriebsregelung (Prof. Dr.-Ing. Mutschler)
  Power Electronics and Control of Drives ..................................................................             50

  Institut für Theorie Elektromagnetischer Felder
• Theorie Elektromagnetischer Felder (Prof. Dr.-Ing. habil. Weiland)
  Computational Electromagnetics ...........................................................................             52

   Fachbereich 20, Zweitmitglied im Fachbereich 18:

• Integrierte Schaltungen und Systeme (Prof. Dr.-Ing. Huss)
  Integrated Circuits and Systems ..............................................................................         54



• Anschrift und Lage der Institute ............................................................................          56

• Lageplan TU Darmstadt - Stadtmitte .....................................................................               57
Br forschung auflage5_2
01




  Einleitung

   Der Fachbereich Elektrotechnik und Infor-   liert werden. Sie ziehen aus der ganzen Welt
mationstechnik der Technischen Universität     Studenten nach Darmstadt. Demgegenüber
Darmstadt entwickelt sich seit seiner Grün-    nutzen viele deutsche Studenten die hervor-
dung vor 125 Jahren getreu seinem Motto        ragenden weltweiten Beziehungen des Fach-
Qualität und Innovation aus Tradition:         bereichs für Auslandssemester an Partner-
sieben Fachgebiete wurden in Darmstadt         universitäten. Das gegenseitige Anerkennen
seit damals deutschlandweit erstmals aus       von Leistungen und Doppelabschlussab-
der Taufe gehoben, die Zahl der Veröffentli-   kommen mit derzeit zehn europäischen Uni-
chungen und Ehrungen sind Zeichen der          versitäten machen Auslandserfahrungen oh-
Innovationsfreudigkeit und der hohen           ne deutlich längere Studiendauer möglich.
Qualifikation der Mitarbeiter.

  Das Studienangebot orientiert sich an den    125-Jahr-Feier am 16.11.2007
Bedürfnissen des Marktes und wird ständig
angepasst, um so auch dem Fachkräfteman-       Abbildung links:
gel zu begegnen. Seit 2007 werden alle Stu-    Begrüßung durch Dekan Prof. Hinrichsen
diengänge nur noch mit den Abschlüssen
Bachelor of Science bzw. Master of Science     Abbildung rechts:
angeboten. Zwei internationale Master-Stu-     Studenten informieren sich auf der
diengänge konnten bereits im Vorfeld etab-     angegliederten Industrie-Kontaktmesse
02




  Historie des Fachbereichs

• 1882     Erster Lehrstuhl für Elektrotech-               studiengangs in Deutschland
           nik weltweit, Berufung von          • 1968      K. Hasse erfindet die feldorien-
           Erasmus Kittler                                 tierte Regelung, die Grundlage
• 1883     Erste Fakultät für Elektro-                     moderner Drehstrommotoren
           technik weltweit und Gründung       •   1972    W. Hilberg entwickelt wesent-
           des weltweit ersten                             liche Elemente und
           Studiengangs für Elektrotechnik                 den Prototyp der Funkuhr
                                               •   1977    T. Weiland entwickelt die Finite-
           Erste Lehrstühle in Deutschland:                Integrations-Theorie
                                               •   1983    G. Sessler und D. Hohm
• 1894     Nachrichtentechnik, K. Wirtz                    erfinden das Silizium-Mikrofon
• 1914     Hochspannungstechnik,               •   1988    O. Kindl und W. Langheinrich
           W. Petersen                                     entwickeln die CMOS-Niedrigst-
• 1954     Regelungstechnik, W. Oppelt                     temperatur-Technologie für
• 1963     Elektromechanische                              Kameras der ESA
           Konstruktionen, C. Brader           •   1990-92 Das Elektrofahrzeug Pinky ge-
           Stromrichtertechnik, R. Jötten                  winnt die Weltmeisterschaft der
• 1996     Regenerative Energien,                          Solarmobile
           T. Hartkopf                         •   1999    Aufnahme von G. Sessler, Miter-
                                                           finder des Elektret-Mikrofons,
           Herausragende Persönlichkeiten:                 in die National Hall of Fame der
                                                           USA; M. Anders, E. Andresen
• 1921-26 T. Schultes, Entwickler des welt-                und A. Binder entwickeln
          weit ersten RADAR-Frühwarn-                      den Linear-Antrieb des Strato-
          systems, studiert an der TUD                     spheric Observatory for Infrared
• 1930    Berufung von H. Busch,                           Astronomy (SOFIA) der NASA
          Begründer der Elektronenoptik        •   2003    Das MIT wählt R. Isermann zu
• 1952    Berufung von K. Küpfmüller,                      den Top Ten, deren Arbeiten die
          Vater der Systemtheorie der                      Lebens- und Arbeitswelt
          elektrischen Nachrichtentechnik                  nachhaltig verändern werden
• 1964    Berufung von R. Piloty,              •   2007    Technologiepreis der Eduard-
          Initiator des ersten Informatik-                 Rhein-Stiftung geht an G. Sessler
03




  Forschungsschwerpunkte
  und interdisziplinäre Aktivitäten

   Die Arbeiten in den Fachgebieten lassen       von Qualitätsmerkmalen und
sich 6 Forschungsschwerpunkten zuordnen:         deren wechselseitigen Abhängigkeiten
                                                 (DFG 733): Prof. Steinmetz
  Mikro- & Nanotechnologie                     • Höherfreuquente Parasitäreffekte in
                                                 umrichtergespeisten elektrischen
  Informationstechnologie                        Antrieben (DFG 575): Prof. Binder
                                               • Submillimeter-Schaltungstechnik
  Kommunikationstechnik                          (externe Forschergruppe, DFG 321):
                                                 Prof. Hartnagel
  Beschleunigertechnik
                                                 Außerdem ist der Fachbereich an 10 der
  Elektrische Energietechnik                   insgesamt 13 profilbildenden Forschungs-
                                               schwerpunkten der TU Darmstadt beteiligt:
  Mechatronik & Automatisierungstechnik        Mechatronische Systeme, E-Learning, IT-Si-
                                               cherheit, Kern- und Strahlungsphysik, Stadt-
  Fachbereichs- und universitätsübergrei-      forschung, Graphische Datenverarbeitung,
fend sind die Professoren derzeit in folgen-   Nanomaterialien, Biologisch-technische
den Graduiertenkollegs oder Forschergrup-      Systeme, Integrierte Verkehrssysteme sowie
pen aktiv:                                     Computational Engineering.

• Infrastruktur für den elektronischen           Beim letzten Punkt handelt es sich um
  Markt (GK 492): Prof. Steinmetz              eine Graduate School im Rahmen der Exzel-
• Steuerbare integrierbare Komponenten         lenz-Initiative des Bundes und der Länder.
  der Mikrowellentechnik und Optik
  (GK 1037): Prof. Jakoby
• Qualitätsverbesserung in E-Learning          www.tu-darmstadt.de/for/verbund.tud
  durch rückgekoppelte Prozesse (GK 1223)
• Cooperative, Adaptive and Responsive         www.tu-darmstadt.de/for/
  Monitoring in Mixed Mode Environments        forschungsschwerpunkte.tud
  (GK 1362): Prof. Adamy, Prof. Steinmetz
• Verbesserung von Peer-to-Peer-Systemen       www.tu-darmstadt.de/for/
  durch die systematische Erforschung          exzellenzinitiative.tud
04




  Studium und
  Qualitätssicherung

   In diesem Jahr wurde das Studienangebot   und gemeinsam mit den Rechts- und Wirt-
des Fachbereichs restrukturiert. Kernstück   schaftswissenschaften der Bachelor/Master-
ist der Bachelor/Master-Studiengang Elek-    Studiengang WI-ETiT. Gleich fünf Fachbe-
trotechnik und Informationstechnik. In die   reiche sind am Bachlor/Master-Studiengang
internationalen Master-Studiengänge Infor-   Computational Engineering beteiligt: neben
mation and Communication Engineering         der Eletrotechnik und Informationstechnik
und Electrical Power Engineering können      sind dies Informatik, Maschinenbau, Mathe-
sich deutsche und ausländische Studierende   matik und Bauingenieurwesen.
gleichermaßen einschreiben, die einen
Bachelor in diesem Schwerpunkt erworben         Neben der reinen Wissensvermittlung
haben, der dem Bachelorabschluss Elektro-    liegt ein weiterer Schwerpunkt auf dem Er-
technik und Informationstechnik an der TU    lernen von Arbeitstechniken. Die Studieren-
Darmstadt gleichwertig ist.                  den befassen sich mit den Grundlagen des
                                             Projektmanagements, üben sich im Recher-
  Gemeinsam mit dem Fachbereich Maschi-      chieren und Präsentieren und bekommen
nenbau wird der Bachelor/Master-Studien-     Strategien zur optimalen Prüfungsvorberei-
gang Mechatronik angeboten, mit dem Fach-    tung an die Hand. Großer Wert wird sowohl
bereich Informatik der Bachelor/Master-      auf Gruppenarbeit als auch auf selbstor-
Studiengang Informationssystemtechnik        ganisiertes Arbeiten gelegt. Laborarbeiten,
05




Praktika, Seminare und Übungen sorgen da-       und der Universität Kaiserslautern gegen-
für, dass die Praxis nicht zu kurz kommt.       seitig, um so Potential für Verbesserungen
                                                aufzudecken und gemeinsam das Ausbil-
   Von Studienbeginn an stehen den Studie-      dungsniveau weiter zu erhöhen. Abgerun-
renden mehrere PC-Pools zur Verfügung und       det werden diese Maßnahmen durch eine
sie haben Zugriff auf die umfangreiche NTB-     interne Befragung der Studenten, die seit
Präsenzbibliothek des Fachbereichs, wovon       2001 regelmäßig durchgeführt wird und
sie auch regen Gebrauch machen. Das Lern-       durch ein direktes Feed-Back die Qualitäts-
zentrum und die vielen experimentellen Ein-     sicherungsprozesse stärkt.
richtungen mit dazugehörigen Werkstätten
ergänzen das Angebot für die Studierenden.        Wie gut all die Maßnahmen zur Qualitäts-
                                                verbesserung greifen, sieht man am guten
  Die Prüfung der akkreditierten Studien-       Ruf der Absolventen der TU Darmstadt.
gänge durch ein externes Institut garantiert,   Beim Ranking 2007 der Wirtschaftswoche
dass die Programme höchste Ansprüche            unter dem Titel Die Favoriten der Personal-
erfüllen. Darüber hinaus bewerten sich un-      chefs rangiert in der Rubrik Elektrotechnik
ter der Koordination der ETH Zürich seit        die TU Darmstadt hinter der RWTH Aachen
2000 die elektrotechnischen Fachbereiche        und der Uni Karlsruhe auf Platz 3.
der TU Darmstadt, der Universität Karlsruhe
06




Zahlen und
Fakten zum Fachbereich

                  Derzeit arbeiten in den 24 Fachgebieten
                des Fachbereichs etwa 250 wissenschaftli-
                che Mitarbeiter, wovon 100 von der TUD
                und 150 über Drittmittel finanziert werden.
                Ergänzt werden sie von rund 100 Angestell-
                ten, die sich auf die Verwaltung und die
                technischen Werkstätten verteilen. Sie alle
                betreuen aktuell etwa 1500 Studenten.

                  Allein in den Jahren 2000-2005 verfassten
                Mitarbeiter des Fachbereichs 1450 Veröf-
                fentlichungen und 11 Bücher, schrieben 10
                Beiträge für Bücher und 40 Artikel für Maga-
                zine. Sie meldeten in diesem Zeitraum ins-
                gesamt 48 Patente an, die meist in Zusam-
                menarbeit mit der Industrie entstanden wa-
                ren. Zeitgleich organisierte der Fachbereich
                darüber hinaus in Darmstadt 7 nationale
                und 13 internationale Konferenzen.

                  Seit 1992 erfolgten aus dem Fachbereich
                heraus folgende Firmengründungen:

                  basysKom GmbH, CBL GmbH (Communi-
                cation by Light), CSS GmbH (Computer Si-
                mulation Services), CST GmbH (Computer
                Simulation Technology), intelligent views
                GmbH, KIMK GmbH, Two Chip Photonics
                AG und ubiqKom.
07




  Es folgt eine Liste von Preisen und Ehrun-
gen, die Mitarbeitern des Fachbereichs bis zum
Jahre 2007 verliehen wurden:

• DFG Leibniz-Award
• 2 Max-Planck-Reseach Awards
• Zahlreiche GMM-, ITG- und
  ETG-Auszeichnungen
• Philipp-Morris-Resesarch Award
• Diverse IEEE Awards
• VDE-Ehrenring
• US National Hall of Fame of Inventors
• Top 10 MIT Technology Review
• 6 IEEE Fellows und 1 ACM Fellow
• American Physics Society Fellow
• Ordentliches Mitglied der Akademie der
  Wissenschaften und Literatur zu Mainz
• Auszeichnung for Excellence in Internet
  Research (IBM)
• Erfinder des Jahres (Siemens AG)
• Heinrich-Hertz Preis der TU Karlsruhe
• Johann-Philipp-Reis Preis
• Lise-Meitner Preis
• Eugen-Hartman Preis
• Technologiepreis der
  Eduard-Rhein-Stiftung
• Distinguished Member der Cigre
• Honorary Professorship der Tongji
  Universität, Shanghai
• Honorary Professorship der China
  Three Gorges University, Yichang
08




  Regelungstechnik und
  Mechatronik

   Der systematische Entwurf zunehmend            The increasing complexity of automatic con-
komplexerer Automatisierungseinrichtun-        trol systems in all application areas combined
gen erfordert in allen Anwendungsberei-        with shorter development cycles and the in-
chen auf Grund ständig kürzer werdender        creasing demand regarding reliability, safety
Entwicklungszyklen sowie steigenden An-        and cost efficiency require very detailed system
forderungen an die Zuverlässigkeit, Sicher-    knowledge. Therefore, the Laboratory for Con-
heit und Kosteneffizienz ein immer detail-     trol Engineering and Mechatronics develops
lierteres Systemverständnis. Die Forschung     new procedures for system analysis and effi-
am Fachgebiet rtm zielt aus diesem Grund       cient system control.
auf die Entwicklung neuer, praxisgerechter
Verfahren zur systematischen Systemanaly-
se und gezielten Systembeeinflussung ab.



   Die Forschungsarbeiten des Fachgebiets      abtastsystemen und Iterativ Lernenden Re-
rtm orientieren sich möglichst eng an aktu-    gelungen. Weitere Forschungsschwerpunkte
ellen und zukünftigen Anwendungsfeldern        liegen im Bereich der Fahrdynamikregelung
auf dem Gebiet der Mechatronik. Der zen-       sowie der Entwicklung linearer und nichtli-
trale Forschungsschwerpunkt liegt daher auf    nearer Mehrgrößenregelungen.
der Modellierung, Analyse und Regelung
komplexer mechatronischer Systeme. An-           Der neue Forschungsschwerpunkt örtlich
wendungsgebiete sind neben der Automo-         verteilte Systeme schließt hier direkt an.
bilindustrie auch klassische Gebiete des Ma-   Örtlich verteilte Systeme werden durch im-
schinenbaues wie die Regelung und Steue-       mer komplexere Finite Elemente Modelle
rung von Werkzeugmaschinen, Produktions-       beschrieben. Diese für die Regelungstechnik
anlagen und Prüfständen. Hinzu kommen          nutzbar zu machen, ist eine Herausforde-
neue Forschungsgebiete wie die Medizin-        rung für die Zukunft, der wir uns stellen. In
technik sowie die Regelung und Optimie-        Zusammenarbeit mit anderen Universitäten
rung von verfahrenstechnischen Anlagen.        beteiligen wir uns so z.B. aktiv an der Ent-
Das Fachgebiet beschäftigt sich u.a. mit dem   wicklung der Direkt-Methanol-Brennstoff-
Entwurf robuster Regelungen, Multiraten-       zelle.
09




Abbildung oben / Figure above
Direkt-Methanol-Brennstoffzelle / Direct-
methanol-fuel cell

Abbildung unten / Figure below
FEM-Modell als Basis für die modellbasier-
te Regelung von Werkzeugmaschinen /
FEM-model as basis for model-based
control of machine tools




Kontakt


Fachgebiet
Regelungstechnik und Mechatronik

Prof. Dr.-Ing. Ulrich Konigorski
Tel.: 06151 16 - 3014
rtm@iat.tu-darmstadt.de
www.rtm.tu-darmstadt.de/
10




  Regelungstheorie
  und Robotik

  Die Forschungsaktivitäten des Fachgebie-        The research activities of the Control Theory
tes Regelungstheorie und Robotik (rtr) kon-    and Robotics Lab (rtr) are focused on the areas
zentrieren sich auf die Bereiche Regelungs-    of control and systems theory, mobile and hu-
technik und Systemtheorie, mobile und hu-      manoid robotics, and automotive engineering.
manoide Robotik sowie Automobiltechnik.



  Im Bereich Regelungstheorie wird an             Im Forschungsfeld Robotik werden kogni-
schnellen, robusten Regelungen geforscht,      tive Systeme für Roboter erforscht. Diese er-
bei denen eine nahezu zeitoptimale Ausre-      möglichen es Robotern durch Nachbau und
gelung und Robustheit gegenüber Parame-        Simulation von Gehirnstrukturen, z. B. beim
teränderungen erzielbar ist. Gleichzeitig      Hören und Sehen, mit ihrer Umwelt zu in-
hält sich der Entwurfsaufwand in vertretba-    teragieren. Insbesondere die Entwicklung
ren Grenzen, so dass diese Regelverfahren      humanoider Roboter und ihrer mentalen
auch für die Praxis geeignet sind. Anwen-      Fähigkeiten sind eines der großen Abenteu-
dungsbeispiele sind Kranregelungen, Hy-        er der Ingenieurwissenschaften. Im Rahmen
draulikregelungen, Magnetlagerregelungen
und U-Bootregelungen. Außerdem ist das
Fachgebiet an der Entwicklung der Regelung
für das neue Synchrotron der GSI beteiligt.

  Ein weiterer Schwerpunkt sind rekurrente
Fuzzy-Systeme. Diese eignen sich zur Nach-
bildung von menschlichen Denkprozessen
mit Dynamik und ihrem industriellen Ein-
satz in Automatisierungssystemen. Neben
der Verwendung im technischen Bereich, z.
B. beim Stranggießen in der Stahlindustrie
werden rekurrente Fuzzy-Systeme zur Mo-
dellierung betriebswirtschaftlicher Prozesse
und ökologischer Systeme genutzt.
11




des Graduiertenkollegs Mixed Mode Environ-   Abbildung links / Figure left
ment wird außerdem nach Möglichkeiten        Roboterkopf / Robot Head
der alternativen Kommunikation und Koor-
dination von Multi-Agenten Systemen (Ro-     Abbildung oben / Figure above
boterteams) geforscht.                       Leitwarte / Control Room

  Im Bereich Automobiltechnik wird an kog-
nitiven Fahrerassistenzsystemen und Me-      Kontakt
thoden zur automatischen Prüfplanerstel-
lung in der Endfertigung gearbeitet. Des
Weiteren ist die Modellierung und Regelung   Fachgebiet
von Dieselmotoren ein Forschungsgegen-       Regelungstheorie und Robotik
stand. Diese Themen laufen in direkter Ko-
operation mit Automobilherstellern.          Prof. Dr.-Ing. Jürgen Adamy
                                             Tel.: 06151 16 - 3442
                                             jadamy@rtr.tu-darmstdt.de
                                             www.rtr.tu-darmstadt.de
12




  Echtzeitsysteme

   Wir befassen uns in Forschung und Lehre       Our research and teaching activities are
mit Sprachen, Werkzeugen und Methoden,        focused on languages, tools, and methods that
die vornehmlich für die Entwicklung tech-     are mainly used for the development of tech-
nischer Systemsoftware eingesetzt werden.     nical system software. For this purpose com-
Im Mittelpunkt steht dabei die Gestaltung     prehensive model-driven software develop-
durchgängiger Entwicklungsprozesse sowie      ment processes are studied that integrate dif-
die Integration verschiedener Paradigmen      ferent modeling paradigms (data-flow-, rule-,
zur modellgetriebenen Entwicklung von         object- and component-oriented).
Software (datenflussorientiert, regelorien-
tiert, objektorientiert, komponentenorien-
tiert).



  Modellgetriebene Softwareentwick-           proprietären Modellierungsansätzen einzel-
lung gilt heute in vielen Domänen wie der     ner Hersteller. Zur Analyse und Manipula-
Automobilindustrie als die Schlüsseltechno-   tion großer Modellfamilien werden formale
logie für die effektivere Entwicklung immer   Ansätze basierend auf Graphtransformatio-
komplexer werdender Steuerungen einge-        nen eingesetzt.
betteter sicherheitskritischer Systeme. Für
die präzise Beschreibung der dabei einge-
setzten visuellen Modellierungssprachen,
ihre Anpassung an bestimmte Domänen und
ihre Integration zu hybriden Sprachfamilien
werden Ansätze herangezogen, die neben
den allgemein üblichen klassendiagramm-
und logikbasierten Beschreibungsmitteln
auch regelbasierte Anteile umfassen.

  Als Mitglied der OMG (Object Manage-
ment Group) setzen wir dabei auf die Kombi-
nation von Industrie-standards wie UML mit
13




   Darüber hinaus befassen wir uns mit der      Java und C++ bis hin zu Vorlesungen über
Generierung völlig neuer und der Anpas-         Qualitätssicherungsmaßnahmen und Kon-
sung kommerzieller Softwareentwicklungs-        zepten zur Entwicklung von Echtzeitsyste-
werkzeuge an bestimmte Domänen mit Hil-         men.
fe sogenannter Meta-CASE-Tools. Dabei wer-
den sowohl die Entwicklung neuer Soft-
waresysteme als auch die Modernisierung
sogenannter Legacy-Software unterstützt.
Hierfür werden Werkzeugverbunde auf Ba-         Abbildung links / Figure left
sis von Client-/Server- und P2P-Konzepten       Studentisches Projekt: Automotive Hard-
konzipiert und realisiert, die die systemati-   ware- und Software-Entwicklung im
sche Erzeugung, Analyse, Transformation         Maßstab 1:10 / Student project: Automotive
und Vernetzung (Traceability) verschiedens-     hardware and software development
ter Entwicklungsartefakte wie Anforde-          on a scale of 1:10
rungsdokumente, ausführbare Modelle,
Testfälle etc. gestatten.                       Abbildung rechts / Figure right
                                                Diplomarbeit: Modellgetriebene Entwick-
                                                lung einer Verdecksteuerungs-Software /
                                                Master Thesis: Model-driven development
                                                of convertible top controller software


                                                Kontakt


                                                Fachgebiet
                                                Echtzeitsysteme
  In der Lehre ist unser Fachgebiet für die
praxisnahe Software-Engineering-Ausbil-         Prof. Dr. rer.nat. Andy Schürr
dung von Ingenieuren verschiedenster Stu-       Tel.: 06151 16 - 6940
diengänge verantwortlich. Unser Angebot         andy.schuerr@es.tu-darmstadt.de
reicht dabei von Programmierpraktika für        www.es.tu-darmstadt.de
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  Multimedia
  Kommunikation

   In Zukunft leben und arbeiten wir in einer      Seamless multimedia communications has
zunehmend vernetzten Welt, in der Men-          the potential to create a future where people
schen, aber auch verschiedenste, teilweise      from all over the world, as well as minia-
miniaturisierte Systeme, untereinander und      turized systems, are able to collaborate and
mit uns kommunizieren. Wir werden stän-         communicate independently, regardless of
dig und überall, bewusst und unbewusst,         geographical constraints. At any time we will
kommunizieren, ohne uns Gedanken über           be able to communicate anywhere without
die Kommunikationsmechanismen und -sys-         caring about neither communication mecha-
teme zu machen. Das Fachgebiet Multime-         nisms nor systems. The Multimedia Commu-
dia Kommunikation gestaltet diese vernetz-      nications Lab contributes to this vision of
te Welt in Richtung der nahtlosen Kommuni-      seamless multimedia communications.
kation - seamless communications - mit.



  Um diesem Ziel näher zu kommen unter-         medialen und kontextbewussten Anwen-
suchen wir grundlegende Fragestellungen         dungen, u.a. für Internet Telefonie, unter-
im Bereich der Kommunikationsnetze. Mit         stützt. Hierfür stellen wir sowohl grundle-
theoretischen und praktischen Arbeiten auf      gende Mechanismen als auch Plattformen
dem Gebiet der Netzmechanismen erfor-           zur Verfügung.
schen wir die Grenzen der Leistungsfähig-
keit des heutigen Internets und erarbeiten        Die Bereitstellung und Nutzung von (im
Vorschläge für zukünftige Netzarchitektu-       Web 2.0 auch nutzererzeugten) Inhalten ist
ren. Einen hohen Stellenwert nimmt hierbei      zunehmend Bestandteil der Kommunikation
die Peer-to-Peer Technologie ein. Wir un-       und Kooperation über Netze. Im Bereich
tersuchen die Dienstgüte, Verlässlichkeit       Knowledge Media liegt unser Fokus dabei
und Sicherheit in heterogenen Netzen und        auf Inhalten, die im Bereich Lernen und Wis-
legen einen weiteren Schwerpunkt unserer        sensmanagement genutzt werden. Fragen
Arbeiten auf drahtlose Mesh-Sensor- und         der Qualitätssicherung, der Wiederverwen-
Ad hoc- Netze. Die durch die genannten          dung und des kontextabhängigen Auffin-
Netze ermöglichte ubiquitäre Kommunika-         dens von Informationen und Wissensdoku-
tion wird durch die Betrachtung von multi-      menten stehen im Zentrum unserer For-
15




                                          Communication Services &




                                                                                                           Dependability & Security
                                                                                                                                      Ubiquitous Communications
                 E-Business & E-Finance




                                                                                 Network Mechanisms



                                                                                                             Quality of Service,
                                              IP Telephony




                                                                                                                                              Mobile Networking
    E-Learning




                                                                     Workflows




                                                                                                                                         Peer-to-Peer Networking

                                                                                                                                                IT Architectures

                                                                                                                                               Knowledge Media

 Application Areas                                                                                    Fundamentals                                Research Areas



schungsarbeiten.                                                                           Abbildung / Figure
                                                                                           Forschungsthemen am Lehrstuhl /
  IT Architekturen sind erforderlich, um                                                   KOM's research areas
mit der Komplexität von IT umgehen zu
können und agile Geschäftsprozesse zu un-
terstützen. In diesem Kontext gewinnt das
Paradigma der Serviceorientierten Architek-
turen (SOA) immer mehr an Bedeutung.                                                       Kontakt
SOA identifiziert Web Services als grund-
sätzliche Bausteine, mit denen flexible Lö-
sungen und Prozesse erstellt werden kön-                                                   Fachgebiet
nen. Management, Evaluation und Dienst-                                                    Multimedia Kommunikation
güte von Web Services sind dafür essentiell.
                                                                                           Prof. Dr.-Ing. Ralf Steinmetz
                                                                                           Tel.: 06151 16 - 6150
                                                                                           Ralf.Steinmetz@KOM.tu-darmstadt.de
                                                                                           www.kom.tu-darmstadt.de/
16




  Rechnersysteme

  Das Fachgebiet Rechnersysteme ist in der        The Computer Systems Group is responsible
Lehre zuständig für die Grundausbildung         for the teaching of courses in digital design
auf den Gebieten der Digitaltechnik und der     and computer architecture. The main research
Rechnerarchitektur. In der Forschung liegt      area is the development of innovative verifi-
der Schwerpunkt auf der Entwicklung inno-       cation techniques for complex digital systems.
vativer Verifikationsmethoden für komplexe
digitale Systeme.



   Moderne Prozessoren sind aus Hundert-          Die Ausbildung durch das Fachgebiet
tausenden von logischen Gattern und Spei-       Rechnersysteme umfasst Grundlagen logi-
cherelementen aufgebaut. Ihr innerer Auf-       scher Schaltungen, Organisationsprinzipien
bau (ihre Architektur) unterliegt einem         komplexer Rechnersysteme sowie Entwurfs-
ständigen Wandel und wird zunehmend             verfahren für eingebettete Systeme.
komplexer. Durch die Fortschritte der Rech-
nerarchitektur, der Halbleitertechnologie          In der Forschung liegt der Schwerpunkt
und der Compilertechnik steigt die Leis-        auf der Entwicklung formaler Verifikations-
tungsfähigkeit moderner Prozessoren jähr-       methoden. Da durch die weite Verbreitung
lich um etwa 60%. Die Kosten der Rech-          von Rechnersystemen wir alle zunehmend
enleistung sind entsprechend dramatisch         abhängig werden von dem korrekten Fun-
gesunken. Dies hat dazu geführt, dass Pro-      ktionieren dieser Systeme, gibt es ein sehr
zessoren nicht nur in PC's benutzt werden,      starkes Interesse an Methoden, mit denen
sondern als Mikrocontroller, Digitale Signal-   sich die Korrektheit einwandfrei nachweisen
prozessoren, usw. allgegenwärtig geworden       lässt. Ferner enthalten hochintegrierte Bau-
sind (ubiquitäres Rechnen). Beispiele sind      steine wie z.B. moderne Prozessoren viele
Mobiltelefone, Herzschrittmacher, Anti-         hunderttausend Bauelemente, müssen aber
blockiersysteme und andere eingebettete         vor der Fertigung frei von Entwurfsfehlern
Systeme, die Computer enthalten, aber nicht     sein, um teure Entwurfsiterationen zu ver-
als solche erscheinen.                          meiden. Ein danach entdeckter Fehler führt
                                                zu kostspieligen Rückrufaktionen fehlerhaf-
                                                ter Chips (Pentium-Bug).
17




                                                Kontakt
  Formale Verifikationstechniken basieren
auf mathematischen Verfahren, mit denen
die Korrektheit einer Schaltung positiv nach-   Fachgebiet
gewiesen werden kann. Bei allen modernen        Rechnersysteme
Prozessoren werden diese Techniken auf der
Ebene logischer Gatterschaltungen inzwi-        Prof. Dr.-Ing. Hans Eveking
schen eingesetzt, und die Weitentwicklung       Tel.: 06151 16 - 2076
und Verbesserung dieser Techniken ist zen-      eveking@rs.tu-darmstadt.de
trales Forschungsziel.                          www.rs.e-technik.tu-darmstadt.de/
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  Integrierte
  Elektronische Systeme

  Das Fachgebiet Integrierte Elektronische       The Integrated Electronic Systems Lab
Systeme führt anwendungsorientierte For-       focuses research on analog and digital circuits
schung auf dem Gebiet der analogen und         and systems, and related electronic design
digitalen Schaltungen und Systeme, sowie       automation. Currently the main research
deren Entwurfsverfahren durch.                 focus is on Analog reconfigurable circuits,
                                               Systems-on-Chip, Systems-in-a-Package and
                                               Circuit Design for New Evolving Technologies.



  Folgende Forschungsschwerpunkte beste-
hen derzeit:

  Analoge rekonfigurierbare
  Schaltungen

  Konfigurierbare analoge Schaltungen
stellen für bestimmte Anwendungen eine
sinnvolle Alternative zum Analogentwurf
integrierter Schaltungen dar. Wir entwi-
ckeln analoge dynamisch-rekonfiguierbare
Schaltungen mit dem Ziel der massiven
Beschleunigung der Verifikation Integrierter
Schaltungen.

  Systems-on-Chip (SoC)

  Moderne SoCs benötigen effiziente on-        Abbildung oben / Figure above
Chip-Kommunikationsarchitekturen. Net-         Multiprozessor SoC mit Network-on-Chip
works-on-Chip (NoC) bieten eine Lösung         (NoC) Kommunikation (Mesh-Topologie) /
dieser Problemstellung und erlauben eine       Multiprocessor SoC with Network-on-Chip
paketorientierte (best-effort) und eine        (NoC) Communication (Mesh-Topologie)
19




Streamorientierte (guaranteed through-
put) Kommunikation. In unserer Forschung
entwerfen wir effiziente skalierbare NoC-
Architekturen, heterogene Multiprozessor-
systeme und rekonfigurierbare SoC-Archi-
tekturen, welche auf FPGA-basierten Proto-    Abbildung oben / Figure above
typen realisiert werden.                      3D Chip Stack

  Systems-in-a-Package

  Die on-Chip Integration von Speicher bei
speicherintensiven ICs wird bei Technolo-
gieknoten unterhalb 65 nm zunehmend
problematischer, da SRAM-Zellen bei diesen
Strukturgrößen schlecht skalieren. Wir un-
tersuchen den Aspekt der effizienten Anbin-
dung von skalierbarem DRAM-Speicher an
Logikschaltungen in einem 3D-Gehäuse.

  Schaltungsentwurf für neue                  Abbildung oben / Figure above
  Technologien                                300 mm & 200 mm Wafers

  Im Bereich preiswerter Massenprodukte       Kontakt
und großflächiger Applikationen können
basierend auf drucktechnisch hergestellten
Schaltungen (Printed Electronics) völlig      Fachgebiet
neue Anwendungsfelder erschlossen wer-        Integrierte Elektronische Systeme
den. Wir forschen an geeigneten Bauele-
mentmodellen sowie an der Auswahl geeig-      Prof. Dr.-Ing. Klaus Hofmann
neter Schaltungsstrukturen für diese neuen    Tel: 06151 16 - 4938
Technologien.                                 Klaus.Hofmann@ies.tu-darmstadt.de
                                              www.ies.tu-darmstadt.de
20




  Elektrische
  Energieversorgung

  Das Aufgabengebiet des Fachgebietes um-           The tasks of the group include the genera-
fasst die Erzeugung, Übertragung und Ver-        tion, transmission and distribution of electri-
teilung elektrischer Energie. Das Ziel besteht   cal energy. The main goal is to transfer and
darin, die elektrische Energie mit geringen      distribute the electrical energy from gene-
Verlusten und damit ressourcenschonend           rators to the consumers under low loss, re-
und wirtschaftlich von den Erzeugungs-           source-saving and economical conditions.
schwerpunkten bis zu den Verbrauchern zu
übertragen bzw. zu verteilen.



   Die heutige Netzstruktur ist durch eine
überwiegende Erzeugung in zentralen
Großkraftwerken gekennzeichnet. Zukünf-
tig werden erneuerbare Energien neue
Strukturen mit neuen Übertragungsmög-
lichkeiten erfordern. Bild rechts zeigt mögli-
che Standorte von Offshore-Windparks und
die Verbrauchsschwerpunkte in Deutsch-
land. Bei verteilter Erzeugung ist der Einsatz
von optimierenden Energiemanagementsys-
temen notwendig. Durch dezentrale Ein-
speisungen ist die Lastflussrichtung nicht
mehr fest vorgegeben, was neue Sekundär-
technik zur sicheren Fehlererkennung erfor-
dert. Aufgrund der Altersstruktur der einge-
setzten Betriebsmittel sind in den nächsten
Jahren einige große erhebliche Investitio-
nen notwendig, die sowohl hohe Personal-
als auch Finanzressourcen beanspruchen.
21




  Daraus resultieren vier Schwerpunkte der
Entwicklung:

  1.) Entwicklung dezentraler Erzeugungs-
anlagen, wie Brennstoffzellen und Mikrotur-
binen, zusammen mit der Möglichkeit der
gleichzeitigen Erzeugung thermischer En-
ergie. In Wind- und Photovoltaikanlagen er-
zeugte Energie unterliegt Schwankungen,
so dass Speicher an Bedeutung gewinnen.

   2.) Auf den Neubau einzelner Leitungen
könnte verzichtet werden, wenn Klimabe-
dingungen (Temperatur, Wind) bei der Fest-
legung der Übertragungsleistung berück-           4.) Entwicklung von kurz- und langfristi-
sichtigt würden. Monitoringsysteme könn-        gen Investitions- und Instandhaltungsstrate-
ten eine Überwachung der Netzsicherheit         gien für die eingesetzten Betriebsmittel, z. B.
mit Hilfe neuer Informationstechnik ermög-      einer freiluftisolierten Schaltanlage (Bild
lichen.                                         oben) unter Beibehaltung der hohen Versor-
                                                gungszuverlässigkeit.
   3.) Der Vorteil von leistungselektronisch-
en Betriebsmitteln liegt in der dynamischen
Anpassung von Lastflüssen in Netzen, um ei-     Kontakt
ne Überlastung von einzelnen Leitungen zu
vermeiden. Diese Betriebsmittel werden mit
dem Begriff FACTS (Flexible AC-Transmis-        Fachgebiet
sion Systems) umschrieben und es ist anzu-      Elektrische Energieversorgung
nehmen, dass diese Betriebsmittel zu wich-
tigen Stellgliedern hinsichtlich der Regelung   Prof. Dr.-Ing. Gerd Balzer
und Steuerung von Netzen werden.                Tel.: 06151 16 - 4852
                                                gerd.balzer@eev.tu-darmstdt.de
                                                www.eev.e-technik.tu-darmstadt.de
22




  Hochspannungstechnik

  Das Fachgebiet Hochspannungstechnik              The High-Voltage Laboratories are doing
forscht auf den Gebieten Elektrische Isolier-   research in the fields of electrical insulation
systeme, Blitz- und Überspannungsschutz,        systems, lightning and overvoltage protection,
Vakuumschalttechnik sowie Diagnostik und        vacuum switchgear technology and condition
Zustandsbewertung. Es verfügt dazu über         monitoring. This is supported by a variety of
eine überdurchschnittlich gute Ausstattung      state-of-the-art test facilities for high-voltage,
an Hochspannungs-, Hochstrom- und Lang-         high-current and long-time environmental
zeit-Klima-Versuchseinrichtungen.               testing.



   Die Hochspannungstechnik beschäftigt
sich mit den technischen Problemen, die im
Zusammenhang mit dem natürlichen Auf-
treten, der Erzeugung, der Anwendung und
der Messung hoher Spannungen auftreten.
Ihre größte Bedeutung hat sie für die elek-
trische Energieversorgung erlangt. Die heu-
te selbstverständliche, kostengünstige und
qualitativ hochwertige Bereitstellung elek-
trischer Energie zu jeder Zeit und an prak-
tisch jedem Ort wäre ohne den Einsatz und
die Beherrschung hoher Spannungen un-
denkbar. Zukünftige Fernübertragungen
werden bei Wechselspannungen von bis zu
über 1200 kV und Gleichspannungen von bis
zu 800 kV erfolgen. Sowohl diese Tendenz
hin zu höheren Spannungsebenen als auch
die für eine kommende dezentrale elektri-
sche Energieversorgung erforderliche Um-
strukturierung und Kompaktierung der
Energieversorgungssysteme führen zu
23




neuen und immer höheren spezifischen
elektrischen und mechanischen Beanspru-
chungen der eingesetzten Betriebsmittel bei
dem gleichzeitigen Ziel erhöhter Zuverläs-
sigkeit und Lebensdauer. Das Fachgebiet
Hochspannungstechnik stellt sich diesen
Herausforderungen durch schwerpunkt-
mäßige Forschung auf den Gebieten Multi-
funktionale Elektrische Isoliersysteme,
Blitz- und Überspannungsschutz, Vakuum-
schalttechnik, Diagnostik und Zustandsbe-
wertung. Es verfügt dazu unter anderem
über ein akkreditiertes Höchstspannungs-
prüffeld für dielektrische Prüfungen an Be-
triebsmitteln bis in die 800-kV-Ebene (1 MV   Abbildung links / Figure left
Wechselspannung, 3 MV Blitzstoßspannung,      3,2-MV-Stoßspannungsgenerator / 3.2 MV
1,8 MV Schaltstoßspannung, 600 kV Gleich-     impulse voltage generator
spannung), ein umfangreiches Stoßstrom-
labor (200 kA), einen synthetischen Schalt-   Abbildung oben / Figure above
leistungsprüfkreis für Mittelspannungs-       Stoßstromlabor / impulse current lab
schaltgeräte (35 kA / 200 kV) sowie mehrere
begehbare Salznebelprüfkammern. Das
Lehrangebot umfasst Vorlesungen über          Kontakt
Grundlagen der Elektrotechnik und Infor-
mationstechnik, Hochspannungstechnik,
Überspannungsschutz und Isolationskoor-       Fachgebiet
dination, elektromagnetische Verträglich-     Hochspannungstechnik
keit, Energiekabelanlagen, Schaltgeräte und
-anlagen, Hochspannungs- Versuchs- und        Prof. Dr.-Ing. Volker Hinrichsen
Messtechnik und gewerblichen Rechts-          Tel.: 06151 16 - 2529
schutz sowie diverse Praktika und Projekt-    hinrichsen@hst.tu-darmstadt.de
seminare.                                     www.hst.tu-darmstadt.de
24




  Regenerative Energien

  1996 als erstes Fachgebiet für Rege-          Founded in 1996 as the first institute for
nerative Energien in Deutschland gegrün-     renewable energy in Germany, the group of
det, arbeiten Professor Hartkopf und seine   Prof. Hartkopf engages in research and de-
Mitarbeiter an der Entwicklung von Wand-     velopment of energy converters for renewable
lertechnologien für Regenerative Energien,   energies. A second focus is on the efficient use
der effizienten Nutzung von thermischer      of thermal and electrical energy and grid inte-
und elektrischer Energie und der Netzinte-   gration of renewable power sources.
gration erneuerbarer Energiequellen.
25




   Das Fachgebiet Regenerative Energien des         Projekte werden in enger Kooperation
Instituts für Elektrische Energiesysteme be-     sowohl mit Partnern in der Industrie und in-
fasst sich seit 1996 als erster Lehrstuhl in     ternationalen Forschungsinstituten als auch
Deutschland mit der Forschung und Ent-           mit anderen Fachbereichen der TUD durch-
wicklung von Verfahren zur Nutzung rege-         geführt. In Zusamenarbeit mit dem Fachbe-
nerativer Energiequellen, insbesondere zur       reich Architektur und der TU-München ent-
Erzeugung elektrischer Energie. Neben der        stand so beispielsweise ein energieautarkes
möglichst effektiven Umwandlung von              Solarhaus, bei dem innovatives Design mit
Wind und Sonne in technisch nutzbare Ar-         aktuellster Technik verknüpft wurde und
beit werden auch Möglichkeiten zur verbes-       welches beim Wettbewerb Solar Decathlon
serten Integration erneuerbarer Energien in      in Washington den ersten Platz belegte.
das Stromnetz - zum Beispiel durch Speicher
- untersucht. Ein weiterer Fokus liegt auf der
effizienten Verwendung elektrischer und
thermischer Energie, wozu auch Brennstoff-
zellen und die Kraft-Wärme-Kopplung ge-
hören. Diese Themen werden im Rahmen
der Vorlesungen Regenerative Energien und        Abbildung / Figure
Rationelle Energieverwendung den Studen-         Solar Decathlon Haus / Solar Decathlon
ten des Studiengangs Elektro- und Informa-       Building
tionstechnik (etit) vermittelt. Weitere Lehr-
veranstaltung und Praktika beschäftigen
sich mit den Gebieten Windkraft, Brenn-          Kontakt
stoffzellen und Photovoltaik.

  Derzeit forschen sechs wissenschaftliche       Fachgebiet
Mitarbeiter unter Leitung von Professor          Regenerative Energien
Hartkopf an einem breiten Spektrum un-
terschiedlicher Themen, von Windkraft über       Prof. Dr.-Ing. Thomas Hartkopf
Brennstoffzellen und Stirlingmotoren bis zu      Tel.: 06151 16 - 2567
druckluftbasierten Speichertechnologien.         thomas.hartkopf@re.tu-darmstadt.de
                                                 www.re.e-technik.tu-darmstadt.de
26




  Systemführung
  in Energieversorgungsnetzen

  Elektrische Energieversorgungsnetze              Electrical power systems must be watched,
müssen beobachtet, kontrolliert und geführt     checked and controlled. New problem defini-
werden. Bei einem steigenden Anteil an Er-      tions give up at an increasing share in pro-
zeugungseinheiten, die von dem jeweiligen       duction units which depend on the supply of
Angebot an regenerativen Energieträgern         regenerative sources of energy for the oper-
abhängen, ergeben sich neue Problemstel-        ation of these nets. Island systems, which are
lungen für den Betrieb dieser Netze. Gleich-    provided exclusively from small Photovoltaic
zeitig werden auch Inselnetze entstehen, die    power plants in combination with storage
ausschließlich aus kleinen Photovoltaikan-      facilities will become important at the same
lagen im Verbund mit Speichereinrichtun-        time, too.
gen versorgt werden.



   Im 21. Jahrhundert müssen aufgrund der       stattfinden. Damit die Versorgung zu jeder
sich verknappenden Energieträger wie Erd-       Zeit sichergestellt werden kann, muss Ener-
gas, Erdöl, Kohle und Uran sowie durch die      gie zwischengespeichert werden. Die Aus-
CO2-Ausstoß bedingte Klimaveränderung           wahl von optimalen Kombinationen von Er-
neue Wege in der Energieversorgung einge-       zeugungseinheiten und Energiespeichern ist
schlagen werden. Neben verbesserten kon-        zu ermitteln. Zur Unterstützung einer zuver-
ventionellen Kraftwerken werden in den
nächsten Jahren große Windparks zum Ein-
satz kommen. Der wachsende Anteil solcher
Offshore Anlagen stellt neue Anforderun-
gen an die Netzbetreiber. Entsprechende
Konzepte sind zu erarbeiten, wie Erzeu-
gungseinheiten, die von schwer vorhersag-
baren Energiequellen abhängen, in das be-
stehende Netz eingefügt werden können.
Andererseits wird eine Ergänzung durch
kleine dezentrale Einheiten, die eine bessere
Ausnutzung der Brennstoffe ermöglichen,
27




                                                 Abbildung links / Figure left
                                                 Solaranlage / Photovoltaic power system

                                                 Abbildung rechts / Figure right
                                                 Offshore Windkraftwerke /
                                                 Offshore wind farm (Quelle: Siemens)


lässigen Netzführung sind angepasste, mo-
derne Kommunikationssysteme notwendig.
Zur Beurteilung der Güte der Netze sind Kri-
terien zu erarbeiten, die eine Klassifizierung
der Netzqualität erlauben.

  In der Lehre werden folgende Veranstal-
tungen angeboten:                                Kontakt

  in Deutsch:
• Elektrotechnik und Informationstechnik 1       Fachgebiet
                                                 Systemführung
  in Englisch:                                   in Energieversorgungsnetzen
• Netz-und Stationsleittechnik
• Netzberechnung                                 Prof. Dr.-Ing. Jürgen Stenzel
• Seminare zur Netzplanung, Transiente           Tel.: 06151 16 - 2852
  Vorgänge in Energieversorgungsnetzen           juergen.stenzel@eev.tu-darmstadt.de
  und zur Energieversorgung der Zukunft          www.eev.e-technik.tu-darmstadt.de/cms/
28




  Elektrische
  Energiewandlung

  Das Fachgebiet Elektrische Energiewand-         The Institute for Electrical Energy Conver-
lung beschäftigt sich mit elektrischen Ma-     sion deals with modern electrical machines,
schinen, Antrieben und Bahnen. Das Spek-       drives and railways. The entire range from
trum reicht vom Low-Cost-Kleinantrieb bis      low-cost small power motors to large scale
hin zu den Größstgeneratoren in Kraftwer-      power generators up to 1800 MW is covered.
ken mit sehr hohen Leistungen bis zu 1800
MW.



   Das Fachgebiet Elektrische Energiewand-
lung am gleichnamigen Institut beschäftigt
sich in Lehre und Forschung mit elektrischen
Maschinen, Antrieben und Bahnen. Die Welt
der elektrischen Maschinen und Antriebe ist
sehr vielseitig. Sie reicht vom Low-Cost-
Kleinantrieb mit wenigen Watt, wie er im
Automobil- und Haushaltsbereich einge-
setzt wird, bis hin zu den Größstgeneratoren
in Kraftwerken mit sehr hohen Leistungen
(etwa bis zu 1800 MW). Verbindet man die-
se Maschinen mit moderner Leistungselek-       machinen, magnetgelagerte Hochdrehzahl-
tronik, so kann dies beispielsweise bei den    antriebe und Linearmotorkonzepte oder ro-
elektrischen Bahnen eine höhere Leistung       buste geschaltete Reluktanzmotoren. Der
bei geringerem Gewicht, erhöhtem Wir-          Einsatzbereich dieser Maschinen reicht von
kungsgrad und hoher Reisegeschwindigkeit       Werkzeugmaschinen über Bahn- und Auto-
ermöglichen. Neue Werkstoffe wie Hochen-       mo-bilantriebe bis hin zu Sonderanwendun-
ergie-Permanentmagnete, hochfeste Kunst-       gen wie z.B. einem Teleskopantrieb im Flug-
stoffe (z.B. Kohlefaser), neue Leiterwerk-     zeug.
stoffe (z.B. Hochtemperatur-Supraleiter)
ermöglichen neuartige Energiewandler-           In der Forschung werden in Kooperation
Konzepte wie kompakte Transversalfluss-        mit Industriepartnern neue Antriebskonzep-
29




te entwickelt, gebaut und auf institutseige-   SmallHydro) oder Hybridautomobile sind
nen Prüfständen erprobt. Die Entwicklung       weitere Schwerpunkte.
von Antrieben mit hoher Leistungsdichte
durch Zahnspulen- und Permanentmagnet-           Aufgabe der Lehre ist es, die fundamenta-
technik, magnetgelagerte Hochdrehzahlan-       len Grundgesetze der Wirkungsprinzipien
triebe und speziell lagerlose Motoren sowie    elektrischer Energiewandler zu vermitteln.
von neuartigen Komponenten für die elek-       In zahlreichen Praktika können die Stu-
trische Traktion wie getriebelose Direktan-    dierenden die erworbenen theoretischen
triebe und supraleitende Loktransforma-        Kenntnisse anwenden und mit vielfältigen
toren wird gemeinsam mit der Industrie         Messungen veranschaulichen und vertiefen.
durchgeführt. Die Simulation und der Ent-
wurf von Generator- und Antriebssystemen
z.B. für regenerative Energien (Wind und       Abbildung links / Figure left
                                               Lagerloser Hochdrehzahlmotor 500 W,
                                               60000/min / Bearingless high speed motor
                                               500 W, 60000/min

                                               Abbildung rechts / Figure right
                                               Supraleiter-Loktranformator 1 MVA /
                                               Super-conducting loco transformer 1 MVA


                                               Kontakt


                                               Fachgebiet
                                               Elektrische Energiewandlung

                                               Prof. Dr.-Ing. habil. Dr. h.c. Andreas Binder
                                               Tel.: 06151 16 - 2867
                                               abinder@ew.tu-darmstadt.de
                                               www.ew.e-technik.tu-darmstadt.de
30




  Mikrotechnik und
  Elektromechanische Systeme

  Mikrotechnische elektromechanische Sys-        Microelectromechanical systems are used to
teme dienen der Wandlung von elektrischen     transform electrical energy into mechanical
in mechanische Größen und umgekehrt. Die      work and the other way round. The Micro
Mikrosystemtechnik erschließt durch die       System Technology emerges the field of ap-
Verknüpfung von mechanischen, optischen       plications due to the integration of actuators
und fluidischen Elementen immer mehr An-      and electrical, mechanical, fluidic or optical
wendungsgebiete. Diese Entwicklung wird       elements. This evolution is advanced by the
durch die fortschreitende Miniaturisierung    ongoing miniaturisation process.
weiter vorangetrieben.



   Im Vordergrund der Forschungsarbeiten
stehen Design und technologische Realisie-
rung von Mikrosystemen und die Erarbei-
tung neuer Fertigungsverfahren der Mikro-
strukturierung sowie der mechanischen Prä-
zisionstechnik. Im eigenen Reinraumlabor
für Mikrotechnik werden neue Mikrofer-
tigungsverfahren für miniaturisierte elek-
tromechanische Systeme und Mikroaktoren
entwickelt, die u.a. auf der elektrothermi-
schen und elektrostatischen Wandlung be-
ruhen:

• Mehrlagen-Oberflächen-Mikromechanik           und mehr als hundert Schichten
  auf der Basis von Dickschichtresisten und   • Mikro-Nano-Integration mit nanoskaligen
  der anschließenden mikrogalvanischen          Materialien zur Funktionserweiterung
  Abformung in Opferschichttechnik
• Herstellungstechnologie für gestapelte        Der enge Austausch zwischen Prozessent-
  dielektrische Elastomeraktoren (DEA)        wicklung und Technologieanwendung ge-
  mit Einzelschichtdicken kleiner 20 µm       währleistet ein hohes Anwendungspotenzial
31




der entwickelten Technologien. Die anwen-        taktilen Displays und peristaltischen
dungsorientierten Forschungsthemen sind          Pumpen sowie Fluidsystemen
auf die Auslegung und Realisierung von         • Miniaturisierte Positioniersysteme
elektromechanischen Teilkomponenten und          mit Parallelkinematiken
Systemen konzentriert. Dabei wird die ge-      • Miniaturisierte Antriebe und Kinematiken
samte Wandlungskette vom Antrieb bzw.            für die minimalinvasive Chirurgie
Aktor über die kinematische Struktur bis hin   • Hochdynamisches Weißlicht-Interfero-
zur Regelung der Antriebe sowie der Sys-         meter für den Mikro- und Nanobereich
tembeschreibung bearbeitet. Im Einzelnen
handelt es sich um folgende Themen:

• Mikroaktoren für Anwendungen im              Abbildung links / Figure left
  Bereich der Medizintechnik,                  Elektrothermische Aktoren aus SU-8 /
  Mikrorobotik, Telekommunikation etc.         Electrothermal actuators (SU-8)
• Flächige Aktormatrizen aus dielektrischen
  Elastomeraktoren zur Anwendung in            Abbildung unten / Figure below
                                               Peristaltische Pumpe mit Elastomeraktoren
                                               (DEA) / Peristaltic pump made of elastomer
                                               actuators (DEA)


                                               Kontakt


                                               Fachgebiet
                                               Mikrotechnik und
                                               Elektromechanische Systeme

                                               Prof. Dr.-Ing. Helmut F. Schlaak
                                               Tel.: 06151 16 - 4696
                                               schlaak@emk.tu-darmstadt.de
                                               www.institut-emk.de
32




  Mess- und
  Sensortechnik

  Im Mittelpunkt der Forschungsarbeiten          The focus of our research activities is the
steht die Entwicklung und Vervollkomm-        development and the improvement of sensors
nung von Sensoren und Sensorsystemen zur      and sensor systems for mechanical quantities
Erfassung mechanischer Größen wie Deh-        e.g. strain, pressure, force, torque and flow
nung, Druck, Kraft, Drehmoment und            and their implementation into innovative
Durchfluss und deren Einsatz für neuartige    applications in process, automotive and medi-
Anwendungsaufgaben in der Prozess-, Kfz-      cal technology. Further research activities are
und Medizintechnik. Der zweite Schwer-        the conception and the design of haptic Hu-
punkt besteht im Entwurf und in der Gestal-   man-Machine-Interfaces by directly coupled
tung haptischer Mensch-Maschine-Schnitt-      sensor-actuator-systems, mainly for medical
stellen, vor allem in der Medizintechnik,     applications. These activities are comple-
durch direkt gekoppelte Sensor-Aktor-Sys-     mented by research projects in the fields of
teme. Diese Arbeiten werden ergänzt durch     signal conditioning, signal transmission and
Forschungsprojekte auf dem Gebiet der Sig-    sensor self monitoring.
nalverarbeitung, der Signalübertragung und
der Sensor-Selbstüberwachung.



  Die Entwicklungsbasis für diese minia-      • Stabilitätsvervollkommnung für piezore-
turisierten elektromechanischen Systeme         sistive, kapazitive und piezoelektrische
(MEMS) bilden speziell entwickelte analyti-     Messelemente
sche und numerische Entwurfsplattformen,      • Selbstüberwachung durch Störungser-
enge Kooperationen zu Produzenten von           kennung und Störungsdiagnose
Silizium-Messelementen, Musteraufbauten         autarker Sensoren
durch Nutzung des eigenen Mikrotechnik-       • Spannungsarme Aufbau- und Verbin-
labors und der Feinwerktechnik-Werkstatt        dungstechnik sowie umweltrobuste und
am Institut sowie ausführliche Test an kli-     rückwirkungsarme Gehäusung für
matisierten Präzisionsmessplätzen. Ge-          Silizium-Messelemente
forscht wird am Fachgebiet Mess- und Sen-     • Miniaturisierte Silizium-Dehnungs-,
sortechnik auf folgenden Gebieten:              Druck- und Kraftsensoren für industrielle
                                                und medizinische Anwendungsgebiete
33




• Drahtlose, datenreduzierte Sensorsignal-
  Übertragung durch Funkverfahren
• Entwurf und Realisierung haptischer
  Schnittstellen für Katheterisierungen
  und die minimalinvasive Chirurgie
• Einsatz direkt gekoppelter Sensor-Aktor-
  Systeme in der Kardiologie und zur
  Glaukomüberwachung

Abbildung oben / Figure above
Druck- und Differenzdrucksensoren /
Pressure and differential pressure sensor

Abbildung unten / Figure below
Sensorsystem zur Zungendruckmessung /
Sensor system for measuring the pressure
of the tongue




Kontakt


Fachgebiet
Mess- und Sensortechnik

Prof. Dr.-Ing. habil. Roland Werthschützky
Tel.: 06151 16 - 4013
werthschuetzky@emk.tu-darmstadt.de
www.institut-emk.de
34




  Lichttechnik

  Die Lichttechnik ist ein stark interdiszi-       The lighting technology is a very multi inter-
plinär ausgerichtetes Aufgabengebiet und        disciplinary aimed field of application and
setzt sich aus der Lichterzeugung, der Licht-   consists of the light production, the photo-
messung und -bewertung sowie der Berech-        metry and light appreciation as well as the
nung, dem Entwurf und Bau von Beleuch-          calculation, the simulation, design and proto-
tungsanlagen zusammen. Neue Lichtquellen        typing of lighting systems. New sources of light
(LED, OLED) und die Notwendigkeit zur           (LED, OLED) and the necessity to the energy
Energieeinsparung verlangen völlig neue         conservation require completely new attempts
Ansätze in allen Bereichen des Alltags.         in all areas of the everyday life.



   Die Lichttechnik am Institut für Elektro-    rung, Markierungslicht, intelligente Rück-
mechanische Konstruktionen ist ein Fachge-      leuchten), Farb- und Lichtwahrnehmung
biet, das derzeit als Stiftungslehrstuhl von    (Wahrnehmung im Dämmerungsbereich,
der Automobilindustrie getragen wird. Tra-      Sehleistungen einer älter werdenden Gesell-
ditionell besteht eine sehr enge Bindung zur    schaft) sowie Optoelektronik (LED, OLED,
Industrie und den Behörden, was eine starke
Mitwirkung bei den aktuell und zukünftig
eingesetzten Technologien in der Lichttech-
nik ermöglicht. Seit mehr als 50 Jahren er-
gänzen sich am Fachgebiet Lichttechnik die
intensive Grundlagenforschung und die an-
wendungsorientierte Entwicklung zu einem
anspruchsvollen Tätigkeitsfeld. Prof. Khanh
leitet das Fachgebiet seit Oktober 2006.

  Die wichtigsten Forschungsschwerpunkte
sind: Energieeffiziente Beleuchtung (Städte-
forschung, LED-Straßenleuchten), Techni-
sche Optik, Verkehrs- und KFZ-Lichttechnik
(LED-Scheinwerfer, dynamische Lichtsteue-
35




Photovoltaik, Kamera- & Displaytechnolo-       Abbildung links / Figure left
gien) als besonderen Schwerpunkt.              Charakterisierung von LED /
                                               Characterisation of LED
  Weiterbildung/Kongresse: Das Fachge-
biet hat es sich zur Aufgabe gemacht, den      Abbildung oben / Figure above
wissenschaftlichen Austausch zwischen Uni-     Perlschnureffekt bei Rückleuchten /
versitäten, Behörden und der Industrie zu      Beads-Effect of Rearlamps
fördern. Aus diesem Grund werden regel-
mäßig Weiterbildungsseminare zu aktuel-
len Themenstellungen durchgeführt. Zu-
dem veranstaltet das Fachgebiet alle 2 Jahre
die ISAL, das weltweit größte Fachsympo-
sium für automobile Licht- und Beleuch-
tungstechnik. Im Jahr 2007 besuchten 550
Teilnehmer die Veranstaltung in Darmstadt.     Kontakt

  Lehre: Die Vorlesungen am Fachgebiet
Lichttechnik zeichnen sich durch eine enge     Fachgebiet
Bindung zu den Studenten aus. Angeboten        Lichttechnik
werden: Grundlagen der Lichttechnik (MFT,
Physik, Soziologie), Ausgewählte Kapitel der   Prof. Dr.-Ing. habil. Tran Quoc Khanh
Lichttechnik (MFT, Physik), Optoelektronik     Tel.: 06151 16 - 6142
(Master MFT und Bachelor Mechatronik)          office@lichttechnik.tu-darmstadt.de
Technische Optik (MFT-Master).                 www.lichttechnik.tu-darmstadt.de
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  Halbleitertechnik
  der Mikro- und Nanoelektronik

   Das Institut für Halbleitertechnik beschäf-      The Institute for Semiconductor Technology
tigt sich auf dem Gebiet der Mikro- und Na-      and Nanoelectronics is dedicated to research
noelektronik in Forschung und Lehre mit der      and education in the field of micro- and nano-
Halbleitertechnik, der angewandten Pro-          electronics, semiconductor technology, process
zess- und Bauelemente-Simulation, sowie          and device modeling as well as reliability
der Zuverlässigkeitsmethodik.                    physics.



Das Institut für Halbleitertechnik (IHT) mit
dem Fachgebiet Halbleitertechnik der Mi-
kro- und Nanoelektronik befindet sich in
direkter Nähe zum Prinz-Georgs-Garten in
der grünen Mitte Darmstadts. Leiter des In-
stituts ist seit 2001 Prof. Dr. Udo Schwalke.
Als einzige hessische Hochschuleinrichtung
verfügt das IHT über eine durchgängige
Silizium-CMOS Prozesslinie, der entspre-
chenden Infrastruktur und erfahrene Pro-
zessingenieure. In dem mit modernsten
Technologien der Nanoelektronik ausgestat-
teten Reinräumen können so die innova-
tiven Ideen der wissenschaftlichen Mitar-
beiterinnen und Mitarbeiter erfolgreich am
IHT umgesetzt werden. So wurden z.B. am
IHT Ende 2005 weltweit die ersten MOS-
FETs mit kristallinem High-k-Dielektrikum
und Metall-Gateelektrode in materialscho-
nender Gate-Last-Technologie hergestellt,        Breite konnten erstmals 2005 mittels Elek-
die derzeit z.B. für modernste Prozessoren       tronenstrahllithographie reproduzierbar ge-
des weltgrößten Chipherstellers zum Ein-         fertigt werden. Weiterhin wird am IHT auch
satz kommt. Nanostrukturen mit 60 nm             die Herstellung und Integration von Kohlen-
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stoffnanoröhrchen (Carbon Nanotube, CNT)
untersucht, mit deren Hilfe man die sich ab-
zeichnenden Grenzen der Miniaturisierung
der Mikroelektronik zu überwinden hofft.
Diesem Ziel ist man durch die Herstellung
von funktionierenden CNT-Feldeffekt-Tran-
sistoren einen entscheidenden Schritt näher
gekommen. Untersuchungen der Ausfall-
und Degradationsmechanismen integrierter
Bauelemente und Materialien bilden die
Grundlage für die Modellentwicklung zur
Lebensdauervorhersage und ergänzen die
Arbeiten des Instituts hinsichtlich der ge-
nannten Forschungsgebiete. Vervollständigt     Abbildung oben / Figure above
wird das Forschungsspektrum durch die Si-      Roboterarm mit 4 Zoll-Silizium-Wafer bereit
mulation von Bauelementen und Prozessen        zur Weiterprozessierung / Transfer robot
mit state-of-the-art Simulationswerk-          takes 4-inch silicon wafer to process
zeugen.                                        chamber

   Ein weiterer Schwerpunkt der Instituts-
arbeit ist die Ausbildung der Studentinnen
und Studenten des Studiengangs Integrier-      Kontakt
te Nano- und Mikroelektronik. Das Spek-
trum der angebotenen Lehrveranstaltungen
reicht von den Grundlagen der Halbleiter-      Fachgebiet
bauelemente bis hin zu Sensoren, Techno-       Halbleitertechnik
logie und Zuverlässigkeit nanoelektroni-       der Mikro- und Nanoelektronik
scher Bauelemente und Materialien. Er-
gänzt werden die Vorlesungen durch ein         Prof. Dr. Udo Schwalke
anspruchsvolles Halbleitertechnologieprak-     Tel.: 06151 16 - 3046
tikum und ein fachbezogenes Projektsemi-       schwalke@iht.tu-darmstadt.de
nar.                                           www.iht.tu-darmstadt.de
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  Höchstfrequenzelektronik

  Materialien mit großem und kleinem             Wide- and narrow-bandgap materials are
Bandabstand wurden im Fachgebiet Höchst-       investigated at the High-Frequency Electronics
frequenzelektronik untersucht, um Kompo-       department for devices that allow one to
nenten für einen sehr breitbandigen Fre-       attain frequencies that span over a wide range
quenzbereich bis THz zu erhalten. Die erfor-   and attain THz. Nanoscale dimensions are
derlichen nanodimensionalen Abmes-             employed as obtained by growth or post-
sungen werden mit Hilfe des epitaktischen      processing. Applications span from commu-
Wachstums oder Nachbearbeitung erzielt.        nications and sensors to biomedical engi-
Die Anwendungen reichen von der Kommu-         neering.
nikation und Sensorik bis hin zur Biomedi-
zintechnik.



   Die Forschungsaktivitäten des Fachgebie-
tes konzentrieren sich insbesondere auf das
epitaktische Wachsen (Molekular-Strahl-
Epitaxie [MBE], Metallorganische Gaspha-
senepitaxie [MOCVD]), die Bearbeitung und
Charakterisierung von Halbleiterkompo-
nenten. Es werden hierbei spezielle Mate-
rialien mit kleinem (wie z.B. Antimonbasier-
te) und großem Bandabstand (wie z.B. Nitri-
de [GaN] und Oxide [ZnO]) untersucht. Sie
ermöglichen die Herstellung von Hochfre-
quenz- und Leistungsbauelementen wie
High Electron Mobility Transistors (HEMT),
Schottky-Dioden, Gunn-Dioden, Superlatti-      Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) eröffnen
ce-Komponenten als auch monolithisch inte-     ganz neue Möglichkeiten zur Entwicklung
grierten Mikrowellenschaltkreisen (MMICs).     höchstempfindlicher Sensorkonzepte. Die
Mikroelektromechanische Systeme (MEMS)         Anwendungen dieser verschiedenen Kom-
und hochgeordnete mikro-nano-integrierte       ponenten und Schaltkreise reichen von der
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Kommunikationstechnik und Sensorik bis
hin zur Biomedizintechnik. Die Vorgänger
des Fachgebietsleiters waren Prof. H.L. Hart-
nagel, Prof. O. Zinke und Prof. H. Gundlach,
der im Jahre 1949 das Institut für Fernmel-
detechnische Geräte und Anlagen gründete.
Dieses wurde 1958 in Institut für Hochfre-
quenztechnik umbenannt. Der Aufbau der
ersten Einrichtungen für III-V Technologie
und Hochfrequenzcharakterisierung fing
an, als Prof. Pavlidis im Januar 1978 und       Abbildung links / Figure left
Prof. Hartnagel im Oktober 1978 an das          Nanostrukturierung; MM-Wellen Transisto-
Institut kamen. Nach einer Tätigkeit als In-    ren und ICs / Nanostructuring; MM-Wave
genieur und Leiter der Abteilung für MMICs      Transistors and ICs
bei Thomson-CSF, Frankreich und einer Pro-
fessur an der University of Michigan, USA ist   Abbildung oben / Figure above
Professor Pavlidis seit 2003 zurück in Darm-    THz Schottky-Dioden integriert mit Anten-
stadt. Seitdem hat das Fachgebiet die Ein-      nen / THz Schottky diodes integrated with
richtungen für Technologie und Material-        antennas
wachsen des Institutes modernisiert und er-
weitert.
                                                Kontakt
  So konnten Ergebnisse auf dem neusten
Stand der Technik erzielt werden, die vom
Materialwachsen (III-Nitriden für Hochfre-      Fachgebiet
quenz-Bauelemente und blaue LEDs) bis zu        Höchstfrequenzelektronik
zwei- und dreidimensionalen Hochfre-
quenzkomponenten (HF-Leistungsdioden            Prof. Dr.-Ing. Dimitris Pavlidis
und MISFETs auf III-Nitriden), Höchsttempe-     Tel.: 06151 16 - 4162
ratur H2- und CO-Sensoren, sowie Hochfre-       pavlidis@hf.tu-darmstadt.de
quenz- und optische Charakterisierung von       www.hf.e-technik.tu-darmstadt.de/
Biolösungen und -zellen reichen.                en/labs/mwe
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  Funkkommunikation

  Das Fachgebiet Mikrowellentechnik be-            The Microwave Engineering laboratory is
fasst sich in Forschung und Lehre mit Kom-      concerned with with components, technolo-
ponenten, Technologien und Verfahren in         gies and methods in wireless communication
drahtlosen Kommunikations- und Sensor-          and sensor systems. It focuses on reconfigur-
systemen.                                       able systems and RF-components such as ferro-
                                                electrics, anisotropic liquid crystals and tune-
                                                able metamaterials.



   Agile, rekonfigurierbare und kognitive
Systeme bedeuten einen Paradigmenwech-
sel in der Funkkommunikation von Morgen.
Schlüsselkomponenten dieser Evolution
sind kompakte, kosteneffiziente, steuerbare
HochFrequenz-Komponenten im Frequenz-
bereich bis 300 GHz, primär für rekonfigu-
rierbare Multiband-/Multistandard-Front-
ends und elektronischsteuerbare Antennen-
systeme zur räumlichen Strahlformung.

   Beispiele sind: steuerbare Leitungen, Pha-      Dies stellt eine schaltungstechnische He-
senschieber, Varaktoren, abstimmbare Reso-      rausforderung dar, die mit heute verfügba-
natoren, adaptive Anpassnetzwerke, steuer-      ren Halbleiterbauelementen und HF-MEMS
bare Multibandantennen und Reflectarrays,       nur mit sehr hohem Aufwand und nur un-
abstimmbare Multibandfilter und darauf ba-      zureichend erfüllt werden kann. Daher zie-
sierende frequenzselektive HF-Schalter (Du-     len unsere Forschungsarbeiten auf die Ent-
plexer). Angestrebt werden Systeme mit ho-      wicklung neuer Systemkonzepte und alter-
her Leistungseffizienz, hoher Linearität und    nativer passiver Hardwarelösungen auf
optimaler Nutzung der begrenzten Fre-           Basis nichtlinearer ferroelektrischer Dünn-
quenzressourcen unterschiedlicher Netze         filme und Dickschichten, anisotroper Flüs-
und Dienste (Cognitive Radio).                  sigkristalle und steuerbarer Metamaterial-
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strukturen. Diese Funktionsmaterialien än-    Abbildung links / Figure left
dern ihre elektromagnetischen Eigenschaf-     Ein im Rahmen des BMBF-Projektes
ten durch eine externe Steuerspannung. Die    MARIO entwickeltes steuerbares Anpass-
Forschungsarbeiten von den Grundlagen bis     netzwerk mit Doppelvarakatoren mit
zur industriellen Anwendung umfassen ne-      separierter hochresisitiver Steuerelektrode
ben der Materialsynthese und Prozesstech-     für hohe Linearität (IP3>46 dBm @ 23 dBm)
nologie in enger interdisziplinärer Zusam-    (IEEE Trans. MTT, Feb. 2007). Die
menarbeit mit Materialwissenschaftlern        Varakatoren erreichen hohe Güten (Q>120).
und Chemikern, die Entwicklung neuer          / Tunable matching network with a novel
Schaltungskonzepte und innovativer Hard-      concept of twin varactors
warelösungen. Die gezielte Optimierung er-
folgt unter anderem mit spezifisch entwi-     Abbildung rechts / Figure right
ckelten 3D-FDTD-Simulationstools für          Weltweit erste steuerbare Flüssigkristall-
nichtlineare komplexe mikroskalige Struk-     Reflectarrays (hier bei 77 GHz) als
turen. Die Prototyp-Realisierung unter Be-    kompakte, gewichtsreduzierte Antennen-
rücksichtigung von Miniaturisierungs- und     konfiguration für Satellitensysteme und
Integrationsaspekten beinhaltet die modell-   Radarsensoren (IEE ELECTRONICS
basierte HF-Charakterisierung / Evaluierung   LETTERS, Aug. 2006). / Worldwide first
der Materialien, Teststrukturen und Kompo-    realized electronically steerable liquid
nenten über Temperatur, Steuerspannung,       crystal reflectarray @ 77GHz
Feldstärke, HF-Leistung sowie der Frequenz.

                                              Kontakt


                                              Fachgebiet
                                              Mikrowellentechnik

                                              Prof. Dr.-Ing. Rolf Jakoby
                                              Tel.: 06151 16 - 4893
                                              jakoby@hf.tu-darmstadt.de
                                              www.hf.tu-darmstadt.de
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  Optische
  Nachrichtentechnik

  Das Fachgebiet Optische Nachrichtentech-        The Chair Optical Communications deals
nik befasst sich in Forschung und Lehre mit     with optical communication systems, optical
optischen Kommunikationssystemen, opti-         active and passive components and their
schen aktiven und passiven Komponenten          application in sensor technology.
und Anwendungen dieser Komponenten in
der Sensorik.



  Die Forschungsaktivitäten des Fachgebie-        Die im zweiten Forschungsfeld in enger
tes konzentrieren sich auf drei Hauptgebie-     Zusammenarbeit mit dem Walter-Schottky-
te:                                             Institut für den Kommunikationsbereich bei
                                                einer Wellenlänge um 1.5 µm entwickelten
• Schnelle optische Übertragungssysteme         mikromechanisch abstimmbaren Oberflä-
• Mikromechanisch abstimmbare aktive            chen emittierende Laser (VCSEL) weisen ein
  und passive optische Komponenten              hervorragendes spektrales Verhalten auf
• Erzeugung von THz-Signalen mit Hilfe          und sind in vielen Bereichen der Kommuni-
  optischer Systeme.                            kation, der optischen Spektroskopie und der
                                                Sensorik einsetzbar.
  Die Aktivitäten des ersten Arbeitsgebiets
erstrecken sich auf die Untersuchung sehr         In diese Richtung entwickeln sich die Ar-
schneller optischer Übertragungssysteme.        beiten der zweiten Arbeitsgruppe. Insbe-
Hier stehen simulatorische Untersuchungen       sondere wird der Wellenlängenbereich
des Einflusses der Polarisationseigenschaf-     durch Verwendung von GaAs basierten akt-
ten optischer Übertragungstrecken und die       iven Materialien erweitert, die Modulations-
Bekämpfung der durch sie hervorgerufenen        geschwindigkeit und das Polarisationsver-
Störungen im Vordergrund. Ein wesentlich-       halten optimiert. Zusätzlich stehen Entwick-
es Ziel ist es, die durch Polarisationsmoden-   lungen einer Technologie im Vordergrund,
dispersion hervorgerufenen Störungen            die eine industrielle Fertigung des Bauteils
adaptiv mit Hilfe von phasensensitiven opti-    erlaubt. Es werden hier u.a. Komponenten
schen Empfängern zu kompensieren.               für die Anwendungen in der Sensorik und
                                                Kommunikationstechnik entwickelt.
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  Elektromagnetische Strahlung im THz-
Bereich war lange nicht oder nur einge-
schränkt nutzbar. Es existiert aber ein inte-
ressantes breitbandiges Anwendungsspek-
trum der THz-Strahlung im Bereich der
Spektroskopie, Astronomie, Medizintechnik
und Sicherheitstechnik. Die dritte Arbeits-
gruppe des Fachgebiets beschäftigt sich mit
dem Entwurf, der Herstellung und Charak-
terisierung von Sendern, Empfängern und
Komponenten für diesen Frequenzbereich.
Das vorhandene THz-System beruht auf der
kohärenten Überlagerung zweier hochstabi-
ler DFB-Laser, deren Schwebungsfrequenz         Abbildung links / Figure left
im Bereich zwischen 0 Hz und 1.2 THz ein-       Oberflächen emittierender Laser /
gestellt werden kann. Mittelfristig geht die    Surface emitting laser
Entwicklung der Forschung in die Erschlie-
ßung neuer Anwendungsfelder für diese           Abbildung oben / Figure above
Technologien.                                   THz-Filter / THz-Filter


                                                Kontakt


                                                Fachgebiet
                                                Optische Nachrichtentechnik

                                                Prof. Dr.-Ing. Peter Meißner
                                                Tel.: 06151 16 - 2462
                                                p.meissner@ieee.org
                                                www.hf.e-technik.tu-darmstadt.de/
                                                opthomepage/
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  Kommunikationstechnik

  Das Fachgebiet Kommunikationstechnik            The Communications Engineering Lab in-
erforscht und entwickelt technische Lösun-      vestigates and develops technical solutions for
gen für zukünftige, drahtlose Kommuni-          future wireless communication systems. In
kationssysteme. In diesem Zusammenhang          this context, a variety of topics is addressed in
wird eine breite Palette an Fragestellungen     order to provide various services even for users
behandelt, um den Nutzern in Zukunft eine       with high mobility.
Vielfalt von Diensten anzubieten und gleich-
zeitig eine hohe Mobilität bei der Benutzung
dieser Dienste zu ermöglichen.



   Die Anforderungen an moderne Kommu-          sche Lösungen für Kommunikationssyste-
nikationssysteme sind hoch: Zugang zum          me, die den genannten Anforderungen ge-
Internet, die Möglichkeit zum Versenden         recht werden. Hierzu werden einerseits
von Emails und gleichzeitige Verfügbarkeit      Lösungen untersucht, die einen einzelnen
von Telefondiensten sowie die Möglichkeit       Nutzer im System betreffen, wie z.B. die
zum Austausch von Multimedia-Daten mit
hohen Datenraten sind nur einige Beispiele
einer Vielfalt von Diensten, die der Benutzer
in Zukunft nicht mehr nur zu Hause oder im
Büro, sondern überall und auch mobil nut-
zen möchte. Die geforderte hohe Mobilität
bei der Benutzung dieser Dienste kann nur
durch eine drahtlose Übertragung gewähr-
leistet werden.

  Aktuelle Mobilfunksysteme, wie z.B. das
Universal Mobile Telecommunications Sys-
tem (UMTS), sind dafür nur begrenzt geeig-
net. Das Fachgebiet Kommunikationstech-
nik erforscht und entwickelt daher techni-
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Entwicklung von Methoden zur Lokalisie-        projekten und kooperiert mit Industriepart-
rung eines Benutzers mit Hilfe des verwen-     nern. Die Ergebnisse der Forschungsarbeit
deten Funknetzes, die Entwicklung von Al-      fließen in die vielfältigen Lehrveranstaltun-
gorithmen zur Schätzung der Eigenschaf-        gen des Fachgebietes ein.
ten des Übertragungskanals oder die Wahl
geeigneter Übertragungsverfahren. Ande-
rerseits werden Fragestellungen behandelt,
die gesamte Netzwerke betreffen, wie z.B.      Abbildung links / Figure left
der Einsatz von Mehrantennensystemen           Mobilfunkszenario mit Relaisstationen
oder Relaisstationen, sowie Fragestellungen    und mehreren Benutzerterminals /
auf dem Gebiet der Netzplanung und -di-        Relay enhanced mobile radio scenario with
mensionierung. Bei allen Lösungen spielen      several user terminals
nicht nur technische, sondern auch wirt-
schaftliche Aspekte eine wichtige Rolle. Das   Abbildung rechts / Figure right
Fachgebiet Kommunikationstechnik liefert       Darstellung der physikalischen Effekte bei
auf den genannten Gebieten Beiträge zu         der drahtlosen Übertragung, die sich
nationalen und internationalen Forschungs-     sowohl zeitlich als auch mit der Frequenz
                                               ändern / Illustration of physical effects
                                               during wireless transmission changing with
                                               time and frequency


                                               Kontakt


                                               Fachgebiet
                                               Kommunikationstechnik

                                               Prof. Dr.-Ing. Anja Klein
                                               Tel.: 06151 16 - 5156
                                               a.klein@nt.tu-darmstadt.de
                                               www.kt.tu-darmstadt.de
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  Nachrichtentechnische
  Systeme

  Das Forschungsgebiet des Fachgebiets            The research of Communication Systems
Nachrichtentechnische Systeme umfasst          Group spans the areas of wireless communica-
drahtlose Kommunikationssysteme, Sensor-       tions, sensor array processing, and radar.
gruppensignalverarbeitung und Radarsys-
teme.



  Das Fachgebiet Nachrichtentechnische           Unsere Forschungsschwerpunkte umfas-
Systeme wurde 2005 gegründet. Die For-         sen die folgenden Themen:
schungsarbeiten des Fachgebiets beschäfti-
gen sich mit der Entwicklung von Algorith-     • Adaptives Beamformen und
men für zukünftige Kommunikations- und           intelligente Antennen
Radarsysteme.                                  • Hochauflösende Richtungsschätzung
                                               • Mehrantennen-Kommunikationssysteme
  Der Schwerpunkt der Forschung am Fach-         und Raum-Zeit Codierung
gebiet sind fortgeschrittene Algorithmen für   • Mehrbenutzer- und
Mehrantennensysteme. In der drahtlosen           Mehrträger-Kommunikation
Kommunikation erlauben Mehrantennen-           • Konvexe Optimierung für Sensorgrup-
systeme das räumlich selektive Senden und        pensignalverarbeitung und drahtlose
Empfangen von Signalen, wodurch die Er-          Kommunikation
höhung der Signalleistung, die verbesserte     • Statistische Signalverarbeitung für
Unterdrückung von Interferenzen und da-          Mehrantennen-Kommunikationssysteme
her insgesamt die Verbesserung der             • Schätz- und Detektionstheorie
Systemkapazität erreicht werden kann. In       • Adaptive Raum-Zeit-Signalverarbeitung
Radarsystemen werden Sensorgruppen ver-          für Radar
wendet, um Interferenzen durch adaptives
Beamformen zu unterdrücken, Signalquel-          Das strategische Ziel unserer Forschung ist
len zu detektieren und zu lokalisieren sowie   die Entwicklung neuer Methoden zur Ver-
Parameter der Signalquellen zu schätzen.       besserung drahtloser Kommunikations- und
                                               Radarsysteme.
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                          Source signal

                      θ




                                          Kontakt


                      Sensor array
      W2 W3 W4                            Fachgebiet
                                          Nachrichtentechnische Systeme
 W1              W5
                                          Prof. Dr.-Ing. Alex Gershman
          y(t)                            Tel.: 06151 16 - 2813
                                          gershman@nt.tu-darmstadt.de
Beamformer output                         www.nt.tu-darmstadt.de/nt/
48




  Signalverarbeitung

  Ziel unserer Aktivitäten ist die Erfor-            The goal of our research activities is to
schung und Entwicklung von Lösungen in             develop solutions in the areas of array signal
den Bereichen der Sensorgruppen-Signal-            processing, robust estimation and detection
verarbeitung, der robusten Schätzung und           and computer-based statistical signal pro-
Detektion sowie der Computergestützten             cessing.
statistischen Signalverarbeitung.



  Diese Bereiche enthalten eine Vielzahl un-         Das erste Beispiel befasst sich mit der
terschiedlicher Problemstellungen, die Ge-         Abstands- und Winkelmessung in der Kfz-
genstand unserer Forschungsprojekte sind.          Radar Signalverarbeitung: Eine akkurate
Die Anwendungsgebiete, in denen die Grup-          Beschreibung des Umfelds eines Autos kann
pe tätig ist, umfassen u.a. die Automobil-         u.a. dem Fahrer helfen einzuparken oder
branche (Sicherheits- und Komfortanwen-            den Sicherheitsabstand zum vorfahrenden
dungen), (Bio-)Medizitechnik und drahtlose         Fahrzeug einzuhalten. Gefahrensituationen
Kommunikation. Zur Veranschaulichung               z.B. beim Spurwechsel oder Auffahren auf
werden zwei Anwendungsbeispiele allge-             ein Stauende können angezeigt werden um
mein beschrieben:                                  so Unfälle zu vermeiden. Radarprinzip: Ein




       Auto                             Objekt     Schätzung
                           Dinstanz d                 α, d
                                        (x1, y1)
                                 Winkel α
                          (x0, y0)
                                                      Signalprozessor




                                                                                  Zurückreflektierte
                                                                                       Wellen
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   Kamera         Beleuchtete,                    Menschliches Auge,
               konzentrische Ringe                Hornhaut (Cornea)




Signal in Form einer elektromagnetischen      kleinen Bewegungen/Augenzuckungen, um
Welle wird ausgesendet und an Objekten in     eine ständige Nachverfolgung des Bereiches
der Umgebung reflektiert. Die rückreflek-     von Interesse zu gewährleisten.
tierten Echos werden analysiert um den
Abstand (Zeitdifferenz), relativen Winkel     Abbildung links / Figure left
(Phasenunterschiede an Sensorgruppe) oder     Kfz-Radar Signalverarbeitung /
zusätzlich die Objektgeschwindigkeit          Automotive Radar Signal Processing
(Dopplerverschiebung) zu bestimmen.
                                              Abbildung oben / Figure above
   Das zweite Beispiel handelt von der Mes-   Videokeratoskopie / Videokeratoscopy
sung der Hornhautoberfläche des mensch-
lichen Auges: Mit einer genauen Beschrei-
bung/Modellierung der Hornhaut können         Kontakt
u.a. patientenspezifische Kontaktlinsen an-
gepasst werden, Augenkrankheiten dia-
gnostiziert oder hornhautverändernde Au-      Fachgebiet
genoperationen geplant werden. Die gän-       Signalverarbeitung
gige Messmethode hierfür ist die Videokera-
toskopie, bei der konzentrische Kreise auf    Prof. Dr.-Ing. Abdelhak Zoubir
die Hornhaut projeziert werden um Un-         Tel.: 06151 16 - 4595
regelmäßigkeiten zu entdecken. Ein Prob-      zoubir@spg.tu-darmstdt.de
lem dabei ist z.B. die Modellierung von       www.spg.tu-darmstadt.de
50




  Leistungselektronik
  und Antriebsregelung

   Leistungselektronik ist die Schlüsseltech-      Power Electronics is the enabling technology
nologie zu rationeller Anwendung, Vertei-       to efficiently use, distribute and generate elec-
lung und Erzeugung elektrischer Energie.        trical energy. Presently, focus of research is on
Forschungsschwerpunkte sind derzeit Um-         converter technology with high efficiency, high
richter für hohe Effizienz, hohe Frequenz       frequency and small energy storage as well as
und mit kleinem Energiespeicher sowie li-       on linear drives for industrial material hand-
neare Direktantriebe für industrielles Ma-      ling and their sensorless control.
terialhandling und deren sensorlose Rege-
lung.



   Leistungselektronik ist die Schlüsseltech-   Energie durch Leistungselektronik umge-
nologie mit der Leistungsflüsse von weni-       formt, ehe sie die vom Anwender gewünsch-
gen Watt (Energiesparlampe) bis in den Gi-      te Wirkung (mechanische Arbeit, Beleuch-
gawatt-Bereich (Hochspannungs-Gleich            tung usw.) entfaltet, (Bild 1). Ein Großteil
strom Übertragung) elektronisch, d.h. sehr      der elektrischen Energie wird in Antrieben
schnell und vor allem hocheffizient gesteu-     in mechanische Arbeit ungeformt. Eine
ert und geregelt werden können. In naher        deutliche Effizienzsteigerung ist vielfach
Zukunft wird fast die gesamte elektrische       durch Übergang von Betrieb mit starrer
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Drehzahl auf optimal an den Prozess ange-      für industriellen Materialtransport und -Ver-
passter variabler Drehzahl möglich. Dies       arbeitung. Letzterem liegt zugrunde, dass in
wird durch Leistungselektronik erreicht.       industriellen Be- und Verarbeitungsanlagen
Aber auch in anderen Bereichen, z.B. bei Be-   Gegenstände (Material) in verschiedenen
leuchtungen, sind Effizienzsteigerungen        Stationen bearbeitet und zwischen diesen
durch Leistungselektronik in vollem Gange.     Bearbeitungsstationen transportiert werden
Sie haben noch ein großes Zukunftspo-          muss. In dem Vorhaben wird ein einheit-
tenzial.                                       liches Linear-Antriebssystem erforscht, das
                                               räumlich gekrümmte und geschlossene
                                               Fahrwege enthält und sowohl die Bearbei-
                                               tung der Gegenstände mit höchster Präzi-
                                               sion als auch deren Transport mit hoher
                                               Dynamik ermöglicht. Damit entfallen wie-
                                               derholtes Aufspannen und justieren der Ge-
                                               genstände in den einzelnen Bearbeitungs-
                                               stationen. Auf dem Fahrweg können mehr-
                                               ere Fahrzeuge weitgehend unabhängig agie-
                                               ren. Ein erster Versuchsaufbau mit nur
                                               einem Fahrzeug auf einem kreisförmigen
                                               Fahrweg zeigt Bild 2.


                                               Kontakt

   Derzeitige Schwerpunkte der Forschung
an unserem FG sind u. a.: Energieeffiziente    Fachgebiet
Antriebe, Zwischenkreis-Umrichter mit mi-      Leistungselektronik und Antriebsregelung
nimalem Energiespeicher, Resonante Um-
richter für hohe Frequenz und hohe Leis-       Prof. Dr.-Ing. Peter Mutschler
tung, Fehlertolerante Antriebsumrichter,       Tel.: 06151 16 - 2166
Sensorlose Positionsregelung insbesondere      pmu@srt.tu-darmstadt.de
für Linearantriebe, Lineare Direktantriebe     www.srt.tu-darmstadt.de
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  Theorie
  Elektromagnetischer Felder

   Am Institut für Theorie Elektromagneti-       At the Computational Electromagnetics
scher Felder (TEMF) beschäftigen wir uns      Laboratory we work on methods for solving
mit der Lösung der elektromagnetischen        the electromagnetic field equations for
Feldgleichungen für nahezu jedwede Art        virtually any kind of technical application.
von technischer Anwendung. In der indust-     Simulation software today has become an
riellen Forschung und Entwicklung stellen     indispensible tool in industrial research and
heute computergestützte Simulationsme-        development, complementing the conventio-
thoden neben den klassischen Experimenten     nal experimental approach.
ein nicht mehr wegzudenkendes Werkzeug
dar.



  Elektromagnetische Felder stellen die we-
sentliche physikalische Grundlage für die
Elektrotechnik und Informationstechnik
dar. Die Schwierigkeit im Umgang mit elek-
tromagnetischen Feldern liegt in der Kom-
paktheit und Komplexität der Maxwellschen
Gleichungen, die alle elektromagnetischen
Phänomene beschreiben. In Forschung und
Entwicklung werden deshalb seit Jahrzehn-
ten Computerprogramme eingesetzt, mit
denen diese Gleichungen mehr oder weni-
ger genau für praktische Probleme gelöst      gramme basierend auf dieser Methode wer-
werden können.                                den heute weltweit eingesetzt. Allgemein-
                                              verständliche Anwendungen finden sich im
  Gegenstand unserer Forschung ist die Ent-   Mobilfunk, wo man an der Strahlungsbelas-
wicklung und Anwendung neuer Algorith-        tung des menschlichen Körpers genau so in-
men. Eine zentrale Rolle spielt hierbei die   teressiert ist wie an der optimalen Abstrah-
1977 vorgestellte Methode der Finiten Inte-   lung vom Mobiltelefon zur Basisstation.
gration (FIT). Kommerzielle Softwarepro-      Extrem anspruchsvolle Anforderungen be-
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  • 1. Elektrotechnik & Informationstechnik The first electrical engineers ... Der Fachbereich im Überblick
  • 2. Impressum Herausgeber Technische Universität Darmstadt Dekanat Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik Gebäude S3|06 Merckstraße 25 D-64283 Darmstadt dekanat@etit.tu-darmstadt.de www.etit.tu-darmstadt.de Layout und Satz: KR3ATIV - Werbeatelier Schösser GbR www.kr3ativ.de 5. Auflage, Juni 2009, Darmstadt
  • 3. Inhaltsverzeichnis • Einleitung ............................................................................................................ 01 • Historie des Fachbereichs ..................................................................................... 02 • Forschungsschwerpunkte und interdisziplinäre Akivitäten ................................... 03 • Studium und Qualitätssicherung .......................................................................... 04 • Zahlen und Fakten zum Fachbereich ..................................................................... 06 Die 24 Fachgebiete: Institut für Automatisierungstechnik • Regelungstechnik und Mechatronik (Prof. Dr.-Ing. Konigorski) Control Engineering and Mechatronics ................................................................... 08 • Regelungstheorie und Robotik (Prof. Dr.-Ing. Adamy) Control Theory and Robotics .................................................................................. 10 Institut für Datentechnik • Echtzeitsysteme (Prof. Dr. rer. nat. Schürr) Real-Time Systems ................................................................................................ 12 • Multimedia Kommunikation (Prof. Dr.-Ing. Steinmetz) Multimedia Communications ................................................................................ 14 • Rechnersysteme (Prof. Dr.-Ing. Eveking) Computer Systems ................................................................................................ 16 • Integrierte Elektronische Systeme (Prof. Dr.-Ing. Klaus Hofmann) Integrated Electronic Systems ................................................................................ 18 Institut für Elektrische Energiesysteme • Elektrische Energieversorung (Prof. Dr.-Ing. Balzer) Electrical Power Systems ........................................................................................ 20
  • 4. • Hochspannungstechnik (Prof. Dr.-Ing. Hinrichsen) High-Voltage Technology ....................................................................................... 22 • Regenerative Energien (Prof. Dr.-Ing. Hartkopf) Renewable Energies ............................................................................................... 24 • Systemführung in elektrischen Energieversorgungsnetzen (Prof. Dr.-Ing. Stenzel) Power System Control ............................................................................................ 26 Institut für Elektrische Energiewandlung • Elektrische Energiewandlung (Prof. Dr.-Ing. habil. Dr. h. c. Binder) Electrical Energy Conversion .................................................................................. 28 Fachgebiet Elektrische Messtechnik • Elektrische Messtechnik (Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. mult. Pfeiffer) Electrical Measuring Technology Institut für Elektromechanische Konstruktionen • Mikrotechnik und Elektromechanische Systeme (Prof. Dr.-Ing. Schlaak) Microtechnology and Electromechanical Systems .................................................... 30 • Mess- und Sensortechnik (Prof. Dr.-Ing. habil. Werthschützky) Measurement and Sensor Technology ..................................................................... 32 • Lichttechnik (Prof. Dr.-Ing. habil. Khanh) Lighting Technology ............................................................................................ 34 Institut für Halbleitertechnik • Halbleitertechnik der Mikro- und Nanoelektronik (Prof. Dr. rer. nat. Schwalke) Semiconductor Technology and Nanoelectronics ...................................................... 36 Fachgebiete Hochfrequenztechnik • Höchstfrequenzelektronik (Prof. Dr.-Ing. Pavlidis) High-Frequency Electronics ................................................................................... 38 • Mikrowellentechnik (Prof. Dr.-Ing. Jakoby) Microwave Engineering ......................................................................................... 40
  • 5. • Optische Nachrichtentechnik (Prof. Dr.-Ing. Meißner) Optical Communications ....................................................................................... 42 Institut für Nachrichtentechnik • Kommunikationstechnik (Prof. Dr.-Ing. Klein) Communications Engineering ................................................................................ 44 • Nachrichtentechnische Systeme (Prof. Dr.-Ing. Gershman) Communication Systems ....................................................................................... 46 • Signalverarbeitung (Prof. Dr.-Ing. Zoubir) Signal Processing .................................................................................................. 48 Institut für Stromrichtertechnik und Antriebsregelung • Leistungselektronik und Antriebsregelung (Prof. Dr.-Ing. Mutschler) Power Electronics and Control of Drives .................................................................. 50 Institut für Theorie Elektromagnetischer Felder • Theorie Elektromagnetischer Felder (Prof. Dr.-Ing. habil. Weiland) Computational Electromagnetics ........................................................................... 52 Fachbereich 20, Zweitmitglied im Fachbereich 18: • Integrierte Schaltungen und Systeme (Prof. Dr.-Ing. Huss) Integrated Circuits and Systems .............................................................................. 54 • Anschrift und Lage der Institute ............................................................................ 56 • Lageplan TU Darmstadt - Stadtmitte ..................................................................... 57
  • 7. 01 Einleitung Der Fachbereich Elektrotechnik und Infor- liert werden. Sie ziehen aus der ganzen Welt mationstechnik der Technischen Universität Studenten nach Darmstadt. Demgegenüber Darmstadt entwickelt sich seit seiner Grün- nutzen viele deutsche Studenten die hervor- dung vor 125 Jahren getreu seinem Motto ragenden weltweiten Beziehungen des Fach- Qualität und Innovation aus Tradition: bereichs für Auslandssemester an Partner- sieben Fachgebiete wurden in Darmstadt universitäten. Das gegenseitige Anerkennen seit damals deutschlandweit erstmals aus von Leistungen und Doppelabschlussab- der Taufe gehoben, die Zahl der Veröffentli- kommen mit derzeit zehn europäischen Uni- chungen und Ehrungen sind Zeichen der versitäten machen Auslandserfahrungen oh- Innovationsfreudigkeit und der hohen ne deutlich längere Studiendauer möglich. Qualifikation der Mitarbeiter. Das Studienangebot orientiert sich an den 125-Jahr-Feier am 16.11.2007 Bedürfnissen des Marktes und wird ständig angepasst, um so auch dem Fachkräfteman- Abbildung links: gel zu begegnen. Seit 2007 werden alle Stu- Begrüßung durch Dekan Prof. Hinrichsen diengänge nur noch mit den Abschlüssen Bachelor of Science bzw. Master of Science Abbildung rechts: angeboten. Zwei internationale Master-Stu- Studenten informieren sich auf der diengänge konnten bereits im Vorfeld etab- angegliederten Industrie-Kontaktmesse
  • 8. 02 Historie des Fachbereichs • 1882 Erster Lehrstuhl für Elektrotech- studiengangs in Deutschland nik weltweit, Berufung von • 1968 K. Hasse erfindet die feldorien- Erasmus Kittler tierte Regelung, die Grundlage • 1883 Erste Fakultät für Elektro- moderner Drehstrommotoren technik weltweit und Gründung • 1972 W. Hilberg entwickelt wesent- des weltweit ersten liche Elemente und Studiengangs für Elektrotechnik den Prototyp der Funkuhr • 1977 T. Weiland entwickelt die Finite- Erste Lehrstühle in Deutschland: Integrations-Theorie • 1983 G. Sessler und D. Hohm • 1894 Nachrichtentechnik, K. Wirtz erfinden das Silizium-Mikrofon • 1914 Hochspannungstechnik, • 1988 O. Kindl und W. Langheinrich W. Petersen entwickeln die CMOS-Niedrigst- • 1954 Regelungstechnik, W. Oppelt temperatur-Technologie für • 1963 Elektromechanische Kameras der ESA Konstruktionen, C. Brader • 1990-92 Das Elektrofahrzeug Pinky ge- Stromrichtertechnik, R. Jötten winnt die Weltmeisterschaft der • 1996 Regenerative Energien, Solarmobile T. Hartkopf • 1999 Aufnahme von G. Sessler, Miter- finder des Elektret-Mikrofons, Herausragende Persönlichkeiten: in die National Hall of Fame der USA; M. Anders, E. Andresen • 1921-26 T. Schultes, Entwickler des welt- und A. Binder entwickeln weit ersten RADAR-Frühwarn- den Linear-Antrieb des Strato- systems, studiert an der TUD spheric Observatory for Infrared • 1930 Berufung von H. Busch, Astronomy (SOFIA) der NASA Begründer der Elektronenoptik • 2003 Das MIT wählt R. Isermann zu • 1952 Berufung von K. Küpfmüller, den Top Ten, deren Arbeiten die Vater der Systemtheorie der Lebens- und Arbeitswelt elektrischen Nachrichtentechnik nachhaltig verändern werden • 1964 Berufung von R. Piloty, • 2007 Technologiepreis der Eduard- Initiator des ersten Informatik- Rhein-Stiftung geht an G. Sessler
  • 9. 03 Forschungsschwerpunkte und interdisziplinäre Aktivitäten Die Arbeiten in den Fachgebieten lassen von Qualitätsmerkmalen und sich 6 Forschungsschwerpunkten zuordnen: deren wechselseitigen Abhängigkeiten (DFG 733): Prof. Steinmetz Mikro- & Nanotechnologie • Höherfreuquente Parasitäreffekte in umrichtergespeisten elektrischen Informationstechnologie Antrieben (DFG 575): Prof. Binder • Submillimeter-Schaltungstechnik Kommunikationstechnik (externe Forschergruppe, DFG 321): Prof. Hartnagel Beschleunigertechnik Außerdem ist der Fachbereich an 10 der Elektrische Energietechnik insgesamt 13 profilbildenden Forschungs- schwerpunkten der TU Darmstadt beteiligt: Mechatronik & Automatisierungstechnik Mechatronische Systeme, E-Learning, IT-Si- cherheit, Kern- und Strahlungsphysik, Stadt- Fachbereichs- und universitätsübergrei- forschung, Graphische Datenverarbeitung, fend sind die Professoren derzeit in folgen- Nanomaterialien, Biologisch-technische den Graduiertenkollegs oder Forschergrup- Systeme, Integrierte Verkehrssysteme sowie pen aktiv: Computational Engineering. • Infrastruktur für den elektronischen Beim letzten Punkt handelt es sich um Markt (GK 492): Prof. Steinmetz eine Graduate School im Rahmen der Exzel- • Steuerbare integrierbare Komponenten lenz-Initiative des Bundes und der Länder. der Mikrowellentechnik und Optik (GK 1037): Prof. Jakoby • Qualitätsverbesserung in E-Learning www.tu-darmstadt.de/for/verbund.tud durch rückgekoppelte Prozesse (GK 1223) • Cooperative, Adaptive and Responsive www.tu-darmstadt.de/for/ Monitoring in Mixed Mode Environments forschungsschwerpunkte.tud (GK 1362): Prof. Adamy, Prof. Steinmetz • Verbesserung von Peer-to-Peer-Systemen www.tu-darmstadt.de/for/ durch die systematische Erforschung exzellenzinitiative.tud
  • 10. 04 Studium und Qualitätssicherung In diesem Jahr wurde das Studienangebot und gemeinsam mit den Rechts- und Wirt- des Fachbereichs restrukturiert. Kernstück schaftswissenschaften der Bachelor/Master- ist der Bachelor/Master-Studiengang Elek- Studiengang WI-ETiT. Gleich fünf Fachbe- trotechnik und Informationstechnik. In die reiche sind am Bachlor/Master-Studiengang internationalen Master-Studiengänge Infor- Computational Engineering beteiligt: neben mation and Communication Engineering der Eletrotechnik und Informationstechnik und Electrical Power Engineering können sind dies Informatik, Maschinenbau, Mathe- sich deutsche und ausländische Studierende matik und Bauingenieurwesen. gleichermaßen einschreiben, die einen Bachelor in diesem Schwerpunkt erworben Neben der reinen Wissensvermittlung haben, der dem Bachelorabschluss Elektro- liegt ein weiterer Schwerpunkt auf dem Er- technik und Informationstechnik an der TU lernen von Arbeitstechniken. Die Studieren- Darmstadt gleichwertig ist. den befassen sich mit den Grundlagen des Projektmanagements, üben sich im Recher- Gemeinsam mit dem Fachbereich Maschi- chieren und Präsentieren und bekommen nenbau wird der Bachelor/Master-Studien- Strategien zur optimalen Prüfungsvorberei- gang Mechatronik angeboten, mit dem Fach- tung an die Hand. Großer Wert wird sowohl bereich Informatik der Bachelor/Master- auf Gruppenarbeit als auch auf selbstor- Studiengang Informationssystemtechnik ganisiertes Arbeiten gelegt. Laborarbeiten,
  • 11. 05 Praktika, Seminare und Übungen sorgen da- und der Universität Kaiserslautern gegen- für, dass die Praxis nicht zu kurz kommt. seitig, um so Potential für Verbesserungen aufzudecken und gemeinsam das Ausbil- Von Studienbeginn an stehen den Studie- dungsniveau weiter zu erhöhen. Abgerun- renden mehrere PC-Pools zur Verfügung und det werden diese Maßnahmen durch eine sie haben Zugriff auf die umfangreiche NTB- interne Befragung der Studenten, die seit Präsenzbibliothek des Fachbereichs, wovon 2001 regelmäßig durchgeführt wird und sie auch regen Gebrauch machen. Das Lern- durch ein direktes Feed-Back die Qualitäts- zentrum und die vielen experimentellen Ein- sicherungsprozesse stärkt. richtungen mit dazugehörigen Werkstätten ergänzen das Angebot für die Studierenden. Wie gut all die Maßnahmen zur Qualitäts- verbesserung greifen, sieht man am guten Die Prüfung der akkreditierten Studien- Ruf der Absolventen der TU Darmstadt. gänge durch ein externes Institut garantiert, Beim Ranking 2007 der Wirtschaftswoche dass die Programme höchste Ansprüche unter dem Titel Die Favoriten der Personal- erfüllen. Darüber hinaus bewerten sich un- chefs rangiert in der Rubrik Elektrotechnik ter der Koordination der ETH Zürich seit die TU Darmstadt hinter der RWTH Aachen 2000 die elektrotechnischen Fachbereiche und der Uni Karlsruhe auf Platz 3. der TU Darmstadt, der Universität Karlsruhe
  • 12. 06 Zahlen und Fakten zum Fachbereich Derzeit arbeiten in den 24 Fachgebieten des Fachbereichs etwa 250 wissenschaftli- che Mitarbeiter, wovon 100 von der TUD und 150 über Drittmittel finanziert werden. Ergänzt werden sie von rund 100 Angestell- ten, die sich auf die Verwaltung und die technischen Werkstätten verteilen. Sie alle betreuen aktuell etwa 1500 Studenten. Allein in den Jahren 2000-2005 verfassten Mitarbeiter des Fachbereichs 1450 Veröf- fentlichungen und 11 Bücher, schrieben 10 Beiträge für Bücher und 40 Artikel für Maga- zine. Sie meldeten in diesem Zeitraum ins- gesamt 48 Patente an, die meist in Zusam- menarbeit mit der Industrie entstanden wa- ren. Zeitgleich organisierte der Fachbereich darüber hinaus in Darmstadt 7 nationale und 13 internationale Konferenzen. Seit 1992 erfolgten aus dem Fachbereich heraus folgende Firmengründungen: basysKom GmbH, CBL GmbH (Communi- cation by Light), CSS GmbH (Computer Si- mulation Services), CST GmbH (Computer Simulation Technology), intelligent views GmbH, KIMK GmbH, Two Chip Photonics AG und ubiqKom.
  • 13. 07 Es folgt eine Liste von Preisen und Ehrun- gen, die Mitarbeitern des Fachbereichs bis zum Jahre 2007 verliehen wurden: • DFG Leibniz-Award • 2 Max-Planck-Reseach Awards • Zahlreiche GMM-, ITG- und ETG-Auszeichnungen • Philipp-Morris-Resesarch Award • Diverse IEEE Awards • VDE-Ehrenring • US National Hall of Fame of Inventors • Top 10 MIT Technology Review • 6 IEEE Fellows und 1 ACM Fellow • American Physics Society Fellow • Ordentliches Mitglied der Akademie der Wissenschaften und Literatur zu Mainz • Auszeichnung for Excellence in Internet Research (IBM) • Erfinder des Jahres (Siemens AG) • Heinrich-Hertz Preis der TU Karlsruhe • Johann-Philipp-Reis Preis • Lise-Meitner Preis • Eugen-Hartman Preis • Technologiepreis der Eduard-Rhein-Stiftung • Distinguished Member der Cigre • Honorary Professorship der Tongji Universität, Shanghai • Honorary Professorship der China Three Gorges University, Yichang
  • 14. 08 Regelungstechnik und Mechatronik Der systematische Entwurf zunehmend The increasing complexity of automatic con- komplexerer Automatisierungseinrichtun- trol systems in all application areas combined gen erfordert in allen Anwendungsberei- with shorter development cycles and the in- chen auf Grund ständig kürzer werdender creasing demand regarding reliability, safety Entwicklungszyklen sowie steigenden An- and cost efficiency require very detailed system forderungen an die Zuverlässigkeit, Sicher- knowledge. Therefore, the Laboratory for Con- heit und Kosteneffizienz ein immer detail- trol Engineering and Mechatronics develops lierteres Systemverständnis. Die Forschung new procedures for system analysis and effi- am Fachgebiet rtm zielt aus diesem Grund cient system control. auf die Entwicklung neuer, praxisgerechter Verfahren zur systematischen Systemanaly- se und gezielten Systembeeinflussung ab. Die Forschungsarbeiten des Fachgebiets abtastsystemen und Iterativ Lernenden Re- rtm orientieren sich möglichst eng an aktu- gelungen. Weitere Forschungsschwerpunkte ellen und zukünftigen Anwendungsfeldern liegen im Bereich der Fahrdynamikregelung auf dem Gebiet der Mechatronik. Der zen- sowie der Entwicklung linearer und nichtli- trale Forschungsschwerpunkt liegt daher auf nearer Mehrgrößenregelungen. der Modellierung, Analyse und Regelung komplexer mechatronischer Systeme. An- Der neue Forschungsschwerpunkt örtlich wendungsgebiete sind neben der Automo- verteilte Systeme schließt hier direkt an. bilindustrie auch klassische Gebiete des Ma- Örtlich verteilte Systeme werden durch im- schinenbaues wie die Regelung und Steue- mer komplexere Finite Elemente Modelle rung von Werkzeugmaschinen, Produktions- beschrieben. Diese für die Regelungstechnik anlagen und Prüfständen. Hinzu kommen nutzbar zu machen, ist eine Herausforde- neue Forschungsgebiete wie die Medizin- rung für die Zukunft, der wir uns stellen. In technik sowie die Regelung und Optimie- Zusammenarbeit mit anderen Universitäten rung von verfahrenstechnischen Anlagen. beteiligen wir uns so z.B. aktiv an der Ent- Das Fachgebiet beschäftigt sich u.a. mit dem wicklung der Direkt-Methanol-Brennstoff- Entwurf robuster Regelungen, Multiraten- zelle.
  • 15. 09 Abbildung oben / Figure above Direkt-Methanol-Brennstoffzelle / Direct- methanol-fuel cell Abbildung unten / Figure below FEM-Modell als Basis für die modellbasier- te Regelung von Werkzeugmaschinen / FEM-model as basis for model-based control of machine tools Kontakt Fachgebiet Regelungstechnik und Mechatronik Prof. Dr.-Ing. Ulrich Konigorski Tel.: 06151 16 - 3014 rtm@iat.tu-darmstadt.de www.rtm.tu-darmstadt.de/
  • 16. 10 Regelungstheorie und Robotik Die Forschungsaktivitäten des Fachgebie- The research activities of the Control Theory tes Regelungstheorie und Robotik (rtr) kon- and Robotics Lab (rtr) are focused on the areas zentrieren sich auf die Bereiche Regelungs- of control and systems theory, mobile and hu- technik und Systemtheorie, mobile und hu- manoid robotics, and automotive engineering. manoide Robotik sowie Automobiltechnik. Im Bereich Regelungstheorie wird an Im Forschungsfeld Robotik werden kogni- schnellen, robusten Regelungen geforscht, tive Systeme für Roboter erforscht. Diese er- bei denen eine nahezu zeitoptimale Ausre- möglichen es Robotern durch Nachbau und gelung und Robustheit gegenüber Parame- Simulation von Gehirnstrukturen, z. B. beim teränderungen erzielbar ist. Gleichzeitig Hören und Sehen, mit ihrer Umwelt zu in- hält sich der Entwurfsaufwand in vertretba- teragieren. Insbesondere die Entwicklung ren Grenzen, so dass diese Regelverfahren humanoider Roboter und ihrer mentalen auch für die Praxis geeignet sind. Anwen- Fähigkeiten sind eines der großen Abenteu- dungsbeispiele sind Kranregelungen, Hy- er der Ingenieurwissenschaften. Im Rahmen draulikregelungen, Magnetlagerregelungen und U-Bootregelungen. Außerdem ist das Fachgebiet an der Entwicklung der Regelung für das neue Synchrotron der GSI beteiligt. Ein weiterer Schwerpunkt sind rekurrente Fuzzy-Systeme. Diese eignen sich zur Nach- bildung von menschlichen Denkprozessen mit Dynamik und ihrem industriellen Ein- satz in Automatisierungssystemen. Neben der Verwendung im technischen Bereich, z. B. beim Stranggießen in der Stahlindustrie werden rekurrente Fuzzy-Systeme zur Mo- dellierung betriebswirtschaftlicher Prozesse und ökologischer Systeme genutzt.
  • 17. 11 des Graduiertenkollegs Mixed Mode Environ- Abbildung links / Figure left ment wird außerdem nach Möglichkeiten Roboterkopf / Robot Head der alternativen Kommunikation und Koor- dination von Multi-Agenten Systemen (Ro- Abbildung oben / Figure above boterteams) geforscht. Leitwarte / Control Room Im Bereich Automobiltechnik wird an kog- nitiven Fahrerassistenzsystemen und Me- Kontakt thoden zur automatischen Prüfplanerstel- lung in der Endfertigung gearbeitet. Des Weiteren ist die Modellierung und Regelung Fachgebiet von Dieselmotoren ein Forschungsgegen- Regelungstheorie und Robotik stand. Diese Themen laufen in direkter Ko- operation mit Automobilherstellern. Prof. Dr.-Ing. Jürgen Adamy Tel.: 06151 16 - 3442 jadamy@rtr.tu-darmstdt.de www.rtr.tu-darmstadt.de
  • 18. 12 Echtzeitsysteme Wir befassen uns in Forschung und Lehre Our research and teaching activities are mit Sprachen, Werkzeugen und Methoden, focused on languages, tools, and methods that die vornehmlich für die Entwicklung tech- are mainly used for the development of tech- nischer Systemsoftware eingesetzt werden. nical system software. For this purpose com- Im Mittelpunkt steht dabei die Gestaltung prehensive model-driven software develop- durchgängiger Entwicklungsprozesse sowie ment processes are studied that integrate dif- die Integration verschiedener Paradigmen ferent modeling paradigms (data-flow-, rule-, zur modellgetriebenen Entwicklung von object- and component-oriented). Software (datenflussorientiert, regelorien- tiert, objektorientiert, komponentenorien- tiert). Modellgetriebene Softwareentwick- proprietären Modellierungsansätzen einzel- lung gilt heute in vielen Domänen wie der ner Hersteller. Zur Analyse und Manipula- Automobilindustrie als die Schlüsseltechno- tion großer Modellfamilien werden formale logie für die effektivere Entwicklung immer Ansätze basierend auf Graphtransformatio- komplexer werdender Steuerungen einge- nen eingesetzt. betteter sicherheitskritischer Systeme. Für die präzise Beschreibung der dabei einge- setzten visuellen Modellierungssprachen, ihre Anpassung an bestimmte Domänen und ihre Integration zu hybriden Sprachfamilien werden Ansätze herangezogen, die neben den allgemein üblichen klassendiagramm- und logikbasierten Beschreibungsmitteln auch regelbasierte Anteile umfassen. Als Mitglied der OMG (Object Manage- ment Group) setzen wir dabei auf die Kombi- nation von Industrie-standards wie UML mit
  • 19. 13 Darüber hinaus befassen wir uns mit der Java und C++ bis hin zu Vorlesungen über Generierung völlig neuer und der Anpas- Qualitätssicherungsmaßnahmen und Kon- sung kommerzieller Softwareentwicklungs- zepten zur Entwicklung von Echtzeitsyste- werkzeuge an bestimmte Domänen mit Hil- men. fe sogenannter Meta-CASE-Tools. Dabei wer- den sowohl die Entwicklung neuer Soft- waresysteme als auch die Modernisierung sogenannter Legacy-Software unterstützt. Hierfür werden Werkzeugverbunde auf Ba- Abbildung links / Figure left sis von Client-/Server- und P2P-Konzepten Studentisches Projekt: Automotive Hard- konzipiert und realisiert, die die systemati- ware- und Software-Entwicklung im sche Erzeugung, Analyse, Transformation Maßstab 1:10 / Student project: Automotive und Vernetzung (Traceability) verschiedens- hardware and software development ter Entwicklungsartefakte wie Anforde- on a scale of 1:10 rungsdokumente, ausführbare Modelle, Testfälle etc. gestatten. Abbildung rechts / Figure right Diplomarbeit: Modellgetriebene Entwick- lung einer Verdecksteuerungs-Software / Master Thesis: Model-driven development of convertible top controller software Kontakt Fachgebiet Echtzeitsysteme In der Lehre ist unser Fachgebiet für die praxisnahe Software-Engineering-Ausbil- Prof. Dr. rer.nat. Andy Schürr dung von Ingenieuren verschiedenster Stu- Tel.: 06151 16 - 6940 diengänge verantwortlich. Unser Angebot andy.schuerr@es.tu-darmstadt.de reicht dabei von Programmierpraktika für www.es.tu-darmstadt.de
  • 20. 14 Multimedia Kommunikation In Zukunft leben und arbeiten wir in einer Seamless multimedia communications has zunehmend vernetzten Welt, in der Men- the potential to create a future where people schen, aber auch verschiedenste, teilweise from all over the world, as well as minia- miniaturisierte Systeme, untereinander und turized systems, are able to collaborate and mit uns kommunizieren. Wir werden stän- communicate independently, regardless of dig und überall, bewusst und unbewusst, geographical constraints. At any time we will kommunizieren, ohne uns Gedanken über be able to communicate anywhere without die Kommunikationsmechanismen und -sys- caring about neither communication mecha- teme zu machen. Das Fachgebiet Multime- nisms nor systems. The Multimedia Commu- dia Kommunikation gestaltet diese vernetz- nications Lab contributes to this vision of te Welt in Richtung der nahtlosen Kommuni- seamless multimedia communications. kation - seamless communications - mit. Um diesem Ziel näher zu kommen unter- medialen und kontextbewussten Anwen- suchen wir grundlegende Fragestellungen dungen, u.a. für Internet Telefonie, unter- im Bereich der Kommunikationsnetze. Mit stützt. Hierfür stellen wir sowohl grundle- theoretischen und praktischen Arbeiten auf gende Mechanismen als auch Plattformen dem Gebiet der Netzmechanismen erfor- zur Verfügung. schen wir die Grenzen der Leistungsfähig- keit des heutigen Internets und erarbeiten Die Bereitstellung und Nutzung von (im Vorschläge für zukünftige Netzarchitektu- Web 2.0 auch nutzererzeugten) Inhalten ist ren. Einen hohen Stellenwert nimmt hierbei zunehmend Bestandteil der Kommunikation die Peer-to-Peer Technologie ein. Wir un- und Kooperation über Netze. Im Bereich tersuchen die Dienstgüte, Verlässlichkeit Knowledge Media liegt unser Fokus dabei und Sicherheit in heterogenen Netzen und auf Inhalten, die im Bereich Lernen und Wis- legen einen weiteren Schwerpunkt unserer sensmanagement genutzt werden. Fragen Arbeiten auf drahtlose Mesh-Sensor- und der Qualitätssicherung, der Wiederverwen- Ad hoc- Netze. Die durch die genannten dung und des kontextabhängigen Auffin- Netze ermöglichte ubiquitäre Kommunika- dens von Informationen und Wissensdoku- tion wird durch die Betrachtung von multi- menten stehen im Zentrum unserer For-
  • 21. 15 Communication Services & Dependability & Security Ubiquitous Communications E-Business & E-Finance Network Mechanisms Quality of Service, IP Telephony Mobile Networking E-Learning Workflows Peer-to-Peer Networking IT Architectures Knowledge Media Application Areas Fundamentals Research Areas schungsarbeiten. Abbildung / Figure Forschungsthemen am Lehrstuhl / IT Architekturen sind erforderlich, um KOM's research areas mit der Komplexität von IT umgehen zu können und agile Geschäftsprozesse zu un- terstützen. In diesem Kontext gewinnt das Paradigma der Serviceorientierten Architek- turen (SOA) immer mehr an Bedeutung. Kontakt SOA identifiziert Web Services als grund- sätzliche Bausteine, mit denen flexible Lö- sungen und Prozesse erstellt werden kön- Fachgebiet nen. Management, Evaluation und Dienst- Multimedia Kommunikation güte von Web Services sind dafür essentiell. Prof. Dr.-Ing. Ralf Steinmetz Tel.: 06151 16 - 6150 Ralf.Steinmetz@KOM.tu-darmstadt.de www.kom.tu-darmstadt.de/
  • 22. 16 Rechnersysteme Das Fachgebiet Rechnersysteme ist in der The Computer Systems Group is responsible Lehre zuständig für die Grundausbildung for the teaching of courses in digital design auf den Gebieten der Digitaltechnik und der and computer architecture. The main research Rechnerarchitektur. In der Forschung liegt area is the development of innovative verifi- der Schwerpunkt auf der Entwicklung inno- cation techniques for complex digital systems. vativer Verifikationsmethoden für komplexe digitale Systeme. Moderne Prozessoren sind aus Hundert- Die Ausbildung durch das Fachgebiet tausenden von logischen Gattern und Spei- Rechnersysteme umfasst Grundlagen logi- cherelementen aufgebaut. Ihr innerer Auf- scher Schaltungen, Organisationsprinzipien bau (ihre Architektur) unterliegt einem komplexer Rechnersysteme sowie Entwurfs- ständigen Wandel und wird zunehmend verfahren für eingebettete Systeme. komplexer. Durch die Fortschritte der Rech- nerarchitektur, der Halbleitertechnologie In der Forschung liegt der Schwerpunkt und der Compilertechnik steigt die Leis- auf der Entwicklung formaler Verifikations- tungsfähigkeit moderner Prozessoren jähr- methoden. Da durch die weite Verbreitung lich um etwa 60%. Die Kosten der Rech- von Rechnersystemen wir alle zunehmend enleistung sind entsprechend dramatisch abhängig werden von dem korrekten Fun- gesunken. Dies hat dazu geführt, dass Pro- ktionieren dieser Systeme, gibt es ein sehr zessoren nicht nur in PC's benutzt werden, starkes Interesse an Methoden, mit denen sondern als Mikrocontroller, Digitale Signal- sich die Korrektheit einwandfrei nachweisen prozessoren, usw. allgegenwärtig geworden lässt. Ferner enthalten hochintegrierte Bau- sind (ubiquitäres Rechnen). Beispiele sind steine wie z.B. moderne Prozessoren viele Mobiltelefone, Herzschrittmacher, Anti- hunderttausend Bauelemente, müssen aber blockiersysteme und andere eingebettete vor der Fertigung frei von Entwurfsfehlern Systeme, die Computer enthalten, aber nicht sein, um teure Entwurfsiterationen zu ver- als solche erscheinen. meiden. Ein danach entdeckter Fehler führt zu kostspieligen Rückrufaktionen fehlerhaf- ter Chips (Pentium-Bug).
  • 23. 17 Kontakt Formale Verifikationstechniken basieren auf mathematischen Verfahren, mit denen die Korrektheit einer Schaltung positiv nach- Fachgebiet gewiesen werden kann. Bei allen modernen Rechnersysteme Prozessoren werden diese Techniken auf der Ebene logischer Gatterschaltungen inzwi- Prof. Dr.-Ing. Hans Eveking schen eingesetzt, und die Weitentwicklung Tel.: 06151 16 - 2076 und Verbesserung dieser Techniken ist zen- eveking@rs.tu-darmstadt.de trales Forschungsziel. www.rs.e-technik.tu-darmstadt.de/
  • 24. 18 Integrierte Elektronische Systeme Das Fachgebiet Integrierte Elektronische The Integrated Electronic Systems Lab Systeme führt anwendungsorientierte For- focuses research on analog and digital circuits schung auf dem Gebiet der analogen und and systems, and related electronic design digitalen Schaltungen und Systeme, sowie automation. Currently the main research deren Entwurfsverfahren durch. focus is on Analog reconfigurable circuits, Systems-on-Chip, Systems-in-a-Package and Circuit Design for New Evolving Technologies. Folgende Forschungsschwerpunkte beste- hen derzeit: Analoge rekonfigurierbare Schaltungen Konfigurierbare analoge Schaltungen stellen für bestimmte Anwendungen eine sinnvolle Alternative zum Analogentwurf integrierter Schaltungen dar. Wir entwi- ckeln analoge dynamisch-rekonfiguierbare Schaltungen mit dem Ziel der massiven Beschleunigung der Verifikation Integrierter Schaltungen. Systems-on-Chip (SoC) Moderne SoCs benötigen effiziente on- Abbildung oben / Figure above Chip-Kommunikationsarchitekturen. Net- Multiprozessor SoC mit Network-on-Chip works-on-Chip (NoC) bieten eine Lösung (NoC) Kommunikation (Mesh-Topologie) / dieser Problemstellung und erlauben eine Multiprocessor SoC with Network-on-Chip paketorientierte (best-effort) und eine (NoC) Communication (Mesh-Topologie)
  • 25. 19 Streamorientierte (guaranteed through- put) Kommunikation. In unserer Forschung entwerfen wir effiziente skalierbare NoC- Architekturen, heterogene Multiprozessor- systeme und rekonfigurierbare SoC-Archi- tekturen, welche auf FPGA-basierten Proto- Abbildung oben / Figure above typen realisiert werden. 3D Chip Stack Systems-in-a-Package Die on-Chip Integration von Speicher bei speicherintensiven ICs wird bei Technolo- gieknoten unterhalb 65 nm zunehmend problematischer, da SRAM-Zellen bei diesen Strukturgrößen schlecht skalieren. Wir un- tersuchen den Aspekt der effizienten Anbin- dung von skalierbarem DRAM-Speicher an Logikschaltungen in einem 3D-Gehäuse. Schaltungsentwurf für neue Abbildung oben / Figure above Technologien 300 mm & 200 mm Wafers Im Bereich preiswerter Massenprodukte Kontakt und großflächiger Applikationen können basierend auf drucktechnisch hergestellten Schaltungen (Printed Electronics) völlig Fachgebiet neue Anwendungsfelder erschlossen wer- Integrierte Elektronische Systeme den. Wir forschen an geeigneten Bauele- mentmodellen sowie an der Auswahl geeig- Prof. Dr.-Ing. Klaus Hofmann neter Schaltungsstrukturen für diese neuen Tel: 06151 16 - 4938 Technologien. Klaus.Hofmann@ies.tu-darmstadt.de www.ies.tu-darmstadt.de
  • 26. 20 Elektrische Energieversorgung Das Aufgabengebiet des Fachgebietes um- The tasks of the group include the genera- fasst die Erzeugung, Übertragung und Ver- tion, transmission and distribution of electri- teilung elektrischer Energie. Das Ziel besteht cal energy. The main goal is to transfer and darin, die elektrische Energie mit geringen distribute the electrical energy from gene- Verlusten und damit ressourcenschonend rators to the consumers under low loss, re- und wirtschaftlich von den Erzeugungs- source-saving and economical conditions. schwerpunkten bis zu den Verbrauchern zu übertragen bzw. zu verteilen. Die heutige Netzstruktur ist durch eine überwiegende Erzeugung in zentralen Großkraftwerken gekennzeichnet. Zukünf- tig werden erneuerbare Energien neue Strukturen mit neuen Übertragungsmög- lichkeiten erfordern. Bild rechts zeigt mögli- che Standorte von Offshore-Windparks und die Verbrauchsschwerpunkte in Deutsch- land. Bei verteilter Erzeugung ist der Einsatz von optimierenden Energiemanagementsys- temen notwendig. Durch dezentrale Ein- speisungen ist die Lastflussrichtung nicht mehr fest vorgegeben, was neue Sekundär- technik zur sicheren Fehlererkennung erfor- dert. Aufgrund der Altersstruktur der einge- setzten Betriebsmittel sind in den nächsten Jahren einige große erhebliche Investitio- nen notwendig, die sowohl hohe Personal- als auch Finanzressourcen beanspruchen.
  • 27. 21 Daraus resultieren vier Schwerpunkte der Entwicklung: 1.) Entwicklung dezentraler Erzeugungs- anlagen, wie Brennstoffzellen und Mikrotur- binen, zusammen mit der Möglichkeit der gleichzeitigen Erzeugung thermischer En- ergie. In Wind- und Photovoltaikanlagen er- zeugte Energie unterliegt Schwankungen, so dass Speicher an Bedeutung gewinnen. 2.) Auf den Neubau einzelner Leitungen könnte verzichtet werden, wenn Klimabe- dingungen (Temperatur, Wind) bei der Fest- legung der Übertragungsleistung berück- 4.) Entwicklung von kurz- und langfristi- sichtigt würden. Monitoringsysteme könn- gen Investitions- und Instandhaltungsstrate- ten eine Überwachung der Netzsicherheit gien für die eingesetzten Betriebsmittel, z. B. mit Hilfe neuer Informationstechnik ermög- einer freiluftisolierten Schaltanlage (Bild lichen. oben) unter Beibehaltung der hohen Versor- gungszuverlässigkeit. 3.) Der Vorteil von leistungselektronisch- en Betriebsmitteln liegt in der dynamischen Anpassung von Lastflüssen in Netzen, um ei- Kontakt ne Überlastung von einzelnen Leitungen zu vermeiden. Diese Betriebsmittel werden mit dem Begriff FACTS (Flexible AC-Transmis- Fachgebiet sion Systems) umschrieben und es ist anzu- Elektrische Energieversorgung nehmen, dass diese Betriebsmittel zu wich- tigen Stellgliedern hinsichtlich der Regelung Prof. Dr.-Ing. Gerd Balzer und Steuerung von Netzen werden. Tel.: 06151 16 - 4852 gerd.balzer@eev.tu-darmstdt.de www.eev.e-technik.tu-darmstadt.de
  • 28. 22 Hochspannungstechnik Das Fachgebiet Hochspannungstechnik The High-Voltage Laboratories are doing forscht auf den Gebieten Elektrische Isolier- research in the fields of electrical insulation systeme, Blitz- und Überspannungsschutz, systems, lightning and overvoltage protection, Vakuumschalttechnik sowie Diagnostik und vacuum switchgear technology and condition Zustandsbewertung. Es verfügt dazu über monitoring. This is supported by a variety of eine überdurchschnittlich gute Ausstattung state-of-the-art test facilities for high-voltage, an Hochspannungs-, Hochstrom- und Lang- high-current and long-time environmental zeit-Klima-Versuchseinrichtungen. testing. Die Hochspannungstechnik beschäftigt sich mit den technischen Problemen, die im Zusammenhang mit dem natürlichen Auf- treten, der Erzeugung, der Anwendung und der Messung hoher Spannungen auftreten. Ihre größte Bedeutung hat sie für die elek- trische Energieversorgung erlangt. Die heu- te selbstverständliche, kostengünstige und qualitativ hochwertige Bereitstellung elek- trischer Energie zu jeder Zeit und an prak- tisch jedem Ort wäre ohne den Einsatz und die Beherrschung hoher Spannungen un- denkbar. Zukünftige Fernübertragungen werden bei Wechselspannungen von bis zu über 1200 kV und Gleichspannungen von bis zu 800 kV erfolgen. Sowohl diese Tendenz hin zu höheren Spannungsebenen als auch die für eine kommende dezentrale elektri- sche Energieversorgung erforderliche Um- strukturierung und Kompaktierung der Energieversorgungssysteme führen zu
  • 29. 23 neuen und immer höheren spezifischen elektrischen und mechanischen Beanspru- chungen der eingesetzten Betriebsmittel bei dem gleichzeitigen Ziel erhöhter Zuverläs- sigkeit und Lebensdauer. Das Fachgebiet Hochspannungstechnik stellt sich diesen Herausforderungen durch schwerpunkt- mäßige Forschung auf den Gebieten Multi- funktionale Elektrische Isoliersysteme, Blitz- und Überspannungsschutz, Vakuum- schalttechnik, Diagnostik und Zustandsbe- wertung. Es verfügt dazu unter anderem über ein akkreditiertes Höchstspannungs- prüffeld für dielektrische Prüfungen an Be- triebsmitteln bis in die 800-kV-Ebene (1 MV Abbildung links / Figure left Wechselspannung, 3 MV Blitzstoßspannung, 3,2-MV-Stoßspannungsgenerator / 3.2 MV 1,8 MV Schaltstoßspannung, 600 kV Gleich- impulse voltage generator spannung), ein umfangreiches Stoßstrom- labor (200 kA), einen synthetischen Schalt- Abbildung oben / Figure above leistungsprüfkreis für Mittelspannungs- Stoßstromlabor / impulse current lab schaltgeräte (35 kA / 200 kV) sowie mehrere begehbare Salznebelprüfkammern. Das Lehrangebot umfasst Vorlesungen über Kontakt Grundlagen der Elektrotechnik und Infor- mationstechnik, Hochspannungstechnik, Überspannungsschutz und Isolationskoor- Fachgebiet dination, elektromagnetische Verträglich- Hochspannungstechnik keit, Energiekabelanlagen, Schaltgeräte und -anlagen, Hochspannungs- Versuchs- und Prof. Dr.-Ing. Volker Hinrichsen Messtechnik und gewerblichen Rechts- Tel.: 06151 16 - 2529 schutz sowie diverse Praktika und Projekt- hinrichsen@hst.tu-darmstadt.de seminare. www.hst.tu-darmstadt.de
  • 30. 24 Regenerative Energien 1996 als erstes Fachgebiet für Rege- Founded in 1996 as the first institute for nerative Energien in Deutschland gegrün- renewable energy in Germany, the group of det, arbeiten Professor Hartkopf und seine Prof. Hartkopf engages in research and de- Mitarbeiter an der Entwicklung von Wand- velopment of energy converters for renewable lertechnologien für Regenerative Energien, energies. A second focus is on the efficient use der effizienten Nutzung von thermischer of thermal and electrical energy and grid inte- und elektrischer Energie und der Netzinte- gration of renewable power sources. gration erneuerbarer Energiequellen.
  • 31. 25 Das Fachgebiet Regenerative Energien des Projekte werden in enger Kooperation Instituts für Elektrische Energiesysteme be- sowohl mit Partnern in der Industrie und in- fasst sich seit 1996 als erster Lehrstuhl in ternationalen Forschungsinstituten als auch Deutschland mit der Forschung und Ent- mit anderen Fachbereichen der TUD durch- wicklung von Verfahren zur Nutzung rege- geführt. In Zusamenarbeit mit dem Fachbe- nerativer Energiequellen, insbesondere zur reich Architektur und der TU-München ent- Erzeugung elektrischer Energie. Neben der stand so beispielsweise ein energieautarkes möglichst effektiven Umwandlung von Solarhaus, bei dem innovatives Design mit Wind und Sonne in technisch nutzbare Ar- aktuellster Technik verknüpft wurde und beit werden auch Möglichkeiten zur verbes- welches beim Wettbewerb Solar Decathlon serten Integration erneuerbarer Energien in in Washington den ersten Platz belegte. das Stromnetz - zum Beispiel durch Speicher - untersucht. Ein weiterer Fokus liegt auf der effizienten Verwendung elektrischer und thermischer Energie, wozu auch Brennstoff- zellen und die Kraft-Wärme-Kopplung ge- hören. Diese Themen werden im Rahmen der Vorlesungen Regenerative Energien und Abbildung / Figure Rationelle Energieverwendung den Studen- Solar Decathlon Haus / Solar Decathlon ten des Studiengangs Elektro- und Informa- Building tionstechnik (etit) vermittelt. Weitere Lehr- veranstaltung und Praktika beschäftigen sich mit den Gebieten Windkraft, Brenn- Kontakt stoffzellen und Photovoltaik. Derzeit forschen sechs wissenschaftliche Fachgebiet Mitarbeiter unter Leitung von Professor Regenerative Energien Hartkopf an einem breiten Spektrum un- terschiedlicher Themen, von Windkraft über Prof. Dr.-Ing. Thomas Hartkopf Brennstoffzellen und Stirlingmotoren bis zu Tel.: 06151 16 - 2567 druckluftbasierten Speichertechnologien. thomas.hartkopf@re.tu-darmstadt.de www.re.e-technik.tu-darmstadt.de
  • 32. 26 Systemführung in Energieversorgungsnetzen Elektrische Energieversorgungsnetze Electrical power systems must be watched, müssen beobachtet, kontrolliert und geführt checked and controlled. New problem defini- werden. Bei einem steigenden Anteil an Er- tions give up at an increasing share in pro- zeugungseinheiten, die von dem jeweiligen duction units which depend on the supply of Angebot an regenerativen Energieträgern regenerative sources of energy for the oper- abhängen, ergeben sich neue Problemstel- ation of these nets. Island systems, which are lungen für den Betrieb dieser Netze. Gleich- provided exclusively from small Photovoltaic zeitig werden auch Inselnetze entstehen, die power plants in combination with storage ausschließlich aus kleinen Photovoltaikan- facilities will become important at the same lagen im Verbund mit Speichereinrichtun- time, too. gen versorgt werden. Im 21. Jahrhundert müssen aufgrund der stattfinden. Damit die Versorgung zu jeder sich verknappenden Energieträger wie Erd- Zeit sichergestellt werden kann, muss Ener- gas, Erdöl, Kohle und Uran sowie durch die gie zwischengespeichert werden. Die Aus- CO2-Ausstoß bedingte Klimaveränderung wahl von optimalen Kombinationen von Er- neue Wege in der Energieversorgung einge- zeugungseinheiten und Energiespeichern ist schlagen werden. Neben verbesserten kon- zu ermitteln. Zur Unterstützung einer zuver- ventionellen Kraftwerken werden in den nächsten Jahren große Windparks zum Ein- satz kommen. Der wachsende Anteil solcher Offshore Anlagen stellt neue Anforderun- gen an die Netzbetreiber. Entsprechende Konzepte sind zu erarbeiten, wie Erzeu- gungseinheiten, die von schwer vorhersag- baren Energiequellen abhängen, in das be- stehende Netz eingefügt werden können. Andererseits wird eine Ergänzung durch kleine dezentrale Einheiten, die eine bessere Ausnutzung der Brennstoffe ermöglichen,
  • 33. 27 Abbildung links / Figure left Solaranlage / Photovoltaic power system Abbildung rechts / Figure right Offshore Windkraftwerke / Offshore wind farm (Quelle: Siemens) lässigen Netzführung sind angepasste, mo- derne Kommunikationssysteme notwendig. Zur Beurteilung der Güte der Netze sind Kri- terien zu erarbeiten, die eine Klassifizierung der Netzqualität erlauben. In der Lehre werden folgende Veranstal- tungen angeboten: Kontakt in Deutsch: • Elektrotechnik und Informationstechnik 1 Fachgebiet Systemführung in Englisch: in Energieversorgungsnetzen • Netz-und Stationsleittechnik • Netzberechnung Prof. Dr.-Ing. Jürgen Stenzel • Seminare zur Netzplanung, Transiente Tel.: 06151 16 - 2852 Vorgänge in Energieversorgungsnetzen juergen.stenzel@eev.tu-darmstadt.de und zur Energieversorgung der Zukunft www.eev.e-technik.tu-darmstadt.de/cms/
  • 34. 28 Elektrische Energiewandlung Das Fachgebiet Elektrische Energiewand- The Institute for Electrical Energy Conver- lung beschäftigt sich mit elektrischen Ma- sion deals with modern electrical machines, schinen, Antrieben und Bahnen. Das Spek- drives and railways. The entire range from trum reicht vom Low-Cost-Kleinantrieb bis low-cost small power motors to large scale hin zu den Größstgeneratoren in Kraftwer- power generators up to 1800 MW is covered. ken mit sehr hohen Leistungen bis zu 1800 MW. Das Fachgebiet Elektrische Energiewand- lung am gleichnamigen Institut beschäftigt sich in Lehre und Forschung mit elektrischen Maschinen, Antrieben und Bahnen. Die Welt der elektrischen Maschinen und Antriebe ist sehr vielseitig. Sie reicht vom Low-Cost- Kleinantrieb mit wenigen Watt, wie er im Automobil- und Haushaltsbereich einge- setzt wird, bis hin zu den Größstgeneratoren in Kraftwerken mit sehr hohen Leistungen (etwa bis zu 1800 MW). Verbindet man die- se Maschinen mit moderner Leistungselek- machinen, magnetgelagerte Hochdrehzahl- tronik, so kann dies beispielsweise bei den antriebe und Linearmotorkonzepte oder ro- elektrischen Bahnen eine höhere Leistung buste geschaltete Reluktanzmotoren. Der bei geringerem Gewicht, erhöhtem Wir- Einsatzbereich dieser Maschinen reicht von kungsgrad und hoher Reisegeschwindigkeit Werkzeugmaschinen über Bahn- und Auto- ermöglichen. Neue Werkstoffe wie Hochen- mo-bilantriebe bis hin zu Sonderanwendun- ergie-Permanentmagnete, hochfeste Kunst- gen wie z.B. einem Teleskopantrieb im Flug- stoffe (z.B. Kohlefaser), neue Leiterwerk- zeug. stoffe (z.B. Hochtemperatur-Supraleiter) ermöglichen neuartige Energiewandler- In der Forschung werden in Kooperation Konzepte wie kompakte Transversalfluss- mit Industriepartnern neue Antriebskonzep-
  • 35. 29 te entwickelt, gebaut und auf institutseige- SmallHydro) oder Hybridautomobile sind nen Prüfständen erprobt. Die Entwicklung weitere Schwerpunkte. von Antrieben mit hoher Leistungsdichte durch Zahnspulen- und Permanentmagnet- Aufgabe der Lehre ist es, die fundamenta- technik, magnetgelagerte Hochdrehzahlan- len Grundgesetze der Wirkungsprinzipien triebe und speziell lagerlose Motoren sowie elektrischer Energiewandler zu vermitteln. von neuartigen Komponenten für die elek- In zahlreichen Praktika können die Stu- trische Traktion wie getriebelose Direktan- dierenden die erworbenen theoretischen triebe und supraleitende Loktransforma- Kenntnisse anwenden und mit vielfältigen toren wird gemeinsam mit der Industrie Messungen veranschaulichen und vertiefen. durchgeführt. Die Simulation und der Ent- wurf von Generator- und Antriebssystemen z.B. für regenerative Energien (Wind und Abbildung links / Figure left Lagerloser Hochdrehzahlmotor 500 W, 60000/min / Bearingless high speed motor 500 W, 60000/min Abbildung rechts / Figure right Supraleiter-Loktranformator 1 MVA / Super-conducting loco transformer 1 MVA Kontakt Fachgebiet Elektrische Energiewandlung Prof. Dr.-Ing. habil. Dr. h.c. Andreas Binder Tel.: 06151 16 - 2867 abinder@ew.tu-darmstadt.de www.ew.e-technik.tu-darmstadt.de
  • 36. 30 Mikrotechnik und Elektromechanische Systeme Mikrotechnische elektromechanische Sys- Microelectromechanical systems are used to teme dienen der Wandlung von elektrischen transform electrical energy into mechanical in mechanische Größen und umgekehrt. Die work and the other way round. The Micro Mikrosystemtechnik erschließt durch die System Technology emerges the field of ap- Verknüpfung von mechanischen, optischen plications due to the integration of actuators und fluidischen Elementen immer mehr An- and electrical, mechanical, fluidic or optical wendungsgebiete. Diese Entwicklung wird elements. This evolution is advanced by the durch die fortschreitende Miniaturisierung ongoing miniaturisation process. weiter vorangetrieben. Im Vordergrund der Forschungsarbeiten stehen Design und technologische Realisie- rung von Mikrosystemen und die Erarbei- tung neuer Fertigungsverfahren der Mikro- strukturierung sowie der mechanischen Prä- zisionstechnik. Im eigenen Reinraumlabor für Mikrotechnik werden neue Mikrofer- tigungsverfahren für miniaturisierte elek- tromechanische Systeme und Mikroaktoren entwickelt, die u.a. auf der elektrothermi- schen und elektrostatischen Wandlung be- ruhen: • Mehrlagen-Oberflächen-Mikromechanik und mehr als hundert Schichten auf der Basis von Dickschichtresisten und • Mikro-Nano-Integration mit nanoskaligen der anschließenden mikrogalvanischen Materialien zur Funktionserweiterung Abformung in Opferschichttechnik • Herstellungstechnologie für gestapelte Der enge Austausch zwischen Prozessent- dielektrische Elastomeraktoren (DEA) wicklung und Technologieanwendung ge- mit Einzelschichtdicken kleiner 20 µm währleistet ein hohes Anwendungspotenzial
  • 37. 31 der entwickelten Technologien. Die anwen- taktilen Displays und peristaltischen dungsorientierten Forschungsthemen sind Pumpen sowie Fluidsystemen auf die Auslegung und Realisierung von • Miniaturisierte Positioniersysteme elektromechanischen Teilkomponenten und mit Parallelkinematiken Systemen konzentriert. Dabei wird die ge- • Miniaturisierte Antriebe und Kinematiken samte Wandlungskette vom Antrieb bzw. für die minimalinvasive Chirurgie Aktor über die kinematische Struktur bis hin • Hochdynamisches Weißlicht-Interfero- zur Regelung der Antriebe sowie der Sys- meter für den Mikro- und Nanobereich tembeschreibung bearbeitet. Im Einzelnen handelt es sich um folgende Themen: • Mikroaktoren für Anwendungen im Abbildung links / Figure left Bereich der Medizintechnik, Elektrothermische Aktoren aus SU-8 / Mikrorobotik, Telekommunikation etc. Electrothermal actuators (SU-8) • Flächige Aktormatrizen aus dielektrischen Elastomeraktoren zur Anwendung in Abbildung unten / Figure below Peristaltische Pumpe mit Elastomeraktoren (DEA) / Peristaltic pump made of elastomer actuators (DEA) Kontakt Fachgebiet Mikrotechnik und Elektromechanische Systeme Prof. Dr.-Ing. Helmut F. Schlaak Tel.: 06151 16 - 4696 schlaak@emk.tu-darmstadt.de www.institut-emk.de
  • 38. 32 Mess- und Sensortechnik Im Mittelpunkt der Forschungsarbeiten The focus of our research activities is the steht die Entwicklung und Vervollkomm- development and the improvement of sensors nung von Sensoren und Sensorsystemen zur and sensor systems for mechanical quantities Erfassung mechanischer Größen wie Deh- e.g. strain, pressure, force, torque and flow nung, Druck, Kraft, Drehmoment und and their implementation into innovative Durchfluss und deren Einsatz für neuartige applications in process, automotive and medi- Anwendungsaufgaben in der Prozess-, Kfz- cal technology. Further research activities are und Medizintechnik. Der zweite Schwer- the conception and the design of haptic Hu- punkt besteht im Entwurf und in der Gestal- man-Machine-Interfaces by directly coupled tung haptischer Mensch-Maschine-Schnitt- sensor-actuator-systems, mainly for medical stellen, vor allem in der Medizintechnik, applications. These activities are comple- durch direkt gekoppelte Sensor-Aktor-Sys- mented by research projects in the fields of teme. Diese Arbeiten werden ergänzt durch signal conditioning, signal transmission and Forschungsprojekte auf dem Gebiet der Sig- sensor self monitoring. nalverarbeitung, der Signalübertragung und der Sensor-Selbstüberwachung. Die Entwicklungsbasis für diese minia- • Stabilitätsvervollkommnung für piezore- turisierten elektromechanischen Systeme sistive, kapazitive und piezoelektrische (MEMS) bilden speziell entwickelte analyti- Messelemente sche und numerische Entwurfsplattformen, • Selbstüberwachung durch Störungser- enge Kooperationen zu Produzenten von kennung und Störungsdiagnose Silizium-Messelementen, Musteraufbauten autarker Sensoren durch Nutzung des eigenen Mikrotechnik- • Spannungsarme Aufbau- und Verbin- labors und der Feinwerktechnik-Werkstatt dungstechnik sowie umweltrobuste und am Institut sowie ausführliche Test an kli- rückwirkungsarme Gehäusung für matisierten Präzisionsmessplätzen. Ge- Silizium-Messelemente forscht wird am Fachgebiet Mess- und Sen- • Miniaturisierte Silizium-Dehnungs-, sortechnik auf folgenden Gebieten: Druck- und Kraftsensoren für industrielle und medizinische Anwendungsgebiete
  • 39. 33 • Drahtlose, datenreduzierte Sensorsignal- Übertragung durch Funkverfahren • Entwurf und Realisierung haptischer Schnittstellen für Katheterisierungen und die minimalinvasive Chirurgie • Einsatz direkt gekoppelter Sensor-Aktor- Systeme in der Kardiologie und zur Glaukomüberwachung Abbildung oben / Figure above Druck- und Differenzdrucksensoren / Pressure and differential pressure sensor Abbildung unten / Figure below Sensorsystem zur Zungendruckmessung / Sensor system for measuring the pressure of the tongue Kontakt Fachgebiet Mess- und Sensortechnik Prof. Dr.-Ing. habil. Roland Werthschützky Tel.: 06151 16 - 4013 werthschuetzky@emk.tu-darmstadt.de www.institut-emk.de
  • 40. 34 Lichttechnik Die Lichttechnik ist ein stark interdiszi- The lighting technology is a very multi inter- plinär ausgerichtetes Aufgabengebiet und disciplinary aimed field of application and setzt sich aus der Lichterzeugung, der Licht- consists of the light production, the photo- messung und -bewertung sowie der Berech- metry and light appreciation as well as the nung, dem Entwurf und Bau von Beleuch- calculation, the simulation, design and proto- tungsanlagen zusammen. Neue Lichtquellen typing of lighting systems. New sources of light (LED, OLED) und die Notwendigkeit zur (LED, OLED) and the necessity to the energy Energieeinsparung verlangen völlig neue conservation require completely new attempts Ansätze in allen Bereichen des Alltags. in all areas of the everyday life. Die Lichttechnik am Institut für Elektro- rung, Markierungslicht, intelligente Rück- mechanische Konstruktionen ist ein Fachge- leuchten), Farb- und Lichtwahrnehmung biet, das derzeit als Stiftungslehrstuhl von (Wahrnehmung im Dämmerungsbereich, der Automobilindustrie getragen wird. Tra- Sehleistungen einer älter werdenden Gesell- ditionell besteht eine sehr enge Bindung zur schaft) sowie Optoelektronik (LED, OLED, Industrie und den Behörden, was eine starke Mitwirkung bei den aktuell und zukünftig eingesetzten Technologien in der Lichttech- nik ermöglicht. Seit mehr als 50 Jahren er- gänzen sich am Fachgebiet Lichttechnik die intensive Grundlagenforschung und die an- wendungsorientierte Entwicklung zu einem anspruchsvollen Tätigkeitsfeld. Prof. Khanh leitet das Fachgebiet seit Oktober 2006. Die wichtigsten Forschungsschwerpunkte sind: Energieeffiziente Beleuchtung (Städte- forschung, LED-Straßenleuchten), Techni- sche Optik, Verkehrs- und KFZ-Lichttechnik (LED-Scheinwerfer, dynamische Lichtsteue-
  • 41. 35 Photovoltaik, Kamera- & Displaytechnolo- Abbildung links / Figure left gien) als besonderen Schwerpunkt. Charakterisierung von LED / Characterisation of LED Weiterbildung/Kongresse: Das Fachge- biet hat es sich zur Aufgabe gemacht, den Abbildung oben / Figure above wissenschaftlichen Austausch zwischen Uni- Perlschnureffekt bei Rückleuchten / versitäten, Behörden und der Industrie zu Beads-Effect of Rearlamps fördern. Aus diesem Grund werden regel- mäßig Weiterbildungsseminare zu aktuel- len Themenstellungen durchgeführt. Zu- dem veranstaltet das Fachgebiet alle 2 Jahre die ISAL, das weltweit größte Fachsympo- sium für automobile Licht- und Beleuch- tungstechnik. Im Jahr 2007 besuchten 550 Teilnehmer die Veranstaltung in Darmstadt. Kontakt Lehre: Die Vorlesungen am Fachgebiet Lichttechnik zeichnen sich durch eine enge Fachgebiet Bindung zu den Studenten aus. Angeboten Lichttechnik werden: Grundlagen der Lichttechnik (MFT, Physik, Soziologie), Ausgewählte Kapitel der Prof. Dr.-Ing. habil. Tran Quoc Khanh Lichttechnik (MFT, Physik), Optoelektronik Tel.: 06151 16 - 6142 (Master MFT und Bachelor Mechatronik) office@lichttechnik.tu-darmstadt.de Technische Optik (MFT-Master). www.lichttechnik.tu-darmstadt.de
  • 42. 36 Halbleitertechnik der Mikro- und Nanoelektronik Das Institut für Halbleitertechnik beschäf- The Institute for Semiconductor Technology tigt sich auf dem Gebiet der Mikro- und Na- and Nanoelectronics is dedicated to research noelektronik in Forschung und Lehre mit der and education in the field of micro- and nano- Halbleitertechnik, der angewandten Pro- electronics, semiconductor technology, process zess- und Bauelemente-Simulation, sowie and device modeling as well as reliability der Zuverlässigkeitsmethodik. physics. Das Institut für Halbleitertechnik (IHT) mit dem Fachgebiet Halbleitertechnik der Mi- kro- und Nanoelektronik befindet sich in direkter Nähe zum Prinz-Georgs-Garten in der grünen Mitte Darmstadts. Leiter des In- stituts ist seit 2001 Prof. Dr. Udo Schwalke. Als einzige hessische Hochschuleinrichtung verfügt das IHT über eine durchgängige Silizium-CMOS Prozesslinie, der entspre- chenden Infrastruktur und erfahrene Pro- zessingenieure. In dem mit modernsten Technologien der Nanoelektronik ausgestat- teten Reinräumen können so die innova- tiven Ideen der wissenschaftlichen Mitar- beiterinnen und Mitarbeiter erfolgreich am IHT umgesetzt werden. So wurden z.B. am IHT Ende 2005 weltweit die ersten MOS- FETs mit kristallinem High-k-Dielektrikum und Metall-Gateelektrode in materialscho- nender Gate-Last-Technologie hergestellt, Breite konnten erstmals 2005 mittels Elek- die derzeit z.B. für modernste Prozessoren tronenstrahllithographie reproduzierbar ge- des weltgrößten Chipherstellers zum Ein- fertigt werden. Weiterhin wird am IHT auch satz kommt. Nanostrukturen mit 60 nm die Herstellung und Integration von Kohlen-
  • 43. 37 stoffnanoröhrchen (Carbon Nanotube, CNT) untersucht, mit deren Hilfe man die sich ab- zeichnenden Grenzen der Miniaturisierung der Mikroelektronik zu überwinden hofft. Diesem Ziel ist man durch die Herstellung von funktionierenden CNT-Feldeffekt-Tran- sistoren einen entscheidenden Schritt näher gekommen. Untersuchungen der Ausfall- und Degradationsmechanismen integrierter Bauelemente und Materialien bilden die Grundlage für die Modellentwicklung zur Lebensdauervorhersage und ergänzen die Arbeiten des Instituts hinsichtlich der ge- nannten Forschungsgebiete. Vervollständigt Abbildung oben / Figure above wird das Forschungsspektrum durch die Si- Roboterarm mit 4 Zoll-Silizium-Wafer bereit mulation von Bauelementen und Prozessen zur Weiterprozessierung / Transfer robot mit state-of-the-art Simulationswerk- takes 4-inch silicon wafer to process zeugen. chamber Ein weiterer Schwerpunkt der Instituts- arbeit ist die Ausbildung der Studentinnen und Studenten des Studiengangs Integrier- Kontakt te Nano- und Mikroelektronik. Das Spek- trum der angebotenen Lehrveranstaltungen reicht von den Grundlagen der Halbleiter- Fachgebiet bauelemente bis hin zu Sensoren, Techno- Halbleitertechnik logie und Zuverlässigkeit nanoelektroni- der Mikro- und Nanoelektronik scher Bauelemente und Materialien. Er- gänzt werden die Vorlesungen durch ein Prof. Dr. Udo Schwalke anspruchsvolles Halbleitertechnologieprak- Tel.: 06151 16 - 3046 tikum und ein fachbezogenes Projektsemi- schwalke@iht.tu-darmstadt.de nar. www.iht.tu-darmstadt.de
  • 44. 38 Höchstfrequenzelektronik Materialien mit großem und kleinem Wide- and narrow-bandgap materials are Bandabstand wurden im Fachgebiet Höchst- investigated at the High-Frequency Electronics frequenzelektronik untersucht, um Kompo- department for devices that allow one to nenten für einen sehr breitbandigen Fre- attain frequencies that span over a wide range quenzbereich bis THz zu erhalten. Die erfor- and attain THz. Nanoscale dimensions are derlichen nanodimensionalen Abmes- employed as obtained by growth or post- sungen werden mit Hilfe des epitaktischen processing. Applications span from commu- Wachstums oder Nachbearbeitung erzielt. nications and sensors to biomedical engi- Die Anwendungen reichen von der Kommu- neering. nikation und Sensorik bis hin zur Biomedi- zintechnik. Die Forschungsaktivitäten des Fachgebie- tes konzentrieren sich insbesondere auf das epitaktische Wachsen (Molekular-Strahl- Epitaxie [MBE], Metallorganische Gaspha- senepitaxie [MOCVD]), die Bearbeitung und Charakterisierung von Halbleiterkompo- nenten. Es werden hierbei spezielle Mate- rialien mit kleinem (wie z.B. Antimonbasier- te) und großem Bandabstand (wie z.B. Nitri- de [GaN] und Oxide [ZnO]) untersucht. Sie ermöglichen die Herstellung von Hochfre- quenz- und Leistungsbauelementen wie High Electron Mobility Transistors (HEMT), Schottky-Dioden, Gunn-Dioden, Superlatti- Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) eröffnen ce-Komponenten als auch monolithisch inte- ganz neue Möglichkeiten zur Entwicklung grierten Mikrowellenschaltkreisen (MMICs). höchstempfindlicher Sensorkonzepte. Die Mikroelektromechanische Systeme (MEMS) Anwendungen dieser verschiedenen Kom- und hochgeordnete mikro-nano-integrierte ponenten und Schaltkreise reichen von der
  • 45. 39 Kommunikationstechnik und Sensorik bis hin zur Biomedizintechnik. Die Vorgänger des Fachgebietsleiters waren Prof. H.L. Hart- nagel, Prof. O. Zinke und Prof. H. Gundlach, der im Jahre 1949 das Institut für Fernmel- detechnische Geräte und Anlagen gründete. Dieses wurde 1958 in Institut für Hochfre- quenztechnik umbenannt. Der Aufbau der ersten Einrichtungen für III-V Technologie und Hochfrequenzcharakterisierung fing an, als Prof. Pavlidis im Januar 1978 und Abbildung links / Figure left Prof. Hartnagel im Oktober 1978 an das Nanostrukturierung; MM-Wellen Transisto- Institut kamen. Nach einer Tätigkeit als In- ren und ICs / Nanostructuring; MM-Wave genieur und Leiter der Abteilung für MMICs Transistors and ICs bei Thomson-CSF, Frankreich und einer Pro- fessur an der University of Michigan, USA ist Abbildung oben / Figure above Professor Pavlidis seit 2003 zurück in Darm- THz Schottky-Dioden integriert mit Anten- stadt. Seitdem hat das Fachgebiet die Ein- nen / THz Schottky diodes integrated with richtungen für Technologie und Material- antennas wachsen des Institutes modernisiert und er- weitert. Kontakt So konnten Ergebnisse auf dem neusten Stand der Technik erzielt werden, die vom Materialwachsen (III-Nitriden für Hochfre- Fachgebiet quenz-Bauelemente und blaue LEDs) bis zu Höchstfrequenzelektronik zwei- und dreidimensionalen Hochfre- quenzkomponenten (HF-Leistungsdioden Prof. Dr.-Ing. Dimitris Pavlidis und MISFETs auf III-Nitriden), Höchsttempe- Tel.: 06151 16 - 4162 ratur H2- und CO-Sensoren, sowie Hochfre- pavlidis@hf.tu-darmstadt.de quenz- und optische Charakterisierung von www.hf.e-technik.tu-darmstadt.de/ Biolösungen und -zellen reichen. en/labs/mwe
  • 46. 40 Funkkommunikation Das Fachgebiet Mikrowellentechnik be- The Microwave Engineering laboratory is fasst sich in Forschung und Lehre mit Kom- concerned with with components, technolo- ponenten, Technologien und Verfahren in gies and methods in wireless communication drahtlosen Kommunikations- und Sensor- and sensor systems. It focuses on reconfigur- systemen. able systems and RF-components such as ferro- electrics, anisotropic liquid crystals and tune- able metamaterials. Agile, rekonfigurierbare und kognitive Systeme bedeuten einen Paradigmenwech- sel in der Funkkommunikation von Morgen. Schlüsselkomponenten dieser Evolution sind kompakte, kosteneffiziente, steuerbare HochFrequenz-Komponenten im Frequenz- bereich bis 300 GHz, primär für rekonfigu- rierbare Multiband-/Multistandard-Front- ends und elektronischsteuerbare Antennen- systeme zur räumlichen Strahlformung. Beispiele sind: steuerbare Leitungen, Pha- Dies stellt eine schaltungstechnische He- senschieber, Varaktoren, abstimmbare Reso- rausforderung dar, die mit heute verfügba- natoren, adaptive Anpassnetzwerke, steuer- ren Halbleiterbauelementen und HF-MEMS bare Multibandantennen und Reflectarrays, nur mit sehr hohem Aufwand und nur un- abstimmbare Multibandfilter und darauf ba- zureichend erfüllt werden kann. Daher zie- sierende frequenzselektive HF-Schalter (Du- len unsere Forschungsarbeiten auf die Ent- plexer). Angestrebt werden Systeme mit ho- wicklung neuer Systemkonzepte und alter- her Leistungseffizienz, hoher Linearität und nativer passiver Hardwarelösungen auf optimaler Nutzung der begrenzten Fre- Basis nichtlinearer ferroelektrischer Dünn- quenzressourcen unterschiedlicher Netze filme und Dickschichten, anisotroper Flüs- und Dienste (Cognitive Radio). sigkristalle und steuerbarer Metamaterial-
  • 47. 41 strukturen. Diese Funktionsmaterialien än- Abbildung links / Figure left dern ihre elektromagnetischen Eigenschaf- Ein im Rahmen des BMBF-Projektes ten durch eine externe Steuerspannung. Die MARIO entwickeltes steuerbares Anpass- Forschungsarbeiten von den Grundlagen bis netzwerk mit Doppelvarakatoren mit zur industriellen Anwendung umfassen ne- separierter hochresisitiver Steuerelektrode ben der Materialsynthese und Prozesstech- für hohe Linearität (IP3>46 dBm @ 23 dBm) nologie in enger interdisziplinärer Zusam- (IEEE Trans. MTT, Feb. 2007). Die menarbeit mit Materialwissenschaftlern Varakatoren erreichen hohe Güten (Q>120). und Chemikern, die Entwicklung neuer / Tunable matching network with a novel Schaltungskonzepte und innovativer Hard- concept of twin varactors warelösungen. Die gezielte Optimierung er- folgt unter anderem mit spezifisch entwi- Abbildung rechts / Figure right ckelten 3D-FDTD-Simulationstools für Weltweit erste steuerbare Flüssigkristall- nichtlineare komplexe mikroskalige Struk- Reflectarrays (hier bei 77 GHz) als turen. Die Prototyp-Realisierung unter Be- kompakte, gewichtsreduzierte Antennen- rücksichtigung von Miniaturisierungs- und konfiguration für Satellitensysteme und Integrationsaspekten beinhaltet die modell- Radarsensoren (IEE ELECTRONICS basierte HF-Charakterisierung / Evaluierung LETTERS, Aug. 2006). / Worldwide first der Materialien, Teststrukturen und Kompo- realized electronically steerable liquid nenten über Temperatur, Steuerspannung, crystal reflectarray @ 77GHz Feldstärke, HF-Leistung sowie der Frequenz. Kontakt Fachgebiet Mikrowellentechnik Prof. Dr.-Ing. Rolf Jakoby Tel.: 06151 16 - 4893 jakoby@hf.tu-darmstadt.de www.hf.tu-darmstadt.de
  • 48. 42 Optische Nachrichtentechnik Das Fachgebiet Optische Nachrichtentech- The Chair Optical Communications deals nik befasst sich in Forschung und Lehre mit with optical communication systems, optical optischen Kommunikationssystemen, opti- active and passive components and their schen aktiven und passiven Komponenten application in sensor technology. und Anwendungen dieser Komponenten in der Sensorik. Die Forschungsaktivitäten des Fachgebie- Die im zweiten Forschungsfeld in enger tes konzentrieren sich auf drei Hauptgebie- Zusammenarbeit mit dem Walter-Schottky- te: Institut für den Kommunikationsbereich bei einer Wellenlänge um 1.5 µm entwickelten • Schnelle optische Übertragungssysteme mikromechanisch abstimmbaren Oberflä- • Mikromechanisch abstimmbare aktive chen emittierende Laser (VCSEL) weisen ein und passive optische Komponenten hervorragendes spektrales Verhalten auf • Erzeugung von THz-Signalen mit Hilfe und sind in vielen Bereichen der Kommuni- optischer Systeme. kation, der optischen Spektroskopie und der Sensorik einsetzbar. Die Aktivitäten des ersten Arbeitsgebiets erstrecken sich auf die Untersuchung sehr In diese Richtung entwickeln sich die Ar- schneller optischer Übertragungssysteme. beiten der zweiten Arbeitsgruppe. Insbe- Hier stehen simulatorische Untersuchungen sondere wird der Wellenlängenbereich des Einflusses der Polarisationseigenschaf- durch Verwendung von GaAs basierten akt- ten optischer Übertragungstrecken und die iven Materialien erweitert, die Modulations- Bekämpfung der durch sie hervorgerufenen geschwindigkeit und das Polarisationsver- Störungen im Vordergrund. Ein wesentlich- halten optimiert. Zusätzlich stehen Entwick- es Ziel ist es, die durch Polarisationsmoden- lungen einer Technologie im Vordergrund, dispersion hervorgerufenen Störungen die eine industrielle Fertigung des Bauteils adaptiv mit Hilfe von phasensensitiven opti- erlaubt. Es werden hier u.a. Komponenten schen Empfängern zu kompensieren. für die Anwendungen in der Sensorik und Kommunikationstechnik entwickelt.
  • 49. 43 Elektromagnetische Strahlung im THz- Bereich war lange nicht oder nur einge- schränkt nutzbar. Es existiert aber ein inte- ressantes breitbandiges Anwendungsspek- trum der THz-Strahlung im Bereich der Spektroskopie, Astronomie, Medizintechnik und Sicherheitstechnik. Die dritte Arbeits- gruppe des Fachgebiets beschäftigt sich mit dem Entwurf, der Herstellung und Charak- terisierung von Sendern, Empfängern und Komponenten für diesen Frequenzbereich. Das vorhandene THz-System beruht auf der kohärenten Überlagerung zweier hochstabi- ler DFB-Laser, deren Schwebungsfrequenz Abbildung links / Figure left im Bereich zwischen 0 Hz und 1.2 THz ein- Oberflächen emittierender Laser / gestellt werden kann. Mittelfristig geht die Surface emitting laser Entwicklung der Forschung in die Erschlie- ßung neuer Anwendungsfelder für diese Abbildung oben / Figure above Technologien. THz-Filter / THz-Filter Kontakt Fachgebiet Optische Nachrichtentechnik Prof. Dr.-Ing. Peter Meißner Tel.: 06151 16 - 2462 p.meissner@ieee.org www.hf.e-technik.tu-darmstadt.de/ opthomepage/
  • 50. 44 Kommunikationstechnik Das Fachgebiet Kommunikationstechnik The Communications Engineering Lab in- erforscht und entwickelt technische Lösun- vestigates and develops technical solutions for gen für zukünftige, drahtlose Kommuni- future wireless communication systems. In kationssysteme. In diesem Zusammenhang this context, a variety of topics is addressed in wird eine breite Palette an Fragestellungen order to provide various services even for users behandelt, um den Nutzern in Zukunft eine with high mobility. Vielfalt von Diensten anzubieten und gleich- zeitig eine hohe Mobilität bei der Benutzung dieser Dienste zu ermöglichen. Die Anforderungen an moderne Kommu- sche Lösungen für Kommunikationssyste- nikationssysteme sind hoch: Zugang zum me, die den genannten Anforderungen ge- Internet, die Möglichkeit zum Versenden recht werden. Hierzu werden einerseits von Emails und gleichzeitige Verfügbarkeit Lösungen untersucht, die einen einzelnen von Telefondiensten sowie die Möglichkeit Nutzer im System betreffen, wie z.B. die zum Austausch von Multimedia-Daten mit hohen Datenraten sind nur einige Beispiele einer Vielfalt von Diensten, die der Benutzer in Zukunft nicht mehr nur zu Hause oder im Büro, sondern überall und auch mobil nut- zen möchte. Die geforderte hohe Mobilität bei der Benutzung dieser Dienste kann nur durch eine drahtlose Übertragung gewähr- leistet werden. Aktuelle Mobilfunksysteme, wie z.B. das Universal Mobile Telecommunications Sys- tem (UMTS), sind dafür nur begrenzt geeig- net. Das Fachgebiet Kommunikationstech- nik erforscht und entwickelt daher techni-
  • 51. 45 Entwicklung von Methoden zur Lokalisie- projekten und kooperiert mit Industriepart- rung eines Benutzers mit Hilfe des verwen- nern. Die Ergebnisse der Forschungsarbeit deten Funknetzes, die Entwicklung von Al- fließen in die vielfältigen Lehrveranstaltun- gorithmen zur Schätzung der Eigenschaf- gen des Fachgebietes ein. ten des Übertragungskanals oder die Wahl geeigneter Übertragungsverfahren. Ande- rerseits werden Fragestellungen behandelt, die gesamte Netzwerke betreffen, wie z.B. Abbildung links / Figure left der Einsatz von Mehrantennensystemen Mobilfunkszenario mit Relaisstationen oder Relaisstationen, sowie Fragestellungen und mehreren Benutzerterminals / auf dem Gebiet der Netzplanung und -di- Relay enhanced mobile radio scenario with mensionierung. Bei allen Lösungen spielen several user terminals nicht nur technische, sondern auch wirt- schaftliche Aspekte eine wichtige Rolle. Das Abbildung rechts / Figure right Fachgebiet Kommunikationstechnik liefert Darstellung der physikalischen Effekte bei auf den genannten Gebieten Beiträge zu der drahtlosen Übertragung, die sich nationalen und internationalen Forschungs- sowohl zeitlich als auch mit der Frequenz ändern / Illustration of physical effects during wireless transmission changing with time and frequency Kontakt Fachgebiet Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Anja Klein Tel.: 06151 16 - 5156 a.klein@nt.tu-darmstadt.de www.kt.tu-darmstadt.de
  • 52. 46 Nachrichtentechnische Systeme Das Forschungsgebiet des Fachgebiets The research of Communication Systems Nachrichtentechnische Systeme umfasst Group spans the areas of wireless communica- drahtlose Kommunikationssysteme, Sensor- tions, sensor array processing, and radar. gruppensignalverarbeitung und Radarsys- teme. Das Fachgebiet Nachrichtentechnische Unsere Forschungsschwerpunkte umfas- Systeme wurde 2005 gegründet. Die For- sen die folgenden Themen: schungsarbeiten des Fachgebiets beschäfti- gen sich mit der Entwicklung von Algorith- • Adaptives Beamformen und men für zukünftige Kommunikations- und intelligente Antennen Radarsysteme. • Hochauflösende Richtungsschätzung • Mehrantennen-Kommunikationssysteme Der Schwerpunkt der Forschung am Fach- und Raum-Zeit Codierung gebiet sind fortgeschrittene Algorithmen für • Mehrbenutzer- und Mehrantennensysteme. In der drahtlosen Mehrträger-Kommunikation Kommunikation erlauben Mehrantennen- • Konvexe Optimierung für Sensorgrup- systeme das räumlich selektive Senden und pensignalverarbeitung und drahtlose Empfangen von Signalen, wodurch die Er- Kommunikation höhung der Signalleistung, die verbesserte • Statistische Signalverarbeitung für Unterdrückung von Interferenzen und da- Mehrantennen-Kommunikationssysteme her insgesamt die Verbesserung der • Schätz- und Detektionstheorie Systemkapazität erreicht werden kann. In • Adaptive Raum-Zeit-Signalverarbeitung Radarsystemen werden Sensorgruppen ver- für Radar wendet, um Interferenzen durch adaptives Beamformen zu unterdrücken, Signalquel- Das strategische Ziel unserer Forschung ist len zu detektieren und zu lokalisieren sowie die Entwicklung neuer Methoden zur Ver- Parameter der Signalquellen zu schätzen. besserung drahtloser Kommunikations- und Radarsysteme.
  • 53. 47 Source signal θ Kontakt Sensor array W2 W3 W4 Fachgebiet Nachrichtentechnische Systeme W1 W5 Prof. Dr.-Ing. Alex Gershman y(t) Tel.: 06151 16 - 2813 gershman@nt.tu-darmstadt.de Beamformer output www.nt.tu-darmstadt.de/nt/
  • 54. 48 Signalverarbeitung Ziel unserer Aktivitäten ist die Erfor- The goal of our research activities is to schung und Entwicklung von Lösungen in develop solutions in the areas of array signal den Bereichen der Sensorgruppen-Signal- processing, robust estimation and detection verarbeitung, der robusten Schätzung und and computer-based statistical signal pro- Detektion sowie der Computergestützten cessing. statistischen Signalverarbeitung. Diese Bereiche enthalten eine Vielzahl un- Das erste Beispiel befasst sich mit der terschiedlicher Problemstellungen, die Ge- Abstands- und Winkelmessung in der Kfz- genstand unserer Forschungsprojekte sind. Radar Signalverarbeitung: Eine akkurate Die Anwendungsgebiete, in denen die Grup- Beschreibung des Umfelds eines Autos kann pe tätig ist, umfassen u.a. die Automobil- u.a. dem Fahrer helfen einzuparken oder branche (Sicherheits- und Komfortanwen- den Sicherheitsabstand zum vorfahrenden dungen), (Bio-)Medizitechnik und drahtlose Fahrzeug einzuhalten. Gefahrensituationen Kommunikation. Zur Veranschaulichung z.B. beim Spurwechsel oder Auffahren auf werden zwei Anwendungsbeispiele allge- ein Stauende können angezeigt werden um mein beschrieben: so Unfälle zu vermeiden. Radarprinzip: Ein Auto Objekt Schätzung Dinstanz d α, d (x1, y1) Winkel α (x0, y0) Signalprozessor Zurückreflektierte Wellen
  • 55. 49 Kamera Beleuchtete, Menschliches Auge, konzentrische Ringe Hornhaut (Cornea) Signal in Form einer elektromagnetischen kleinen Bewegungen/Augenzuckungen, um Welle wird ausgesendet und an Objekten in eine ständige Nachverfolgung des Bereiches der Umgebung reflektiert. Die rückreflek- von Interesse zu gewährleisten. tierten Echos werden analysiert um den Abstand (Zeitdifferenz), relativen Winkel Abbildung links / Figure left (Phasenunterschiede an Sensorgruppe) oder Kfz-Radar Signalverarbeitung / zusätzlich die Objektgeschwindigkeit Automotive Radar Signal Processing (Dopplerverschiebung) zu bestimmen. Abbildung oben / Figure above Das zweite Beispiel handelt von der Mes- Videokeratoskopie / Videokeratoscopy sung der Hornhautoberfläche des mensch- lichen Auges: Mit einer genauen Beschrei- bung/Modellierung der Hornhaut können Kontakt u.a. patientenspezifische Kontaktlinsen an- gepasst werden, Augenkrankheiten dia- gnostiziert oder hornhautverändernde Au- Fachgebiet genoperationen geplant werden. Die gän- Signalverarbeitung gige Messmethode hierfür ist die Videokera- toskopie, bei der konzentrische Kreise auf Prof. Dr.-Ing. Abdelhak Zoubir die Hornhaut projeziert werden um Un- Tel.: 06151 16 - 4595 regelmäßigkeiten zu entdecken. Ein Prob- zoubir@spg.tu-darmstdt.de lem dabei ist z.B. die Modellierung von www.spg.tu-darmstadt.de
  • 56. 50 Leistungselektronik und Antriebsregelung Leistungselektronik ist die Schlüsseltech- Power Electronics is the enabling technology nologie zu rationeller Anwendung, Vertei- to efficiently use, distribute and generate elec- lung und Erzeugung elektrischer Energie. trical energy. Presently, focus of research is on Forschungsschwerpunkte sind derzeit Um- converter technology with high efficiency, high richter für hohe Effizienz, hohe Frequenz frequency and small energy storage as well as und mit kleinem Energiespeicher sowie li- on linear drives for industrial material hand- neare Direktantriebe für industrielles Ma- ling and their sensorless control. terialhandling und deren sensorlose Rege- lung. Leistungselektronik ist die Schlüsseltech- Energie durch Leistungselektronik umge- nologie mit der Leistungsflüsse von weni- formt, ehe sie die vom Anwender gewünsch- gen Watt (Energiesparlampe) bis in den Gi- te Wirkung (mechanische Arbeit, Beleuch- gawatt-Bereich (Hochspannungs-Gleich tung usw.) entfaltet, (Bild 1). Ein Großteil strom Übertragung) elektronisch, d.h. sehr der elektrischen Energie wird in Antrieben schnell und vor allem hocheffizient gesteu- in mechanische Arbeit ungeformt. Eine ert und geregelt werden können. In naher deutliche Effizienzsteigerung ist vielfach Zukunft wird fast die gesamte elektrische durch Übergang von Betrieb mit starrer
  • 57. 51 Drehzahl auf optimal an den Prozess ange- für industriellen Materialtransport und -Ver- passter variabler Drehzahl möglich. Dies arbeitung. Letzterem liegt zugrunde, dass in wird durch Leistungselektronik erreicht. industriellen Be- und Verarbeitungsanlagen Aber auch in anderen Bereichen, z.B. bei Be- Gegenstände (Material) in verschiedenen leuchtungen, sind Effizienzsteigerungen Stationen bearbeitet und zwischen diesen durch Leistungselektronik in vollem Gange. Bearbeitungsstationen transportiert werden Sie haben noch ein großes Zukunftspo- muss. In dem Vorhaben wird ein einheit- tenzial. liches Linear-Antriebssystem erforscht, das räumlich gekrümmte und geschlossene Fahrwege enthält und sowohl die Bearbei- tung der Gegenstände mit höchster Präzi- sion als auch deren Transport mit hoher Dynamik ermöglicht. Damit entfallen wie- derholtes Aufspannen und justieren der Ge- genstände in den einzelnen Bearbeitungs- stationen. Auf dem Fahrweg können mehr- ere Fahrzeuge weitgehend unabhängig agie- ren. Ein erster Versuchsaufbau mit nur einem Fahrzeug auf einem kreisförmigen Fahrweg zeigt Bild 2. Kontakt Derzeitige Schwerpunkte der Forschung an unserem FG sind u. a.: Energieeffiziente Fachgebiet Antriebe, Zwischenkreis-Umrichter mit mi- Leistungselektronik und Antriebsregelung nimalem Energiespeicher, Resonante Um- richter für hohe Frequenz und hohe Leis- Prof. Dr.-Ing. Peter Mutschler tung, Fehlertolerante Antriebsumrichter, Tel.: 06151 16 - 2166 Sensorlose Positionsregelung insbesondere pmu@srt.tu-darmstadt.de für Linearantriebe, Lineare Direktantriebe www.srt.tu-darmstadt.de
  • 58. 52 Theorie Elektromagnetischer Felder Am Institut für Theorie Elektromagneti- At the Computational Electromagnetics scher Felder (TEMF) beschäftigen wir uns Laboratory we work on methods for solving mit der Lösung der elektromagnetischen the electromagnetic field equations for Feldgleichungen für nahezu jedwede Art virtually any kind of technical application. von technischer Anwendung. In der indust- Simulation software today has become an riellen Forschung und Entwicklung stellen indispensible tool in industrial research and heute computergestützte Simulationsme- development, complementing the conventio- thoden neben den klassischen Experimenten nal experimental approach. ein nicht mehr wegzudenkendes Werkzeug dar. Elektromagnetische Felder stellen die we- sentliche physikalische Grundlage für die Elektrotechnik und Informationstechnik dar. Die Schwierigkeit im Umgang mit elek- tromagnetischen Feldern liegt in der Kom- paktheit und Komplexität der Maxwellschen Gleichungen, die alle elektromagnetischen Phänomene beschreiben. In Forschung und Entwicklung werden deshalb seit Jahrzehn- ten Computerprogramme eingesetzt, mit denen diese Gleichungen mehr oder weni- ger genau für praktische Probleme gelöst gramme basierend auf dieser Methode wer- werden können. den heute weltweit eingesetzt. Allgemein- verständliche Anwendungen finden sich im Gegenstand unserer Forschung ist die Ent- Mobilfunk, wo man an der Strahlungsbelas- wicklung und Anwendung neuer Algorith- tung des menschlichen Körpers genau so in- men. Eine zentrale Rolle spielt hierbei die teressiert ist wie an der optimalen Abstrah- 1977 vorgestellte Methode der Finiten Inte- lung vom Mobiltelefon zur Basisstation. gration (FIT). Kommerzielle Softwarepro- Extrem anspruchsvolle Anforderungen be-