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-