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Grundlagen für morgenBasics for tomorrow

Jahresbericht 2000/2001Annual report 2000/2001

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I n h a l t C o n t e n t sS e i t e / Pa g e

GKS S 4-9

Unternehmen Forschung 4

Zukunft gestalten 6 - 9

Aus Forschung und Entwicklung 10 - 47

Leichtbau in der Verkehrs- und Energietechnik 1 2

Ü b e r b l i c k 13Friction Stir Welding - Alternative zu Fü g e v e rf a h r e n 14H o c h e n e r giemahlen für nanokristalline We r k s t o f f e 20

Entwicklung einer neuartigen Herzklappenprothese 22

Membranen in der Prozesstechnik 2 4

Ü b e r b l i c k 25Zur Oberfläche von Po l y m e r m e m b r a n e n 26Sanierung schwefelsaurer Bergbaurestseen 32Hochselektive Stofftrennungen mit Carriermembranen 34

Wasser und Klima im Lebensraum Küste 3 6

Ü b e r b l i c k 37Blei in der Umwelt – Umweltbelastung und 38Umweltpolitik in der RetrospektiveB A LTEX und der Wa s s e r k r e i s l a u f 4 4Gewinnung mariner We rt s t o f f e 4 6

Te c h n i k u m 4 8

F o r s c h u n g s r e a k t o r 5 0

Zahlen, Daten, Fakten 5 2 - 8 3

Organe und Gremien 5 4

Ke n n z a h l e n 62

GKSS und das Umfeld 66

GITZ - Geesthachter Innov a t i o n s -und Te c h n o l o g i e z e n t r u m 80

Lagepläne – Anschriften 8 2

I m p r e s s u m 8 3

GKS S

Operation Research

Shaping the Fu t u r e

Research and Development

Light Weight Structures for Transportation and Energy

O v e r w i e vFriction Stir We l d i n gH i g h - e n e r gy milling generates production of nanocrystalline materials with novel propert i e sDevelopment of an improved mechanical heart valve prosthesis

Membranes in Process Te c h n o l o g y

O v e r w i e wInside the surface of a polymere-membraneNeutralization of acid lakesSeparation-process by carrier-membranes

Water and Climate in the Coastal Zo n e s

O v e r w i e wThe lead-project – an ecologically and economically retrospection

Water cycle of the Baltic SeaPreparation of bioactive compounds from marine resources

Technical Department

Research Reactor

Figures and Facts

O r g a n i z a t i o n

Key Figures

Interaction with the Surrounding

GITZ - Geesthacht Innovation and Technology Center

Site Maps – Ad d r e s s

I m p r i n t

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NutzungUtilization

ForschungResearch

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GKSS: Unternehmen Forschung / Operation Research

TechnologieTechnology

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Z u kunft gestalten

Liebe Leserinnen und Leser,

wir freuen uns, Ihnen den neuestenGKSS-Jahresbericht vorlegen zu kön-nen und hoffen, Sie auch in diesemJahr davon zu überzeugen, dassGKSS an den Zukunftsthemen arbei-tet, die unsere Welt von morgenmitgestalten. Wir wünschen Ihnen interessante Informationen, spannen-de Einblicke in unsere Tätigkeit, indie Faszination Forschung und Spaßbeim Lesen.

Das Jahr 2001 ist ein wichtiges Jahrfür GKSS und für die Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungs-zentren (HGF) insgesamt. Die HGFwurde Anfang 2001 vom Wissen-schaftsrat evaluiert. Basierend aufdiesen Ergebnissen, eigenen Überle-gungen und den Anforderungen derauch im Wissenschaftsbereich fort-schreitenden Globalisierung, hat dieHGF – in Zusammenarbeit mit denGeldgebern, dem Bundesministeri-um für Bildung und Forschung(bmb+f) und den Ländern – eingroßes Reformprojekt gestartet. Indiesem Prozess ist die HGF dabei,Forschungsthemen neu auszurichten,sich programmatisch auf die zukünf-tigen Herausforderungen der Gesell-schaft zu konzentrieren, sich internund extern stärker zu vernetzen, aufdas Europa von morgen vorzuberei-ten und sich einen neuen organisa-torischen Rahmen zu geben.

Die wichtigste Veränderung für dieHGF und GKSS wird die Umstellungder Forschungsförderung von einerzentrenspezifischen Finanzierung derHGF-Zentren auf eine zentrenüber-greifende Finanzierung von For-schungsprogrammen sein. GKSShat sich seit Jahren auf diesenProzess vorbereitet und die For-schungsarbeiten im Bereich derKüstenforschung, der Entwicklungvon Leichtbau für die Energie- undVerkehrstechnik, der Trenn- und Um-welttechnik, der Biomaterialentwick-lung und der Großgeräte orientiertenMaterialforschung mit Neutronenund Synchrotronstreuung thematischund programmatisch ausgerichtet.

Neben der wissenschaftlichen Exzel-lenz wurde unternehmerischesDenken und Handeln in den Fokusgerückt. GKSS gehört zur Spitzen-gruppe der Forschungszentren beiUnternehmensgründungen. Fokus-sierung, Orientierung am Wettbe-werb, Motivation der Mitarbeiterin-nen und Mitarbeiter und kompetenteMenschen in unserem Zentrumhaben erreicht, dass GKSS trotz derPersonalkürzungen in den vergange-nen Jahren die Forschung noch ein-mal im internationalen Wettbewerbverbessert positionieren konnte.

GKSS-Wissen-schaftler haben in den vergangenen Jahren ihre Publikati-onstätigkeit deutlich erhöht und konnten zugleich denImpactfaktor der Veröffentlichungensteigern. Das Drittmittelaufkommenist - insbesondere bei den EU-Mitteln– deutlich gestiegen. Weiterhin grün-den sich neue Unternehmen aus derGKSS, die in Kürze in dem Neubaudes Geesthachter Innovations- undTechnologiezentrums (GITZ), ein hervorragendes räumliches Umfeld

finden werden. Diese Beispielezeigen, wie erfolgreich sich GKSS imnationalen und internationalen Wett-bewerb behauptet. Der wissenschaft-liche Erfolg des Zentrums reflektiertauch die Gestaltungskompetenz allerBeteiligten.

Wie alle großen Forschungseinrich-tungen steht GKSS vor der Aufgabe,den bereits angelaufenen Generati-onswechsel weiter zu gestalten. Diesist eine große Herausforderung undzugleich eine Chance für unser Zen-trum. Innovative Forschung, kreativeIdeen und zukunftsweisende For-schungsplanung erwachsen aus derNeubesetzung zahlreicher Führungs-positionen und Mitarbeiterinnen undMitarbeiter in unseren Instituten.

In der Werkstoffforschung wur-den für die Bereiche derbeiden Leichtbauwerkstoffe

der GKSS, TiAl und Magnesium, personelle Voraussetzung geschaf-

fen, dass wir uns – in Koopera-tion mit der Universität Kiel

und der Technischen Univer-sität Hamburg-Harburg – als Keimzelle für ein norddeut-sches Materialzentrum für Leichtbau entwickeln können.

Für die Materialforschung mit Neutronen- und Synchrotron-

streuung liegen die zukünftigen Auf-gaben darin, einerseits im Rahmender deutschen Neutronenforschungdie Positionierung unserer Neutro-nenstreueinrichtungen zu sichernund andererseits mit den Kollegenvon DESY die Zukunftsperspektivender Synchrotronstrahlung für dieMaterialforschung für GKSS und diewissenschaftliche Community zuerschließen.

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Das Institut für Küstenforschung wer-den wir in Kürze um den Bereich derso genannten "OperationalisiertenSysteme" erweitern und – so hoffenund planen wir - in einem erstenSchritt die programmatische Ausrich-tung des Instituts enger mit dem For-schungs- und Technologiezentrum(FTZ) in Büsum, einer Forschungs-einrichtung der Universität Kiel,abstimmen können.

Im Institut für Chemie wirddie Weiterentwicklungfunktioneller Polymerefür Trennaufgaben inder Medizin und Indus-trie im Mittelpunkt stehen.Biomaterialien für die rege-nerative Medizin werden nebenMembranen für Trennung und Reak-tion an Bedeutung gewinnen. Eineherausfordernde und spannendeZukunftsperspektive.

Vor dem Hintergrund, dass es immerschwerer wird hervorragend qualifi-zierten Nachwuchs anzuwerben,unternimmt GKSS besondere An-strengungen, um attraktiv für junge,engagierte Menschen zu sein. In derNachwuchsförderung werden wir mitdem Schülerlabor "Quantensprung"einen Anlaufpunkt für die Nach-wuchswissenschaftler von morgenhier im Zentrum realisieren. Schülererhalten in einem eigenen Labor dieMöglichkeit, Forschung hautnah zuerleben und dessen Faszination zuspüren. In Zusammenarbeit mit denumliegenden Schulen und Behördenwollen wir dabei auch bei Schülernder Technik den Stellenwert geben,der notwendig ist, um dieses kost-

bare Kulturgut in die nächste Gene-ration zu tragen und weiter zu ent-wickeln.

Zum Schluss noch einige nachdenk-liche Anmerkungen zur Reform derHGF. Diese zukunftsweisende Neu-organisation, dem Zusammenschlussin einem Verein, dem Übergang vonder Zentren- auf die Programmfinan-zierung, ist eine seit langem gefor-

derte Flexibilisierungder Beschrän-

kungen desöffentlichenHaushalts-rechtes ein

notwendigesErfordernis.

Ohne diese neuenHandlungsspielräume kann dasanspruchsvolle Vorhaben nicht gelin-gen. Auch die Personalkürzungen derletzten zehn Jahre, von inzwischenmehr als 25 %, müssen ein Endehaben. Der Forschung muss in die-ser Phase der Neuorganisation eineEntwicklungsperspektive gegebenwerden, um im globalen Wettbe-werb bei Wachstumssteigerungen imForschungsetat von 10 % in denUSA und 7 % in Großbritannienbestehen zu können.

Unseren großen Dank möchten wirallen Mitarbeiterinnen und Mitar-beitern des Forschungszentrumsaussprechen. Sie sind es, die imlaufenden Jahr gemeinsam die Her-ausforderungen für GKSS annehmenund mit allen Kräften dazu beitragen,unsere Zukunft besser zu gestalten.

Günter von Sengbuschwissenschaftlicher Geschäftsführer

Christian Scherfkaufmännischer Geschäftsführer

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Shaping the Future

Dear readers,

We are happy to present to you theGKSS 2001 Annual Report and hopewe will once again be able to con-vince you that GKSS is at the cuttingedge of the most important issues ofthe future — issues that will shapethe world of tomorrow. We alsohope you will find interesting infor-mation in this report as well as anindepth look into our activities andfascinating insights into the world ofresearch.

The year 2001 is an important onefor GKSS and for the Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungs-zentren (HGF) as a whole. HGF underwent an assessment by theScientific Committee at the begin-ning of this year. On the basis of thisevaluation, our own discussions, andthe demands presented by conti-nuing globalization (in the scien-tific realm as well), HGF — to-gether with its benefactors, theGerman Ministry of Education andResearch (BMBF) and the Germanstates — has launched a major pro-gram of reform. Among other things,this involves a refocusing of researchissues at HGF, greater concentrationon the challenges facing society inthe future, a higher degree of inter-nal and external networking, prepara-tion for the Europe of tomorrow, andthe establishment of a new organiza-tional framework.

The most important change for HGFand GKSS will be the adjustment inthe nature of research funding,which will shift from the financing ofevery HGF-center for it’s own to asystem of cross-center financing ofresearch programs. GKSS has beenpreparing itself for this process foryears by organizing its research pro-grammatical in line with the fields ofcoastal research, the development oflightweight construction techniques

for energy and transport technology,separation and environmental tech-nology, bio-materials development,and materials research with neutronand synchrotron scattering geared tolarge-scale equipment.

In addition to scientific excellence,business-like thought and action arebecoming more and more importantin research activities. GKSS is amongthe top research institutes when itcomes to the establishment of newcompanies.

A sharp focus oncompetitiveness,great motivation onthe part of staff, and acompetent team have en-abled GKSS to once again improvethe international competitive positionof its research activities, despite thecutback in permanent posts over thelast few years.

The successes achieved by GKSSboth in Germany and abroad areevidenced by the larger amount ofpublished work from the instituteand its greater impact worldwide, as well as by the number of newstart-ups established, the construction of the Inno-vation and Techno-logy Center in

Geesthacht (GITZ), and the in-creased funding from third parties —especially from the EU. The scientificand research successes of the centerare a reflection of the organizationaland professional expertise of allthose involved.

The generation transformationcurrently under way represents botha great challenge and a tremendousopportunity for our center. We havethus succeeded in recruiting highly-qualified scientists for the two light-weight engineering materials atGKSS: TiAl and magnesium. This willmake it possible for GKSS — in cooperation with the University ofKiel and the Technical University of

Hamburg-Harburg — to establishitself as the starting point for a

northern German materials centerfor lightweight construction. In the

area of materials research withneutron and synchrotron scatte-

ring the most important taskswill be, on the one hand, tosecure good positioning of ourneutron scattering facilitieswithin the overall framework of

neutron research in Germany,and on the other hand, to work

with colleagues at DESY to exploitthe future opportunities offered by synchrotron radiation in materialsresearch to the benefit of GKSS andthe scientific community as a whole.

We will soon expand our CoastalResearch Institute by the so-calledoperational systems. We thereforeplan — as an initial step — to be ableto coordinate the focus of programsat the Coastal Research Institutemore closely with the Research andTechnology Center (FTZ) in Büsum,which is a research facility operatedby the University of Kiel.

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The focus of our activities of theInstitute of Chemistry here will be onthe further development of func-tional polymers for separation pro-blems in the medical field and inindustry. Both bio-materials for rege-nerative medicine and membranes forseparation and reactions will becomemore and more important in thisfield — a field that presents challen-ging and exciting prospects for thefuture.

We also plan to step up our effortsto promote young scientists. In Octo-ber 2001, for example, we will setup the "Quantum Leap” school labo-ratory that will serve as our center’s magnet for the scientists of tomor-row. Here, high school students willhave the opportunity to experienceresearch first-hand and discover thefascination associated with researchactivities. We will also work togetherwith schools and public agencies inthe surrounding area in order to in-still in students the great priority thatshould be assigned to technology ifthis precious cultural asset is to bepassed on to the next generationand developed further.

Finally some thought-provokingremarks to the upcoming HGF-reorganization. The long-demandedflexibility with respect to the limita-tions imposed by public budget lawswill be necessary to ensure that theupcoming reorganization of HGF pro-ceeds smoothly and that consolidati-on into an association and the transi-tion from center to program-basedfunding can be implemented. Theseambitious plans cannot succeedwithout the new leeway such adjust-ments require. Personnel cutbacks,which have totaled more than 25%in the last 10 years, must come toan end as well. The reorganizedstructure has to provide develop-ment prospects for research in orderfor us to remain competitive in aglobal environment marked by 10%growth in research budgets in theU.S. and 7% in Great Britain.

We would like to take the opportuni-ty to express our tremendous thanksto all of our employees at the Re-search Center. Without their commit-ment, it would be impossible totackle the challenges facing GKSSand to work toward the common goal of shaping a better future for us all.

Pleasant reading

Christian ScherfManaging DirectorBusiness Affairs

Günter von SengbuschManaging DirectorScientific affairs

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ForschungsreaktorResearch Reactor

TechnikumTechnical Department

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Aus Forschung und Entwicklung / Research and Development

Membranen in der ProzesstechnikMembranes in Process Technology

Wasser und Klima im Lebensraum KüsteWater and climate in the Coastal Zones

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

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Neue Materialien werden die Grund-l a gen von Schlüsseltechnologien dernächsten Dekaden sein. Materialfor-schung ist deshalb ein vorrangiges Fe l dfür eine Investition in die Zukunft. BeiGKSS wird sie in enger Zusammen-arbeit mit Hochschulen und Indust r i ebetrieben. Die bisherigen Ergebnissehaben einen erstklassigen nationalenund internationalen Ruf der GKSS-Materialforschung begründet. Der Wi s-senschaftsrat hat in seiner Evaluationder außeruniversitären Materialfor-schung in Deutschland im Jahre 19 9 5die Aktivitäten der GKSS als beispiel-haft herausgestellt.

Die Qualität der GKSS-Materialfor-schung wurde 1998 durch eine inter-nationale Evaluation bestätigt. Die imGrundlagenbereich erarbeitetenFo rschungsergebnisse sollen schnell inm a r k tfähige Produkte und Ve rf a h r e numgesetzt werden; kleinere und mit-telständische Unternehmen würdenim nationalen und internationalenWe t t b ewerb davon profitieren.

Hierbei wird künftig der Leichtbau inder Verkehrs- und Energietechnik imVo r d e r grund stehen.

Die Anforderungen an neue We r k s t o f-fe steigen rasant. In der Folge sollenbeispielsweise zum einen neuart i g eintermetallische Legierungen auf Ti t a n-basis Eigenschaftsprofile aufweisen,die die Vo rteile von metallischen undkeramischen Werkstoffen in sich ver-einen: einsetzbar bei hohen Te m p e r a-turen, dazu leicht und extrem fest undtrotzdem verformbar und zäh. Zumanderen sind es Magnesium-We r k-stoffe, die für einen verstärkten Einsatzin der Verkehrstechnik entwickeltwerden, um das Leichtbaupotenzialmetallischer Werkstoffe in Ko n k u r r e n zzu Polymerwerkstoffen zu erhöhen.

Leichtbau wird jedoch nicht nur durchleichte Werkstoffe ermöglicht: neue,für Leichtbauwerkstoffe geeigneteS c h w e i ßv e rfahren werden entwickelt,die höchste Anforderungen an dieNahtgüte erfüllen. Wi rtschaftlichkeit bei

möglichst gesteigerter Sicherheit wirddurch die Entwicklung von umfassen-den Bewert u n g s v e rfahren für We r k-stoffe und Bauteile gewährleistet;hierbei spielen Computersimulationeneine zunehmende Rolle.

Zentrale Bestandteile der Ausstattungin diesem Programmschwerpunkt sindder Forschungsreaktor FRG-1, die Pul-ververdüsungsanlage PIGA und einereichhaltige Palette von zum Teil ein-maligen Geräten und Ve rfahren zurMaterialprüfung sowie von Computernund Computerprogrammen zur Simu-lation des Material- und Bauteilverhal-tens. Der Forschungsreaktor liefert dieNeutronenstrahlen für die Mikrostruk-turanalyse von Materialien. Im Jahre2000 haben über 40 externe Grup-pen die mit dem FRG-1 verbundenenexperimentellen Einrichtungen genutzt.Künftig wird eng mit dem HGF-Zentrum DESY zur Nutzung der Sy n-chrotronstrahlung für die Materialcha-rakterisierung zusammen gearbeitet.

The key technologies of the comingdecades will be based on new materi-als. Materials research is therefore oneof the main areas for investing in thefuture, and GKSS is conducting this re-search in close collaboration with uni-versities and industry. The results thusfar have been pivotal in establishingthe excellent reputation of GKSS ma-terials research, both in Germany andabroad. In its evaluation of non-univer-sity materials research in Germany in1995, the Wissenschaftsrat (GermanScience Council) praised the activitiesof GKSS as exemplary. This assess-ment was confirmed by an interna-tional evaluation conducted in 1998.

The results of the basic research areto be quickly transformed into marke-table products and processes that willp a rticularly benefit small and medium-size companies competing on nationaland international markets. The focushere will be on lightweight engi n e e-

ring in the transport and energy tech-n o l o gy sectors.

The demands put on new materialsare increasing dramatically. On theone hand, new kinds of titanium-based intermetallic alloys need tohave characteristics that combine theadvantages of metallic and ceramicmaterials. In other words, they have tobe heat resistant, extremely light, andvery firm yet formable. On the otherhand, magnesium-based materials arebeing increasingly developed for usein transport technology, enabling me-tallic materials to better compete withpolymers in lightweight applications.

H o w e v e r, lightweight engineering isnot just made possible by using light-weight materials. New welding tech-niques that meet the most stringentdemands on weld quality are alsobeing developed for these materials.Both economy and the greatest possi-

ble increase in safety are guaranteedby the development of comprehen-sive evaluation methods for materialsand components — a process inwhich computer simulations are play-ing an increasing role.

The main facilities used in this re-search are the FRG-1 research reactor,the PIGA powder atomization plant, alarge number of devices and proce-dures — some of them unique — fortesting materials, and computers andsoftware to simulate the behavior ofmaterials and components. Th eresearch reactor provides the neutronbeams necessary for analyzing thematerials’ microstructure. In 20 0 0around 40 external groups usedFRG-1’s experimental facilities. In thefuture, GKSS will work in closecollaboration with the HGF researchcenter DESY when using synchrotronradiation for determining thec h a r a c t e r i stics of materials.

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

Ü b e r b l i c k

O v e r v i e w

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Friction Stir Welding – Alternative und Ergänzung zu etablierten Fügev e rf a h r e n

Das innovative Reibschweißver-fahren Friction Stir Welding(FSW) oder Reibrührschweißen,erfährt seit seiner ErfindungAnfang der neunziger Jahre einerasante Weiterentwicklung aufwissenschaftlicher Ebene undfür den industriellen Einsatz.Diese wird unter anderem durchfügetechnische Problemstellun-gen vorangetrieben, welche sichbeim zunehmenden Einsatz mo-derner Leichtbauwerkstoffe er-geben. FSW hat sich sehr schnellals Alternative in Bereichenangeboten, in denen die eta-blierten Fügeverfahren an ihreGrenzen stoßen oder die Mög-lichkeit besteht, eine wesent-liche Verbesserung der Verbin-dungsqualität zu erzielen. Eben-falls hat sich gezeigt, dass eineerhebliche Reduzierung der Pro-duktionskosten erreicht werdenkann.

Weltweit wird das Friction-Stir-Wel-ding-Verfahren interdisziplinär weiter-entwickelt. Die GKSS-Untersuchun-gen auf diesem Gebiet sind in demProgrammschwerpunkt Leichtbau inder Verkehrs- und Energietechnikeingegliedert. Im Rahmen derwissenschaftlichen Tätigkeiten wirddie gesamte Bandbreite des Verfah-rens von der Werkzeug- und Pro-zessentwicklung bis zur umfangrei-

chen Charakterisierung und Bewer-tung der Verbindungen abgedeckt.Der weltweit einzigartige Einsatz vonRobotern zur Verfahrensführung beiGKSS erhöht die industrielle Rele-vanz der Entwicklungen.

Durch die Notwendigkeit, die Um-weltbelastung und den Energiever-brauch zu senken, werden vor allem

in der Verkehrs- und Energietechnikzunehmend moderne Leichtbau-strukturen unter Einsatz entsprechen-der Werkstoffe eingesetzt. Einwesentlicher Bestandteil des Produk-tionsprozesses ist das Fügen dieserStrukturen. Beispielsweise werden ineinem modernen Mittelklassefahr-zeug aus Aluminium 50 MeterSchweiß- und 1800 Stanznietverbin-

Ein verschleißfestes, rotierendes Werkzeug sorgt beim Reibrührschweißen für die Erzeugung der erforderlichen Prozesswärme und verrührt gleichzeitig das plastifizierteMaterial. Dabei wird durch gleichzeitig aufgebrachten axialen Druck bei der Bewegung des Werkzeugs entlang der Fugelinie eine metallische Bindung erzeugt.

To generate a Friction Stir Weld a rotating non-consumable tool is used to plasticise the material by the generation of frictional heat. Additionally the material is stirred by the tool pin and consolidated by an axial force to form the metallic bond.

Prinzip des ReibrührschweißensPrinciple of Friction Stir Welding

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dungen hergestellt, bei einem Alumi-niumschiff werden etliche hundertKilometer Schweißnaht hergestellt. Inder Konstruktion moderner Verkehrs-flugzeuge werden bis zu 1,5 Mio.Nieten als Verbindungselementevorgesehen.

E t a b l i e rte Fü g e v e rfahren stoßenbeim Einsatz moderner Leichtbau-werkstoffe in vielen Fällen ausunterschiedlichen Gründen an ihreGrenzen. Ein Aspekt sind die me-t a l l u r gischen Vorgänge beim Fü g e nder zunehmend komplexen We r k-stoffe. Durch das Aufschmelzenund wieder Erstarren des We r k-stoffes beim Einsatz von Schmelz-s c h w e i ß v e rfahren werden dieEigenschaften im Schweißnahtbe-reich stark verändert. Die Qualitätder erzielten Verbindung kann invielen Fällen den Anforderungennicht gerecht werden. Im Extremfallsind diese Werkstoffe mit Schmelz-s c h w e i ß v e rfahren nicht schweißbar.Dies führte bislang zwangsweisezum Einsatz mechanischer Ve r b i n-d u n g s v e rfahren, wie z.B. Nieten.

Ve rf a h r e n s s p ezifische Besonderhei-ten, Wi rtschaftlichkeitsaspekte undU m w e l t v e rträglichkeit können denEinsatz konventioneller Fü g e v e rf a h-ren ebenfalls erschweren. Ein Bei-spiel für Ve rf a h r e n s b e s o n d e r h e i t e nstellt die Wechselwirkung zwischenStrahl und Werkstoff beim Laser-strahlschweißen dar, die zu erheb-lichen Schwankungen der Ve r b i n-dungsqualität führen kann. Auf derWi rtschaftlichkeitsseite muss unteranderem der erforderliche Anla-genaufwand betrachtet werden. Eingutes Beispiel hierfür ist Elektro-nenstrahlschweißen, das unterVakuumbedingungen durchgeführtw i r d .

Durch die Erfahrung mit konven-tionellen Reibschweißverf a h r e n ,die seit Jahrzehnten erf o l gr e i c hindustriell eingesetzt werden, istbekannt, dass metallurgische Pro-bleme beim Fügen in der festenPhase, das heißt unterhalb desSchmelzpunktes, minimiertwerden.

Wenn die Werkstoffe beim Fü g e nkeinen negativen Einfluss auf das

Ve rfahren ausüben, die Ve rf a h r e n s-grenzen die vorgesehene Fü g e a u f-gabe zulassen und gleichzeitig dieWi rtschaftlichkeit des Einsatzes ge-währleistet ist, bieten Fü g e v e rf a h-ren, die in der festen Phase arbei-ten, die ideale Lösung für das Fü-gen moderner Leichtbauwerkstoffe.R e i b s c h w e i ß v e rfahren werden seiteinigen Jahrzehnten industriell für eineVielfalt von Fügeaufgaben eingesetzt.Beschränkt wurde der Einsatz nurdurch die Ve rf a h r e n s grenzen, da bis-lang nur rotationssymmetrische bz w.in Sonderanwendungen flächige Ko m-ponenten gefügt werden konnten.1991 wurde vom TWI, Cambridge,das Friction-Stir-Welding-Verfahrenzum Fügen von Aluminiumlegierun-gen vorgestellt, das als Abwandlungdes konventionellen Reibschweißensdas Fügen von Stumpf- und Über-lappverbindungen möglich macht.Damit sind die Vorteile des Fügensin der festen Phase auf eine größereBandbreite von Fügeaufgaben an-wendbar geworden. Innerhalb vonwenigen Jahren wurde durch Studi-en gezeigt, dass neben Aluminium-legierungen eine Vielzahl weitererWerkstoffe von Magnesium überStahl bis hin zu Titan schweißbarsind. Einen interessanten und indus-triell zukünftig äußerst relevantenAnwendungsbereich bietet dieMöglichkeit mit Reibschweißverfah-ren auch unterschiedliche Werkstoffemiteinander zu verbinden, zumBeispiel Aluminium mit Magnesiumoder Kupfer.

Das Zustandekommen der Verbin-dung beim konventionellen Reib-schweißen beruht auf Reibungs-wärme, die durch Relativbewegungder Fügepartner zueinander erzeugtwird und auf Druck, der auf denFügebereich ausgeübt wird und fürdas Zustandekommen der atomarenBindung erforderlich ist.

Bei FSW werden sowohl dieReibungswärme als auch der Druckdurch verschleißfeste Werkzeugeerzeugt. Diese bestehen im wesent-lichen aus einem Schweißstift, derunter einer sogenannten Schulterangeordnet ist.

Das Werkzeug wird rotierend imFügebereich in den Werkstoff hinein-

gedrückt, bis die Schulter in Kontaktmit der Werkstückoberfläche ist.Durch die Reibung zwischen Werk-stoff und Werkzeug entsteht die er-forderliche Wärme zur Plastifizierung(Friction) des Werkstoffes. Bei derBewegung des Werkzeuges entlangdes Fügebereiches wird das plasti-fizierte Material durch den Stift imInneren der Naht verrührt und zu

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

Der Einsatz von Robotern für Reibrührschweißen bei GKSS ermöglicht die erforderliche flexible Verfah-rensanwendung für das Fugen nicht linearer und räumlich gekrümmter Verbindungen.

The use of robots at GKSS lends the Friction StirWelding process the essential flexibility for weldingof non-linear and non planar joint configurations.

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seiner Rückseite transportiert (Stir).Durch den zusätzlich über die Werk-zeugschulter aufgebrachten Druckwird es dort verdichtet und bildetbeim Abkühlen eine metallischeBindung (Welding). Als Gegenlagerfür die durch das Werkzeug aufge-brachten Kräfte ist auf der Rückseiteder Komponenten eine feste Unter-lage erforderlich. Abhängig vom zufügenden Werkstoff, der Nahtformund der Materialstärke, werden Formund Profil von Schulter und Stift fürdie entsprechende Fügeaufgabeindividuell optimiert.

FSW weist gegenüber den etablier-ten Schmelzschweißverfahren eineReihe von Vorteilen auf. Einer derwichtigsten ist die Tatsache, dass dieVerbindung in der festen Phase er-zeugt wird. Dadurch wird die Gefahrvon Rissbildung oder Entstehung vonPorositäten vermieden. Die Ober-flächen der Verbindung bilden sichsehr glatt und gleichmäßig aus. Derim Vergleich zu Schmelzschweißver-fahren geringe Wärmeeintrag in dieSchweißnaht verhindert, beziehungs-weise reduziert, den Verzug derWerkstücke. Durch die Vermeidungeiner schmelzflüssigen Phasewährend des Fügens ist eine Ab-schirmung von der Umgebung durch

eine Schutzgasatmosphäre nicht er-forderlich. Selbst bei Komponentenmit großen Wandstärken ist keineKantenvorbereitung erforderlich,dadurch besteht auch kein Bedarf fürZusatzwerkstoff. Ebenfalls ist keinechemische Vorbehandlung der Ober-flächen erforderlich. Der vollständigmechanische Prozess ist einfach zuautomatisieren und zu überwachen,selbst für kritische Werkstoffe wirdkein hochqualifiziertes Personalbenötigt. Die Eigenschaften der Ver-bindungen sind denen konventionel-ler Schweißverfahren in vielen Fällenüberlegen. Vor allem der geringeEnergiebedarf und die Tatsache, dassauf Schutzgas und chemische Vor-bereitung verzichtet werden kann,macht FSW zu einem umweltscho-nenden Verfahren. Die Arbeitsplatz-belastungen sind äußerst gering, da kein Lichtbogen, keine Dämpfeund keine erhöhte Lärmbelastungentstehen.

Wie alle Fügeverfahren weist auchFSW einige verfahrensbedingteNachteile auf. Die auftretendenKräfte müssen durch eine stabileKlammerung und Unterstützung derWerkstücke aufgefangen werden.Ebenfalls aufgrund der erforderlichenProzesskräfte muss das Handha-

bungssystem über eine ausreichen-de Steifigkeit und Kraft verfügen. AmNahtende verbleibt beim Herauszie-hen des Werkzeugs ein Loch in derSchweißnaht, welches entwederdurch ein weiteres Verfahren gefüllt,beziehungsweise entfernt werdenmuss, falls es in der entsprechendenAnwendung nicht toleriert werdenkann. Im Bezug auf wenige Naht-formen (z. B. Eckverbindungen)weist FSW eine geringere Flexibilitätauf als Schmelzschweißverfahren,was auf der konstruktiven Seite einUmdenken erforderlich macht.

FSW zeichnet sich als vollständigmechanischer Prozess durch hoheund reproduzierbare Schweißnaht-qualität aus. Da das Fügen bei Tem-peraturen unterhalb des Schmelz-punktes stattfindet, sind metallurgi-sche Vorgänge, die beim Schmelz-oder Strahlschweißen z.B. zu Poren-und Rissbildung führen können, beiFSW nicht zu beobachten.

Im Inneren weisen FSW-Verbindun-gen eine typische Gefügestruktur auf.Das Gefüge wird durch Temperatur-einflüsse aufgrund der Reibungswär-me und durch Verformungsvorgängeverändert. In der Nahtmitte bildetsich der sogenannte Nugget. Durchden hohen Verformungsgrad imRührbereich im Zusammenhang mitdem Temperaturzyklus entsteht indiesem Bereich ein sehr feines, dy-namisch rekristallisiertes Gefüge. Inder thermomechanisch beeinflusstenZone außerhalb des Nuggets nimmtdie Korngröße zu, und es ist eineDeformation der Körner durch dieRührbewegung des Stiftes zu erken-nen. Rotation und Vorschub desWerkzeugs erzeugen eine Verfor-mungsstruktur, durch deren Grenz-flächen das Bruch- und Verformungs-verhalten der Schweißnaht bestimmtsein kann.

In der Regel tritt in FSW-Verbindun-gen in aushärtbaren Legierungen einVerlust an Festigkeit im Bereich derSchweißnaht auf (Undermatching).Er ist durch partielle Rekristallisationund die Änderung der Ausschei-dungscharakteristika im Nuggetbe-reich und auf Überalterungsvorgängein der thermomechanisch beeinfluss-ten bzw. wärmebeeinflussten Zone

Härteverlauf einer FSW-VerbindungHardness profile of a FSW-joint

Mikrohärteverläufe von fehlerfreien und reparierten FSW-Verbindungen in der Legierung Al 6061 T6. Die durchschnittlich gemessene Härte des Grundwerkstoffs ist ebenfalls angegeben.

Microhardness profile of defect free and repaired FSW welds in Al 6061 T6. The average microhardness value measured in the base material is also indicated.

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zurückzuführen. In nicht aushärt-baren Legierungen (z.B. Al 5083, Al5454) kann unter bestimmten Be-dingungen eine Erhöhung der Festig-keit beobachtet werden (Overmat-ching). Festigkeitsprofile quer durchdie Schweißnaht haben gezeigt, dassdie Gefügeveränderungen im Nuggeteine Zunahme der Bruchdehnung indiesem Bereich der Schweißverbin-dung zur Folge haben, die auf demNiveau des Grundwerkstoffes bzw.darüber liegen kann.

Die Bruchzähigkeit der Ve r b i n d u n-gen liegt in den meisten Legi e r u n-gen erheblich oberhalb des Grund-werkstoffniveaus. Versuche anbauteilähnlichen Proben, bei de-nen ein künstlicher Defekt in dieSchweißnaht eingebracht wurde,haben gez e i gt, dass erst eine Be-lastung zwischen 80 bis 90% derS t r e c k grenze des Grundwerkstoffszu Risswachstum und damit zumVersagen führen. Strukturelle Bau-teile sind für Belastungen dieserGrößenordnung im normalen Be-trieb nicht ausgelegt. Selbst eineangerissene FS W -Verbindung wirddaher unter statischer Belastungnicht die Schwachstelle darstellen.

Die Dauerfestigkeit übertrifft die inKonstruktionsrichtlinien gefordert e n

We rte und auch die Eigenschaftenschmelzgeschweißter Nähte. Dieerzielten Ermüdungseigenschaftenliegen in der Regel zwischendenen des Grundwerkstoffs unddenen von Verbindungen, die mitanderen Ve rfahren hergestelltw u r d e n .

Die Zeit zwischen der Vorstellung desFriction Stir Welding Ve rfahrens undden ersten industriellen AnwendungenMitte der neunziger Jahre war für einneues Fü g e v e rfahren verhältnismäßigkurz.

FSW eignet sich hervorragend für dasFügen ebener gerader Ve r b i n d u n g e n .Für den Schiffbau werden Strangpress-profile auf einer Länge von bis zu16m zu beliebig breiten Sektionenzusammengeschweißt und dann inSchiffen als Seitenwände oder Deckseingesetzt. FSW ist im Schiffbau alsFü g e v e rfahren von den Klassifikations-

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

Mit Hilfe von CTOD (CT50) Proben ermittelte Risswiderstandskurven von Grundwerkstoff und FSW-Verbindungen in Al 6061 T6

Crack resistance curves obtained from CTOD (CT50) specimens for Base Material and FSW welded Al 6061 T6

Risswiderstand einer FSW-VerbindungCrack Resistance of a FSW-joint

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gesellschaften abgenommen unde rf o r d e rt aufgrund der konstantenhohen Qualität nur einen einge-schränkten Prüfaufwand.

Mittlerweile werden in der selben We i-se auch Profile für den Fa h r z e u g b a ug e f ü gt, die dann beispielsweise inSchienenfahrzeuge eingebaut werden.In der Raumfahrtindustrie werdenRaketentreibstofftanks seit einigenJahren mit FSW gefügt. Auch hiersind die Nähte gerade (Längsnähte).FSW wird in erster Linie als Ersatz fürSchmelzschweißen eingesetzt, umdie Fehlerhäufigkeit und damit dieProduktionszeiten und –kosten zusenken. In allen Einsatzgebietenwurde durch den Wechsel zu FrictionStir Welding eine Verbesserung derBauteileigenschaften bei gleichzeiti-ger Senkung der Produktionskostenerreicht.

In industriellen Bereichen, in denendie Nahtform unter Umständenstark von geraden Nähten abweicht,z.B. im Fahrzeug- und Flugzeugbau,sind die Einsatzfälle noch sehr be-schränkt. Die Entwicklungen, die aufdem Gebiet der Anlagen- und Syste-me bei GKSS durchgeführt werden,zielen darauf, dem Verfahren dieerforderliche Flexibilität zu verleihen,

um es auch an komplexeren Bau-teilen und Leichtbaustrukturen ein-setzen zu können.

Die Flexibilität wird in erster Liniedurch das Handhabungssystem be-stimmt. Es muss bei ausreichenderBewegungsfreiheit eine ausreichen-de Steifigkeit und Kraft vorhandensein, um das Werkzeug sicher undgenau führen zu können. Die bislangindustriell eingesetzten Maschinensind entweder auf gerade Nahtver-läufe beschränkt oder speziell füreine bestimmte Aufgabe entworfen.Selbst bei geringfügigen Änderungeneines Bauteils oder Nahtverlaufesmüsste die Maschine modifiziertwerden.

B ezüglich der Bewegungsfreiheitstellen Roboter das geeignetste Sys-tem dar. Aufgrund des Mangels anSteifigkeit ist es aber nicht möglichherkömmliche Knickarmroboter ein-zusetzen. Geeignete Roboter wer-den von der schwedischen FirmaNEOS Robotics seit Mitte der neun-ziger Jahre hergestellt. Die triceptRoboter basieren auf paralleler Ki-nematik und sind bei hoher Steifig-keit in der Lage Kräfte bis zu 45 kNa u f z u b r i n g e n .

Um die Vision des flexiblen Verfah-renseinsatzes zu verwirklichen unddie vorhandene Marktnische erfolg-reich zu besetzen, hat GKSS 1998gemeinsam mit NEOS Robotics dasRobotic Friction Welding Applicationand Technology Centre (RIFTEC)gegründet. Das Ziel der Zusammen-arbeit ist die Anwendung innovativerReibschweißverfahren mit triceptRobotern.

Der erste Roboter, ein tricept 600,wurde im Herbst 1998 in Betriebgenommen. Schon im Mai 1999wurden im Rahmen eines gemein-samen Workshops mit TWI die welt-weit ersten nicht linearen und drei-dimensionalen FSW-Verbindungenunter Einsatz eines Robotersdemonstriert. Seit Mitte 2000 wirdzur Verfahrensentwicklung zusätzlichein tricept 805 eingesetzt, der imVergleich zum kleineren tricept 600wesentlich höhere Kräfte und Steifig-keit aufweist. Mit Hilfe beider Robo-ter ist es möglich, beliebige räum-liche Nahtverläufe ohne speziellentwickelte Maschinen zu fügen.

Für den Einsatz von FSW mit denRobotern werden zur Erhöhung derProzesssicherheit und der Verbin-dungsqualität Sensorikpaketeentwickelt und in die Maschinen-hardware und Steuerung integriert.Neben dem Roboter als direktemHandhabungssystem für dasSchweißwerkzeug wurden unter-schiedliche Systeme entwickelt, fürdie Roboter nur noch die Funktioneines Positionierungssystems erfüllenmüssen. Diese von der GKSS paten-tierten FSW-Systeme sind in derLage die erforderlichen Prozesskräfteaufzubringen und gleichzeitig eineStützfunktion für die Werkstücke zuerfüllen. Anwendung sollen dieseSysteme vor allem in der Fahrzeug-serienproduktion finden, in denendirekt an Leichtbaustrukturen gefügtwerden muss, die nicht durch einezusätzliche feste Unterlage gestütztwerden können.

Die wissenschaftlichen Arbeiten unddie Entwicklungen im Bereich derFügetechnologie werden sowohl alsTeil des GKSS F&E-Programms alsauch im Rahmen von Forschungs-

Rissspitzenöffnung CTOD (δ5) über der Querschnittspannung bei bauteilähnlichen Proben (wide Plate). Dargestellt sind Grundwerkstoffe, fehlerfreie und reparierte FSW-Verbindungen in Al 6061 T6.

Gross section stress plotted against the CTOD (δ5) values obtained for wide plate (M(T)) specimens forbase material, defect free and repared FSW joints in Al 6061 T6.

BauteiluntersuchungWide plate testing

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aufträgen durchgeführt. Parallelb e t e i l i gt sich GKSS, teilweise als Ta s k -leader, an den EU-Projekten WAFS,QualiStir und EuroStir, deren Schwer-punkt auf FSW liegt.

In den vergangenen Jahren wurdenfür einige europäische Industrie-unternehmen Machbarkeitsstudienzum Einsatz von FSW durchgeführt.Mittlerweile ist das Ziel der meistenProjekte neben der Prozessoptimie-rung und Charakterisierung undBewertung der Verbindungen dieHerstellung von Prototypen.

Die zukünftigen Arbeiten sollen sichverstärkt darauf konzentrieren, füreine möglichst hohe Zahl von Werk-stoffen (inkl. von GKSS entwickeltenMg-Legierungen) FSW-Prozesstech-nologie zu entwickeln. Ziel ist dieOptimierung von FSW-Verbindungenin Leichtbauwerkstoffen durch einbesseres Verständnis der Wechsel-wirkung zwischen dem mikroskopi-schen Gefügeaufbau und dessenEinfluss auf das makroskopischeVerhalten. Über die Deutung derEinflüsse lokaler prozessbedingterVerformungsvorgänge und Tempera-

turzyklen auf die mikroskopischenGefügebestandteile und die Eigen-schaften von FSW-Verbindungen solldie Möglichkeit geschaffen werden,die Qualität der Verbindungen durchwissensbasierte Manipulation vonProzessgrößen zu optimieren. EinSchwerpunkt liegt dabei auf derVerbindung unterschiedlicher Werk-stoffe, z.B. Aluminium mit Magnesi-um, damit die Eigenschaften derWerkstoffe in Leichtbaustrukturennoch optimaler ausgenutzt werdenkönnen.

Since its invention in 1991 the Fric-tion Stir Welding (FSW) process is being continuously developed at anever increasing pace. In this period progress has been achieved both inthe fundamental understanding ofthe process and on its application toengineering structures. The driving force behind these advances origina-tes basically from inherent difficultiesin joining modern light alloys in mo-dern lightweight structures. The FSWprocess has established itself inapplications for which existing joiningtechnologies have reached theirapplicability limits or where a sub-stantial increase in joint quality wasrequired. Moreover, current commer-cial applications of the process haveshown that improvements in qualityhave been accompanied by a reduc-tion in production costs.

Research and development activitiesat GKSS on this field are carried out as part of the programme on light-weight structures in transport and energy. These research activitiescover a wide spectrum of topicsranging from the development ofprocess technology to the characte-risation and assessment of weldedjoints.

In the FSW process a specially designedcylindrical tool, consisting of a shoul-d e r and a profiled pin is insertedinto the pieces to be welded. Duringwelding, rotation of the shoulder

(which is in intimate contact withthe upper surfaces of the workpie-ces) and the pin produces frictionalheat, bringing the material to theplastified state. As the tool translatesalong the joint line, plastified materi-al is stirred and forged behind thetrailing face of the pin, where it con-solidates and cools down to formthe solid-state weld. In contrast tofusion welding processes, the solid-state nature of the FSW process re-sults in a much lower distortion andresidual stresses owing to the lowheat input characteristic of the pro-cess. Further advantages of the FSWprocess include: No need for pre-treatment of surfaces, no need forgroove preparation, simple auto-mation and quality control, repro-ducible, high quality properties, noneed for shielding gas or filler wireand absence of fumes, spatter orradiation.

GKSS has pioneered worldwide theuse of robots to produce friction stir welded joints. In this way the advan-tages of the FSW process can be extended to complex componentsand structures increasing therefore,the industrial relevance of the re-search work carried out at GKSS. Inorder to provide the industry withsystem solutions GKSS and NEOSRobotics, Sweden established in1998 the Robotic Friction WeldingApplication and Technology CentreRIFTEC. The main objective of RIF-

TEC is the strategic application ofinnovative friction welding processeswith robots. NEOS provides theknow-how on robot technology andsimulation while GKSS is responsiblefor process development, characteri-sation and assessment of weldedjoints, process monitoring strategiesand systems as well as the develop-ment of industrial applications.

The research work in the field of robo-tic FSW stipulated in GKSS' R&D- P r o-gramme has been focused on the de-velopment of process technology fora number of light alloys (i.e. primarilyMg and Al alloys) and in the compre-hensive characterisation and testing ofthe welded joints thereof. Part of thiswork has been carried out within thescope of research contracts and inEuropean projects (i.e. EuroStir,WAFS and QUALISTIR).

The future research work will beconcentrated on the further develop-ment of process technology for lightalloys through an improved under-standing of the structure-propertiesrelationships (Process-Prepenty-Per-formance, so called 3P-concept) infriction stir welded joints. To achievethis objective the effects of thethermal and deformation processes(controlled by process parameters)taking place during welding on theresulting microstructure (i.e. mecha-nical behaviour) will be systema-tically studied.

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

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Hochenergiemahlen zur Herstellung nanokristallinerWe r kstoffe mit neuartigen Eigenschaften

Das Hochenergiemahlen ist eineneue Fertigungstechnologie zurHerstellung feinststrukturierterPulver aus metallischen oderkeramischen Werkstoffen undVerbundwerkstoffen. Dabeiwerden die Ausgangsstoffe ineiner Mühle kontinuierlich zer-kleinert und miteinander ver-mischt ("mechanisch legiert"),bis die Kristallitgrößen typischeinige Nanometer erreichen (1 nm = 0.000000001 m).

Mit diesen Pulvern lassen sich Bau-teile mit vollkommen neuen Eigen-schaften und Eigenschaftskombina-tionen herstellen. So zeichnen sichnanostrukturierte Werkstoffe durcheine große chemische Reaktivitätaus, die beispielsweise zur Speiche-rung von Wasserstoff für den Auto-mobilantrieb von morgen genutztwerden kann. Weiterhin besitzendiese Materialien eine außergewöhn-liche Härte und Festigkeit bei Raum-temperatur, da eine plastische Ver-formung der nanoskaligen Kristallitekaum mehr möglich ist. Diese extre-men mechanischen Eigenschaftenlassen eine erhebliche Steigerungder Verschleiß- und Abriebfestigkeitvon Verschleißschutzschichten erwar-ten, wie sie beispielsweise für dieBeschichtung von überdurchschnitt-lich beanspruchten Oberflächendringend benötigt werden.

Für die industrielle Anwendung -dieser innovativen Materialien ist esnotwendig, dass das Hochenergie-mahl-Verfahren im Hinblick auf dieHerstellung größerer, über denLabormaßstab hinausgehenden,Pulvermengen qualifiziert wird. Dazuwurde bei GKSS ein neuer Versuchs-stand aufgebaut, der erstmals die Her-stellung nanostrukturierter We r k s t o f f emit einer Mahltechnik in industrie-nahem Maßstab ermöglicht. Mit Hilfesystematischer Parameterstudienwurde zunächst das Mahlverhaltender neuen Mühle charakterisiert undmit bisherigen, im Labormaßstaberzielten Ergebnissen verglichen. Aufdiese Weise wurden optimale Pro-zessparameter ermittelt, mit denen

sich größere Pulvermengen wirt-schaftlich herstellen lassen, unterBeibehaltung der außerordentlichgünstigen Werkstoffeigenschaftendieser neuen nanokristallinenMaterialien.

Auf der Basis der gewonnenenphysikalischen-technologischenKompetenz wurden nanokristallineMagnesium-Verbundwerkstoffe her-gestellt, die für die Produktion einesLeichtbau-Energiespeichers für dasanvisierte wasserstoffbetriebene Au-tomobil von morgen geeignet sind.Erste erfolgreiche Tests von Prototyp-tanks bei unserem IndustriepartnerGfE Metalle und Materialien, Nürn-berg, demonstrieren, dass sich dienanokristallinen Verbundwerkstoffedurch extrem hohe Be- und Ent-ladungsgeschwindigkeiten auszeich-nen. Die Ergebnisse dieser Testsstellen damit einen technologischenDurchbruch bei der Entwicklungeines innovativen Energiespeichersfür das emissionsfreie Automobil dar.

Darüber hinaus werden in einemgemeinsamen Projekt mit der Uni-versität der Bundeswehr neuartigeVerschleiß- und Korrosionsschutz-schichten durch thermisches Spritzen

von nanostrukturierten Metall-Kera-mik-Verbundmaterialien erzeugt.Beim thermischen Spritzen werdenPulverpartikel durch ein Brenngasoder eine Plasmaflamme kurzzeitigerhitzt und teilweise aufgeschmol-zen. Durch eine Gasexpansion in derDüse werden die Partikel auf hoheGeschwindigkeit gebracht und aufdas zu beschichtende Bauteil hinbeschleunigt. Beim Auftreffen aufdas Bauteil haften die Partikel an derBauteiloberfläche und erstarren.Dadurch lassen sich Schichten bis zueinem Millimeter Dicke erzeugen.Thermisch gespritzte Schichten, dieaus bei GKSS entwickelten undhergestellten nanokristallinen Pulvernhergestellt wurden, zeichnen sichdurch eine außergewöhnlich hoheHärte und Verschleißbeständigkeitaus, so dass eine deutlich höhereStandzeit der damit ausgestattetenBauteile und Werkzeuge und da-durch eine erhöhte Wirtschaftlichkeitder Gesamtanlage erwartet wird.

Bei dem thermischen Spritzprozessist neben der Kristallitgröße insbe-sondere die Größe und die Form derPulverpartikel von großer Bedeutung,da diese Eigenschaften das Förderndes Pulvers in dem Gasstrahl, das

Hochenergiemahlen von nanokristallinen Werkstoffen in der Schwingmühle

High-energy milling of nanocrystalline material in the vibrating mill

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homogene Aufschmelzen derPartikel und deren Flugverhaltenbestimmen. Durch die Optimierungverschiedener Mahlparameter ist esGKSS gelungen, nanostrukturiertePulver mit unterschiedlichen Partikel-größen maßgeschneidert herzustel-len. So können die üblicherweise in einem aufwändigen Prozess her-gestellten Verbundpulver für dasthermische Spritzen vergleichsweiseeinfach mit dem Hochenergiemah-len hergestellt werden. Die Einsatz-potentiale hierfür werden in einemEntwicklungsauftrag mit der Industrieweiter untersucht.

Die erfolgreiche Technologieentwick-lung zeigt, dass nanostrukturierteWerkstoffe in großtechnischem Maß-stab wirtschaftlich herstellbar sindund dass damit die Einsatzpotenzialedieser neuartigen Funktions- undStrukturmaterialien für die industrielleAnwendung genutzt werden können.

High-energy milling is a new pro-duction technology to produce fine-structured powder of metallic orceramic materials and composites.The production process is characte-rised by continuously breaking andcold-welding (mechanical alloying) ofthe initial powder particles, until themicrostructure inside the particles ishomogeneous with characteristicdimensions of a few nanometers (1 nm = 0.000000001 m). Com-pared to conventional coarse-struc-tured materials, these nanocrystallinematerials show novel properties andp r o p e rty combinations, which give rise to advanced products.

The high chemical reactivity of na-nocrystalline light metals qualifieslight metal hydrides for hydrogenstorage in the future emission-freeautomobile. Another useful propert yof fine scaled material is the extre-mely high hardness and superiorwear resis-tance, which are for example strongly desired for theprotection coatings of wear-usedp a rt s .

For the industrial application of thisinnovative materials, it is necessary

to produce larger powder quantitieswhile achieving the same good pro-p e rties as on the laboratory scale.To reach this goal, a new test facilitywas installed at GKSS, which allowsthe production of nanocrystallinematerials on an industry-like scalefor the first time. Based on theconducted parameter studies, themilling behaviour of the new millwas characterised and the optimumcombination of process parameterswas determined that guaranteesthe economic production of largepowder quantities with the desiredfavourable propert i e s .

Based on the acquired physical andt e c h n o l o gical expertise, nanocrystal-line magnesium hydride compositesfor prototype light-weight hydrogenstorage tanks were produced, whichare envisioned as energy supply forthe fuel-cell powered emission-freevehicles of tomorrow. The nano-scaled microstructure leads toexceptionally fast charging and dis-c h a r ging of the tanks, which are essential requirements for applica-tion. The prototype tanks weresuccessfully tested by our industrialp a rtner GfE Metals and Materials in

Nuremberg, Germany, and repre-sent a technological break-throughin the field of hydrogen storage.

A d d i t i o n a l l y, novel wear and corrosionresistant coatings were produced with in the framework of a coopera-tion with the University of theFederal Armed Forces and powderindustry, using thermal spraying tech-niques with nanocrystalline powderfeedstocks. During the sprayingprocess, the nanocrystalline powderparticles are injected into a plasmaor combustion gun and acceleratedonto a substrate. The large mechani-cal impact onto the substrate andpartial melting guarantee the forma-tion of a dense solid coating up toone millimetre thickness. Testsevidence the superior hardness andwear resistance of these coatingsfrom nanocrystalline powders, whichenhance lifetime and thus economyof the respective tools.

The successful large-scale productionof nanocrystalline materials at GKSSallows for the exploitation of thefavourable superior properties of thisnew class of materials, leading tonovel and advanced products.

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

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Thermisches Spritzen von nanokristallinen Metallpulvern in der Plasmaflamme

Thermal spraying of nanocrystalline metal powder in the plasma jet

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Die Entwicklung einer n e u a rtigen Herzklappenprothese

Etwa 12.000 Menschen benöti-gen allein in Deutschland jähr-lich eine Herzklappenprothese,da eine der eigenen natürlichenHerzklappen infolge krankhafterVeränderungen Funktionsstörun-gen aufweist. Sowohl für biolo-gische als auch mechanischeHerzklappenimplantate bestehtnoch hinsichtlich Verträglichkeitund Funktionalität ein erhebli-cher Forschungsbedarf. GKSS be-teiligt sich mit neuen Werkstof-fen und Herstellungstechnikenzusammen mit weiteren Part-nern an einer zukunftsweisen-den Implantatentwicklung derFirma Tricumed Medizintechnik.

Insgesamt vier Herzklappen, die alsR ü c k s c h l a gventil arbeiten, stellen immenschlichen Herzen die Strömungs-richtung des Blutes sicher und garan-tieren damit, dass das Herz als Pumpewirksam arbeiten kann. Seit den sech-ziger Jahren werden Herzklappenpro-thesen erf o l greich implantiert. Derzeitgibt es verschiedene Varianten biolo-gischer und mechanischer Prothesen.Bei den biologischen Ersatzherzklap-pen handelt es sich vorwiegend ump r ä p a r i e rte Klappen von Schweinenund Rindern. Sie haben relativ guteStrömungseigenschaften verbundenmit guter Blutverträglichkeit, sie neigenjedoch zu vorzeitigem Verschleiß, sodass deren Ausfallrate bereits nach 5 - 8 Jahren stark ansteigt. Die me-chanischen Klappen bestehen ausanorganischem Material, zumeist ausp y r o l ytischem Ko h l e n s t o f f. Sie habenoft ein schlechteres Strömungsverhal-ten, eine schlechtere Materialvert r ä g-lichkeit, sind aber robuster im Ve r-gleich zu ihren biologischen Pe n d a n t s .

Das ungünstigere Strömungsver-halten kann in Verbindung mit dergeringeren Materialverträglichkeit zurBildung von Blutgerinseln führen.Träger von mechanischen Herz-klappenprothesen sind auf blutgerin-nungshemmende Medikamenteangewiesen, die insbesondere zuschwer stillbaren und damit gefähr-lichen inneren und äußeren Blutun-gen führen können.

Die Firma Tricumed Medizintechnik,Kiel, hat eine neuartige Form einerHerzklappenprothese speziell fürA o rtenklappenersatz entwickelt, die inVe rträglichkeit und Funktion die bis-herigen mechanischen Prothesendeutlich übertreffen soll. Das neuart i-ge Design ist der natürlichen Aort e n-klappe nachempfunden. Die Prothesebesteht aus einem äußeren Ring vomDurchmesser etwas größer als einEhering. Anders als bei den bisherigenKlappen ist der Ring jedoch nichteben, sondern geschwungen und da-mit der Einbauposition im Herzen vielbesser angepasst. Genauso, wie beider natürlichen Klappe gibt es dreiFlügel, die im Inneren des Ringesbeweglich angeordnet sind. Im Unter-schied zu den bisherigen mechani-schen Klappen wird beim Öffnen derFlügel in der Hauptströmung in derMitte des Ringes eine große Flächefreigegeben, durch die das Blut danngleichmäßig ohne starke Ve r w i r b e l u n gund Schädigung hindurchfließen kann.

Die neuartige Herzklappe zu ent-wickeln ist eine sehr komplexe Auf-gabe, die gemeinsam von den Pro-jektpartnern Tricumed Medizintech-nik, Kiel; G K S S - Fo r s c h u n g s z e n t r u mG e e sthacht G m b H; Leistritz AG,Nürnberg; Fraunhofer Institut IFAM,Bremen; Bioservice, München undder Angewandten Physik der Univer-sität Kiel gelöst werden soll. DieGKSS-Aufgaben beziehen sich dabeivorwiegend auf die Auswahl des Ma-terials, der Entwicklung der Herstel-lungstechnik und der mechanischenPrüfung der Herzklappenprothese.

Die neue Herzklappe soll mindes-tens 30 Jahre funktionieren, wobeisich die Flügel ca. 60 mal pro Minu-te öffnen und schließen. Dies stelltenorme Anforderungen an dieDauerfestigkeit des Materials. Zudembewegen sich die Flügel in Lagern,so dass auch deren Verschleißbean-spruchung auf Dauer sehr groß ist.Neben den Anforderungen an das

Die neuartige Herzklappenprothese im Strömungsversuchsstand

The novel artificial heart valve in a flow test rig

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mechanische Verhalten ist aber dieForderung der Körperverträglichkeitan das verwendete Material mindes-tens ebenso wichtig. Als Werkstoffbietet sich eine Titanlegierung miteiner Oberflächenbeschichtung an.

Zwar hat Titan bestechende Eigen-schaften im Hinblick auf das Anfor-derungsprofil, aber die Bearbeitungvon Titan ist anspruchsvoll und teuer.Um mit den bestehenden Herzklap-penprothesen konkurrieren zu kön-nen, musste daher eine kostengüns-tige Herstellungstechnik entwickeltwerden. Die Lösung heißt Metallpul-verspritzguss. Hierbei wird ein sehrfeines Titanpulver mit einer wachs-artigen Substanz verknetet. Bei etwaserhöhter Temperatur kann dieseMasse auf herkömmlichen Spritz-gussmaschinen in die Form einesBauteils - hier Herzklappenring undFlügel - gespritzt werden. Nach demErkalten wird das Bauteil der Formentnommen. In einer speziellen Pro-zedur wird die wachsartige Substanzherausgelöst, und durch eine Wär-mebehandlung bei hohen Tempera-turen verbackt das Titanpulver zueinem kompakten Bauteil. Auf dieseWeise lassen sich komplette Bauteilemit komplizierter Form kosten-günstig herstellen.

GKSS hat seit vielen Jahren Erfah-rung in der Herstellung und Verarbei-tung von reinen und feinen Titan-legierungspulvern. So war es dannein logischer Schritt, auch das fürdas Titan neuartige Verfahren desMetallpulverspritzgusses - gemein-sam mit dem IFAM - zu entwickeln.

Zudem besitzt GKSS das erforder-liche Know-how und die Prüfmaschi-nen zur Bestimmung mechanischerEigenschaften von Titanlegierungen.

Unter der Federführung von Tricu-med ist das Projekt jetzt so weit fort-geschritten, dass Funktionsmusterder neuartigen Herzklappenprothesevorliegen. Erste Tests in speziellenStrömungsversuchsständen amInstitut für Angewandte Physik derUniversität Kiel bestätigten das ange-strebte sehr gute Strömungsverhal-ten. Auch alle bisher durchgeführtenmechanischen Tests und Biokompa-tibilitätsuntersuchungen zeigten fürdie Anwendung zufriedenstellendeErgebnisse.

Computergenerierte Zeichnung der neuartigendreiflügeligen Herzklappenprothese

Computer drawing of the novel heart valve prosthesis

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

About 12 000 human heart valvesare replaced each year in Germanywith biological or mechanicalprostheses. In gerneral, the biologicalreplacements are well tolerated, buttheir durability is only about 5 years.This is higher for mechanicalprostheses, however, their hemo-compatibility needs to be improved.

Tricumed Medizintechnik, Kiel, hasdeveloped a heart valve replace-ment of novel design, which is as

close as possible to that of a naturalaortic heart valve. The prosthesisconsists of three occluders inside asupport ring. The novel design andthe use of a Titanium alloy shouldguarantee a duration of 30 yearsand an excellent hemocompatibility.

In the frame of a project with severalpartners, the prosthesis is currentlyunder development. GKSS isresponsible for selection of the alloy,manufacturing technique and

mechanical testing of the com-ponent. For production of the heartvalve metal injection moulding hasbeen adapted for Titanium alloys.

First demonstration components arenow available. The results ofmechanical and biocompatibilitytests are very promising with respectto the goal of developing animproved mechanical heart valveprosthesis.

Einblick in das menschliche HerzScheme of the human heart

S u m m a r y

Mitralklappe

Aortenbogen

Tricuspidalklappe

Zur Lunge Zur Lunge

Aus der Lunge

Pulmonalklappe

Rechte Herzhälfte Linke Herzhälfte

Aortaklappe

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Fa c h ü b e r greifend zwischen den Diszi-plinen Physik, Chemie und Te c h n i kgehören die umweltfreundlichen Tr e n n -und Umwelttechniken mit Hilfe vonMembranen zum High-Te c h - B e r e i c hmit zunehmender wirtschaftlicher Be-deutung. Viele Stofftrennungsprobleme,wie die Abwasseraufbereitung, dieWe rtstoffanreicherung, die Dämpferück-gewinnung oder die Erdgasaufberei-tung, können mit der Membrantechnikgelöst werden. Die chemisch-techni-sche Komponente der Forschung wirddurch eine biologisch-technische Ko m-ponente ergänzt und stimuliert dieEntwicklung neuer biokompatiblerWerkstoffe als Träger spezifischer Fu n k-tionen (Biomaterial) und ihre Anwen-dung in Ve rfahren der Herstellung, desTr a n s p o rtes und der Isolierung vonStoffen (Bioprozesstechnik) im Be-reich der Medizintechnik und im wei-teren Sinne innerhalb fort g e s c h r i t t e n e rB i o -Te c h n o l o gi e n .

Ziel der GKSS-Membranforschung inGeesthacht und Teltow ist die Ent-wicklung von Membranen für Tr e n n-v e rfahren in Umwelttechnik, Energi e-

wandlung, Biotechnik, Proz e s s t e c h n i kund Medizin. GKSS-Entwicklungen,unter anderem 12 neue Patente alleinim Jahr 2000, haben in den letztenJahren wesentliche Beiträge zur Stoff-trennung in der Lebensmittelindustrie,mit lösemittelbeständigen Membranenund zur Aufbereitung von Abgasenund Prozessgasen im produktionsinte-gr i e rten Umweltschutz geleistet.Gerade bei der Proz e s s g a s b e h a n d l u n gsind hochselektive Membranen ge-f r a gt. Untersuchungen zum Tr a n s p o rtmit Hilfe von Carriern sind dabei echteVorlaufforschung. Die Lösungsansätzefür neue Anwendungen – gemeinsammit in- und ausländischen Partnernwerden in 24 Lizenzverträgen Inno-vationen geprüft - beschränken sichdabei nicht auf Teilprobleme, son-dern reichen von der molekularenModellierung von Funktionswerkstof-fen für Membranen bis zur fertigenPilotanlage.

Neue, umweltrelevante technologi-sche Entwicklungsarbeiten bei GKSSkonzentrieren sich auf die Dekonta-mination von Feststoffen und die

Sanierung von Seen. Durch enge Zu-sammenarbeit mit dem Forschungs-schwerpunkt Umweltforschung undexternen Partnern, z.B. dem Umwelt-forschungszentrum Leipzig-Halle, wares möglich, die ingenieurtechnischenVoraussetzungen für die Sanierungvon eutrophierten Gewässern zuschaffen.

Die Vorhaben und Projekte unsererForschungen decken das Spektrumvon Grundlagenforschung – hier Mo-dellierung und Werkstoffentwicklung– bis hin zur Anwendung ab. DieBündelung der Kenntnisse von Tech-nologie und Anwendung aller Betei-ligten trägt dazu bei, Entwicklungennoch effizienter und schneller in diePraxis überzuleiten. Durch interdis-ziplinäre, in diesem Forschungs-schwerpunkt betonte Verflechtungvon natur- und ingenieurwissen-schaftlicher Forschung, leistet GKSSeinen innovativen Beitrag zur Vorsor-geforschung durch zukunftsorientier-te Techniken und versucht durchengen Kontakt mit der Industrie, dieAnwendung zu beschleunigen.

Separation and environmental techno-l o gies that make use of membranesare high-tech applications that are ha-ving an ever greater economic impact.These technologies unite physics withchemistry and engineering. Many pro-blems associated with separatingmaterials — such as waste water treat-ment, valuable substance enrichment,steam recovery and natural gas pro-cessing — can be solved using mem-brane technology. Chemical-technicalcomponents in research are beingenhanced by bio-technical elements,thereby stimulating the developmentof new bio-compatible materials forspecific functions (bio-materials) aswell as their application in manufac-turing, transport and materials isolation(bio-process technology) in the medi-cal field and advanced bio-technologyp r o c e s s e s .The goal of membrane research con-ducted by GKSS in Geesthacht andTeltow is to develop membranes forseparation processes in environmentalt e c h n o l o gy, energy conversion, bio-

t e c h n o l o gy, process technology, andmedicine. Over the last few years, thesuccesses achieved by GKSS, inclu-ding 12 new patents in 2000 alone,have made an important contributionto materials separation in the food in-d u s t r y, solution-resistant membranes,and the treatment of exhaust gasesand process gases for environmentalprotection at manufacturing plants. Highly-selective membranes are inp a rticular demand for process gas treatment, while studies on transportwith the help of carriers represent truepioneering research. The solutions fornew applications (innovations arebeing reviewed together with dome-stic and international partners in 24licensing contracts) are not limited toa few problems but instead rangefrom molecular modeling of functionalmaterials for membranes all the wayto finished pilot facilities.

N e w, environmentally-relevant techno-l o gical developments at GKSS focuson the decontamination of solid waste

and the cleaning of lakes. Close co-operation with the Environmental Re-search department and external part-ners such as the Leipzig-Halle Environ-mental Research Center made itpossible to establish the engi n e e r i n grequirements for the decontaminationof eutrophic waters.The goals and projects of our researchactivities cover the spectrum frombasic research (in this case modelingand materials development) all way toapplications. By combining the know-ledge of technology and applicationspossessed by all participants, it hasbecome possible to put new develop-ments into practice even more quicklyand efficiently. With such interdiscipli-nary relationships between natural ande n gineering sciences in this researchfield, GKSS is making an innovativecontribution to preventive researchthrough pioneering technologies. Atthe same time, it is maintaining closecontact with industry in an attempt toaccelerate the development of thesea p p l i c a t i o n s .

Membranen in der ProzesstechnikMembranes in Process Te c h n o l o g y

Ü b e r b l i c k

O v e r v i e w

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Nicht oberflächliche Betrachtungen zur Oberfläche von Polymermembranen

Das Leben in der uns bekannte nForm ist vom ersten Moment sei-ner Existenz untrennbar mit demBegriff Membran verbunden. Diek l e i n s te Einheit einer Lebensformund gleichzeitig das Grundele-ment allen Lebens, die Zelle wirdvon einer Membran umgeben, dieihr Schutz bietet, den Stofftrans-p o rt erledigt und als Kommunika-t i o n s s c h n i t t s telle dient. Die auss p e z i a l i s i e rten Zellen gebildete nOrgane vermögen komplexeAufgaben wahrzunehmen.

Zum Beispiel die Lunge einesMenschen: mit einer inneren Ober-fläche von 70 Quadratmetern stelltsie sicher, dass immer genügendSauerstoff in unser Blut kommt unddass bei der Nährstoffverbrennungentstandenes Ko h l e n d i o x i da b g e f ü h rt wird.

Barrierefunktion und Stofftransport ,wesentliche Funktionen der Zell-membran, sind Eigenschaften, dieauch in technischen Prozessen einegroße Rolle spielen. Mit synthe-tischen Membranen ist es möglich,diese Funktionen in stark verein-fachter Form nachzubilden. So wirdin der Herz-Lungenmaschine einMembranmodul für den Gasaus-tausch des Blutes eingesetzt. Fü rdie Blutwäsche mit der "künstlichenNiere" ist die Membran gleichfallsseit langem Stand der Te c h n i k .

Aber auch in der Industrie hat dieMembran mittlerweile einen festenPlatz erobert. Hier findet sie in derReinigung von Flüssigkeiten, derTrennung von Gasen und in derAufarbeitung von AbwässernVerwendung.

Die Eigenschaften dieser Membra-nen werden in hohem Maße durchderen Oberfläche bestimmt. Po r e n-membranen finden Verwendung alsF i l t r a t i o n s v e rfahren, hier wird dasTrennverhalten durch die Po r e n-dimensionen und die We c h s e l w i r-kung der Membranoberfläche mitdem zu trennenden Stoffgemischbestimmt.

Porenfreie Membranen, wie sie inder Gastrennung eingesetzt wer-den, sind häufig als Komposite auseiner außerordentlich dünnenporenfreien Polymerschicht alstrennaktiver Bereich und einerPorenmembran als Support aufge-baut. Auch bei diesen Membranenspielt die Morphologie der Stütz-struktur eine wesentliche Rolle. DieHäufigkeit und Größe der Poren inder Trägermembran entscheidetüber die Beschichtbarkeit und be-einflusst zusammen mit der Dickeder porenfreien Po l y m e r s c h i c h tden Gesamtwiderstand der Ko m-p o s i t m e m b r a n .

Die Morphologie der dünnenSchwämmen ähnelnden Tr ä g e r-membranen bestimmt zusammen

mit den mechanischen Eigenschaf-ten des verwendeten Po l y m e r sauch die mechanische Belastbar-keit des Membrans.

Um all diese morphologi s c h e nEigenschaften zu visualisieren, hatsich das Rasterelektronenmikro-skop als das am besten geeigneteInstrument erwiesen. Nicht nurdie Oberfläche, sondern auch dieElemente, aus denen das Untersu-chungsobjekt zusammengesetzt ist,lassen sich mit dem Rasterelektro-nenmikroskop bestimmen. So wirddie Rasterelektronenmikroskopie zueiner wichtigen Methode für dieEntwicklung neuer Membranen.

Die Idee, die dem Rasterelektronen-mikroskop zugrunde liegt, geht auf

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

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

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Arbeiten von Max Knoll und ErnstRuska im Hochspannungsinstitutder TU Berlin zurück. Das erste,dem heutigen Rasterelektronen-mikroskop entsprechende Gerätwurde 1942 bei der Radio Cor-poration of Amerika von Vl a d i m i rZworykin, James Hillier und Ge-rald Snyder vorgestellt. Die Auf-lösung wurde bereits mit 50 nma n g e g e b e n .

Das erste kommerzielle Raster-elektronenmikroskop brachte1964 Cambridge Instruments aufden Markt. Mit den besten der-zeit auf dem Markt verf ü g b a r e nMikroskopen lassen sich Auf-lösungen von 0,7 bis 1,2 nm beieiner optimal präparierten Probeerzielen.

Für die Abbildung im Rasterelek-tronenmikroskop wird die Proben-o b e rfläche mit einem scharf ge-bündelten Elektronenstrahl abge-tastet. Die im Licht der Elektro-nen dargestellte Probe kann jenach Bildgebungsverfahren undPräparationsmethode ein ganzesBündel an Informationen vermit-teln. Wir nutzen für die Abbildungund die Analyse unserer Probendrei Signale, die wir mit spez i f i-schen Detektoren auffangen undweiter verarbeiten.

1. Sekundärelektronen:

Für die Abbildung von Oberflächenbei höchst möglicher Auflösungnutzen wir Elektronen, die durcheinen inelastischen Streuprozess

des Elektronenstrahls mit derProbe entstehen. Die seitlich aus-gerichtete Position des Sekundär-elektronendetektors vermittelt denEindruck einer von der Seite be-leuchteten Probe mit Lichtern und

Membranen in der Herz-Lungenmaschine versorgen Patienten mit dem lebensnotwendigen Sauerstoff undentfernen das Atemgas CO

2aus dem Blut.

Membranes in a heart-lung machine regulate the oxygen content and remove the carbon dioxide in thepatients blood.

Membranen in der ProzesstechnikMembranes in Process Te c h n o l o g y

Die Qualität der Untersuchungsergebnisse hängt stark von der vorhergehendenPräparation ab. Um Kondensation von Wasserdampf auf der kalten Bruchflächezu vermeiden, wird bei empfindlichen Proben die Präparation unter trockenemStickstoff durchgeführt.

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

Das Rasterelektronenmikroskop ist ein leistungsfähiges Werkzeug zur Untersu-chung von Membranproben. Es ermöglicht hoch aufgelöste Bilder der Ober-fläche und des Querschnittes sowie Informationen über die Materialzusammen-setzung und Verteilung der untersuchten Membranen.

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

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Schatten. Dabei erscheinen demDetektor zugeneigte Flächen hellerals Flächen, die zu der Detektorabgewandten Seite geneigt sind.Aber auch die Rauigkeit, die Orien-tierung bei kristallinen Materialienund die Stoffzusammensetzungspielen eine Rolle bei der Kontrast-entstehung im Sekundärelektro-nenbild. Die niedrige Energie derSekundärelektronen von 2 – 5 eVermöglicht eine hoch aufgelösteAbbildung der Oberfläche, da nurdie Elektronen, die unmittelbar ander Oberfläche entstanden sind,zum Detektor gelangen können.

2. Rückstreuelektronen:

Rückstreuelektronen entstehen beielastischer Streuung des Primär-elektronenstrahls im Probenmate-rial. Stellt man die Probe mit Hilfeeines Rückstreuelektronendetek-tors dar, so verschwinden die imSekundärelektronenbild sichtbarenOberflächendetails, und es lassensich Elemente verschiedenerOrdnungszahlen unterscheiden.

Schwere Elemente erscheinen imRückstreuelektronenbild heller alsleichte Elemente. Die Energie derRückstreuelektronen ist deutlichhöher als die der Sekundärelek-tronen, sie reicht bis hin zu der desanregenden Elektronenstrahls. DasRückstreuelektronenbild ist somitimmer das Abbild eines ober-flächennahen Vo l u m e n s e g m e n t s .Mit wachsender Beschleuni-

gungsspannung wird die ange-r e gte Schicht immer dicker unddie Ortsauflösung geringer. Solassen sich auch Objekte unter-halb der Oberfläche lokalisieren,sie erscheinen jedoch nur un-s c h a rf, da der Elektronenstrahlbeim Eindringen in die Probea u f g e f ä c h e rt wird.

3. Röntgenstrahlung:

Trifft der energiereiche Primär-elektronenstrahl auf die Materieder Probe, so wird auch Rönt-genstrahlung frei. Möchte maneine präzise Information über

die Materialzusammensetzungund Ve rteilung, so ist das mitHilfe eines Detektors für die vonder Probe emittierte Röntgen-strahlung möglich. Dabei nutztman die für jedes Element typi-sche charakteristische Röntgen-strahlung, die von dem vomPrimärelektronenstrahl angereg-ten Volumen ausgeht. Mit einemHalbleiterdetektor lassen sichso die Elemente des Pe r i o d e n-systems ab Bor in der Probenachweisen. Für die Unter-suchung von Membranen istdieses Ve rfahren insbesonderefür die Lokalisierung von Stoffen

Das Sekundärelektronenbild einer Amalgamfüllung zeigt deutlich die Ober-flächenstruktur der Probe.

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

Das Rückstreuelektronenbild, hier sind die Elemente der Legierung unterschied-lich hell zu erkennen.

Elements with different atomic numbers are observed in different brightness utili-zing the backscattered electrons.

Das Verteilungsbild für die Elemente Quecksilber, Silber, Zinn und Kupfer, aufgenommen mit dem Röntgendetektor

Mapping of mercury, silver, tin and copper, investigated with the x-ray detector

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interessant, die zur Fu n k t i o n a-lisierung der Membran einge-bracht wurden.

Als Beispiel für verschiedeneKontraste ist die Oberfläche einerAmalgamprobe abgebildet. An dieserProbe lässt sich beispielhaft die mitden entsprechenden Detektorengewonnene Information demonstrie-ren. Die Anregungsbedingungen, dasheißt Beschleunigungsspannung undS t r a h l s t r o m, waren für alle drei Ab-bildungen gleich (20 kV, 6*10 - 11 A).Wie bei allen Methoden der Mi-kroskopie ist auch in der Raster-elektronenmikroskopie das Ergeb-nis der Arbeit von der Qualitätder Präparation abhängig. Zuroptimalen Darstellung von Mem-branen bei hoher Auflösung wares erforderlich, die Präparations-methoden auf die spez i f i s c h e nEigenschaften der Proben abz u-stimmen. Ziel einer jeden Präpa-rationsmethode ist, die zu unter-suchende Struktur so zu konditio-nieren, dass sie mit der erf o r d e r-lichen Abbildungsmethode unter-sucht werden kann, ohne durchdie Präparation oder während derBearbeitung im Mikroskop eineerkennbare Veränderung zu erf a h-ren. Die wesentlichen Schritteeiner Präparation umfassen: frei-stellen und stabilisieren der Struk-t u r, entgasen der Probe und beiden üblicherweise nicht leitendenPolymerproben eine leitfähigeBeschichtung.

Die klassische Methode zur leitfähi-gen Beschichtung von REM-Probenist das Magnetronsputterverfahren.Vergleichende Untersuchungenhaben jedoch gezeigt, dass insbe-sondere die feinstrukturierten Ober-flächen poröser Membranen durchdie Belastung während des Sputter-verfahrens signifikant verändert wer-den. Die Ursachen für diese Verän-derung sind sowohl auf eine thermi-sche Belastung als auch auf Verän-

derungen der Polymereigenschaftendurch den Einfluss geladener Teil-chen des Plasmas zurückzuführen.

Es konnte gezeigt werden, dass derEinsatz einer Neutralteilchenquelleund eine Flüssigstickstoffkühlung derProbe während des Beschichtungs-vorgangs geeignet sind, eine leitfähigeBeschichtung ohne eine im Raster-elektronenmikroskop nachweisbareVeränderung der Probenoberfläche

Membranen in der ProzesstechnikMembranes in Process Te c h n o l o g y

Drei Beispiele von Membranen, hergestellt aus unterschiedlichen Polymeren und drei Abbildungen der Porenoberfläche typischer Membranproben

Examples of three membranes, made of different materials and three porous surfaces of typical membranes

An Tankstellen schützen Membranen den Menschen vor schädlichen Benzindämpfen und helfen Treibstoff zu sparen.

At the gas station membranes protect men against harmful evaporants and help saving fuel.

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zu erzeugen. Bei der Neutralteilchen-quelle handelt es sich um einSputterverfahren, bei dem dasPlasma in einem, mit einer kleinenBlende abgeschlossenen Volumenbrennt. Die Metallteilchen undgeladene Teilchen des Plasmastreten durch diese Blende aus undpassieren ein starkes elektrischesFeld, das nur die neutralen Metall-atome, die zur Beschichtung der Pro-be benötigt werden, passieren lässt.

Präparation bei Flüssigstickstoffgekühlter Probe unter konsequenterAbschirmung der Probe vor demPlasma ermöglichen es, Membran-oberflächen ohne die sonst üblichenPräparationsartefakte leitfähig zubeschichten und so die elektronen-optische Abbildungsleistung desRasterelektronenmikroskopes optimalzu nutzen.

Die analytischen Fähigkeiten undeine speziell auf diesen Probentypoptimierte Präparationsmethode sinddie Basis für eine Untersuchungsme-thode von Membranenquerschnittenund Elementenanalyse zur Lokalisie-rung eingelagerter Metallsalze.Carriermembranen zur Trennung vonOlefin-Paraffin-Gemischen bestehenaus einem in Polymer eingelagerten,stark hygroskopischen Silbersalz. Die

Verteilung des Silbersalzes im Poly-mer, die Dicke der trennaktivenSchicht, die Qualität der Oberf l ä c h e n-passivierung und die Eindringtiefedes Beschichtungsmaterials in denTräger waren die wesentlichen Fra-gestellungen für die Untersuchungam Rasterelektronenmikroskop.Dafür wurde eine Untersuchungs-methode entwickelt, die es ermög-licht, die Verteilung von im Polymereingelagerten Metallverbindungen zubestimmen. Die Methode beinhaltetein modifiziertes Gefrierbruchverfah-ren, die leitfähige Beschichtung mitKohlenstoff und für die Abbildungund Analyse eine externe Steuerungdes Rasterelekt r o n e n m i k r o s k o p e s .Die klassische Präparationsmetho-de zur Darstellung eines Membran-querschnittes ist das Gefrierbruch-v e rfahren. Hierbei wird die Probe inflüssigem Stickstoff abgekühlt. DasPolymer wird dabei sprödhart undlässt sich dann leicht brechen.Diese Methode führt jedoch beider Präparation der Silbersalz be-ladenen Carriermembranen zudeutlichen Artefakten auf der zuuntersuchenden Oberfläche. Dasim Polymer gelöste Silbersalz iststark hygroskopisch, so dass die aufder kalten Probe kondensierte Luft-feuchte ein Ausbluten des Salzesverursacht. Nach Erwärmung der

Probe findetdann eineR e k r i s t a l l i s a t i o ndes im Ko n d e n s-wasser gelöstenSalzes auf derf r e i g e s t e l l t e nO b e rfläche statt.

Für die Präpara-tion hygr o s k o p i-scher Membran-proben wurdedaher ein Kryo-b r u c h v e rf a h r e nentwickelt, dasP r ä p a r a t i o n s a rt e-fakte durch Ko n-densation vonLuftfeuchte aufder kalten Bruch-fläche vermeidet.Dabei werdensämtliche Arbeits-schritte, die beitiefer Te m p e r a t u r

der Probe erfolgen, unter Schutzgasa u s g e f ü h rt.

Die Schwammstruktur der Membranund das nur aus leichten Elementenzusammengesetzte Probenmaterialführen bei hoher Beschleunigungs-spannung schnell zu einem gr o ß e na n g e r e gten Volumen und damit zueiner signifikanten Verringerung derO rtsauflösung. Um eine ausreichen-de Auflösung für die Abbildung imRE-Bild und bei der Röntgenanalysezu erzielen, muss daher die Be-schleunigungsspannung so niedrigwie möglich gehalten werden. Damitscheidet die leitfähige Beschichtungmit Gold-Palladium, wie sie für dieAbbildung im SE-Kontrast eingesetztwird, aus. Um bei niedrigst mögli-cher Beschleunigungsspannung unddaraus folgend mit höchstmöglicherO rtsauflösung arbeiten zu können,werden die Proben für die Abbil-dung im RE-Bild und für Röntgen-analyse im Elektronenstrahlbedamp-f u n g s v e rfahren mit Ko h l e n s t o f fbeschichtet. In Kohlenstoff ist dieReichweite der Elektronen deutlichgrößer und die Abschirmwirkung fürdie entstehende Röntgenstrahlungg e r i n g e r. Thermisch sensitive Probenkönnen zusätzlich mit flüssigemStickstoff gekühlt werden.

Die schon erwähnten Probeneigen-schaften, geringe Dichte und Zusam-mensetzung aus leichten Elementen,ergeben ein sehr schwachesRöntgensignal. Es ist daher für einegenaue Messung notwendig, denElektronenstrahl gezielt Punkt fürPunkt über die Probe zu führen. Dasist jedoch mit der Strahlsteuerung desRasterelektronenmikroskops nichtmöglich. Für eine ausreichendeFlexibilität bei der Wahl der Scan-parameter und eine entsprechendangepasste Datenerfassung wurdedaher eine externe Steuerung desRasterlektronenmikroskops eingesetzt.

Die externe Strahlsteuerung ermög-licht die gleichzeitige Erfassung meh-rerer Kanäle des Röntgendetektorsund der Bild erzeugenden Detekto-ren. So kann die Messzeit für die ein-zelnen Rasterpunkte optimal auf dieProbenbeschaffenheit abgestimmtwerden. Mit diesem Ve rfahren sindnur zwei Scans für ein Rückstreuelek-

Carrier MembranSilver-carrier membrane

In trockenem Stickstoffgas getrockneter Carrier Membran

Membrane, fractured under dry nitrogene. BSE-image and line-scan of Si, Ag and Cl.

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tronenbild und die Lokalisierung vonbis zu vier Elementen im Linescan-v e rfahren erforderlich.

Auch für die zweidimensionale Dar-stellung der Elementenverteilung, derMapping, lassen sich mit der externenStrahlsteuerung Rasterweite undVerweildauer des Elektronenstrahlsfür jeden Messpunkt exakt steuernund so auch bei geringen Zählratenv e r w e rtbare Ergebnisse erzielen. Dero rt s b ezogene Ko n z e n t r a t i o n s v e r l a u fz e i gt im Linescan für die Elemente Si,Ag, und Cl farbig über ein Rückstreu-elektronenbild gelegt. Die grüne Liniekennzeichnet den Verlauf des Elektro-nenstrahls. Das Siliziumsignal iden-t i f i z i e rt die zusätzlich aufgebrachteSilikonschicht, die Ag- und Cl-Linienzeigen die Konzentration und denU m s e t z u n g s grad des aus Silberchloridgebildeten Carriermaterials.Die Gefrierbruchmethode führt unternormalen Bedingungen zu einerKondensation von Luftfeuchtigkeitund Rekristallisation des heraus-gelösten Salzes auf der Probenober-fläche. Die Präparation unter Schutz-gas verhindert diese Ko n d e n s a t i o n .Auf der nun sauberen Bruchflächekann die Ve rteilung des Silbers überdie Membran gemessen werden.

Die Kombination aus Abbildung beihöchster Auflösung und ort s b ez o g e n e rAnalyse macht aus dem Rasterelektro-nenmikroskop ein leistungsfähigesWerkzeug zur Steuerung von Struktu-ren, die in ihrer Ausdehnung oft nurden Bruchteil der Wellenlänge desLichtes ausmachen. Dem Entwicklerist es mit den so gewonnenen Datenmöglich, seine Membran optimal auf

die vorgesehene Trennaufgabe abz u-stimmen. Als Instrument zur Qualitäts-kontrolle kann das Rasterelektronen-mikroskop mit dazu beisteuern, dassVeränderungen der Morphologie oderder Zusammensetzung schnell auf-gedeckt werden.

Sollte einmal eine Membran ihrenDienst versagen, so ist das Licht dess c h a rf gebündelten Elektronenstrahlsein zuverlässiger Helfer bei der Suchenach der Schadensursache. Besonders

bei der Membranentwicklung nutzenC h e m i k e r, Physiker und Ingenieure dieRasterelektronenmikroskopie. Dabeihilft ihnen nicht nur die unserenSehgewohnheiten entsprechende unddeshalb besonders ergonomischeDarstellung der Sekundärelektronen-bilder sondern auch die Möglichkeit,g ezielte Veränderungen sicher nach-zuweisen. So manches Patent ziert heute eineim Rasterelektronenmikroskop ent-standene Abbildung.

Membranen in der ProzesstechnikMembranes in Process Te c h n o l o g y

The Surface and bulk morphology ofthe different membrane layers aswell as their composition determinetheir separation capabilities intechnical applications.

The investigation with the scanningelectron microscope results in highresolved pictures of surface andcross section and information ofmaterial composition and distribution

by means of x-ray analysis. To avoidpreparation artifacts in the scale ofnanometers, the preparationmethods have to be speciallyadapted to the physical properties ofthe membrane material. Visualizationwith high resolution and minimizedrisk of structural changing during thepreparation are the result of thepreparation methods developed atGKSS. Element specific images in

the back scattering electron modeand x-ray microanalysis giveadditional information oncomposition and elementdistribution. This is a importantinformation for the investigation ofcomplex structured membranes likecarrier membranes or catalyticmembranes which containsfunctional metallic compounds.

S u m m a r y

Blick in das Innere der Neutralteilchenquelle.

A view inside the penning sputter coater.

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Vom La bor zum großtechnischen Einsatz – Sanierung schwefelsaurer Bergbaurestseen

Es scheint auf den ersten Blickvielversprechend: Die im OstenDeutschlands liegenden zahlrei-chen Bergbaurestseen und Ab-raumhalden des Braunkohleta-gebaus werden renaturiert, undschon bald entsteht eine idylli-sche Seenlandschaft. Doch dieRealität sieht anders aus. Vieledieser Gewässer lassen wederdie Entwicklung einer natürli-chen Artenvielfalt zu, noch sindsie für Fischerei oder garBadebetrieb geeignet. Sie sindschwefelsäurehaltig und mit ei-nem pH-Wert zwischen 2,6 und2,9 biologisch nahezu tot. EinHGF-Strategiefondsprojekt setzthier an und zeigt erste Erfolge.

Wissenschaftliche Studien habengezeigt, dass der natürliche Selbst-reinigungsprozess dieser Gewässerviele Jahrzehnte benötigen würde. Es ist jedoch möglich, und das ha-ben Laborversuche bereits bestätigt,mit Hilfe biotechnologischer Verfah-ren, unter Einsatz von Mikroorganis-men, diesen Reinigungsprozesserheblich zu beschleunigen. Vomersten Laborversuch bis zum realenEinsatz in den Bergbaurestseen ist esjedoch ein weiter Weg. Unter Beteili-gung von fünf HGF-Zentren werdendiese Laborversuche jetzt im groß-technischen Maßstab umgesetzt. Die

Versuche finden in einem Restlochnahe Plessa in der Lausitz statt. DerSee hat ein Volumen von 500.000 m3,der Sulfatgehalt beträgt ca. 1.200 mg/Lbzw. 600 t und der pH-Wert liegt bei2,6.

Der Ursprung für den Sulfateintrag indie Seen sind die großen Abraum-halden. Sauerstoff aus der Luft undsauerstoffreiches Regenwasser oxy-dieren das in den Halden enthaltenePyrit und schwemmen über Ober-flächen- und Grundwasser dasschwefelsäurehaltige Wasser in die

Seen. Zusammen mit der UFZ-Sek-tion Gewässerforschung Magdeburgist es daher das Hauptziel bei GKSS,Verfahren zur in situ Neutralisationdes gebildeten sauren Seewasserszu entwickeln. Um einen weiterenSchwefelsäureeintrag in die Seen zuunterbinden, befassen sich beteiligteProjektpartner auch mit der Entwick-lung von Verfahren zur Reduzierungder sauren Zuflüsse aus den Ab-raumhalden.

Kleintechnische Landversuche mit Bioreaktoren zur Sulfatreduktion auf

Die Idylle trügt, denn mit einem pH-Wert von 2,6 lebt kein Fisch in diesem Wasser.

A nice environment - nearly an idyll, but no fish can live in this water with its pH of 2,6.

Quasi einen ”See im See" bildet das Enclosure. Es reicht von der Wasseroberfläche bis zum Grund des Sees.

The enclosure - ”a lake in the lake” - separates the enclosed water from the surface to the bottom of the acid lake.

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m i k r o b i o l o gischer Basis sind bereitse rf o l greich durchgeführt worden. Fü reinen flexiblen Einsatz an unterschied-lichen Standorten sind in situ Syste-me mit ihrem vergleichsweise gerin-gen Energiebedarf besser geeignet.Die Entwicklungsziele bei GKSS indiesem Projekt sind daher:

1. Entwicklung von Groß-Enclosuresmit einem Durchmesser bis zu30 m und deren Einsatz als in situSysteme.

2. Leistungssteigerung angewandter Verfahrensprinzipien zur kosten-effizienten Umwandlung dessäurebildenden Sulfats unterNutzung der von GKSSentwickelten Enclosure-Systeme als Bioreaktoren.

Anstelle der bisherigen Enclosuresmit nahezu starrer Struktur entwickel-te GKSS ein flexibles Enclosure-System, das vorgefertigt und zusam-mengerollt auf einem Lkw transpor-tiert und mit geringer Krankapazitätentladen werden kann. Es wird vorOrt entrollt und flach auf demWasser liegend zum Einsatzort ge-schleppt und dort mit Druckluft undZugleinen entfaltet und verankert.Dieser Folientank reicht von derOberfläche bis zum Grund und bil-det so einen "See im See". In ihmwerden die von GKSS konzipierteneigentlichen Bioreaktoren installiert.Mit einem Durchmesser von 1,5 mbis 3 m und einer Gesamthöhe von7 m enthalten sie im unteren TeilSektionen, die mit Stroh gefüllt sind.Sie bilden den Lebensraum der Bak-terien, die - mit Nährstoffen versorgt- die eigentliche "Arbeit verrichten",indem sie dem Sulfat den Sauerstoffentziehen und es zu Pyrit zurückver-wandeln. Die ersten Seeversuche

mit diesem System und auch dieTechnikumsversuche an der UniCottbus (GKSS-Hochschulprogr a m m )verliefen über mehrere Monateplanmäßig und störungsfrei. DurchOptimierung des Gesamtsystemssollen in Zukunft Solarzellen und Wi n d-kraft vor Ort für einen wirt s c h a f t l i c h e nBetrieb derartiger Systeme sorgen.

Berechnungen haben ergeben, dassdrei derartige Enclosure-Systeme

innerhalb weniger Jahre die Wasser-qualität drastisch verbessern könn-ten. Nach den Feldversuchen wirdGKSS die Übertragbarkeit des Verfah-rens auf andere Seen untersuchen.Danach sollte letztlich ein ausge-reiftes in situ Verfahren zur kosten-effizienten Neutralisierung schwefel-saurer Seen für den weltweitenEinsatz vorliegen.

Membranen in der ProzesstechnikMembranes in Process Te c h n o l o g y

Large cavities have been originatedin brown coal open cast activities inthe eastern part of Germany. Most ofthem in the area of "Lausitz” are filledup with acid water generated by rainand groundwater crossing the aeratedstockpiles. This process is responsiblefor the conversion of originally existingpyrite into sulphate. It is estimated

that more than 3 million tons of sul-p h a t e will be solved in the waters.The use of such lakes is far beyondthe limit for fishery activities.

It is the aim of an HGF-Strategi e -f o n d sprojekt to develop sanitationstrategies for the neutralization ofsuch lakes. The project started midst

of 1998, the project managementlies in hands of UFZ Leipzig-Halle,Sektion Gewässerforschung, Magde-burg. A lake (Restloch (RL) 111)with a pH of 2,6 sited near Plessahas been chosen as demonstrationobject for the needed in situ investi-gations.

S u m m a r y

Neutralisation schwefelsaurer Seen Neutralization of acid lakes

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Hochselektive Stofftrennungen mit Carriermembranen

M e m b r a n v e rfahren werdenvielfältig zur Trennung von Lö-sungen, Gasen oder Dämpfenangewandt. Im Allgemeinentrennen die Membranen nachGröße, Löslichkeit, Diffusions-geschwindigkeit oder Ladung.Eine hochselektive Tr e n n u n gist aber auch zu erreichen,wenn eine Komponente einesStoffgemisches auf der einenM e m b r a n s e i te (Fe e d s e i te) inreversibler Weise chemisch aneine in der Membran befind-liche reaktionsfähige Ste l l e(Carrier) gebunden und nachdem Dissozieren dieser Ve r-bindung mit dem nächste nCarrier erneut reagi e rt .

Durch vielfaches Wi e d e r h o l e ndieses Vorgangs kann dergewünschte Stoff durch dieMembran transport i e rt und aufder Gegenseite (Pe r m e a t s e i t e )wieder freigesetzt werden. DerPermeand tritt letztlich in unver-ä n d e rter Form auf der anderenMembranseite wieder aus.

Man spricht vom erleichtert e noder carriervermittelten Tr a n s p o rt.

Bei den zu trennenden Stoffenkann es sich um Ionen, gelösteNeutralstoffe, Gase oder Dämpfehandeln. Solche Tr e n n p r oz e s s efindet man z.B. in der Natur beimionenselektiven Tr a n s p o rt durchb i o l o gische Membranen. Wi rt s c h a f t-lich sehr interessant erscheint dieTrennung von Gasgemischen.

Seitdem der erleichterte Tr a n s p o rtin den sechziger Jahren im Laborerstmals für die Stofftrennung insynthetischen Membranen ange-wendet wurde, sind viele Anstren-gungen unternommen worden,dieses Prinzip industriell zu nut-zen. Es konnte aber bislang nichtin großtechnischen Proz e s s e nangewendet werden. Die GKSS-Forschungsarbeiten haben daherdas Ziel, äußerst dünne Po l y m e r-schichten zu erzeugen, die Carrierin möglichst hohen Ko n z e n t r a t i o-nen enthalten.

Technisch handhabbare Carrier-Membranen werden sogenannteKomposit-Membranen sein. Das sindMembranen, die auf einem porösen

Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme des Querschnittes einer Kompositmembran mit einer kupferhaltigen trennaktiven Schicht

Scanning electromicrograph of a cross section of a composite membrane with a Copper containing skin layer

Querschnitt einer KompositmembranCross section of a composite membrane

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Trägermaterial, in der Regel einePolymermembran vom Ultrafiltra-tionstyp, eine nur wenige Mikro-meter dicke trennaktive Schichtbesitzen. Auf diese Weise wird derWiderstand der Membranen für denPermeatstrom reduziert, so dass dieerforderliche Produktivität erreichtwerden kann.

Ein wichtiger potenzieller Anwen-dungsbereich sind Gastrennungen inder Mineralölindustrie. Oft ist der Un-terschied von Kohlenwasserstoffen inihren physikalischen Eigenschaftenso gering, dass eine Trennung durchdas klassische Verfahren der Rektifi-kation gar nicht oder zumindest nichtin wirtschaftlich vertretbarem Maßemöglich ist. Für die Trennung vonungesättigten und gesättigten Koh-lenwasserstoffen lassen sich Über-gangsmetallionen als Carrier nutzen,die dazu in geeignete Polymer-schichten eingebaut werden müs-sen. Bisher wurden hauptsächlichSilbersalze für diese Trennaufgabegenutzt.

In früheren Arbeiten wurde bei GKSSaus dem kommerziell verfügbarenNafion®-Polymer eine mit AgBF

4

dotierte Membran hergestellt, umiso-Buten aus einem Gemisch mitn-Butan abzutrennen. Der Einsatzdieser Membran wurde jedoch durchihre mangelnde Langzeitstabilitätverhindert. In letzter Zeit wurde vonGKSS dieser Membrantyp durch Ver-wendung eines Polyetheramids undSilberperchlorat hinsichtlich Stabilitätund Selektivität deutlich verbessert.In anderen Experimenten wurdeversucht, einwertiges Kupfer alsCarrier für ungesättige Kohlenwasser-stoffe zu verwenden.

Auch für die Abtrennung von Koh-lendioxid aus Gasgemischen bestehtin vielen Prozessen der chemischenIndustrie ein steigender Bedarf. Ge-nannt seien die CO

2-Abtrennung von

Methan bei der Erdgaskonditionie-rung oder der Deponiegasbehand-lung, die CO

2-Wasserstoff-Trennung

bei der Dampfreformierung von

Kohlenwasserstoffen sowie die CO2-

Abtrennung aus Abgasen von Kraft-werken oder Gasturbinen zur Verrin-gerung des globalen Treibhauseffek-tes. Schließlich sind hier auch medi-zinische Anwendungen zu erwähnenwie z.B. die CO2-Abtrennung ausmodernen Narkosegas-Kreisläufen.

Membranen in der ProzesstechnikMembranes in Process Te c h n o l o g y

Membrane processes are able toseparate liquid mixtures as well asmixtures of gases or vapoursaccording to the sizes, solubilities,rates of diffusion or charges of thecomponents. A separation is also possible usingmembranes in which the transport iscoupled to a specific chemical

reaction between the permeandand the membrane (facilitated orcarrier mediated transport). Theseparation of gas mixtures by carrier-membranes appears very promisingfrom a technical point of view.Experimental membrane samplesoften show excellent separationfactors, but they have not met the

permeability requirements for aneconomic use so far.Composite membranes enabling a facilitated transport can be madeby incorporation of carriers in thepolymeric membrane material andcoating of porous supportmembranes with thin selectivelayers of the carrier-polymer.

S u m m a r y

Das Auftragen einer dünnen trennaktiven Schicht auf eine Trägermembran

Coating a very thin separating active layer onto a support membrane

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Wasser und Klima im Lebensraum KüsteWater and Climate in the Coastal Zo n e s

Umweltforschung dient dazu, daskomplexe Zusammenspiel zwischennatürlichen und anthropogen beein-flussten Parametern von regi o n a l e nund globalen Ökosystemen besser zuverstehen und aus diesem Ve r s t ä n d n i sheraus Handlungsempfehlungen zuentwickeln mit dem Ziel, die Qualitätdes "Lebensraums Erde" zu sichernund zu verbessern. Eine auf diese Zie-le ausgerichtete Forschung kann nurdann erf o l greich sein und nachhaltigeErgebnisse liefern, wenn sie multidiszi-plinär und nach dem jeweiligen Standder Technik erf o l gt. Zentrales Anliegender Umweltforschung ist, die oft sehrkomplexen Fragestellungen einerLösung näher zu bringen, die beidenbetroffenen Pa rtnern, der Umwelt unddem Menschen, gerecht wird.

Die GKSS-Umweltforschung steht un-ter dem Thema ”Wasser und Klima imLebensraum Küste” und hat das Ziel,die Wechselwirkungen zwischen physi-kalischen, chemischen und biogeo-chemischen Prozessen zu analysieren.Hierbei sind die kritischen Fa k t o r e n ,

die aufgrund natürlicher Entwicklungenund Eingriffe durch den Menschen zuVeränderungen der Ökosystemeführen, zu identifizieren und so zub e w e rten, dass Handlungsoptionenabgeleitet werden können, die zunachhaltigen Entwicklungskonzeptenführen. Der Brückenschlag zwischenWissenschaftlern und Ve r a n t w o rt l i c h e naus Politik, Verwaltung und Wi rt s c h a f tist hierbei von besonderer Bedeutung.Die zentrale Fragestellung lautet also:Wie kann die Erhaltung oder gar Ve r-besserung der wirtschaftlichen unds ozialen Lebensbedingungen mit derdauerhaften Sicherung der natürlichenL e b e n s grundlagen in Einklang ge-bracht werden?

Im Mittelpunkt der Forschungen ste-hen Untersuchungen des Tr a n s p o rt e sund des Austausches von natürlichenund anthropogen eingetragenen Stof-fen in den küstennahen Bereichen aufLand und See sowie des Energie- undWasserkreislaufes in der Atmosphäreund am Boden. Diese Regi o n e nbieten den Lebensraum für viele Mil-

lionen Menschen und werden wirt-schaftlich und auch touristisch intensivgenutzt, was sich in den vergangenen50 Jahren vielfach nachteilig auf dieUmwelt ausgewirkt hat. Darüber hin-aus soll die GKSS-Umweltforschungwissenschaftlich abgesicherte Grundl-agen und Lösungskonzepte erarbeiten,die Modellcharakter für Problemlösun-gen in Ländern des osteuropäischenRaumes und der Dritten Welt besitzenkönnen. Die herausragende Bedeu-tung und der konkrete Anwendungs-b ezug der Forschungsergebnisse wirdnoch verstärkt vor dem Hintergr u n d ,dass weltweit über die Hälfte derMenschheit in küstennahen Zonenlebt und arbeitet. Diese Gebiete wer-den sich auch als Folge von Klima-wandlungen ändern können. GKSS-Umweltforschung ist daher in nationa-le Projekte und in internationale Pro-gramme der EU, der UNO, der ESAund anderer Organisationen einge-bunden und beteiligt sich an weltweitk o o r d i n i e rten Projekten, denn Umwelt-probleme machen vor nationalenGrenzen nicht Halt.

Environmental research serves tocreate a better understanding of thecomplex interrelationships betweennatural and anthropogenically influ-enced parameters in regional andglobal ecosystems, and to makerecommendations for safeguardingand improving the quality of life onour planet on the basis of the know-ledge gained. Environmental researchgeared toward these goals can onlybe successful and deliver sustainableresults if it is conducted in a multi-disciplinary fashion in accordance withstate of the art technology. A centralfocus of environmental research is theoften very complex issue of trying tocome up with a solution suitable forboth "partners” on the earth: the en-vironment and humankind.

Environmental research at GKSS isdevoted to "Water and Climate in theCoastal Environment” with the goal ofanalyzing the interaction between phy-sical, chemical and bio-geochemical

processes. The focus is on identifyingand evaluating the critical factors thatlead to changes in ecosystems as aresult of both natural developmentsand the intervention of human beings.Such assessments are used to deter-mine possible courses of action lea-ding to sustainable development con-cepts. An important aspect here is thelink between scientists and represen-tatives of government, administrativebodies and industry. The key questionis therefore: How can the mainte-nance or even improvement of eco-nomic and social conditions be recon-ciled and balanced with the long-termsafeguarding of our natural environ-m e n t ?

Research here focuses on analyzingthe transport and exchange of naturaland man-made substances in coastalenvironments on both land and sea,as well as the energy and water cyclein the atmosphere and on the gr o u n d .Coastal regions are home to many

millions of people and are used exten-sively for economic purposes and tou-rism, something which has had a de-trimental effect on the environmentover the last 50 years. Environmentalresearch at GKSS is also intended todevelop scientifically-sound conceptsand solutions that can serve as mo-dels for problem-solving in Eastern Eu-ropean countries and the developingworld. The extreme significance andpractical application possibilities ofresearch results are reinforced by thefact that more than half of all humanbeings in the world live in coastal re-gions that can be affected by climaticchanges. GKSS environmental re-search has therefore been incorpo-rated into national projects and inter-national programs conducted by theEU, UN, ESA and other organizations.GKSS also participates in globally co-ordinated projects, since in the end,environmental problems do not re-cognize national boundaries.

Ü b e r b l i c k

O v e r v i e w

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Blei in der Umwelt 1958 – 1997Umweltbelastung und Umweltpolitik in der Retrospektive

Auf der Basis detaillierte rAbschätzungen der Bleiemis-sionen seit 19 58 wurde mit-hilfe von Modellrechnungendie atmosphärischen Konzen-trationen und Deposition vonBlei in Europa für die Zeit von19 58 bis 19 97 rekonstruiert .Den Hauptanteil an den Emis-sionen trägt bis heute derK r a f t v e r k e h r. Bis in die 1970 e rJahre wuchs die Emissionenvon Blei unvermindert an;danach wurden durch gesetz-liche Maßnahmen die Emis-sionen in mehreren Schritte nbegrenzt, bis in den 19 8 0 e rJahren das bleifreie Benzine i n g e f ü h rt wurde. Parallel da-zu fielen die atmosphärischenKonzentrationen von Bleistark ab. Eine Analyse vonBlut, Pflanzen und Tieren imHinblick auf Bleikonzentra-tionen ergab eine deutlicheVerbesserung der Lage. DiePolitik der Reduktion von Bleiin der Umwelt seit 1970 kannals Beispiel einer erf o l g-reichen und ökonomischv e rtretbaren Umweltpolitikangesehen werden.

Nachfolgend wird der politische undwirtschaftliche Hintergrund der ver-änderlichen Bleiemissionen rekapi-tuliert. Dann wird das verwendeteModellsystem beschrieben, das auseiner "Regionalisierung" von Wetter-analysen und der Beschreibung desatmosphärischen Transports und derDeposition von Blei besteht. Ab-schließend werden die Simulations-ergebnisse und einzelne Beobach-tungen präsentiert.

Die Massenmobilisierung in den1950er und 1960er Jahren in Euro-pa führte zu einem schnell anwach-senden Verbrauch von Benzin unddamit zu einem steil anwachsendenAnstieg an Emissionen von Bleidurch den Kraftverkehr. Dies führteEnde der 1960er Jahre zur Formulie-rung von Umweltschutzprogrammen,um der latenten Gefahr für Mensch,Tier und Pflanzen zu begegnen.

In Deutschland wurden gesetzlicheMaßnahmen zur Reduktion des Blei-gehalts 1972 und 1976 beschlossen,obwohl die Frage der mit der Blei-emission verbundenen Gesundheits-belastung des Menschen noch un-geklärt war. Ab 1.1.1972 war sowohldie Produktion als auch der Importvon Benzin mit einem Bleigehalt vonmehr als 0,4 g/l verboten. Ab1.1.1976 wurde der Bleigehalt imBenzin auf maximal 0,15 g/l ver-mindert. Bleifreies Benzin wurde inDeutschland 1985 eingeführt. In der

Europäischen Gemeinschaft wurdeder Bleigehalt erstmals in 1978 auf0,4 g /l reduziert. Die Bereitstellungvon bleifreiem Benzin wurde inner-halb der Europäischen Union 1989vorgeschrieben.

Aus wirtschaftlicher Sicht waren vorallem Autofahrer, Kfz-Hersteller,Raffinerien und Tankstellen von denneuen Regelungen zur Emissions-minderung betroffen. In Deutschlandhatte die Reduktion des Bleigehaltsim Benzin 1972 und 1976 keine

Die jährlichen Bleikonzentrationen in der Atmosphäre wurden mit einem Transport-Modell berechnet. Bis 1975 ist ein deutlicher Anstieg der Schadstoffkonzentrationen zu beobachten. Der starke Rückgang bis1995 weist auf erfolgreiche Maßnahmen zur Reduktion von Bleiemissionen hin.

The annual atmospheric lead concentrations were estimated using a transport model. From 1958 to 1975 the concentrations increase significantly. Due to led reduction policies, however, up to1995 the led concentrations have decreased substantially.

Jährliche Bleikonzentration in der Atmosphäre 19 58 - 19 9 5Mean annual Pb air concentration in Europe 19 58 - 19 9 5

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Wasser und Klima im Lebensraum KüsteWater and Climate in the Coastal Zo n e s

Auswirkungen auf die Verbraucher. In1985 war die Mineralölindustrieinfolge innovativer Produktionstech-nologie in der Lage, bleifreies Benzinohne Zusatzkosten zu produzieren.Die Einführung des Katalysators seit1985 führte wegen der unterschied-lich hohen Kosten beim serien-mäßigen Einbau zu Wettbewerbs-verzerrungen auf dem europäischenAutomobilmarkt, unter anderemwaren Daimler-Benz und Volkswagendeutliche Gewinner. Die Notwendig-keit, nunmehr eine zusätzliche Zapf-säule für bleifreies Benzin vorzu-halten, führte in Deutschland zuGeschäftsaufgaben freier Tankstellen.

In den 80er Jahren dominierte dasProblem Waldsterben die Diskussionum Luftverschmutzung. Durch dieEinführung des Katalysators erwar-tete man eine signifikante Reduktionder Kfz-Emissionen, die als Ursachedes Waldsterbens betrachtet wurden.Wiederum drängte vor allemDeutschland auf eine europäischeGesetzgebung über Kraftfahrzeugemit niedrig emittierenden Abgas-systemen und die Einführung blei-freien Benzins, denn Bleiadditive imTreibstoff würden Katalysatorenzerstören. 1984 wurde in Deutsch-land ein Gesetz zur Reduktion von

Kfz-Emissionen verabschiedet. Diesbeinhaltete nicht nur Steuervergüns-tigungen für Katalysatorensysteme,sondern auch die Einführung vonbleifreiem Benzin ab 1.10.1985.

Dieser deutsche Alleingang wurdevon den Autoherstellern bekämpft,da sie hohe Exportverluste befürch-

teten. Doch erst 1989 verpflichtetedie EU-Kommission die Länder, blei-freies Superbenzin anzubieten undempfahl, den Benzin-Bleigehalt euro-paweit zu senken. Die Reaktion derEU-Staaten war sehr unterschiedlich. In Italien und Großbritannien wurdendie Bleiemissionen frühzeitig ge-senkt. Obwohl Frankreich innerhalbder EU der größte Emittent war, wur-den diese Schwermetallemissionenerst ab 1989 reduziert. Möglicher-weise war die Umweltschutzbewe-gung in Frankreich zu schwach, umden Prozess zu beschleunigen. Vorallem die französische Automobil-industrie versuchte gesetzlicheEmissionsreduktionen zu verhindern,weil sie Exportverluste befürchtete.Frankreich exportierte zu dieser Zeitvorwiegend Kleinwagen, derenVerkaufspreis durch den Einbau vonKatalysatoren überdurchschnittlichansteigen würde.

In dem GKSS "Bleiprojekt" wurdenzunächst die europäischen Bleiemis-sionen seit den späten 1950er Jah-ren abgeschätzt. Diese Emissionenwurden dann in einem Transport-modell von Winden innerhalb deratmosphärischen Mischungsschichtverfrachtet und vor allem durchNiederschlag auf Land- und Meeres-oberflächen abgelegt. Die dazuerforderlichen Angaben über Wind,

Während Deutschland, Italien und Großbritannien frühzeitig begannen, die Bleiemissionen zu reduzieren,blieb Frankreich bis 1992 der größte Emittent. Erst 1988 wurden in Frankreich Maßnahmen zur Reduktiondes Bleigehalts auf Drängen der EU eingeführt.

While Germany, Italy and the United Kingdom began early reduction of lead emissions, France remained thegreatest polluter until 1992. It was not until 1988 that France passed a law to reduce the lead content of gasoline, to pressured from the European Union.

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

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Mischungsschichthöhe und Nieder-schlag wurden einer 40-jährigenSimulation mit einem regionalenKlimamodell entnommen, die eineVerfeinerung der auf einem relativgroben Gitter vorliegenden Wetter-analysen auf ein feineres Gitterbewerkstelligt. Im Folgenden werdendie verschiedenen technischenSchritte besprochen: zunächst dieRegionalisierung, dann die Transport-modellierung.

Zur Berechnung der atmosphäri-schen Stofftransporte wurden hochaufgelöste Niederschlags- und Wind-daten der letzten Dekaden benötigt.Die klimatischen Bedingungen von1958 bis heute wurden vom USNational Center for EnvironmentalPrediction (NCEP) rekonstruiert. Die-se Reanalysedaten wurden erzeugt,indem ein globales Klimamodell aussämtlichen verfügbaren Messdatenzeitlich und räumlich homogen ver-teilte Atmosphärendaten berechnete.Da die globale Auflösung von etwa200 x 200 km zu gering ist, um denTransport und die Deposition vonBlei über Europa zu berechnen,wurden diese globalen Modellwertemit einem Regionalmodell verfeinertaufgelöst (50 x 50 km).

Dieses sogenannte dynamischeD o w n -scaling wurde mit dem ModellREMO berechnet. Die Hauptaufgabe

der Regionalisierung besteht darin,die großräumigen Gegebenheitenbeizubehalten und Information imkleinräumigen Bereich hinzuzufügen.Diese auf ein enges Gebiet begrenz-ten Wetterphänomene entstehendurch regionale Charakteristika wiez.B. kleinere Gebirgszüge undGewässer. Standardmäßig wird einRegionalmodell über den Rand desModellgebiets angetrieben, indemhier die globalen Wetterinformatio-nen in das Modell einfließen. Aller-dings kann es mit dieser Methodevorkommen, dass das Regional-modell großräumige Wetterphäno-mene neu berechnet und so zuunterschiedlichen Ergebnissen imVergleich zu den Antriebsdatenkommt. Die Abweichungen sindjedoch nur im regionalen Bereichwünschenswert, da die grob auf-gelösten Antriebsdaten nur diesenunzureichend darstellen. Deshalbwurde im Bleiprojekt das sogenanntespektrale nudging entwickelt. DieseTechnik schreibt dem Regional-modell zusätzlich zu den Randdatendie großräumigen Wettercharakte-ristika der Eingangsdaten auch imInnern des Modellgebiets vor, sodass hier Abweichungen vermiedenwerden. Die 40-Jahres Simulation istmittlerweile abgeschlossen, und eswurden eine Reihe von Vergleichenmit Beobachtungsdaten erstellt. DerVergleich des Windes in 10 m Höhe

über Rügen zwischen dem Regional-modell und aus Satellitendatengewonnenen Windfeldern vom 12.August 1991 zeigt, dass z.B. dieWindrichtung beider Datensätze gutübereinstimmt.

Dieser atmosphärische Datensatzist so weit bekannt der längstebisher berechnete regionale Klima-datensatz. Er umfasst sämtlicheüblicherweise benötigten meteoro-l o gischen Größen im stündlichenAbstand von 19 58 bis 19 97. Zu den aktuellen Anwendungendieses Datensatzes zählen dieBerechnung von Wellen mit demWellenmodell WAM in der IrischenSee sowie die Rekonstruktion vonWellen und Wasserständen derNordsee im Rahmen des EU-Projektes HIP O CAS. Bei GKSS wirdzur Zeit ein Vergleich mit ausSatellitendaten abgeleiteten Wi n d-feldern berechnet. Die Datendienen außerdem als Antrieb fürein Seegangsmodell zur Rekon-struktion von Sturmereignissen inder Deutschen Bucht und siewerden verwendet innerhalb einerKooperation mit der Bundesanstaltfür Wasserbau, die damit See-gangssimulationen, Wa s s e r s t ä n d eund Strömungen berechnet.

Blei ist in der Atmosphäre anSchwebstoffe gebunden und kanndurch diese mit Hilfe der gr o ß-räumigen Zirkulation über weiteStrecken transport i e rt werden.Solche weiträumigen Tr a n s p o rt ewurden anhand von erhöhtenBleikonzentrationen in Eiskernenaus entlegenen Gebieten inZ e n t r a l grönland bestätigt. In diesenEisbohrkernen spiegelt sich die Ge-schichte der europäischen Bleiver-hütung in Form erhöhter Bleiwert ew i d e r. Anhand von Isotopenanaly-sen wurde deren anthropogenerUrsprung nachgewiesen. Demnachfinden sich anthropogene Bleige-halte von ca. 2 - 3 pg/g in Schich-ten, die um die Zeit von 500 vorbis 300 nach Christus datiert sind,4 pg/g aus dem Mittelalter undder Renaissance und 50 pg/g ausdem 19. Jahrhundert. Der Großteilder Bleikontamination in Höhe von100 pg/g, der um 1960 erreichtwurde (das entspricht ca. dem

Die Auflösung im globalen NCEP-Modell (links) von etwa 200 x 200 km ist zu gering, um den atmosphäri-schen Bleitransport und die Deposition über Europa zu berechnen. Deshalb werden die globalen Modellwertemit Hilfe des regionalen REMO-Modells (rechts) auf eine verfeinerte Auflösung von 50 x 50 km gebracht.

The resolution of the global NCEP-Model (left) is 200 x 200 km coarse to estimate the europewide transportand deposition of led. Therefore the data of the NCEP-Model are transformed to regional data with a 50 x50 km grid resolution.

Globales NCEP-Modell sowie RegionalmodellThe global NCEP-Model and the regional REMO-Model

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Wasser und Klima im Lebensraum KüsteWater and Climate in the Coastal Zo n e s

200fachen des geschätzten natür-lichen We rtes) sowie die 150 pg/gum 1984 werden dem organischgebundenen Blei der Benzinaddi-tive zugeordnet.

Durch trockene oder nasse Deposi-tion, wie zum Beispiel Niederschlag,wird das atmosphärische Blei auf derErdoberfläche abgelagert. Die Advek-tion von Blei aus diffusen Quellenwird durch ein horizontales, Lagran-gesches, atmosphärisches Transport-modell "TUBES" dargestellt, das mit"flow tubes" statt linearen Trajek-torien arbeitet. Das garantiert dieErhaltung der Masse auf jeder Skala,und in Abhängigkeit von den Wind-bedingungen können sich die "flowtubes" aufweiten oder verengen.

Die mit dem Transportmodellberechneten atmosphärischen Blei-konzentrationen zeigen einen deut-lichen Anstieg in den Jahren bis1975 und einen deutlichen Abfall ab1985. Leider gibt es kaum vergleich-

bare Beobachtungen über langeZeiten. Die Modellergebnisse sind räumliche Mittel von 250 km2 undmehr, während viele Beobachtungenin den 1970er Jahren in besondersexponierten Lagen, wie Straßen-schluchten, vorgenommen wurdenund somit nicht repräsentativ fürgrößere Gebiete sind. Allerd i n g sbieten Hochmoore, in denen über dieJahre ohne große vertikale Umlage-rungen Bleidepositionen "archiviert "werden, eine gute Möglichkeit derValidierung der Modellergebnisse. EinVergleich der simulierten Depositio-nen mit einem in Dänemark gez o g e-nen Hochmoorkern zeigte eine sehrgute Übereinstimmung des zeitlichenVerlaufs, während die absoluten We rt esich um bis zu einem Faktor 2 unter-scheiden.

Absolut erscheint diese Unsicherheitrecht groß, entscheidend ist aber, dassder zeitliche Verlauf gut rekonstruiertwird. Tatsächlich ist eine Unsicherheitvon bis zu 100% in solchen Simu-lationen "normal". Solche Abweichun-gen werden auch in anderen Studienzum regionalen Tr a n s p o rt und Ve r-bleib anthropogener Stoffe gefunden.

Vergleich des Windes zwischen dem Regionalmodell und aus Satellitendaten gewonnenen Windfeldern überRügen. Der Wind in 10 m Höhe am 12.08.1991 um 21:00 (Regionalmodell) bzw. 21:07 (Satellitendaten).Die Windvektoren des Regionalmodells sind rot, die aus dem Satellitenbild dargestellten Vektoren sind blau.Vor allem die Windrichtung zeigt eine gute Übereinstimmung zwischen dem Modell und den aus Satelliten-daten abgeleiteten Winden.

Wind data of the regional REMO-model in comparision with satellite data over the island of Rügen. Winddata at the 10 m-level, 12.08.1991, 21:00 (REMO-model), 21:07 (satellite data). The wind vectors of theregional REMO-model are represented in red those of the satellite data in blue. The wind vectors of the twodata systems are highly consistent, especially regarding the wind directions.

Bleideposition im MoorLead deposition in moor

Bleidepositionen in Storelung Moor in Dänemark nach Messungen in einem Bohrkern (rot) und nach den Simulationen mit dem atmosphärischen Transportmodell (blau).

Lead deposition flux at Storelung Moor, Denmark, estimated from peat profile measurement (red) and usingthe atmospheric transport model (blue).

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Die Ergebnisse der Modellstudiewerden derzeit weiter ausgewert e t .Insbesondere wird analysiert, wie vielDeposition in den verschiedeneneuropäischen Ländern und Meerenstattgefunden hat, und welchen räum-lichen Ursprung diese Depositionenh a b e n .

Kann der Rückgang der Bleiemis-sionen in Deutschland in verschie-denen Umweltsystemen nach-gewiesen werden? Messdaten überdie Bleikonzentrationen in einemBallungsraum und einem ländlichenGebiet in den Jahren 1986 - 19 9 5zeigen, dass die Schwermetallkon-zentrationen in der Luft im städti-schen Bereich deutlich über denenim ländlichen Gebiet liegen. DieserUnterschied ist durch die verschie-dene Dichte des Kraftfahrzeugv e r-kehrs bedingt. Wie erwartet sinkendie Konzentrationen in beidenGebieten in Zeitablauf deutlich ab.Innerhalb von 4 bis 5 Jahren sindsie um die Hälfte reduziert .

Eine vergleichbare Entwicklung derBleikonzentrationen wurde auch inNadeln und Blättern von Bäumennachgewiesen. In den Jahren 19 8 5bis 1996 sinken z.B. die Bleigehaltein Fichtennadeln (Picea abies) undPappelblättern (Populus nigra) imSaarland. Entsprechend dem Rück-gang der Atmosphäre sind dieBleikonzentrationen in Pf l a n z e nr e d u z i e rt, da diese Blei hauptsäch-lich aus der Luft und nicht aus demBoden aufnehmen.

Dies gilt jedoch nicht für marine undaquatische Lebewesen. Daten überBleikonzentrationen in Miesmuscheln( M ytilus Edulis) in der Nordsee inden Jahren 1982 - 19 97 variierenzwar stark, zeigen jedoch keinenRückgang der Bleibelastung. Eineweitgehend konstante Bleikonzen-tration wurde auch in Fischen fest-gestellt. Anhand von Daten überdie Bleigehalte von Muskeln undLeber verschiedener Fischarten inden 80er und 90er Jahren wurdekein signifikanter Rückgang derBleibelastung in Elbe und Nordseen a c h g e w i e s e n .

Die unterschiedliche Reaktion vonterrestrischen und marinen bzw.

aquatischen Lebewesen lässt sichdurch die unterschiedliche Aufnah-me von Blei erklären. Während Land-pflanzen Blei durch die Luft aufneh-men, d.h. von der atmosphärischenBleikonzentration abhängig sind, wirddie Bleikonzentration in Muschelnund Fischen durch den Bleigehalt inSchwebstoffen und Sedimentenbestimmt. Diese sind im Gegensatzzur Atmosphäre Langzeitspeicher fürBlei.

In den Jahren 1979 - 1997 wurde inmehreren Studien der Bleigehalt imBlut verschiedener Gruppen derdeutschen Bevölkerung gemessen.Die Bleikonzentrationen im Blut lagin Deutschland seit 1979 in denarchivierten Untersuchungen unter-halb eines Gesundheitsrisiken an-zeigenden Grenzwertes. Insofern istdie Einführung des bleifreien Benzinsin 1985 als Vorsorgemaßnahme zu

bewerten und nicht mit einer akutenGesundheitsgefährdung der Bevöl-kerung zu begründen. Es bleibt abernoch zu analysieren, oder zumindestabzuschätzen, ob die Bleikonzen-trationen im Blut in den Hochemis-sionsjahren um 1970 die kritischenWerte erreicht bzw. überschrittenhaben.

Weitere Informationen zu diesemBeitrag finden Sie unter:http://w3g.gkss.de/staff/blei

Jährliche Blei-Emissionsraten in der Atmosphäre Atmospheric lead emission rates

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Wasser und Klima im Lebensraum KüsteWater and Climate in the Coastal Zo n e s

Detailed estimates of Europeanemissions of lead since 1958 wereprocessed with an atmosphericmodel to reconstruct pathways anddepositions of lead from 1958 to1997. Most of the airborne lead wasemitted by roadway traffic burningleaded gasoline. Until the 1970sthe emissions grew strongly. In the1970s and 1980s measures to limit the emissions of lead wereimplemented. Specifically, in the1980s, unleaded gas was introducedin Europe. These measures caused asignificant decrease of lead concen-trations in the atmosphere, in plantsand in humans. The policy of redu-cing the emissions of lead into theatmosphere may be considered anexample of ecologically and econo-mically successful policy.

S u m m a r y

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

In den Jahren 1982 - 1997 bleiben die Bleigehalte in Miesmuscheln der Nordsee relativ konstant. Im Gegensatz zu Landpflanzen, die Blei aus der Atmosphäre aufnehmen, werden die Bleikonzentrationen in aquatischen und marinen Systemen durch die Bleigehalte der Schwebstoffe und Sedimente bestimmt.

In 1982 - 1997 the lead levels did not decrease significantly in Blue Mussels from the North Sea. In contrast to terrestrial plants the lead contamination of aquatic and marine systems is determined by lead concentration of suspended matter or sediments and not by atmospheric lead pollution.

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

Entsprechend der sinkenden Bleikonzentration in der Atmosphäre sinken die Bleigehalte von Sprossen undBlättern im Zeitablauf. Die Reduktion des Bleigehalts im Benzin wirkt sich auf Landpflanzen positiv aus.

The lead concentrations in spronts and leaves. The same development could be observed regardingamospheric lead concentrations. It seems that the reduction of lead in gasoline has positively influenced the lead levels of these two environmental systems.

Die Mitarbeiterinnen des ”Bleiprojekts” (von links):C. Hagner (soziökonomische Analyse)M. Costa Cabral (Bleitransportmodellierung)F. Feser (Regionalisierung von Wetteranalysen)

The ”lead-project-women” (from left):C. Hagner (sozio-economic-analysis)M. Costa Cabral (lead-transport-modeling)F. Feser (devolution of weather-analyses)

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Vieles hängt vom Wasser ab!B A LTEX und der Wa s s e r k r e i s l a u f

Das international koordinierteBaltic Sea Experiment (BALTEX)befasst sich mit dem Wasser-kreislauf über dem Einzugs-gebiet der Ostsee. Dieser istnicht nur verantwortlich für dieVerteilung des für das mensch-liche Leben und die Natur sowichtigen Elements, Wasser,über die enge Kopplung mit demEnergiekreislauf greift er auchbestimmend in das regionaleund globale Klima ein. Wesent-liche, die Koordination, diemesstechnische Erfassung unddie Modellierung betreffendeBeiträge zu diesem Forschungs-projekt liefert das GKSS-Institutfür Atmosphärenphysik.

Ohne Wasser gäbe es kein organi-sches Leben, wie wir es kennen, aufunserem Planeten. Die langfristigeVerfügbarkeit dieses Lebenselemen-tes ist daher für unsere Erde von im-menser Bedeutung. Ein kontrolliertesManagement der Wasservorräte

erfordert genaue Kenntnisse derjeweiligen Mengen in den Ästen desWasserkreislaufs. Diese Kenntnissekönnen nur aus einem engen Zu-sammenspiel von Messungen undModellen gewonnen werden. So-wohl Messungen als auch Modellesind noch nicht ausgereift und

besitzen zum Teil noch bedeutendeFehlerquellen. Besonders langfristigePrognosen sind heute noch wenigbelastbar. Regionale Großprojekte, indenen Wasserkreisläufe über größe-ren Wassereinzugsgebieten detailliertuntersucht werden, wurden dahervon verschiedenen Programmen derinternationalen Erdsystemforschungangeregt und unterstützt. GKSS hatbereits 1992 diese Herausforderungaufgegriffen und mit deutschen undinternationalen ForschungspartnernBALTEX (Baltic Sea Experiment)definiert und darin auch alle bisherdurchgeführten Forschungenkoordinierend verfolgt. Die eigenenBeiträge dazu sind entsprechend dervorhandenen Kompetenzen sehrweit gestreut.

Ein wesentliches Ziel vom BALTEX istnicht nur die qualitative, sondernauch die quantitative Erfassung desWasserkreislaufes über dem Einzugs-gebiet der Ostsee. Hierfür werdenregionale Modelle eingesetzt, diesowohl die Vorgänge in der Atmos-phäre, als auch die am und im Erd-boden beschreiben. Modelle sindaber nicht die Wirklichkeit selber,sondern liefern nur ein vereinfachtesAbbild derselben. Das heißt, sie sindmit Fehlern behaftet. Diese Fehlermit Hilfe von Messungen abzuschät-zen ist eine weitere Aufgabe imBALTEX. Von GKSS wurde sowohl diequantitative Bestimmung des Was-

Wasserkreislauf über dem OstseeeinzugsgebietWater cycle of the Baltic Sea

Der Wasserkreislauf errechnet mit dem regionalen Wetter- und Klimavorhersagemodell "REMO" über demOstseeeinzugsgebiet als Mittelwerte für drei verschiedene Monate.

Catchment area for three different months calculated by the original weather and climate prediction model ‘REMO’

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serkreislaufes über dem Ostseeein-zugsgebiet, als auch die Abschätzungder Modellungenauigkeiten anhandvon Messungen durchgeführt.Berücksichtigte Messungen warenhier u.a. die Regen- und Schnee-messungen an den Niederschlags-stationen der meteorologischen Wet-terdienste, Pegelstandsmessungen inden Flüssen und Wolkenwasser ausSatellitendaten. Untersuchungenhierzu wurden in nationalen und in-ternationalen Projekten durchgeführt(z.B. dem von der EuropäischenUnion geförderten ProjektenNEWBALTIC "Numerical studies Ofthe Energy and Water cycle of theBaltic region" und NEWBALTIC II).Ein Ergebnis war zum Beispiel, dassder durch Modellrechnungen prog-nostizierte Niederschlag im Mittelum bis zu 20% höher liegt, als dergemessene. Auch die Vergleiche mitden anderen Messungen legen na-he, dass die Atmosphäre im Modelletwas feuchter ist als in Wirklichkeit.

Für den Transport von Wasser in dasOstseeeinzugsgebiet sind imWesentlichen die vom AtlantischenOzean kommenden Tiefdruckgebieteverantwortlich. Sie entziehen demOzean Wasser durch Verdunstungund geben ihn über dem Ostseeein-zugsgebiet als Regen oder Schneeteilweise wieder ab. Mit regionalenModellen der Atmosphäre wurdedieser Vorgang nachvollzogen. EinTiefdruckgebiet bringt dabei etwa10 Milliarden Tonnen an Zufuhr vonFrischwasser. Umgerechnet würdedies 6 Jahre lang für jedenMenschen auf der Erde 2 LiterTrinkwasser täglich bedeuten.

Einen weiteren Schwerpunkt bilde-ten exprimentelle und modellierendeArbeiten zur Bestimmung derEvapotranspiration (Verdunstung undTranspiration der Vegetation) übergrößeren Gebieten. Die Messungenerfolgten wiederum in Gemeinschaftmit vielen Gruppen auf dem Gelän-de des Observatoriums Lindenberg.In den Modellen für die Atmosphäreund den Erdboden standen in denvergangenen Jahren Kontrollen undVerbesserungen der Simulation desAustausches am Boden, in denobersten Bodenschichten bis zurWurzeltiefe und schließlich auch dieAbflussbildung im Mittelpunkt desInteresses. Einige der Ergebnissewerden auch in einer weiterführen-den Anwendung zu einem Hoch-wasservorhersagesystem für dieOder entwickelt.

Im atmosphärischen Ast des Wasser-kreislaufs spielen Wolken eine be-sondere Rolle, sie sind ausschlag-gebend für die Niederschlagsbildungund bestimmen den Strahlungsfluss,der den Erdboden erreicht. GKSS-Arbeitsgruppen beschäftigen sich mitder Fernmessung und in situMessung von Wolkeneigenschaften.Hierzu werden insbesondere einHochfrequenz-Wolkenradar, dasEinblicke in die Strukturen undSchichtungen erlaubt, und flugzeug-getragene Sonden zur Erfassung desPartikelspektrums und des Wasser-und Eisgehaltes in Wolken ein-gesetzt. Die Aktivitäten sind zur Zeitim EU-Projekt CLIWA-NET (BALTEXCloud Liquid Water Network) geb ü n-delt, an dem 15 europäische Grupp e nteilnehmen und das gezielte Messpha-

sen zum Flüssigwassergehalt koordi-niert. GKSS stellt dabei einen Anker-punkt des Netzwerkes, über dem in2000 eine Messkampagne unterzusätzlicher Beteiligung von Gruppendes norddeutschen Wolkenphysik-verbundes stattfand. Die Ergebnisseder Kampagnen werden für eineobjektive Evaluierung von Wolken-produkten atmosphärischer Modelle(u.a. des Deutschen und Holländi-schen Wetterdienstes) genutzt.

Eine Fortführung der Arbeiten zumWasserkreislauf auf internationalerEbene ist geplant. Im Rahmen desWeltklimaforschungsprogramms hatman sich geeinigt, im BALTEX undanderen Experimenten im Zeitraum2001 - 2003 intensive Studiendurchzuführen. Diese neue Periodefür das BALTEX heisst BRIDGE undsoll eine Brücke zu den für dasweitere Leben auf diesem Planetenwichtigen Grundlagen zu einem vita-len Erdsystemmanagement schlagen.

Wasser und Klima im Lebensraum KüsteWater and Climate in the Coastal Zo n e s

Intensivmessphase mit mehreren Partnern im Sommer 2000 auf dem GKSS-Gelände während einer Cliwa-Net Kampagne

Intensive observation period with several partnersat GKSS during a Cliwa-Net campagne in summer 2000

One major objective of the inter-national co-ordinated Baltic Sea Experiment (BALTEX) is the quanti-fication of the water cycle over the Baltic Sea catchment area. The GKSSinstitute for atmospheric physics contributes to BALTEX by coordinati-on, measurements and modelling.With a regional atmospheric modelthe amount of water transported into the Baltic Sea catchment (mainly bycyclones) and released as preci-

pitation is simulated. A hydrologicalmodel combined with a river routing scheme calculates the furthertransport of the water into the Baltic Sea. With in situ and remotesensing techniques cloud characte-ristics are determined. Main facilitiesat GKSS for this purpose are a cloudradar and an airborne particle mea-surement system.The studies to the water cycle will becarried on with international

partners. In the frame of the worldclimate research programme inten-sive studies in the period 2001-2003 are planned within BALTEXand other international experiments.

This main experiment in BALTEX iscalled BRIDGE which will be a bridgebetween the knowledge of important processes for the human future anda vital earth system management.

S u m m a r y

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Gewinnung neuer mariner We rt s t o f f em i ttels biospezifischer Affinitätstrennung

Obwohl der artenreiche, marineLebensraum mehr als 70% derErdoberfläche bedeckt, istdieses Habitat nur unzureichendhinsichtlich pharmakologischnutzbarer Substanzen unter-sucht. Medizinische Wirkstoffez.B. aus Schwämmen, aus Moos-und Manteltieren zeigen aber,dass im Meer ein hohes Poten-zial als Quelle für neue Pharma-wertstoffe steckt. Auf Grund derzu erwartenden Fülle von Sub-stanzen unterschiedlicher che-mischer Struktur ist eine gezielteGewinnung vielversprechenderSubstanzklassen notwendig.

Zu diesen gehören die Glycokonju-gate, Moleküle in denen ein hydro-philer (wasserlöslicher) Zuckeranteilmit einem fettlöslichen Anteil (Glyco-lipide) oder mit einem Eiweißanteil(Glycoproteine) verbunden ist. DieseSubstanzen sind unter anderem inder äußeren Umhüllung einer Zelle,der Zellmembran verankert. Auf-grund des komplexen und verzweig-ten Zuckerrestes bilden sie die charak-t e r i stische Oberflächenstruktur derZelle und sind somit wichtige Bau-steine für die Erkennung und Wech-

selwirkung der Zellen untereinanderoder mit körperfremden Strukturenz.B. Viren und Bakterien.

Neben der natürlichen Funktion derGlycokonjugate sind auch zahlreichepharmazeutisch nutzbare Eigenschaf-ten nachgewiesen worden. Aus un-terschiedlichsten marinen Organis-men wie Algen oder Schwämmenwurden beispielsweise Glycolipide

isoliert, die das Tumorzellwachstumhemmen (mögliche Krebsbehand-lung), das Immunsystem stärkenoder die Virenvermehrung beeinflus-sen. Um diese Substanzen pharma-kologisch untersuchen und einsetzenzu können, ist es notwendig, sie inhochreiner Form aus komplexenStoffgemischen zu gewinnen.Aufgrund der charakterstischenZuckerstruktur bietet sich einstoffspezifisches, selektives Reini-gungsverfahren an, das als Affinitäts-trennung bezeichnet wird.

Die Affinitätstrennung beruht auf derbiospezifischen Wechselwirkungzwischen Molekülen, die einanderaufgrund komplementärer Strukturenerkennen und binden ähnlich demSchlüssel-Schloss-Prinzip. DerBindungspartner, der die gewünschteSubstanz aus einem Gemisch entfer-nen soll, wird als Ligand bezeichnetund ist bei der Affinitätstrennung aneine feste Matrix gekoppelt.

Die Eigenschaften der Matrix, die Fo r mder Kopplung und die Spezifität desLiganden selbst sind Vo r a u s s e t z u n g e nfür eine erf o l greiche Isolierung derZielsubstanzen. Diese Pa r a m e t e rwerden in der Arbeitsgruppe SelektiveWe rtstoffseparation analysiert, variiertund an entsprechende Zielsubstanzenangepasst.

Probenaufbereitung im Labor

Probe preparation in the laboratory

Modell einer ZellmembranModel of a cell membrane

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Als Grundlage für die Herstellung derTrennmedien werden unterschied-liche Matrices verwendet. Um einenLiganden stabil an diese Matrixbinden zu können, ist die Funktiona-lisierung derselben notwendig. AlsLiganden werden Lectine verwendet.Lectine sind große Proteine, diespezifisch Zuckerstrukturen erkennenund somit für die Aufreinigung vonGlycokonjugaten geeignet sind.Verwendet werden zur Zeit verschie-dene Lectine unterschiedlicherZuckerspezifität. Die hergestelltenTrennmedien (Adsorbens) werdenhinsichtlich Spezifität und Kapazitätcharakterisiert, um damit festzustel-len, wieviel Wertstoff während derAufreinigung am Adsorbens gebun-den und nach Abtrennung von denunerwünschten Begleitstoffen imDesorptionsschritt wieder abgelöst(desorbiert) werden kann. Es gelangbeispielsweise mehr als 80% desimmobilisierten Liganden für denTrennprozess zu nutzen. Die Unter-suchungen zur Langzeitstabilitätdieses Trägers zeigen weiterhin, dassdie Kapazität über einen Zeitraumvon mehr als einem Jahr konstant

und der Träger stabil ist.Somit konnten die neu entwickeltenselektiven Adsorbentien zur Gewin-nung neuer Wertstoffe aus natür-

lichen marinen Ressourcen, wiebeispielsweise aus Algen oder Krillsowie aus anderen Produktions-reststoffen eingesetzt werden.

The marine environment haveb e c o m e into focus of natural productrecovery because of its wide bio-diversity. Representatives of everyphylum (plant, animal or fungi) arefound in the sea. From a smallnumber of marine species that havebeen studied, thousands of com-pounds have been isolated. More-over, only a small percentage ofthese compounds has been testedin clinically relevant bioassays.Marine derived pharmaceuticals e.g.from sponges and bryozoans showthe high potential of the oceans asa resource for new drugs.

A promising class of substances areglycoconjugates. These areamphiphilic molecules with a sugarp a rt combined with a protein or alipophilic part. Characteristic sugarchains determine the cell surface andplay a major role in physiologi c a lprocesses like cell recognition and celldifferentiation and unphysiologi c a lprocesses like infections.

Glycoconjugates especiallyglycolipids isolated from e.g. spongesand blue green algae show antiviral,immunmodulatoric and antitumoraleffects. The isolation of new com-pounds and their application in bio-assays require purification processes.The characteristic sugar chain mayselectively adsorbed in the bio-specific separation process which isa suitable method for the purificationof glycoconjugates. Affinity separationis a selective technique based onspecific interaction between c o m p l e-mentary molecules e.g. enzyme andsubstrate or antigen and antibody.The substance to be separated e.g.the glycolipid is adsorbed on aimmobilized ligand. This ligand isbound onto a solid matrix(adsorbens). The unboundcontaminants in a crude extract canbe washed off. Consequently thesubstance of interest can bedesorbed from the ligand. Factors in-fluencing this separation process arethe characteristics of the solid matrix,

conditions of functionalization andligand immobilization and the affinitybetween ligate and ligand. Modifyingthese parameters according to thesubstances of interest are theresearch topics of the working group:Selective bioseparation.

A successfull immobilization of bio-active lectins as ligands under mildconditions in a short time could beachieved. Parameters like capacity andligand accessibiity show a more than80% immobilization of several lectins.Studies on long term stability proveno activity loss of the self preparedadsorbents for more than one yeareven if the support is applied to roughseparation cycles.With these investigation a number ofdifferent adsorbents are applicablefor the purification of biologicalactive glycoconjugates from marineresources like microalgae, crabs orother byproducts.

Wasser und Klima im Lebensraum KüsteWater and Climate in the Coastal Zo n e s

Affinitätszyklus und Modell eines AdsorbensAffinity separation process

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In der Zentralabteilung Technikumsind die ingenieurwissenschaftlichenAbteilungen und diejenigen zentra-len technischen Dienste zusammen-gefasst, die an der Durchführung desForschungs- und Entwicklungspro-gramms des Zentrums unmittelbarbeteiligt sind.

GKSS versteht sich als technologi e-o r i e n t i e rtes GF-Zentrum, insbesonderein Bezug auf die Marktnähe der Fo r-schung und Entwicklung und auf dieZusammenarbeit mit der Industrie undden Behörden in der Projekt- undAuftragsarbeit. Im Gegensatz zu denmeisten Universitätsinstituten ist es beiGKSS möglich, Entwicklungsarbeitendurchzuführen, für die technischanspruchsvolle und aufwendigeExperimentiereinrichtungen benötigtwerden. Ebenso ist GKSS in der Lage,zur Erprobung hier entwickeltertechnischer Ve rfahren, im Vo rfeld derindustriellen Anwendung Pilotanlagenzu erstellen und zu betreiben.

Das Technikum verf ü gt über dieh i e rfür erforderliche Entwicklungs-

kapazität, die im wesentlichen ausq u a l i f i z i e rten Ingenieuren besteht, zuder aber natürlich auch entsprechendausgestattete Ve r s u c h s w e r k s t ä t t e ngehören, in denen Prototypfert i g u n g e nsowie Änderungen und Reparaturend u r c h g e f ü h rt werden können. Insbe-sondere bei laufenden Experimenten,Feldkampagnen und knapp terminier-ten Forschungsaufträgen für Dritte istein schneller, unbürokratischer Zugr i f fauf erfahrenes We r k s t a t t p e r s o n a le rf o r d e r l i c h .

A u f grund langjähriger Erfahrung undeines dabei erworbenen Spez i a l-wissens sind die Mitarbeiter des Te c h-nikums in der Lage, in Zusammen-arbeit mit den Wissenschaftlern derverschiedensten Disziplinen dasInstrumentarium zu erstellen, welchesb e n ö t i gt wird, um erstklassige experi-mentelle Forschung zu betreiben.Durch Bündelung der erf o r d e r l i c h e nKompetenz (Konstruktion, Elektronikund Fe rtigungstechnik) in einer zentra-len Stelle werden ein hohes Maß anFlexibilität, eine gute Auslastung derFachkräfte und ein Optimum an

Qualität erreicht. Voraussetzung hierf ü rist aber, dass es zu einer wirklichen,echten Zusammenarbeit mit denWissenschaftlern der Institute kommt.Brauchbare Experimentiereinrich-tungen können nicht einfach bestelltwerden, sie sind jedesmal einmalig inihrer Art und müssen gemeinsamerarbeitet werden.

Das Technikum stellt die maritimeL o gi stik sowohl für den Betrieb derForschungsschiffe "LUDW I GPRA NDTL" und "STORCH" als auch fürMesspontons und Bojen, die imBereich der GKSS-Kü s t e n f o r s c h u n gregelmäßig eingesetzt werden.

Gleichfalls in den maritimen Bereichfallen die Arbeiten des Technikums aufden Gebieten der Ta u c h e r g e r ä t e-prüfung und Unterwasserschweiß-ausbildung. Zusammen mit demGermanischen Lloyd, Hamburg,werden Aufträge inklusive der Durch-führung von Druck- und Fu n k t i o n s t e s t san Unterwassergeräten und Druck-behältern durchgeführt .

Te c h n i k u mTechnical Department

Aus der Arbeit des Te c h n i ku m s

The central Technical department is made up of the engi n e e r i n gd e p a rtments and those centraltechnical services directly involved inthe implementation of the researchand development progr a m .

GKSS sees itself as a technology -oriented national research center, part i-cularly with regard to the market pro-ximity of research and developmentand cooperation with industry andgovernment agencies on projects andcontracts. Unlike the situation at mostuniversity institutes, at GKSS it is possi-ble to carry out development workrequiring expensive, high-technologyfacilities. GKSS is also able to produceand operate pilot plants for testing thetechnical procedures developed at itsfacilities. The Technical department hasthe requisite development capacity toaccomplish all of this. Such capacityconsists primarily of qualified

e n gineers, but naturally also includesappropriately equipped experimentalfacilities in which prototypes can be pro-duced, changes made, and repairs car-ried out. Quick, non-bureaucratic accessto trained facility personnel is necessaryfor productive research, especially withinthe context of ongoing experiments, fieldcampaigns and research projects forthird parties with short-term deadlines.

Thanks to their special knowledge acquired through many years of expe-rience, the employees in the Te c h n i c a lD e p a rtment are able to cooperate withscientists from the most varied ofdisciplines to create the instrumentsnecessary for first-class experimentalresearch. The pooling of requisite ex-p e rtise (design, electronics and manu-facturing engineering) in one centrallocation leads to a high degree of flexi-b i l i t y, good utilization of skilled workers,and optimum quality. In order for this

to occur, however, it is necessary thatreal cooperation be established withscientists from various institutes. -Useable experimental facilities cannotsimply be ordered; every one of themis unique in its own way and must bedeveloped through collaborative effort s .

The Technical department producesthe maritime logistics for operating theresearch ships "LUDWIG PRA NDT L”and "STORCH” as well as for themeasurement pontoons and buoysthat are regularly used in GKSS coastalr e s e a r c h .

In the maritime sector, the Te c h n i c a ld e p a rtment also inspects divers’equipment and performs underwaterwelding training. Jobs such as pressureand function tests for underwaterdevices and pressure tanks are carriedout in cooperation with GermanischeLloyd, Hamburg.

Technical Depart m e n t

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F o r s c h u n g s r e a k t o rResearch Reactor

Entwicklung, Aufbau und Betrieb derNeutronenstreueinrichtungen am FR G -1 sind im wesentlichen Bestandteil derG K S S - P r o grammschwerpunkte "Leicht-bau in der Verkehrs- und Energi e t e c h-nik" sowie "Wasser und Klima imLebensraum Küste". Mit dieser Einbin-dung wird erreicht, dass die Fo r s c h u n gmit Neutronen weniger methodischsondern thematisch an den aufindustrieller Nutzung und Anwendungausgerichteten Forschungszielen derWerkstoffentwicklung orientiert ist.

Neben dem Einsatz im GKSS-Fo r s c h u n g s p r o gramm werden dieBestrahlungsmöglichkeiten des Fo r-schungsreaktors sowie die in den letz-ten Jahren ausgebauten experimentel-len Neutronenstreueinrichtungen in en-ger Zusammenarbeit mit der Industrie,den Hochschulen, Behörden und Äm-tern genutzt. Die international aner-kannte experimentelle Ausstattung, ver-bunden mit einer großen Ve rf ü g b a r k e i tdes FRG-1, hat zu einer intensiven Zu-sammenarbeit mit in- und ausländi-schen Wi s s e n s c h a f t l e r gruppen geführt .Diese hat sich weiter verbessert, nach-

dem es im März 2000 möglich war,durch eine Halbierung der Größe desReaktorkerns den Neutronenfluss umca. 80% weiter zu erhöhen. Der jetztvorhandene ungestörte Neutronenflussvon 1,4 x 1014 n / c m2 s ist einmalig füreinen Forschungsreaktor dieser Leis-t u n g .

Aus den Anforderungen der wissen-schaftlichen Arbeiten leiten sich dieAufgaben und Ziele der GKSS-Zentral-abteilung Forschungsreaktor ab: vielebrauchbare Neutronen, sicher undzuverlässig, aber auch kostenbewusst,mit dem FRG-1 zu produzieren. Die Si-cherheit ist dabei oberstes Gebot, demsich die weiteren Ziele unterordnen.

Von der Zentralabteilung Fo r s c h u n g s r e-aktor werden ferner Bestrahlungsaufträ-ge für andere wissenschaftliche Einrich-tungen, Hochschulen, Behörden undÄmter durchgeführt. Die Herstellungmedizinischer Präparate für diagnosti-sche Zwecke gehört ebenso dazu wiedie Bestrahlung von Proben aus unse-rer Umwelt zur Beurteilung der Schwer-m e t a l l b e l a s t u n g .

Der FRG-1 ist ein Fo r s c h u n g s r e a k t o rmit einer thermischen Leistung vonfünf Megawatt. Er ist als Strahlrohr-reaktor ausgelegt, das heißt, die durchnukleare Spaltung entstehenden Neu-tronen werden über Strahlrohre vomReaktorkern zu den Experimenten ge-leitet. Der FRG-1 wurde bereits 19 58 inBetrieb genommen. Kontinuierlich wur-de und wird er dem sich änderndenStand von Wissenschaft und Te c h n i kangepasst. Hierzu gehören auch die re-gelmäßige Überprüfung der Betriebs-vorschriften, die Bedienungsanweisun-gen, regelmäßige und intensive Pe r s o-nalschulungen, umfangreiche und wie-derkehrende Prüfungen und die vor-beugende Wa rtung wichtiger Anlagen-teile. Hierdurch wird aktiv der sicher-heitstechnische Standard der Anlageg e f ö r d e rt und die Ergebnisse und Emp-fehlungen in Abstimmung mit den zu-ständigen Genehmigungsbehördenumgesetzt. Durch die Summe dieserMaßnahmen steht der Wi s s e n s c h a f tmit dem FRG-1 eine der modernstenNeutronenquellen Europas zur Ve rf ü-g u n g .

The development, construction andoperation of the neutron scatteringfacility at FRG-1 are essentiallyelements of the GKSS researchp r o grams "Lightweight Construction inTr a n s p o rt and Energy Te c h n o l o gy” and" Water and Climate in the CoastalE n v i r o n m e n t .” This integration ensuresthat research using neutrons at GKSS isoriented less toward methodology andmore toward research goals in the areaof materials development tailored toindustrial applications.

In addition to their use in the GKSSresearch program, the radiation capa-cities of the research reactor as well asthe experimental neutron scatteringfacilities (which have been expandedover the last few years) are employedin close cooperation with industry, col-leges and universities and governmentagencies. The world-class researchequipment and the high availability ofFRG-1 have led to extensive coopera-tion with teams of scientists from

Germany and abroad. This situation im-proved even further after a 50 - p e r c e n treduction in the size of the reactor corein March 2000 enabled the neutronflux to be increased by 80 percent. Th eresulting unimpeded neutron flux of1,4 x 1014 n / c m2 s is unparalleled for aresearch reactor of this power.

The requirements of scientific workform the basis for the tasks and goalsof the Central Research Reactor depart-ment at GKSS, i.e., using FRG-1 toproduce many usable neutrons in a -safe, reliable and cost-efficient manner.Top priority is given to safety, with allother goals subordinate to this require-ment. The Central Research Reactord e p a rtment also conducts radiationexperiments for other scientificinstitutions, colleges and universitiesand government agencies. Th i sincludes the production of medicalpreparations for diagnostic uses as wellas the irradiation of environmentalsamples to determine the level of

heavy metals they contain. FRG-1 is aresearch reactor with a thermal powerof five megawatts. It is designed as abeam hole reactor, which means thatthe neutrons created by nuclear fissionare transported to the research loca-tions via beam holes. FRG-1 becameoperational back in 19 58. Since then ithas been continually updated to incor-porate the latest scientific and techno-l o gical developments. This includes aregular review of the operating guide-lines and the operating instructions, aswell as regular and extensive trainingcourses for personnel, comprehensiveand repeated testing and the preven-tive maintenance of the facility’s im-p o rtant components. This enables thefacility’s safety technology to be activelyimproved and results and suggestionsimplemented in close cooperation withthe responsible regulatory authorities.Taken together, these measuresguarantee that FRG-1 providesscientists with one of the most modernsources of neutrons in Europe.

Der Forschungsreaktor FRG - 1

The FRG-1 Research Reactor

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KennzahlenKey Figures

GKSS und das UmfeldInteraction with the Surrounding

Organe und GremienOrganization

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Page 54: Jahresbericht 2001

Zahlen, Daten, Fakten / Figures and Facts

LagepläneSite Maps

AnschriftenAdress

I m p r e s s u m

H e r a u s g e b e r :G K S S - Fo r s c h u n g s z e n t r u mGeesthacht GmbHM ax - P l a n c k - S t r a ß eD- 21502 Geesthacht

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O r g a n i s a t i o n s f o r m

Das GKSS-Forschungszentrum ist eine gemeinnützige Forschungsgesellschaft mit beschränkter Haftung. Ihre Gesell-schafter sind die Bundesrepublik Deutschland, die Länder Brandenburg, Freie und Hansestadt Hamburg, Niedersach-sen und Schleswig-Holstein, die Gesellschaft zur Förderung des GKSS-Forschungszentrums e.V. sowie namhafte Wirt-schaftsunternehmen. Sitz der Gesellschaft ist Geesthacht. Der GKSS gehört als auswärtiger Betriebsteil seit 1992 dieArbeitsgruppe für Membranforschung in Teltow an. Die zur Deckung des Betriebs- und Investitionsaufwandes nachAbzug der eigenen Erträge erforderlichen Zuschüsse werden zu 90 Prozent vom Bund und zu zehn Prozent von denLändern getragen. GKSS hat vier Gesellschaftsorgane. Die Gesellschaft wird durch einen technisch-wissenschaftlichenBeirat (twB) ergänzt, der sich aus der Gesellschaft nicht angehörigen Mitgliedern zusammensetzt und der die Gesell-schaft in wissenschaftlich-technischen Fragen und in wichtigen die Industrie und Wirtschaft betreffenden Fragen berätund bei wichtigen Entscheidungen gehört wird. Die Gesellschaftsorgane sind:

• Geschäftsführer• Wissenschaftlich-Technischer Rat (WTR)• Gesellschafterversammlung• Aufsichtsrat

G e s c h ä f t s f ü h r u n g

Geschäftsführung am 31.05.2001:Christian Scherf - kaufmännisch

Dr. Günter von Sengbusch - wissenschaftlich

Prokura am 31.05.2001:Dr. Wolfgang Jager – kaufmännisch

Dr. Joachim Krohn – wissenschaftlich

Wi s s e n s c h a f t l i c h -Technischer Rat

Der Wissenschaftlich-Technische Rat (WTR) bildet das Forum für die interne Diskussion. Er trägt somit zur fachüber-greifenden, vernetzenden Arbeitsweise der GKSS bei. Er berät die Geschäftsführung in allen wesentlichen wissen-schaftlichen und technischen Fragen. Ihm gehören die Leiter der Institute, sowie gewählte Vertreter der wissenschaft-lich-technischen Mitarbeiter und ein Mitglied des Betriebsrates der Gesellschaft an. Der WTR setzte sich am31.05.2001 aus folgenden Personen zusammen:

Prof. Dr. Karl-Ulrich Kainer (Vorsitzender ab 10.11.2000)

Prof. Dr. Rüdiger Bormann

Prof. Dr. Wolfgang Brocks

Prof. Dr. Helmut Clemens(ab 01.07.2000)

Dr. Roland Doerffer(ab 10.01.2001)

Jürgen Gandraß(ab 10.01.2001)

Prof. Dr. Bernd Neidhart

Prof. Dr. Dieter Paul

Prof. Dr. Ehrhard Raschke(Vorsitzender bis 10.11.2000)

Dr. Klaus Richau

Michael Schossig-Tiedemann(ab 29.03.2001)

Prof. Dr. Karl-Heinz Schwalbe

Henning Schwan

Prof. Dr. Hans von Storch

Dr. Rolf Stuhlmann(bis 31.12.2000)

Dr. Regine Willumeit

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Organe und GremienO r g a n i z a t i o n

Organizational Structure

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

• Managing Directors• Scientific-Technical Committee• Society Associates• Advisory Board

Management Board

Management Board as of May 31, 2001:Christian Scherf - Business Administration

Dr. Günter von Sengbusch - Scientific Issues

Procuration on May 31, 2001:Dr. Wolfgang Jager - Business Administration

Dr. Joachim Krohn - Scientific Issues

S c i e n t i f i c -Technical Committee

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

Prof. Dr. Rüdiger Bormann

Prof. Dr. Wolfgang Brocks

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

Dr. Roland Doerffer(since January 10, 2001)

Jürgen Gandraß(since January 10, 2001)

Prof. Dr. Bernd Neidhart

Prof. Dr. Dieter Paul

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

Dr. Klaus Richau

Michael Schossig-Tiedemann(since March 29, 2001)

Prof. Dr. Karl-Heinz Schwalbe

Henning Schwan

Prof. Dr. Hans von Storch

Dr. Rolf Stuhlmann(until December 31, 2000)

Dr. Regine Willumeit

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G e s e l l s c h a f t e r v e r s a m m l u n g

Das Stammkapital des GKSS-Forschungszentrums in Höhe von DM 80.000,- wurde per 31.05.2001 gehalten von:

• Bundesrepublik Deutschland: DM 37.000,- (46,25 %)

• nachfolgenden Bundesländern mit DM 4.000,- (5 %):Freie und Hansestadt Hamburg, Land Brandenburg, Land Niedersachsen, Land Schleswig-Holstein

• Gesellschaft zur Förderung des GKSS-Forschungszentrums e.V.: DM 14.000,- (17,50 %)

• weiteren Gesellschaftern aus Industrie, Schiffbau, Schifffahrt und Banken mit einem Gesamtanteil von DM 25.000,- (31,25 %):

Meeting of Part n e r s

The GKSS Research Center has nominal capital of DM 80,000. As of May 31, 2001, this was held by the following:

• The Federal Republic of Germany: DM 37,000 (46.25 %)

• The following federal states (Länder) with DM 4,000 (5 %):The Free and Hanseatic City of Hamburg, Brandenburg, Lower Saxony, Schleswig-Holstein

• Gesellschaft zur Förderung des GKSS - Forschungszentrums e.V.(Society for the Promotion of the GKSS Research Cente r ) : DM 14,000 (17.50 %)

• Further companies from the industrial, shipbuilding and banking sectors with a combined share of DM 25,000 (31.25 %):

Aluminium Rheinfelden GmbH, Rheinfelden

Commerzbank AG, Frankfurt/Main

Deutsche Bank AG, Hamburg

Dresdner Bank AG, Hamburg

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

Germanischer Lloyd AG, Hamburg

Hamburgische Electricitäts-Werke AG, Hamburg

Howaldtswerke-Deutsche Werft AG, Kiel

Thyssen Krupp AG, Düsseldorf

Mannesmannröhren-Werke AG, Mühlheim

MAN Technologie AG, Augsburg

E.ON Wasserkraft GmbH, Hannover

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

Schleswag Aktiengesellschaft, Rendsburg

Siemens AG, Berlin and München

Sterling Industry Consult GmbH, ItzehoeStadtwerke Flensburg GmbH, Flensburg

Thyssen Krupp Technologies AG, Essen

Verband für Schiffbau und Meerestechnik e.V., Hamburg

Aluminium Rheinfelden GmbH, RheinfeldenCommerzbank AG, Frankfurt/Main

Deutsche Bank AG, Hamburg

Dresdner Bank AG, Hamburg

John T. Essberger, H a m b u r g ,mit Deutsche Afrika-Linie GmbH & Co., Hamburg,in Gesellschaft bürgerlichen RechtsGermanischer Lloyd AG, Hamburg

Hamburgische Electricitäts-Werke AG, Hamburg

Howaldtswerke-Deutsche Werft AG, Kiel

Thyssen Krupp AG, Düsseldorf

Mannesmannröhren-Werke AG, Mühlheim

MAN Technologie AG, AugsburgE.ON Wasserkraft GmbH, Hannover

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

Schleswag Aktiengesellschaft, Rendsburg

Siemens AG, Berlin und MünchenSterling Industry Consult GmbH, Itzehoe

Stadtwerke Flensburg GmbH, Flensburg

Thyssen Krupp Technologies AG, Essen

Verband für Schiffbau und Meerestechnik e.V., Hamburg

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A u f s i c h t s r a t

Der Aufsichtsrat überwacht nach dem Gesellschaftsvertrag die Rechtmäßigkeit, Zweckmäßigkeit und Wirtschaftlichkeitder Geschäftsführung. Zu seinen Aufgaben und Befugnissen gehören weiterhin:

• die Entscheidung über strategische, forschungspolitische und finanzielle Angelegenheiten der Gesellschaft,• der Beschluss über die Grundsätze für eine Erfolgskontrolle der wissenschaftlich-technischen Arbeiten,• die Weisungsbefugnis gegenüber Geschäftsführung und Wissenschaftlich-Technischem Rat in wichtigen

forschungs-politischen und wichtigen finanziellen Angelegenheiten,• die Zustimmungspflicht bei einer Reihe von Rechtsgeschäften der Gesellschaft.

Dem Aufsichtsrat gehörten zum 31.05.2001 folgende Personen an:Ministerialdirigent Hansvolker Ziegler (Vorsitzender)Bundesministerium für Bildung und Forschung, Bonn

Prof. Dr. Rolf Dieter BehlingGesellschaft zur Förderung des GKSS-Forschungszentrums e. V., HamburgDr. Klaus BorgschulteGeschäftsführer der Thyssen Umformtechnik Turbinenkomponenten GmbH, Remscheid

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

Peter DeutschlandVorsitzender des DGB, Landesbezirk Nordmark, Hamburg

Dr. Rudolf-Adolf Dietrich (bis 28.06.2000)GKSS-Forschungszentrum Geesthacht GmbH, GeesthachtDr. Götz Flöser (ab 30.05.2000)GKSS-Forschungszentrum Geesthacht GmbH, Geesthacht

Ministerialdirigent Dr. Birger Hendriks ( s t e l l v e rtretender Vo r s i t z e n d e r )Ministerium für Bildung, Wissenschaft, Forschung und Kultur des Landes Schleswig-Holstein, Kiel

Ministerialdirigent Dr. Fritz HolzwarthBundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit, Bonn

Ministerialrätin Dr. Ursula Kleinhans Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kultur des Landes Brandenburg,Potsdam

Ministerialrat Dr. Axel KollatschnyNiedersächsisches Ministerium für Wissenschaft und Kultur, Hannover

Prof. Dr. Eike LehmannMitglied des Vorstandes, Germanischer Lloyd Hamburg, Hamburg

Dr. Michael PfuffGKSS-Forschungszentrum Geesthacht GmbH, Geesthacht

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

Regierungsdirektor Dr. Jürgen Roemer-Mähler Bundesministerium für Bildung und Forschung, Bonn

Dr. Nico ScharnaglGKSS-Forschungszentrum Geesthacht GmbH, Geesthacht

Senatsdirektor Gerhard SchneiderBehörde für Wissenschaft und Forschung der Freien und Hansestadt Hamburg,Hamburg

Nicholas Teller (ab 08.06.2000)Mitglied der Geschäftsleitung Commerzbank AG,Hamburg

Supervisory Board

Deputy Director General Hansvolker Ziegler (Chairman)Federal Ministry of Education and Research, Bonn

Professor Dr. Rolf Dieter BehlingGesellschaft zur Förderung des GKSS-Forschungszentrums e. V., HamburgDr. Klaus BorgschulteM a n a ging director of Thyssen Umformtechnik Turbinenkomponenten GmbH, Remscheid

Director Hans-Joachim Brückner (until June 28, 2000)Head of the Hamburg branch of Dresdner Bank AG, Hamburg

Peter DeutschlandChairman of the DGB, Nordmark district, Hamburg

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

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

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

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

Section Director Dr. Ursula Kleinhans Ministry of Science, Research and Culture of the state of Brandenburg, Potsdam

Section Director Dr. Axel KollatschnyMinistry of Science and Culture of Lower Saxony, Hanover

Professor Dr. Eike LehmannBoard of management member, Germanischer Lloyd Hamburg, Hamburg

Dr. Michael PfuffGKSS Research Center Geesthacht, Geesthacht

Professor Dr. jur. Bernd Rebe (until June 28, 2000) Braunschweig

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

Dr. Nico ScharnaglGKSS Research Center Geesthacht, Geesthacht

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

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

According to the GKSS statute, the supervisory board monitors that management activities are appropriate, economically efficient and in conformity with legal norms. Its responsibilities and powers also include:

• making decisions concerning the research center’s strategy, research policies and financial affairs,• deciding on the principles for evaluating the success of scientific and technical work,• the authority to issue directives to management and to the Scientific-Technical Committee in important

research policies and financial matters,• granting the consent necessary for a number of the research center’s legal transactions.

As of May 31, 2001, the following persons were members of the supervisory board:

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Organe und GremienO r g a n i z a t i o n

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technisch-wissenschaftlicher Beirat

Der technisch-wissenschaftliche Beirat (twB) bildet die zentrale Verbindung zu Einrichtungen außerhalb der GKSS: zu Hochschulen, zur Industrie und zu anderen Forschungseinrichtungen. Aus jedem Arbeitsgebiet gehören deshalbmehrere Sachverständige dem Beirat an. Die Aufgabe des twB ist die Beratung der Gesellschaft und des Aufsichts-rates in allen wissenschaftlichen Fragen. Hierzu gehören insbesondere die regelmäßigen Beratungen über die lang-fristigen Forschungs- und Entwicklungsprogramme, die Beratung über den Ergebnisbericht und die Beratung derGesellschaft bei der Planung und Ausführung ihrer Arbeiten. Der Aufsichtsrat kann dem twB weitere Aufgaben imEinzelfall zur Beratung übertragen. Die Mitglieder des twB werden vom Aufsichtsrat für vier Jahre berufen. Er bestandam 31.05.2001 aus folgenden Personen:

Prof. Niels-Peter Rühl (Vorsitzender)Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH), HamburgProf. Dr. Georg BüldtInstitut für Biologische Informationsverarbeitung, Forschungszentrum Jülich, Jülich

Prof. Dr. Karl CammannInstitut für Chemo- und Biosensorik an der Westfälischen Wilhelms-Universität,Münster

Prof. Dr. Franciscus ColijnForschungs- und Technologiezentrum Westküste der Universität Kiel, Büsum

Prof. Dr. Wolf-Dieter DeckwerBioverfahrenstechnik der Gesellschaft für Biologische Forschung mbH (GBF), Braunschweig

Prof. Dr. Franz-Dieter FischerMontanuniversität Leoben, Leoben, Österreich

Prof. Dr. Helmut FöllTechnische Fakultät der Universität Kiel, Kiel

Prof. Dr. Ulrich FörstnerArbeitsbereich Umweltschutztechnik, Technische Universität Hamburg-Harburg, Hamburg

Prof. Dr. Dr. Wittko FranckeInstitut für Organische Chemie, Universität HamburgProf. Dr. May-Britt HäggTelemark Institute of Technology, Porsgrunn, Norwegen Prof. Dr. Niels HansenMaterials Department, Risø National Laboratory, Roskilde, DänemarkDr. Erich HolzhüterSterling Industry Consult SIC, Ludwigshafen Barend PekShell International Oil Products B.V., Amsterdam, NiederlandeProf. Dr. Armin RellerUniversität Augsburg, Lehrstuhl für Festkörperchemie, AugsburgProf. Dr. Alfred SchmidtInstitut für Verfahrens- und Brennstofftechnik an der TU Wien, Wien, ÖsterreichDr. Wolfgang Schneider (stellvertretender Vorsitzender)DaimlerChrysler Aerospace Airbus GmbH, HamburgMichael WindischMAN-Technologie, KarlsfeldDr. Jürgen WortmannDaimlerChrysler Aerospace, München

Technical and Scientific Advisory Committee

The Technical and Scientific Advisory Committee serves as the main institutions for maintaining contact with organizationsoutside of GKSS, including universities, industrial companies and other research institutions. The advisory committee therefore includes as members several experts from each field of work. The job of the committee is to advise GKSSand the supervisory board on all scientific matters. In particular, this includes regular consultations concerning thelong-term research and development programs, discussion of the report on results and advice regarding the planningand conduct of the work at GKSS. The supervisory board can assign other consultative responsibilities to the commit-tee in individual cases. Committee members are appointed by the supervisory board and serve terms of four years.As of May 31, 2001, the committee consisted of the following persons:

Professor Niels-Peter Rühl (Chairman)Federal Maritime and Hydrographic Agency of Germany (BSH), HamburgProfessor Dr. Georg BüldtInstitute for Biological Information Processing, Research Center Jülich, JülichProfessor Dr. Karl CammannInstitute for Chemical and Biochemical Sensor Research at the University of MünsterProfessor Dr. Franciscus ColijnResearch and Technology Center Westcoast at the University of Kiel, BüsumProfessor Dr. Wolf-Dieter DeckwerBiochemical Engineering Division of the German Research Center for Biotech-nology (GBF), Braunschweig

Professor Dr. Franz-Dieter FischerUniversity of Leoben, Leoben, Austria

Professor Dr. Helmut FöllFaculty of Engineering at the University of Kiel, Kiel

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

Professor Dr. Dr. Wittko FranckeInstitute of Organic Chemistry, University of Hamburg

Professor Dr. May-Britt HäggTelemark Institute of Technology, Porsgrunn, NorwayProfessor Dr. Niels HansenMaterials Department, Risø National Laboratory, Roskilde, DenmarkDr. Erich HolzhüterSterling Industry Consult SIC, Ludwigshafen Barend PekShell International Oil Products B.V., Amsterdam, NetherlandsProfessor Dr. Armin RellerUniversity of Augsburg, Chair of Solid State Chemistry, AugsburgProfessor Dr. Alfred SchmidtInstitute for Process and Fuel Technology at the Vienna University of Technology,Vienna, Austria

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

Michael WindischMAN-Technologie, Karlsfeld

Dr. Jürgen WortmannDaimlerChrysler Aerospace, Munich

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Organe und GremienO r g a n i z a t i o n

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E i n n a h m e n

Die Einnahmen der GKSS setzensich aus der institutionellen Förde-rung durch Bund und Länder undeigenen Einnahmen aus Drittmittel-projekten (z. B. bmb+f und EU) und Aufträgen aus der Wirtschaftzusammen.

Im Jahr 2000 lag die institutionelleFörderung bei ca. 102 Mio DM. Es ist zu erwarten, dass sich dieinstitutionelle Förderung auch in dennächsten Jahren auf diesem Niveaubewegen wird, u. a. durch die bereitserfolgte Genehmigung eines weite-ren Neubaus für das Institut fürWerkstoffforschung.

Die Einnahmen aus Aufträgen undProjektförderungen von Bund undLändern, in- und ausländischen Wirt-schaftsunternehmen, internationalenOrganisationen und sonstigen Erträ-gen liegen in den letzten Jahren beica. 20 – 25 Mio DM p.a. mit stei-gender Tendenz insbesondere beiden Einnahmen aus der EU-Förde-rung und der Wirtschaft.

Der größte Anteil an den Erträgenaus Projektförderungen stammt ausProjekten des Bundes und der Län-der, die neben der institutionellenFörderung auf Grund von Einzel-anträgen der GKSS gewährt wurden.

Der zweite wesentliche Beitrag zuden Einnahmen stammt aus denProjektförderungen durch interna-tionale Organisationen, im Wesent-lichen durch die Europäische Union.Dieser Anteil an den eigenen Erträ-gen konnte erfreulicherweise in denJahren 1995 – 2000 verdreifachtwerden. Anzeichen für eine weiter-hin sehr positive Entwicklung indiesem Bereich liegen vor.

Der drittgrößte Beitrag an den Erträ-gen stammt aus Einnahmen aus in-ländischen Wirtschaftsunternehmen. In diesem Zusammenhang ist auchauf die Erfolge der GKSS bei derEinwerbung von Mitteln des HGF-Strategiefonds hinzuweisen.

E i n n a h m e nOwn income

Einnahmen von inländischen Unte r n e h m e nIncome from German companies

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Own income

GKSS finances its activities withsubsidies from the German federaland state governments as well asthrough its own income fromprojects funded by third parties (e. g. from the German Ministry ofEducation and Research and theEU), and from private and publicbusiness contracts.

Public subsidies amounted to appro-ximately DM 102 million in 2000. Itis expected that this funding will re-main at about the same level in thecoming years, among other thingsdue to the approval which has beengranted for construction of a newinstitute for materials research.

Annual income from project sub-sidies and contracts from the federaland state governments as well asfrom German and foreign compa-nies, international organizations andother sources amounted to betweenDM 20 and DM 25 million over thelast few years. This type of income isnoticeably increasing, particularly dueto EU funding and industry contracts.

The largest share of project fundingcomes from the federal and stategovernments. It is granted to GKSSon the basis of individual projectapplications and is not part of publicsubsidies.

The second-largest contribution toincome comes from project fundingby international organizations, parti-cularly the European Union. Theshare of GKSS’ own income accoun-ted for by such funding tripled from1995 – 2000, and there are clearindications that this positive trendwill continue.

The third-largest contribution toincome comes from German com-panies. Last, but not least, GKSS’success in gaining funding from theHGF Strategy Fund is also worthy ofmention.

Ke n n z a h l e nKey Figures

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

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E x p e n d i t u r e s

A u s g a b e n

Die Gesamtausgaben der GKSS ent-sprechen den gesamten Einnahmen,da GKSS als gemeinnützige GmbHkeine Gewinnabsichten verfolgt. Dengrößten Ausgabenblock stellen diePersonalausgaben dar. Sie betrugenim Jahr 2000 ca. 64 Mio DM undliegen damit bei ca. 47 % derGesamtausgaben.

Die Sachausgaben mit 46 Mio DMim Jahr 2000 betrugen - wie auch inin den zurückliegenden Jahren - ca.1/3 der Gesamtausgaben. Ihre Höheist ein Zeichen dafür, dass GKSSweiterhin auf eine ausreichendeAusstattung mit Arbeitsmittelnzurückgreifen kann.

Die Investitionen zeigen einen unter-schiedlichen Verlauf in Abhängigkeitzum jeweiligen Ausbauprogramm.Sie liegen jedoch auf einem gesun-den Niveau, das einen für eineForschungseinrichtung notwendigenschnellen Erneuerungsprozessermöglicht.

Because GKSS is a non-profit orga-nization, its total expenditures are ashigh as its income. The largest singleitem are personnel costs, whichamounted to some DM 64 million in2000, or approximately 47% of thecenter’s total expenditures.

In 2000, the cost of materials andequipment remained at about thesame level as in previous years,coming in at DM 46 million, orabout a third of total expenditures.The high level of these expendituresensures that GKSS will continue tohave sufficient working materials.

The development of investmentvaried depending on the expansionprogram in question. Investmentswere at a relatively high level,however, thus allowing GKSS tomodernize at a rate necessary for aresearch institute.

A u s g a b e nExpenditures

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Die von Bund und Ländern gefordert eStellenreduktion im Rahmen derGrundfinanzierung (Personal im Stel-lenplan) musste in den letzten Jahrenweiter fort g e f ü h rt werden. Auch in denFolgejahren muss mit einem weiterenAbbau von Planstellen gerechnetwerden. Um einen zu starken Pe r s o n a l-abbau zu vermeiden, müssen daherweiterhin verstärkt Drittmittel eingewor-ben werden, um damit zusätzlichesPersonal (drittmittelfinanziert) beschäf-tigen zu können. Während im Jahr1995 noch ca. 520 Mitarbeiter undMitarbeiterinnen auf Planstellen be-s c h ä f t i gt wurden, sind es im Jahr 20 0 0nur noch etwa 440 gewesen. Somitmussten in den letzten fünf Jahren et-wa 80 Arbeitsplätze abgebaut werden.Fast 300 Mitarbeiter und Mitarbeiterin-

nen werden außerhalb des Stellen-plans auf zeitlich befristeten Stellen ge-f ü h rt (Doktoranden, Po s t d o k t o r a n d e n ,Diplomanden und Auszubildende).

Dieser kontinuierliche Pe r s o n a l a b b a ugefährdet inzwischen die wissenschaft-liche Infrastruktur - trotz ausreichenderFinanzmittel - in ihrer Existenz und stelltbei weiterer Fo rtführung die Fu n k t i o n s-fähigkeit ernsthaft in Frage. DringendeFlexibilisierungsmaßnahmen werdennicht gewährt unddamit die für einFo r s c h u n g s z e n t r u mnotwendige Beweg-lichkeit im nationa-len und interna-tionalen We t t b e-werb stranguliert .

Die Ausbildung nimmt bei GKSS einenerheblichen Stellenwert ein. Die Zahlder Auszubildenden wurde in den letz-ten Jahren kontinuierlich gesteigert undbeläuft sich zur Zeit auf mehr als 40.Großen We rt legt GKSS auf die We i t e r -und Fo rtbildung ihres Personals, umdie Ressource Personal möglichstoptimal einsetzen zu können.

Ke n n z a h l e nKey Figures

P e r s o n a l

Over the past few years, GKSS hasbeen compelled to continue redu-cing the workforce financed withbasic funds (classification plan staff)in accordance with the demands ofthe federal and state governments. Itis expected that the number of per-manent positions will be cut in thefuture as well. To prevent staff levelsfrom being reduced too strongly,GKSS needs to obtain additional fun-ding from third parties. Whereas theresearch institute still had approxima-tely 520 permanent employees in1995, this number dropped to onlyaround 440 in 2000. This meansthat around 80 positions had to becut in the last five years. In additionto the positions listed in the classifi-cation plan, GKSS also employsalmost 300 temporary workers(trainees, graduate and post-gradu-ate students, post-doctoral fellows).

Despite sufficient funding, this reduc-tion in the workforce is threateningthe institute’s scientific infrastructureand, if continued, will endanger thecenter’s ability to function. Thegovernments have thus far failed

to approvenecessary flexibilitymeasures, therebyinhibiting themaneuverabilityneeded to dealwith competitorsat home andabroad.

Training plays animportant role atGKSS, and overthe last few yearsthe number oftrainees has con-tinuously risen tothe current levelof more than 40.GKSS also putsgreat store in thecontinuing andfurther educationof its staff toensure thathuman resourcesare employed asoptimally aspossible.

P e r s o n n e l

Personalstruktur 20 0 0Personnel structure for the year 2000

Pe r s o n a l g e s a m t ü b e r s i c h tComplete staff overview

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Ü b e r b l i c k

Dynamik und Kreativität von Wissenschaft und Forschungerwachsen aus der Wechsel-wirkung mit ihrem Umfeld. Alsnationales Forschungszentrummit stark anwendungsorientier-ter Ausrichtung der Forschungs-arbeiten ist für GKSS der engeKontakt zu Industrie und Hoch-schule, aber auch zur Bevölke-rung ganz allgemein, als Impuls-geber für Entwicklungen vonzentraler Bedeutung.

Neue Hochtemperaturwerkstoffemüssen beispielsweise nicht nur imLabormaßstab herstellbar, sondernauch großtechnisch produzierbarsein. Nicht nur die Machbarkeit einesneuen Verfahrens im Pilotmaßstabist bedeutend für GKSS, vielmehrwird zunehmend das Gewicht inRichtung der industriellen Verwert-barkeit verschoben.

Technologietransferleistung ist derneue Maßstab, mit dem GKSS sich

international vergleichen muss. NeueWerkstoffe müssen deshalb nicht nurbearbeitbar sein, sie müssen über-dies wirtschaftlich produzierbar sein.Das sind Anforderungen, die bereitsbei der Entwicklung der Werkstoffeformuliert und berücksichtigt werden.GKSS besitzt daher nicht nur eineinternational anerkannte Kompetenzauf dem Gebiet der Materialfor-schung, sondern ist auch Forum fürStrategiegespräche mit der Industrie.

Die Einbeziehung der Öffentlichkeitdurch einen intensiven und ver-ständlichen Informationsfluss ist vonzentraler Bedeutung für die Akzep-tanz der wissenschaftlichen Arbeit.Zwar ist der Zusammenhang vonWirtschaftswachstum und derEntwicklung neuer Techniken undVerfahren im Bewusstsein der Bevöl-kerung verankert, jedoch hemmt invielen Fällen eine unzureichendeInformation deren Einführung. GKSSversteht sich daher auch als Forumfür eine sachgerechte und problem-

orientierte Diskussion mit den Me-dien und der Öffentlichkeit. Gleicher-maßen wichtig ist der ständigeDialog mit Landes- und Bundesbe-hörden. So wird ein großer Teil derGKSS-Umweltforschung einerseitsmit dem Ziel der Umsetzung inHandlungen von öffentlichen Einrich-tungen durchgeführt, zum anderenaber auch, um neue Anforderungenan die Forschung aufzunehmen undAktivitäten daraus abzuleiten.

Die langfristige Sicherung der Bun-desrepublik Deutschland als Wirt-schaftsstandort, der Ausbau und dieIntensivierung neuer, im internatio-nalen Maßstab bedeutender Techno-logien sowie die rasche Umsetzungwissenschaftlicher Ergebnisse, sinddie zentralen Herausforderungen,denen sich GKSS auch in Zukunftweiterhin stellen wird. Die Schaffungund Pflege vielfältiger Umfeld-beziehungen ist eine wesentlicheVoraussetzung für den Erfolg.

Zu s a m m e n a r b e i t

• Auftragsforschung• Strategiediskussion• Nutzung,

Anwendung, Patente

• Technologie-Kooperation

• Technologie-Zentrum

• Auftragsforschung• Kooperation• Arbeitsteilung• Unterstützende und beglei-

tende Untersuchungen

• Information• Diskussion• Wissenschaftliche

und kulturelle Veranstaltungen

Hochschulen

Öffentlichkeit

BehördenIndustrie

• Gemeinsame Berufung• Hochschulforschungs-

programm• Doktoranden/Diplomanden

• Arbeitsgruppen• Praktika / Kurse• ”Summer Schools”

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GKSS und das UmfeldInteraction with the Surrounding

O v e r v i e w

The dynamism and creativity ofscience and research result frominteraction with their surroun-dings. For GKSS, a nationalresearch center with a strongfocus on the applications of itsresearch projects, close contactwith industry, universities andthe population in general is ofcentral importance as a stimulusfor developments.

For example, it must be possible tomake new high-temperature mate-rials not only on a laboratory but alsoon a large technical scale. It is notonly the feasibility of a new processon the pilot scale that is importantfor GKSS; rather, the focus isincreasingly on industrial utility.

The capacity to carry out technologytransfers is the new standard bywhich GKSS must measure itselfinternationally. It is therefore not onlycrucial that new materials are

workable; it must also be possible tomanufacture them economically.Those are requirements that areformulated and taken into accountduring the development of thematerials. To this end, GKSS not onlyrelies on its internationally acknow-ledged expertise in the field ofmaterials research; it also acts as aforum for strategy discussions withindustry.

The involvement of the publicthrough an intensive and compre-hensible flow of information is ofcentral importance for the accep-tance of the scientific work. Althoughthe relationship between economicgrowth and the development of newtechnologies and processes isembedded in the consciousness ofthe public, insufficient informationoften hinders the introduction ofsuch technologies. GKSS thereforealso sees itself as a forum for aproper, problem-oriented discussion

with the media and the public. Theconstant dialogue with state and fe-deral authorities is equally important.A large part of GKSS’ environmentalresearch, for example, is carried outwith the goal of involving publicinstitutions in the implementation phase. At the same time, it is alsoconducted to tackle the newdemands made of research andderive activities from them.

Safeguarding the Federal Republic ofGermany as an industrial locationover the long term, expanding andintensifying development of newtechnologies that are important onan international scale and rapidlyimplementing scientific results arethe central challenges that GKSS will continue to face in the future.Success will only be possiblethrough the creation and cultivationof a variety of external relationships.

Cooperation

• Contract research• Strategy discussions• Uses, applications,

patents

• Technology cooperation

• Technology center

• Contract research• Collaboration• Division of labour• Supporting and supple-

mentary research

• Information• Diskussion• Scientific and

cultural events

Universities

Public

AuthoritiesIndustry

• Joint decisions on appointments• University research program• Post-graduate students /

graduate students

• Working groups• Internships/

Training courses• ”Summer Schools”

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Kooperation mit der Wi rtschaft

Es gehört zu den GKSS-Zielen, durchForschung und Entwicklung Impulsefür Innovationsprozesse zu gebenund so dem Fortschritt in der Gesell-schaft zu dienen. Dies lässt sich nurin engem Zusammenwirken mit derWirtschaft erreichen. So erstreckensich die Beziehungen von GKSS zuden industriellen Partnern vom Dia-log über die thematische Ausrichtungder Forschungsprogramme bis hinzur Unterstützung bei der Marktein-führung von Produkten und Verfah-ren, die aus gemeinsamen Koopera-tionsprojekten hervorgegangen sind.

Hierbei beschränkt sich der GKSS-Dialog mit der Wirtschaft nicht nurauf die Diskussion der Forschungs-strategie im Aufsichtsrat und imtechnisch-wissenschaftlichen Beiratder Gesellschaft. Unternehmensver-treter arbeiten auch in Struktur- undBerufungskommissionen mit, die beider Neuorientierung von GKSS-Insti-tuten und im Zusammenhang mitder Neubesetzung von Leitungsposi-tionen eingesetzt werden. Danebensorgen regelmäßige oder ad hoc ein-berufene fachbezogene Gesprächs-kreise mit der Anwenderseite, wiez.B. der Industriebeirat Membran-technik, dafür, dass GKSS nicht amBedarf der Nutzer vorbei forscht.

In der projektbezogenen Zusammen-arbeit haben sich für die einzelnenStadien der Entwicklung von denGrundlagen bis zur Markteinführungunterschiedliche Formen der Koope-rationen herausgebildet. Generelllässt sich sagen, dass das Engage-ment der Industrie in Kooperationenum so größer ist, je weiter dieseBeziehung, ausgehend von derGrundlagenforschung in Richtungproduktbezogener Entwicklung undMarkteinführung positioniert ist.

Partner der GKSS in der Grundlagen-forschung sind überwiegend Uni-versitäten und andere Forschungs-einrichtungen. Die Mitwirkung derIndustrie bezieht sich hier in derHauptsache auf die strategischeAusrichtung der Forschungsziele. Ein Beispiel ist die Strukturaufklärung

von Legierungen mit Hilfe der Klein-winkelstreuung, unter anderem mitdem Forschungszentrum Jülich, Uni-versitäten und Max-Planck-Institutenals Nutzern.

Verbundprojekte decken in der Regelden vorwettbewerblichen Bereich abund werden im Rahmen nationaleroder europäischer Programme mitDrittmitteln gefördert. Der Anwen-dungsaspekt gewinnt hierbei zuneh-mend an Bedeutung. Dies kommt inder Beteiligung von Herstellern undAnwendern zum Ausdruck.

Unter Federführung von GKSS wirdmit fünf europäischen Partnern imRahmen eines Brite-Euram Projektesdaran gearbeitet, mit Hilfe eines Bio-

hybrids die noch aktiven Leberfunk-tionen eines Patienten zu unterstüt-zen und so die Regeneration desbestehenden Gewebes zu erreichen.

Neue Anwendungsgebiete für dasElektronen- und Laserschweißenwerden im Rahmen des EU-Projek-tes "ASPOW" erschlossen. Partner(unter anderem): Thyssen Laser-Technik, NUTECH GmbH, QUANTELS.A., Interturbine Germany GmbH,BRITISH STEEL.

Bilaterale Kooperationsprojektezielen meist schon auf ein konkretesProdukt des Industriepartners. SolcheProjekte werden auf der Basis durch-geführt, dass beide Seiten sich anden Kosten beteiligen und für den

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GKSS und das UmfeldInteraction with the Surrounding

Erfolgsfall eine Nutzungsregelungvorgesehen wird. Hier geht es oftum die Umsetzung von Labor-ergebnissen in den Pilot- undDemonstrationsmaßstab.

Beispiel: Die Zusammenarbeit mitder Firma Tuicumed GmbH hat dieHerstellung und Erprobung einern e u a rtigen mechanischen Herz-klappe aus einem zu entwickeln-den biokompatiblen Werkstoff aufder Basis einer Ti t a n l e gierung zumZiel. Dies vom bmb+f gefördert eProjekt wird als Einstieg in dieMedizintechnik gesehen.

Im Erfolgsfall wird die Zusammen-arbeit auf der Ebene eines Lizenz-v e rtrages fortgesetzt, wobei GKSSden Industriepartner bis in diePhase der Markteinführung hineinweiter beratend unterstützt. Aufdiese Weise wachsen langj ä h r i g estabile Geschäftsbeziehungen, dienicht selten Grundlage für neueProjekte sind. Das gilt insbesonde-re dann, wenn es im Rahmen derL i z e n z b eziehung zur Übernahmevon Personal aus der Fo r s c h u n g s-einrichtung in das Unternehmendes Industriepartners kommt.

Beispiele: Atomika Instruments GmbH;Oberschleißheim, Aluminium Rheinfelden;R h e i n f e l d e n ,Sterling Sihi; Itzehoe.

Neben der gemeinsamen Entwick-lung stellen Auftragsbez i e h u n g e neine andere wichtige Form derZusammenarbeit mit der Industrieoder öffentlichen Nutzern dar(Auftragsprojekte sind in der Regelim wettbewerbsnahen Bereichangesiedelt). Hier geht es darum,ein vom Auftraggeber vorgegebe-nes Pflichtenheft zu erf ü l l e n .Hauptcharakteristikum ist, dass dieErgebnisse allein dem Auftrag-geber gehören und er die Leistun-gen voll bezahlt. Soweit die nach-g e f r a gten Leistungen auch von privaten Unternehmen (z.B. Inge-nieurbüros) angeboten werden,achtet GKSS darauf, dass es nichtzu ordnungspolitisch unerwünsch-ten Konkurrenzsituationen kommt.

Im Auftrag von Karlsruher Glastech-nisches Werk GmbH wurde bei-spielsweise eine Tiefkühlzelle für dieHochleistungsgasanalytik weiterentwickelt.

Der direkteste Weg der Umsetzungvon Forschungsergebnissen in indus-trielle Produkte und Leistungen führtüber Unternehmensgründungendurch die Forscher und Entwicklerselbst. Diese Form des Transfers wirddeshalb von GKSS besonders geför-dert und unterstützt, insbesonderedurch befristete Nebentätigkeits-genehmigungen, zeitlich befristete"Rückfahrkarten”, GKSS-Aufträge andie Gründer in der Startphase, Ver-mietung von Räumen und Geräten.

Capsum Technologie GmbH, Geest-hacht, fertigt beispielsweise in GKSS-Lizenz Methansensoren für dieUnterwassergasanalytik. Diese

Sensoren wurden bereits an zahlrei-che Kunden in den USA und Europaverkauft.

Capsum ist neben Elipsa GmbH,Berlin, und e-men1 GmbH, Ham-burg, Partner des bmb+f-Projektes:"Existenzgründung – Ein Bausteinder Innovation". In diesem Projektversuchen wir, die ökonomischenFragestellungen zu beantworten, die durch technische Innovationenhervorgerufen werden.

Ansprechpartner:

Stabsstelle TechnologietransferVolker DzaakTelefon: 04152/87-1626

Kooperation mit der Wi rt s c h a f t

Unterstützung bei Unternehmensgründungen

Lizenzverträge

Auftragsprojekte/Dienstleistungen

Bilaterale Kooperationsprojekte GKSS/ Industrie

Verbundforschung GKSS / Institute / Industrie

Hochschulprojekte

Grund-lagen

Labortests Prototyp

Anwendungs-orientierte Forschung

und Entwicklung

Produkt- undVerfahrensent-

wicklung

Markt-einfürung

Demo-Anlagen

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Cooperation with Industry

One of the goals of GKSS is to sti-mulate innovation through researchand development and in this waypromote the progress of society. Thiscan only be achieved in close co-operation with industry. The relation-ship of GKSS to industrial partnerstherefore ranges from consultationregarding the thematic focus ofresearch programs to support duringthe market launch of products andprocesses that have emerged fromcooperative projects.

GKSS’ dialogue with industry is notlimited to the discussion of researchstrategy at the research institute’ssupervisory board and technical andscientific advisory committee. Busi-ness representatives also participatein structural and appointment com-mittees that contribute to refocusingGKSS institutes and refilling leader-ship positions. In addition, regular orad hoc round-table meetings withthe user side, such as the Mem-brane Technology Industry AdvisoryCommittee, ensure that GKSS doesnot conduct research irrelevant tothe needs of the users.

In project-oriented collaboration,different forms of cooperation haveevolved for the individual stages ofdevelopment extending from basicresearch to market launch. In general,it can be said that industry is moreinvolved in cooperative projects whenthe distance between basic research,on the one hand, and product-orien-ted development and market launch,on the other, is gr e a t e r.

In basic research, the partners ofGKSS are for the most part universi-ties and other research institutions.Here, industry collaboration relatesprimarily to the strategic focus of theresearch goals. One example is theanalysis of the structure of alloysusing small-angle scattering, with theResearch Center Jülich, universitiesand Max Planck Institutes, et al., asusers.

As a rule, joint projects cover thepre-market area and are sponsored

with third-party funds in the frame-work of national or Europeanprograms. Application is becomingincreasingly important here. Thisfinds expression in the participationof manufacturers and users.

GKSS heads a Brite-Euram projectthat includes five European partners.The project’s aim is to support theremaining liver functions of patientsby using a biohybrid and in this wayhelp regenerate existing tissue.

New fields of application for electronand laser welding are being de-veloped in the framework of the EUproject "ASPOW." The partners(among others): Thyssen Laser-

Technik, NUTECH GmbH, QUANTELS.A., Interturbine Germany GmbH,BRITISH STEEL.

Bilateral projects usually aim atcreating specific products for the in-dustrial partners. These projects arebased on a scheme whereby bothsides share the costs and provisionis made for a utilization arrangementin the event of success. Here it isoften a matter of implementinglaboratory results on a pilot anddemonstration scale.

The collaboration with TuicumedGmbH, for example, has as its goalthe production and testing of a newtype of mechanical heart valve made

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of a biocompatible material that willbe based on a titanium alloy andhas yet to be developed. Thisproject, which is being funded by theGerman Federal Ministry of Educa-tion and Research, is seen as a firststep to developing medical tech-nology.

If successful, the collaboration will becontinued at the level of a licensingagreement, whereby GKSS will conti-nue to assist the industrial partner asa consultant up to and during marketlaunch. This often leads to stablebusiness relationships that can lastmany years and not infrequentlyform the basis for new projects. This is especially true when, in theframework of a licensing agreement,the industrial partner takes over per-sonnel from the research institute.

Examples: Atomika Instruments GmbH;Oberschleißheim, Aluminium Rheinfelden; Rheinfelden,Sterling Sihi; Itzehoe.

In addition to joint development,contract relationships representanother important form of coopera-tion with industry or with publicusers (contract projects generallyhave close market proximity). Here itis a matter of fulfilling specificationsprovided by the client. The principalcharacteristic of such relationships isthat the results belong exclusively tothe client, and he pays for the ser-vices in full. To the extent that theservices are also offered by privatecompanies (e.g. engineering firms),GKSS sees to it that no competitivesituations arise.

On behalf of Karlsruher Glastech-nisches Werk GmbH, for example,improvements were made to arefrigerating cell used in high-performance gas analysis.

The most direct route to the imple-mentation of research results inindustrial products and services is viathe creation of new companies bythe researchers and developersthemselves. GKSS therefore gladlysupports and promotes this form oftransfer. It mainly does this by gran-ting temporary approval to pursue

outside jobs, by providing temporary"return tickets," by awarding GKSScontracts to the founders in thestartup phase and by renting outspace and equipment.

Under a license from GKSS, forexample, Capsum TechnologieGmbH in Geesthacht manufacturesmethane sensors for underwater gasanalysis. These sensors have alreadybeen sold to numerous customers inthe U.S. and Europe.

Capsum is a partner of the GermanFederal Ministry of Education andResearch project "Existenzgründung -Ein Baustein der Innovation"("Business Start-Ups—A Part of Inno-vation"), as are Elipsa GmbH, Berlin,and e-men1 GmbH, Hamburg. Theproject attempts to address theeconomic issues that result fromtechnological innovations.

Contact:

Stabsstelle TechnologietransferVolker DzaakTelephone: +49 (0)4152 / 87-1626

GKSS und das UmfeldInteraction with the Surrounding

Cooperation with the industry

Support for start-up companies

Licensing contracts

Commissioned projects/services

Bilateral cooperative projectsbetween GKSS and industry partners

Joint research by GKSS, other research institutes and industry partners

Projects at colleges and universities

Basics

Laboratorytests

Prototype

Application-orientedresearch and development

Product andprocess

development

Market launches

Demonstrationfacilities

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D r i tt m i tt e l p r o j e k t e

GKSS hat ihre Bemühungen, Förder-mittel für Projekte im Rahmen vonnationalen und europäischen For-schungsprogrammen einzuwerben,in den letzten Jahren deutlich inten-siviert. Dabei sind die mit der Akqui-sition von Drittmittelprojektenbeabsichtigten Ziele mehrschichtig:

Durch die Beteiligung an Drittmittel-projekten bringt GKSS ihre wissen-schaftlich-technische Kompetenz beider Lösung gesellschaftlicher undforschungsrelevanter Probleme ein -sowohl auf nationaler als auch aufeuropäischer Ebene. Dadurch erwei-tert GKSS zugleich auch die Möglich-keiten zum weiteren Auf- und Aus-bau dieser Kompetenz. Dies ist einewichtige Voraussetzung, um auchzukünftig als Innovationspartner fürdie Wirtschaft attraktiv zu sein.Außerdem tragen angesichts einersinkenden GrundfinanzierungDrittmittelprojekte in zunehmendemMaße zur Realisierung des geplantenFuE-Programms bei.

Auch die Tatsache, dass diese För-dermittel im Wettbewerb vergebenwerden, hilft GKSS, sich bei Partnernzu profilieren und gegenüber inter-nationalen Wettbewerbern zu posi-tionieren. Da viele dieser Programmedie Beteiligung von Unternehmen(Herstellern bzw. Anwendern) anden entsprechenden Projektvorschlä-gen voraussetzen, wird jeder positiveBescheid gleichzeitig zu einem Kom-petenznachweis gegenüber den je-weiligen Industriepartnern von GKSS.

Ein weiteres Ziel der Beteiligung vonGKSS an Drittmittelprojekten ist dieIntensivierung bestehender bzw. derAufbau neuer Kundenbeziehungenzu Unternehmen und Institutionen,mit denen zuvor nur eine lose odernoch keine Zusammenarbeitbestand. So schafft die erfolgreicheDurchführung von Drittmittelprojek-ten das notwendige Vertrauen in dieLeistungsfähigkeit von GKSS und bil-det die Basis für langfristige bilateraleKundenbeziehungen.Der Weg, eine Projektidee zu einemeinreichungsfähigen Projektantrag

auszugestalten, ist eine schwierigeund zeitaufwendige Aufgabe. EineFülle von inhaltlichen und formalenAnforderungen ist dabei zu beach-ten. Die Hauptlast bei der Erstellungder Antragsunterlagen tragen dieWissenschaftler. Die Aufgabe derVerwaltung ist es, sie hierbei best-möglich zu unterstützen. Zu diesemZweck hat GKSS in der AbteilungTechnologietransfer eine Stellegeschaffen, die die Wissenschaftlerdurch gezielte Informationen überdie Förderprogramme, durch Koordi-nation der internen Abstimmungs-prozesse und durch umfassendeBeratung unter Nutzung einesNetzwerkes von Kontakten in allenPhasen der Antragsstellung und derProjektabwicklung unterstützt.

Dass sich die Anstrengungen derGKSS gelohnt haben, lässt sich ander überdurchschnittlichen Bewilli-gungsquote von gestellten EU-Anträ-

gen ablesen: Die Rate schwankte im4. Forschungsrahmenprogramm derEU zwischen 30 und 36 % beieinem gesamteuropäischen Bewilli-gungs-Durchschnitt von nur 17,5 %.Seit 1993 hat GKSS seine jährlichenEinnahmen durch EU-Förderungmehr als verdoppelt.

Ansprechpartner:

Stabsstelle TechnologietransferDr. Hans-Jörg IsemerTelefon: 04152/87-1661

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GKSS und das UmfeldInteraction with the Surrounding

Externally Funded Projects

In recent years, GKSS has substan-tially stepped up its efforts to attractfunding for projects that fall withinnational and European research pro-grams. The participation in externallyfunded projects goes hand in handwith a number of aims:

By participating in externally fundedprojects, GKSS is able to use itsscientific and technical expertise forsolving social and research problemson both a national and Europeanlevel. At the same time, such pro-jects also provide GKSS with anopportunity to increase its own fundof know-how and therefore furtherconsolidate its reputation as anattractive partner for business andindustry in the future. Finally, a fall inthe level of state funding means thatexternally funded projects areassuming an increasingly importantrole within the institute’s R&Dprogram as a whole.

In addition, since such funding mustgenerally be competed for, suchprojects provide a good opportunityfor GKSS to raise its profile withactual and potential partners as wellas boost its position against rival in-stitutions both at home and abroad.Moreover, many of these programsinvolve the participation of the cor-porate sector—both manufacturersand users—in putting togetherproposals for the correspondingprojects. As such, all positive re-sponse in this area also providesindustry partners with further proofof the competence and capabilitiesof GKSS.

Another reason why GKSS partici-pates in externally funded projects isthat they offer a chance to developand strengthen ties to companies orinstitutions with which we formerlyhad only a loose connection or noneat all. In this respect, the successful

completion of an externally fundedproject helps generate the necessaryconfidence in the capabilities ofGKSS as well as providing the basisfor future, long-term cooperation.The process of turning an initial pro-ject idea into a fully fledged projectproposal is a difficult and time-consuming task. Before a proposal isready for submission, a large num-ber of requirements with respect toboth form and content have to befulfilled. The main burden here isborne by the scientists. The task ofthe research center’s administrationstaff is therefore to offer them asmuch assistance as possible. Withthis in mind, GKSS has created anadditional post in the Department ofTechnology Transfer. The aim of thisnew post is to feed the scientistswith information on sponsorship pro-grams, provide comprehensive con-sultation on all the different phasesof putting together a proposal, co-ordinate all the internal processesinvolved, and offer support through-out the project itself by means of anetwork of contacts.

The efforts of GKSS in this directionhave certainly started to pay off. Forexample, the institute enjoys anabove-average approval rate for theproposals it has submitted to the EU.In the course of the Fourth EUResearch Framework Program, thepercentage fluctuated between 30and 36% as compared to anaverage approval rate for Europe asa whole of only 17.5%. In the periodsince 1993, GKSS has more thandoubled its yearly income from EUfunding.

Contact:

Technology Transfer DepartmentDr. Hans-Jörg IsemerTel.: +49 (0)4152/87-1661

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Cooperation with Universities

For a Helmholtz research center,collaboration with universities is anindispensable part of overall stra-t e gy. It requires the intensificationof cooperative measures, thes t r e n gthening of networks be-tween colleges, universities andother research centers, and thedevelopment of new forms ofc o l l a b o r a t i o n .Colleges not only provide researchcenters with up-and-coming scien-tists; they are also partners in jointprojects and augment the work atthe research center through inter-disciplinary collaboration. Collabo-rative research centers of theDeutsche Fo r s c h u n g s g e m e i n s c h a f t(German Research Council —DFG) have been initiated at allthree research programs in closecooperation with the part i c i p a t i n gu n i v e r s i t i e s .

Collaboration is particularly evidentwhen dealing with personnel issues.Joint decision-making on the filling ofleading scientific positions at institu-tes not only promotes scientificcollaboration but also ensures thatemployees are suitably qualified. Allnew management appointmentsover the past few years were madein collaboration with universities, andthree additional managementappointments are currently beingprepared in conjunction with the uni-versities of Hamburg and Potsdam. GKSS promotes the scientific qualifi-cation of its employees — in particu-lar by giving them the opportunity toearn the right to lecture as profes-sors at German universities (habilita-tion). This can only be achieved inclose cooperation with the partici-pating universities. Jointly organizedseminars, lectures, and conferences

promote the exchange of researchknowledge between universities andGKSS. The GKSS research programsare regularly analyzed and evaluatedby external auditors, including univer-sity scientists. The Materials Researchprogram was, for example, evaluatedin the spring of 2000.Last, but not least, GKSS does itspart in educating students. Scientistfrom the research center lecture atvarious universities in the region,offer internships and participate indrawing up new courses of study. Inaddition, graduate and post-graduatestudents work on their theses anddissertations at GKSS institutes inclose cooperation with universities.

Contact:Planning and CoordinationDr. Joachim Krohn Telephone: ++49 (0)4152/87-1665

H o c h s c h u l z u s a m m e n a r b e i t

Die Kooperation mit Hochschulen istein unverzichtbares strategischesElement für ein Forschungszentrumder Helmholtz-Gemeinschaft. Diesesgilt es zu stärken, die Vernetzung derForschung an Universitäten undFachhochschulen mit der außer-universitären Forschung voran zutreiben und auch neue Formen derZusammenarbeit zu entwickeln.

Schon bisher stellen Hochschulennicht nur das Potential der Nach-wuchswissenschaftler, sie sind glei-chermaßen Partner in gemeinsamenProjekten und liefern eine wichtigeErgänzung im Rahmen einer interdis-ziplinären Zusammenarbeit. Sonder-forschungsbereiche der DeutschenForschungsgemeinschaft (DFG)wurden in allen drei Forschungs-schwerpunkten in enger Kooperationmit den Hochschulen initiiert.

Eine wesentliche Komponente stelltdas Zusammenwirken im personel-len Bereich dar. Gemeinsame Be-

rufungsverfahren zur Besetzung derwissenschaftlichen Leitungspositio-nen in den Instituten fördern diewissenschaftliche Zusammenarbeitund sichern die fachliche Qualität.So sind alle Neubesetzungen derLeitungsfunktion in den letzten Jah-ren in gemeinsamen Verfahren mitUniversitäten durchgeführt worden.Zur Zeit befinden sich mit denUniversitäten Hamburg und Potsdamweitere drei Besetzungen vonLeitungsfunktionen in Vorbereitung.

GKSS fördert die wissenschaftlicheQualifikation seiner Mitarbeiter ins-besondere dadurch, dass Freiräumezur Habilitation eingeräumt werden.Dies kann nur in sehr enger undvertrauensvoller Kooperation mit denbeteiligten Hochschulen gelingen.Gemeinsame fachbezogene Semina-re, Vorträge und Tagungen tragenwesentlich zum Austausch von For-schungsergebnissen zwischen Hoch-schulen und GKSS bei. Regelmäßigwerden die GKSS-Programmschwer-

punkte im Rahmen der Erfolgskon-trolle von externen Gutachtergremi-en, zu denen auch Wissenschaftleraus den Hochschulen gehören,untersucht und beurteilt. Im Frühjahr2000 wurde der Programmschwer-punkt Materialforschung begutachtet.

GKSS leistet seinen Beitrag zurAusbildung von Studenten. Wissen-schaftler halten in den verschiede-nen Universitäten der Region Grund-und Spezialvorlesungen, bietenPraktika an und beteiligen sich ander Gestaltung neuer Studiengänge.Diplomanden und Doktoranden er-arbeiten an den GKSS-Instituten ihreDiplomarbeiten und Dissertationenin enger Zusammenarbeit mit denHochschulen.

Ansprechpartner:

Planungs- und KoordinierungsstabDr. Joachim Krohn Telefon: 04152/87-1665

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GKSS und das UmfeldInteraction with the Surrounding

Wissenschaftliche Ve r ö f f e n t l i c h u n g e n

Scientific Publications

Wie andere Forschungseinrichtungenhat auch GKSS ein originäres Interes-se, ausgewählte Ergebnisse der wis-senschaftlich-technischen Arbeitenzu veröffentlichen. Als Forschungs-zentrum der HGF, das von Bund undLändern getragen wird, besteht über-dies dazu eine Verpflichtung. DiesenAuftrag erfüllt GKSS zielgerichtet aufunterschiedlichen Wegen, um so-wohl das wissenschaftliche Umfeldals auch die interessierte Öffentlich-keit zu informieren.

Publiziert wird in wissenschaftlichenZeitschriften, Tagungsbänden,Büchern, in Form von Patenten undin wissenschaftlich-technischenBerichten, die im Haus erstellt undkostenlos bezogen werden können.Eine gedruckte Übersicht der Veröf-fentlichungen eines Jahres wird amBeginn des Folgejahres heraus-gegeben. Die Publikationen der

Mitarbeiter seit 1988 weist eineDatenbank nach, die über dieHomepage angewählt werden kann.

Ansprechpartner:

Zusendung technisch-wissenschaft-licher Berichte – BibliothekBrigitte EisenschmidtTelefon: 04152/87-1691E-Mail: [email protected]

Like other research institutes, GKSShas a vested interest in publishingselected results of its scientific andtechnical research. In fact, it is evenobligated to do so, as it is an HGFresearch center funded by the Ger-man federal government and stategovernments. GKSS fulfills this taskin different ways so that informationis provided not only to the scientificcommunity, but to the general publicas well.

GKSS publishes in scientific journals,conference transcripts, and books,and also makes its findings availablein the form of patent documentationand scientific and technical reportsthat are prepared at the researchcenter and can be ordered free ofcharge. A printed list of all publica-tions made in a particular year ispublished at the beginning of thefollowing year. A database listing the publications of the center’s

employees since 1988 can beaccessed from the GKSS website.

Contact:

Submittal of Technical and ScientificReports – LibraryBrigitte EisenschmidtTelephone: ++49 (0)4152/87-1691e-mail: [email protected]

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Ö f f e n t l i c h ke i t s a r b e i t

Public Relations

Wissenschaftliche Ergebnisse sowieneueste Entwicklungen und Hinter-grundinformationen für die Öffent-lichkeit transparent zu machen, isteine der Aufgaben der Presse- undÖffentlichkeitsarbeit. Von der Bevöl-kerung wird eine anwendungsorien-tierte wissenschaftliche Forschungnur dann verstanden und akzeptiert,wenn sie von einem steten undverständlichen Informationsflussbegleitet wird. Pressemitteilungen,Pressekonferenzen, Radio- und Fern-sehbeiträge sowie Veranstaltungenfür die Bevölkerung werden vonGKSS zur Information eingesetzt. Einbesonderer Schwerpunkt liegt dabeiin der regional bezogenen Arbeit. In-formationsveranstaltungen für beson-dere Zielgruppen, "Tage der offenenTür", Gruppenbesichtigungen fürSchüler und Studenten, Teilnahmean regionalen Ausstellungen undPräsentationen, die GKSS-Jahresta-gung, aber auch Kunstausstellungenund Konzerte sind nur einige Bei-

spiele für regionale Aktivitäten. DerJahresbericht, Broschüren zu einzel-nen Forschungsschwerpunkten undProjektfeldern, Kurzinformationen zubesonderen Veranstaltungen, Film-material, aber auch Informationenüber die Großforschung in Deutsch-land werden kostenlos abgegeben.

In 2000 machten sich über 3.500Besucher mit den Forschungsarbei-ten vertraut und diskutierten mit denWissenschaftlern und Technikern.Jugendliche der Stiftung "Jugendforscht" nutzten die GKSS-Einrichtun-gen, Leistungskurse der benachbar-ten Schulen führten Projekttagedurch, und Studenten informiertensich über Berufsbilder und -chancen.Innovativ-kreative Forschungsarbeitentwickelt sich besonders dann,wenn diese mit einem "wir"-Gefühlund der Identifikation mit der täg-lichen Arbeit im Einklag steht: "cor-porate identity". Die innerbetrieblicheKommunikation hat für GKSS einen

großen Stellenwert, quasi eine Öf-fentlichkeitsarbeit für die Mitarbeiter.Das Mitarbeitermagazin "UNTERUNS", aktuelle Informationen überschwarze Bretter, electronic mailingüber Netzwerk, besondere Veranstal-tungen, Einweihungen und Ehrun-gen: Die Palette der Mitarbeiter-informationen ist breit gefächert.

Die Zukunft von GKSS sowie die Ak-zeptanz der Arbeiten und Ergebnissein der Bevölkerung stehen in engemZusammenhang mit unserer Dialog-bereitschaft. Wir arbeiten daher aktivan der Kommunikation mit unseremUmfeld und freuen uns über dasInteresse an unserer Arbeit: Wir informieren gern.

Ansprechpartner:

Presse- und ÖffentlichkeitsarbeitDipl.-BetriebswirtHans-Friedrich ChristiansenTelefon: 04152/87-1677

One of the major tasks of publicrelations at GKSS is to provide infor-mation on the scientific results andall the latest developments from theinstitute, as well as any relevantbackground information. The publicat large can only really understandand accept applied scientific re-search if it is accompanied by a con-stant flow of clearly understandableinformation. GKSS therefore makesgenerous use of press releases,press conferences, radio and TVreports and special events for thepublic. At the same time, particularemphasis is given to events with aspecifically regional focus. Exampleshere include events for specifictarget groups, open-house days,tours for school groups and collegestudents, participation in regionalexhibitions and presentations, theGKSS annual conference, art exhibi-tions and concerts. In addition, GKSSproduces, free of charge, an annual

report as well as brochures onindividual research programs andprojects, leaflets on special events,film footage, and information onmajor research projects in Germany.

Last year, more than 3,500 visitorscame to GKSS to take a closer lookat various research projects anddiscuss them with scientists andtechnicians. Moreover, those invol-ved in the "Jugend forscht” (YoungResearchers) program were able touse the facilities at GKSS, whileneighboring schools held specialproject days at the institute and stu-dents had an opportunity to find outabout careers and job opportunities.More often than not, innovative andcreative research is produced in anenvironment where there is apowerful team spirit and a strongsense of identification with dailyactivities. As such, in-house commu-nications—in a sense, PR for the

employees—have a high priority atGKSS. Every effort is made to informthe employees via, for example, theemployee magazine "UNTER UNS,”e-mails, and notices posted onblackboards. In addition, the institutestages a number of special events,openings and award ceremonies.

The future of GKSS and the accep-tance of its work and results dependvery much on our willingness to con-duct a dialog with the public at large.We therefore work hard on com-municating with the world around usand are delighted when people takean interest in our activities. Indeed,we’re only too happy to inform.

Contact:

Public Relations DepartmentHans-Friedrich ChristiansenTel.: +49 (0) 4152/87-1677

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GKSS und das UmfeldInteraction with the Surrounding

Internationale Beziehungen

Die Abteilung Internationale Bezie-hungen wird als Stabsstelle geführtund untersteht der kaufmännischenGeschäftsführung. Sie kümmert sichum solche internationalen Beziehun-gen, die im Stadium der Entwicklungsind bzw. die von den Wissenschaft-lern nicht selbst wahrgenommenwerden. Dies schließt die Beratungvon GKSS-Mitarbeitern bei Fragender Kooperation mit anderenLändern ein.

Die Stabsstelle Internationale Be-ziehungen vertritt gegenüber demInternationalen Büro des Bundes-ministeriums für Bildung und For-schung (bmb+f) Projekte, die GKSSim Rahmen von Regierungsabkom-men zwischen Deutschland und aus-gewählten Partnerländern durchführt.Dazu zählen Länder wie Brasilien,Griechenland, Indien, Indonesien,Kanada, Korea, Lettland und Tsche-chien. Die Fuktion der Stabsstelle

schließt die Initiierung und Vorbe-reitung neuer Projekte auch mitweiteren Ländern mit ein.Zwei internationale Forschungs-programme mit Israel und Brasilienwerden im Auftrag des bmb+f be-treut: Die Stabsstelle ist gegenüberdem bmb+f verantwortlich für dasdeutsch-israelische Verbundprojekt"Biological Indicators of Natural andMan-Made Changes in Marine andCoastal waters". Die Phase 2 diesesProjektes wird Ende 2001 mit einemStatusseminar in Israel auslaufen.Eine neue Kooperationsphase wirdin Deutschland und Israel ausge-schrieben.

Im Rahmen des Koordinationsauf-trages für das deutsch-brasilianischeKooperationsprogramm SHIFT –"Studies on Human Impact on Fo-rests and Floodplains in the Tropics"hat die Stabsstelle das Konzept fürden im September 2000 in Ham-

burg veranstalteten "German-Brasi-lian Workshop und Neo-tropicalEcosystems – Achievements andProspects of Future Research" ent-wickelt und maßgeblich an derDurchführung mitgewirkt. In dem selben Programm wurde umfangrei-ches didaktisches Material zu einerFolienserie und als rechnergestützteDemonstrationsversion zusammen-gestellt.

Die SHIFT-Webseiten (SHIFT-Forumund SHIFT-intern) als operationellesInstrument für die Zusammenarbeitder bilateralen Forschungsgruppenunterschiedlicher Disziplinen wurdenweiter ausgebaut.

Ansprechpartner:

Stabsstelle Internationale BeziehungenDipl.-Ing. Helmut BianchiTel.: 04152/87-1675

International Relations

The International Relations depart-ment at GKSS is run as a staff unitsubordinate to commercial manage-ment. Its job is to take care of inter-national relationships that are still inthe development stage and thosethat scientists at GKSS are not directlyinvolved in. This includes advisingGKSS employees on issues concer-ning cooperation with other countries.

The International Relations depart-ment reports to the International -Office of the German Ministry ofEducation and Research (bmb+f) onprojects that GKSS conducts underthe auspices of agreements betweenGermany and selected part n e rcountries. Such countries includeBrazil, Greece, India, Indonesia,Canada, Korea, Latvia and the CzechRepublic. The department’s respon-sibilities also include initiating andpreparing new projects with theseand other countries.

Two international research programswith Israel and Brazil are currentlybeing coordinated on contract of thebmb+f: The German-Israeli Clusterproject "Biological Indicators of Natu-ral and Man-made Changes in Ma-rine and Coastal Waters.” Phase 2 ofthis project will conclude at the endof 2001 with a status seminar in Israel. Plans are under way in bothIsrael and Germany for a new phaseof cooperation.

As part of a coordination contract forthe German-Brazilian cooperationprogram SHIFT (Studies on HumanImpact on Forests and Floodplains inthe Tropics), the International Rela-tions department developed theconcept for the ”German-BrazilianWorkshop on Neo-tropical Erosy-stems - Achievements and Prospectsof Future Research” and took essen-tially part in its realization in Ham-burg in September 2000.

Within the same program compre-hensive didactic information has been arranged as a series of trans-parancies and as a computeraideddemonstration show.

The SHIFT websites (SHIFT Forumand SHIFT Intern) have beenexpanded into an operationalinstrument for cooperation betweenthe bilateral research groups fromvarious disciplines.

Contact:

International Relations DepartmentDipl.–Ing. Helmut BianchiTel.: +49 (0) 4152/87-1675

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Technologietransfer - Vermarktung von Forschungsleistungen

Im Rahmen ihrer Aufgaben, die Ver-marktung der Forschungsergebnisseanzuregen und zu unterstützen,erfüllt die Transferstelle eine Schnitt-stellenfunktion. Sie ist einerseitsBerater und Helfer für die Forscherund Entwickler des Zentrums in allenFragen, welche die Verwertung vontechnisch-wissenschaftlichenErkenntnissen und Erfahrungenbetreffen, und andererseitsAnsprechpartner für Interessentenund Kunden aus der Wirtschaft, dieneue technische Lösungen beiForschungseinrichtungen suchen,um ihre Wettbewerbsfähigkeit zuerhalten oder zu verbessern.

Die Rolle der Transferstelle be-schränkt sich nicht auf die Vermitt-lung von Kontakten zwischen For-schern und Unternehmen. Ebensowenig agiert sie als Verwertungs-zentrale über die Köpfe der Wissen-schaftler hinweg. Vielmehr arbeitetsie mit den Forschern Hand in Handzusammen und ebnet die Wege, umdie Transferchancen zu nutzen. DieArt und die Intensität dieser Unter-stützung richtet sich nach demjeweiligen Bedarf im Einzelfall.

Das Unterstützungsangebot beziehtsich auf alle Formen und Stadien derVerwertung von Forschungsergebnis-sen, z.B. durch Kooperation, Auftrags-forschung, Lizenzvergabe, Unterneh-mensgründungen und umfasstfolgende Aktivitäten:

• Identifizierung von verwertbarenGKSS-Entwicklungen,

• Sicherung von Schutzrechten,Beratung von Erfindern,

• Vorbereitung und Verbreitung vonTransferangeboten,

• Hilfe bei der Partnersuche und bei Verhandlungen mit Kooperations-, Projektpartnern und Lizeninteressenten,

• Sammlung und gezielte Verbreitung von Informationenüber Förderprogramme, Anregung von Projektanträgen und Beratung der Antragsteller,

• Koordinierung von Abstimmungs-prozessen im Zusammenhang mit

externen Anfragen aller Art und angebotsbezogenen Initiativen aus dem Zentrum,

• Ausbau des Netzes von persönlichen Kontakten zu Stellenund Organisationen, die die wissenschaftliche Zusammenarbeitund den Technologietransfer inDeutschland und Europa fördern,

• Initiierung von transferbezogenenVeranstaltungen,

• Beratung und Betreuung in Zusammenhang mit Unternehmensgründungen durch GKSS-Mitarbeiter,

• Darstellen und Bekanntmachender Transferleistungen des Zentrums (z.B. Herausgabe des Innovationsberichtes).

Die Transferstelle unterstützt und be-treut darüber hinaus Unternehmens-gründungen von GKSS-Mitarbeiterin-nen und -Mitarbeitern. Seit 1992wurden 14 solcher Unternehmengegründet. Davon haben sich 10 aufdem Forschungsgelände der GKSSangesiedelt. Die steigende Zahl vonUnternehmensgründungen war einwesentlicher Anlass für die Entschei-

dung, gemeinsam mit der Wirt-schaftsförderungsgesellschaft desKreises Herzogtum Lauenburg, derStadt Geesthacht, der IHK Lübeckund Kreditinstituten auf dem For-schungsgelände das GeesthachterInnovations- und Technologie-zentrum (GITZ) zu errichten. DasGITZ wird im September 2001seinen Betrieb aufnehmen.

Die Lizenz- und Know-how-Einnahmen, die GKSS aus Ihren Ver-marktungsaktivitäten erzielt, fließenin einen Fonds, aus dem neueTransfermaßnahmen und -Projektefinanziert werden können. DieFondsmittel werden überwiegend fürdie Finanzierung von Personalkosteneingesetzt und fließen zum Teil indie Forschungsbereiche der GKSSzurück, aus deren Transferaktivitätendie Erlöse stammen.

Ansprechpartner:

TechnologietransferClaas-Hinrich SchröderTelefon: 04152/87-1685

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GKSS und das UmfeldInteraction with the Surrounding

Technology Transfer — Marketing Research Results

The Department of TechnologyTransfer is responsible for encoura-ging and promoting the marketing ofresearch results produced at GKSS.As such, it acts very much as aninterface between the institute andthe outside world. On the one hand,it offers researchers and developersadvice and support on all issues re-lated the commercial exploitation ofthe institute’s scientific and technicalexpertise. On the other, it is the firstport of call for people from businessand industry who are on the lookoutfor new research innovations to helpthem maintain and increase theircompetitiveness.

Nevertheless, the responsibilities ofthe Department of TechnologyTransfer are not confined to settingup contacts between researchersand the corporate sector. Similarly,the department does not serve as acentral marketing agency that actsindependently of the wishes of thescientists at the institute. On thecontrary, it works hand in hand withresearchers and prepares the groundfor a commercial exploitation of

GKSS technology. At the same time,the nature and level of the supportprovided are always tailored to theprecise requirements of eachindividual case.

Support is offered for all the differentforms and degrees of commercialexploitation. This includes assistancewith collaborative projects, externallycommissioned research contracts,licensing, and setting up new com-panies. It comprises the followingactivities:

• Identifying GKSS developmentswith potential for commercialexploitation

• Securing patent rights andadvising the inventors

• Preparing and distributingproposals for technology transfer

• Help in identifying and nego-tiating with potential cooperationand project partners as well asthose interested in taking outlicenses

• Gathering and distributing infor-mation regarding sponsorshipprograms and encouraging andassisting with applications forexternal funding

• Coordinating the internal pro-cesses required to provide repliesto external queries of all kindsand to put together a concreteinitiative in response to an offerfrom outside the institute

• Creating a network of personalcontacts to departments andorganizations concerned withpromoting scientific cooperationand technology transfer withinGermany and Europe

• Organizing events with a focuson technology transfer

• Advising and assisting GKSSemployees involved in setting upnew companies

• Presenting and publicizingtechnology transfer activities atGKSS (e.g. publication ofInnovation Report).

The Department of TechnologyTransfer offers assistance to GKSSemployees when establishing a new

company. All in all, 14 such com-panies have been founded in theperiod since 1992, with 10 of themlocated on the research site of GKSS.The growing number of new compa-nies was an important factor behindthe decision to build the new Geest-hacht Innovation and TechnologyCenter (GITZ) on the institute site.The GITZ, which will commenceoperations in September 2001, isbeing established in collaborationwith the Economic DevelopmentAgency of the district of Lauenburg,the city of Geesthacht, the Chamberof Industry and Commerce inLübeck, and various financialinstitutions.

All the revenues generated throughthe licensing and marketing of GKSSknow-how flows into a fund de-signed to finance future technologytransfer projects. A large portion ofthe revenues is spent on labor costsand thus finds its way back into theresearch departments at GKSS thatwere originally responsible forgenerating the money.

Contact:

Technology Transfer DepartmentClaas-Hinrich SchröderTel.: +49 (0)4152/87-1685

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GITZ – Geesthachter Innovations- und Te c h n o l o g i e z e n t r u mS c h n i ttstelle zwischen Wissenschaft und Wi rt s c h a f t

Kurz bevor der Besucher nachBetreten des GKSS-Campus indie Welt der Wissenschaft ein-taucht oder der Forscher diesenBereich in die entgegengesetzteRichtung verlässt, trifft er aufdas GITZ – die Schnittstellezwischen Wissenschaft und Wirt-schaft. Die Baustelle, die er inden letzten Monaten hier vorge-funden hat, hat sich inzwischenzu einem ganz ansehnlichenBauwerk gewandelt. Das Geest-hachter Innovations- und Tech-nologiezentrum errichtet hierauf ca. 4.000 m2 ein "Hotel" fürjunge, innovative, technologie-orientierte Unternehmen.Wissenschaftler aus der GKSSsind hier ebenso willkommen,wie Unternehmungen aus derRegion, die die Nähe zumForschungsbetrieb suchen.

Im September letzten Jahres wurdemit tatkräftiger Unterstützung desKieler Wirtschaftsministeriums derGrundstein gelegt. Seitdem herrschteauf der Baustelle des GITZ regerBetrieb. Die Bauarbeiten gingen trotzeiner kleinen Winterpause gut voran,so dass Ende Januar das Richtfest

gefeiert werden konnte. Insgesamtsollen im September etwa 2.300 m2

vermietbarer Fläche bezugsfertig sein.Bis heute sind bereits rund 60 %der Räumlichkeiten fest zugesagt;für weitere 20 % liegen konkreteInteressensbekundungen vor.

Der Standort GITZ ist ausgesprochenattraktiv für junge Technologie-Unter-nehmen. Die Nähe zur GKSS mitihrer wissenschaftlichen und tech-nischen Infrastruktur bietet hervor-ragende Startbedingungen für Aus-gründungen aus dem Wissenschafts-bereich. So liegt es auf der Hand,dass die meisten Interessentenbisher aus dem Forschungszentrumstammen.

Der Geschäftsführer des GITZ, Dr.Rainer Döhl-Oelze, sieht das GITZ alsSchnittstelle zwischen Wissenschaftund Wirtschaft. Erste Unternehmenaus der Region haben bereits Kon-takt aufgenommen. Auch sie suchenden sich entwickelnden Technologie-und Wirtschaftsstandort Geesthacht.Zu den überzeugenden Pluspunktenzählt aber nicht nur die Nähe zurGKSS sondern auch ein umfang-reiches Dienstleistungsangebot desTechnologiezentrums – angefangenbei der modernen Kommunikations-infrastruktur bis hin zur begleitendenBeratung für die jungen Unterneh-men. Döhl-Oelze ist überzeugt: Inno-vationen erfordern Informationen,

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Geesthachter Innovations- und Technologie Ze n t r u mGeesthacht Innovation and Technology Center

Kontakte und gemeinsamesHandeln. Er kann sich keinen geeig-neteren Ort dafür vorstellen als einTechnologiezentrum, in dem untereinem Dach Firmen neben- undmiteinander arbeiten, der Weg zumberatenden Forschungsinstitut nurwenige Meter beträgt und Seminareund Workshops neueste Te c h n o l o-gien und Gesprächspartner ins Hausbringen.

Shortly before visitors immersethemselves in the world of scienceas they step onto the GKSS campus,or before researchers leave this areain the other direction, they willencounter the Geesthacht Innovationand Technology Center (Germanacronym: GITZ) — the interfacebetween science and business. Thesite, which has been under construc-tion for the past few months, hasnow turned into a thoroughly hand-some building. GITZ is constructing a"hotel” for young, innovative, techno-logy-oriented companies here onaround 4,000 sq. meters of space.Scientists from GKSS and regionalenterprises looking for close contactwith the research operation areequally welcome here.

The cornerstone was laid last Sep-tember with the energetic support ofthe Ministry of Economic Affairs ofthe German state of Schleswig-Holstein. Since then, the GITZ con-struction site has been buzzing with

activity. Despite a brief winter pause,the construction progressed so wellthat it was possible to celebrate thetopping off ceremony at the end ofJanuary. In September, a total ofsome 2,300 sq. meters of rentalspace should be ready for occupantsto move into. Leases on some 60percent of the premises have alreadybeen officially confirmed and firm in-terest has been expressed in another20 percent.

The GITZ location is extremelyappealing for young technologycompanies. The proximity to GKSS,with its scientific and technical infra-structure, offers excellent startingconditions for spin-off companiesfrom the science sector. It is there-fore no surprise that the majority ofparties that have expressed interestto date are from the research center.

The managing director of GITZ, Dr.Rainer Döhl-Oelze, sees the centeras an interface between science and

business. A number of companiesfrom the region have already gottenin touch with GITZ management.Like other interested parties, thesecompanies are also looking to bene-fit from all that Geesthacht has tooffer as a developing technology andbusiness location. In addition to theproximity to GKSS, other advantagesinclude the comprehensive range ofservices offered by the technologycenter — from a modern communi-cations infrastructure to consultingservices for new companies. Döhl-Oelze is convinced that innovationrequires information, contacts andjoint action. He can’t imagine a moresuitable location for this than a tech-nology center where companieswork together side by side underone roof — a place where a consul-ting research institute is located onlya few meters away, and whereseminars and workshops bring thecompanies into contact with expertsand the latest technologies.

GITZ – Geesthacht Innovation and Technology Center

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Lageplan Geesthacht / Site Map Geesthacht

Lageplan Teltow / Site Map Te l t o w

GKSS-Forschungszentrum Geesthacht GmbHM ax-Planck-Straße • D- 21502 Geesthacht • Telefon: 0 4152 / 87-0 • Te l e f ax : 0 4152 / 87-14 0 3

GKSS-Institut für Chemie, Außenstelle Te l t owKantstraße 55 • D- 14513 Teltow-Seehof • Telefon: 0 3328 / 352 450 • Te l e f ax : 0 33 28 / 352 452

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I m p r e s s u mI m p r i n t

I m p r e s s u m

Herausgeber:GKSS-ForschungszentrumGeesthacht GmbHMax-Planck-StraßeD-21502 Geesthacht

Redaktion:H. F. Christiansen (verantwortlich)Autor SeiteJ. dos Santos 14E. Aust 20R. Gerling 22M. Schossig-Tiedemann 26G. Luther 32H. Buschatz 34M. Costa-Cabral, W. Koch

F. Feser, C. Hagner 38M. Quante, H. Rockel 44H. Helmholz 46

Fotos/Grafiken:Titelseite Fotos: C. Geisler, Imagine Fotoagen-tur, Grafik: Context WerbeagenturInhaltG. Pfister 22Tricumed Medizintechnik 23S. Dunlop 44Bavaria-Bildagentur 39, 72, 75, 77C. Geisler 4, 6, 7, 10, 12, 14, 17,

20, 24, 26, 31, 34, 35, 36, 43, 46, 52, 68, 70, 80

GKSS alle übrigen

Layout & Satz:Context Werbeagentur, Geesthacht

Lithografie:Ebeling & Blumenbach, Lüneburg

Druck:Druckerei Albert Nienstedt, Hamburg

ISSN 1430 - 7278

Gedruckt auf umweltfreundlichem,chlorfrei gebleichtem Papier

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