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Wissenschaft Technik Umwelt

Neue Methode macht Bestimmung des cw-Hintergrunds bei gepulsten Lasern zuverlässiger

Der Einsatz gepulster Laser ist in vielen Bereichen absoluter Standard

Neue Methode macht Bestimmung des cw-Hintergrunds bei gepulsten Lasern zuverlässiger

Messaufbau mit Strahlteilung und Absorberspiegel (Grafik: Universität Stuttgart).

Der Einsatz gepulster Laser ist in vielen Bereichen absoluter Standard. Nahezu sämtliche Industrielaser sind mittlerweile gepulst. Diese gepulsten Laser werden vor allem in der Materialbearbeitung und im Maschinen- und Automobilbau sowie bei der Herstellung von Photovoltaik-Wafern eingesetzt. Auch in der Medizintechnik sowie in der wissenschaftlichen und industriellen Messtechnik finden gepulste Laser Anwendung. Allerdings gibt es bei gepulsten Lasern ein messtechnisches Problem: Die direkte Messung des Leistungsanteils des continuous-wave-Hintergrunds von gepulsten Lasersystemen.
Am Institut für Strahlwerkzeuge der Universität Stuttgart wurde nun ein Messgerät entwickelt, mit dem der cw-Leistungsanteil an der Gesamtleistung eines gepulsten Lasers gemessen werden kann. Dieser cw-Leistungsanteil konnte bislang mit herkömmlichen Methoden nicht exakt bestimmt werden. Bislang wird nur indirekt und rein qualitativ, beispielsweise über das Spektrum, auf den cw-Hintergrund geschlossen.

Das an der Universität Stuttgart neu entwickelte System „Background-to-Impulse Ratio Detector“ (BIRD) verwendet ein sättigbares Element mit großer Modulationstiefe, beispielsweise einen sättigbaren Absorberspiegel. Dieser sorgt für ein intensitätsabhängiges Messsignal. Die Berechnung des Anteils des cw-Hintergrunds an der Gesamtleistung des Systems basiert damit auf Vergleichsmessungen mit und ohne Übergang des Laserstrahls über das sättigbare Element. Dazu wird der Strahl in leistungsgleiche Teilstrahlen gesplittet. Ist die Gesamtleistung bereits bekannt, kann auch auf die Strahlteilung verzichtet werden. Der Aufbau bzw. die Implementierung des Systems werden dadurch noch einfacher.

Durch die Messung des cw-Hintergrundes wird die Leistungsüberwachung erweitert. Die neue Methode kann einfach in bestehende Leistungsüberwachungssysteme integriert werden.
Durch die zuverlässige Quantifizierung des Leistungsanteils des cw-Hintergrunds an der Gesamtleistung ist das neue Messverfahren „BIRD“ sehr hilfreich bei der Entwicklung von neuen Lasern.
Die Erfindung wurde in Deutschland und den USA zum Patent angemeldet und in Deutschland wurde das Patent auch bereits erteilt. Die Technologie-Lizenz-Büro (TLB) GmbH unterstützt die Universität Stuttgart bei der Patentierung und Vermarktung der Innovation. TLB ist im Auftrag der Universität Stuttgart mit der weltweiten wirtschaftlichen Umsetzung dieser zukunftsweisenden Technologie beauftragt und bietet Unternehmen Möglichkeiten der Zusammenarbeit und Lizenzierung der Schutzrechte.

Für weitere Informationen: Innovationsmanager Dr.-Ing. Michael Ott (ott@tlb.de)

Die Technologie-Lizenz-Büro (TLB) GmbH ist eine Agentur für Erfindungs- und Patentmanagement in Deutschland. TLB begleitet Erfindungen von Hochschulen, Unternehmen und Erfindern auf ihrem Weg von der ersten Idee bis zum wirtschaftlichen Produkt.

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Verbesserter Kugelgewindetrieb mit erhöhter Lebensdauer durch neuartige Doppelmutter

Kugelgewindetriebe mit vorgespannten Muttern werden besonders in Werkzeugmaschinen eingesetzt. Sie sind dabei meist sehr hohen Belastungen ausgesetzt, müssen aber präzise funktionieren.

Verbesserter Kugelgewindetrieb mit erhöhter Lebensdauer durch neuartige Doppelmutter

Neue Erfindung: Verbesserter Kugelgewindetrieb mit erhöhter Lebensdauer durch neuartige Doppelmutter

Kugelgewindetriebe mit vorgespannten Muttern werden besonders in Werkzeugmaschinen eingesetzt. Sie sind dabei meist sehr hohen Belastungen ausgesetzt, müssen aber präzise funktionieren. Zu hohe Vorspannung führt jedoch zu großer Reibung bzw. Verschleiß, zu wenig Spannung lässt das Gewinde nicht präzise genug funktionieren. Eine Erfindung der Universität Stuttgart löst dieses Problem durch zusätzliche Federelemente.

Kugelrollspindeln oder Kugelgewindetriebe sind Schraubgetriebe mit zwischen Schraube und Mutter eingefügten Kugeln. Sie dienen der Umsetzung einer Drehbewegung in eine Längsbewegung oder umgekehrt. Im Vergleich zu konventionellen Schraubgetrieben mit aufeinander gleitenden Teilen, bei denen etwa 50 bis 90 Prozent der eingeleiteten Leistung in Wärme umgewandelt wird, haben Kugelgewindetriebe weniger Reibung, eine hohe Positioniergenauigkeit und einen geringeren Verschleiß. Den höheren Herstellungskosten stehen Vorteile im Gebrauch und eine längere Lebenszeit gegenüber. Mehr als ein Drittel der Werkzeugmaschinenausfälle sind auf Ermüdungserscheinungen bei Kugelgewindetrieben zurückzuführen.
Um die geforderte Genauigkeit und Steifigkeit einer Kugelrollspindel zu sichern, wird beispielsweise mittels sogenannten Doppelmuttern eine Vorspannung eingestellt. Trotz Vorspannung kann es jedoch bei großen Axialkräften zu einem Überlastzustand kommen, bei dem eine der beiden Mutterhälften vollständig entlastet wird. In der Folge können übermäßige Gleitbewegungen und ein Abriss des Schmierfilms zur frühzeitigen Zerstörung der Kugelrollspindel führen.

Um dieses zu vermeiden, werden üblicherweise hohe Vorspannwerte eingestellt, was jedoch zu mehr Reibung und dadurch zu einem höheren Verschleiß führt. Dieses beeinflusst wiederum die Genauigkeit und Lebensdauer der Spindel. Weiterhin verringert eine geringere Vorspannung in einer Spindelmutter die mechanische und thermische Belastung der Spindel und erhöht die zu erwartende Lebensdauer.
Eine konstante Vorspannung kann beispielsweise durch ein Federelement zwischen den beiden Mutterhälften erreicht werden, wie es bei einigen alternativen Doppelmuttersystemen praktiziert wird (Fig. 1). Aufgrund der hohen Nachgiebigkeit durch das Federelement lassen sich solche Systeme jedoch nicht für Anwendungen mit hoher Genauigkeit und Dynamik einsetzen.

An der Universität Stuttgart entwickelte Dr.-Ing. Siegfried Frey eine Lösung, die es ermöglicht, trotz einer minimalen Vorspannkraft eine hohe Steifigkeit und somit eine hohe Genauigkeit und eine lange Lebensdauer zu sichern.
Zwischen den beiden Mutterhälften einer symmetrisch aufgebauten Doppelmutter werden zusätzliche Elemente – deren E-Modul geringer ist als das der Muttermaterialien – beispielsweise innerhalb einer ringförmigen Nut eingebracht (Fig. 2). Diese befinden sich dabei im Kraftnebenschluss zwischen Mutternkörper und Befestigungsflansch und sind im Ruhezustand – im Gegensatz zu bereits bekannten Lösungen mit Federelementen – ohne Funktion. Bei hohen axialen Belastungen hingegen treten die vorgespannten Elemente aus dem Kraftnebenschluss aus und erzeugen eine Restvorspannkraft in der entlasteten Mutterhälfte, bevor eine völlige Entlastung eintreten kann. Dadurch kann es nicht zu übermäßigen Gleitbewegungen kommen. Durch die Anordnung der Federelemente im Kraftnebenschluss ergeben sich so gut wie keine Nachteile für die Steifigkeit des Gesamtsystems. Die Restvorspannkraft lässt sich über die Verhältnisse der E-Module frei wählen.

Durch die Erfindung wird es einfach und kostengünstig möglich, Kugelgewindetriebe mit einer deutlich geringeren Vorspannkraft auszulegen, ohne dass dies einen Nachteil für die Steifigkeit und Genauigkeit des Gesamtsystems bedeutet. Die Lösung eignet sich für eine breite Palette von Kugelrollspindeln, besonders für Werkzeugmaschinen mit hohen Anforderungen. Je nach Anwendung und Art der Belastung lässt sich damit die Lebensdauer eines Kugelgewindetriebs um ein Vielfaches steigern, während die Genauigkeit und Steifigkeit nicht gemindert wird.

Die Patente für die Erfindung wurden in Deutschland erteilt (DE102009049936B4) und in verschiedenen europäischen Ländern (EP Patent) angemeldet. Die Technologie-Lizenz-Büro (TLB) GmbH unterstützt die Universität Stuttgart bei der Patentierung und Vermarktung der Innovationen. TLB ist im Auftrag der Universität mit der weltweiten wirtschaftlichen Umsetzung dieser zukunftsweisenden Technologie beauftragt und bietet Unternehmen Möglichkeiten der Lizenzierung bzw. Kauf der Patente.
Für weitere Informationen: Innovationsmanager Dipl.-Ing. Emmerich Somlo (somlo@tlb.de)

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Science Research Technology

Avoiding efficiency losses in silicon solar cells already in the production process

From basic idea to implementation: University of Konstanz, Germany, invested 10 years of research and development work

Avoiding efficiency losses in silicon solar cells already in the production process

Professor Giso Hahn, Svenja Wilking und Axel Herguth (from left).

One of the biggest challenges in the context of „renewable energies“ is the even more efficient use of the raw materials available to us. Particularly when it comes to generating electricity from sunlight, a lot of research is carried out on how to further increase conversion efficiency of solar cells. In the past decade, the efficiency of solar cells in industrial mass production has been continuously improved. About 15 years ago, solar cells were able to convert only approx. 15 percent of solar radiation into electricity. In the meantime, efficiency could be increased to approx. 20 percent.
This excellent efficiency is only reached on industrial scale with monocrystalline solar cells using silicon wafers grown by the Czochralski (Cz) technique. Under operating conditions, however, Cz-silicon solar cells suffer from so-called light-induced degradation (LID), due to which the efficiency of a Cz-silicon solar cell is considerably reduced after only a few hours of exposure to solar radiation. Depending on the material and production process, the loss in efficiency can be more than one percent absolute.

Researchers at the Photovoltaics Division of the University of Konstanz introduced a method to neutralize this type of degradation as early as in 2006. The process developed and optimized over the years by Axel Herguth, Svenja Wilking and Professor Giso Hahn can easily be integrated into the production process. The scientists made use of the fact that the degraded solar cells can be regenerated by exposing them to light energy at temperatures above 100 degrees Celsius. Alternatively, regeneration can also be achieved using voltage instead of light.

The regeneration process can be integrated at different stages into the production sequence, for solar cells, e.g., directly after the co-firing process or separately at the end of production. Another option is to apply the regeneration process to finished modules.

The economic potential of the regeneration effect is enormous: If the degradation-caused loss in efficiency of one percent absolute is nearly completely offset, this results in an additional power output of approx. five percent. With a 100 MWp line, this corresponds to more than one million euros per year. „This means the return on invest is secured after only a few months, which significantly increases economic attractiveness and the opportunities for use of this groundbreaking technology,“ explains Professor Hahn, Head of Photovoltaic Division at the University of Konstanz.
Patents for the process and the regeneration furnace have already been granted in the most important industrial nations and regions such as in the United States, in Europe and China. In the meantime, first installations based on the patented method have been integrated into production processes. However, it is also likely that a number of imitation products have appeared on the market. „Our key challenge for the coming years will be to enforce the patents held by the University of Konstanz,“ says Dr.-Ing. Hubert Siller, Innovation Manager at TLB, Karlsruhe.

In recent years, this well-known method has been further developed and modified by Axel Herguth and Svenja Wilking, who are engaged in research at the University of Konstanz. The enhanced process control allows the regeneration process to be carried out much faster during the co-firing step. According to the researchers, this is due to a larger amount of hydrogen released from the silicon nitride anti-reflective coating into the silicon during co-firing. The process can thus be sped up considerably, improving its efficiency and making it attractive for inline processes in industrial mass production, for example. Ideally, this process may follow or even be integrated into the co-firing step. Professor Hahn is optimistic about the future: „We are confident that the regeneration method discovered and developed by our team of researchers will become an integral part of a lot of new solar cell production lines because it helps to achieve the high level of stable efficiency that is required by the market. Moreover, current production lines can be retrofitted with minimal effort by using this unique regeneration technology.“

Technologie-Lizenz-Büro (TLB) GmbH supports the University of Konstanz in patenting and marketing its innovation. Acting on behalf of the University, TLB is in charge of the commercial implementation of this future-orientated technology at a global level. For more detailed information, please contact Dr.-Ing. Hubert Siller, email: siller@tlb.de

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Innovationen und Technologien für die Zukunft

Als Partner der Wissenschaft und der Wirtschaft präsentieren TLB und Baden-Württemberg Stiftung auf der diesjährigen Hannover Messe am Gemeinschaftsstand „Baden-Württemberg International“ (Halle C, Stand C17) Erfindungen und Prototypen aus den Bereichen Lasertechnik, Faserherstellung und Transfektionstechnologie.

Innovationen und Technologien für die Zukunft

TLB und Baden-Württemberg Stiftung stellen in Hannover neue Technologien vor.

Innovationen und neue Technologien aus den baden-württembergischen Hochschulen zeigt die Technologie-Lizenz-Büro (TLB) GmbH gemeinsam mit der Baden-Württemberg Stiftung auf der Hannover Messe 2014. TLB fördert Erfindungen aus den baden-württembergischen Hochschulen sowie aus außeruniversitären Forschungseinrichtungen und begleitet diese auf dem Weg zum innovativen Produkt. Die Baden-Württemberg Stiftung finanziert Forschungsprojekte mit dem Ziel, den Wissenschaftsstandort Baden-Württemberg zu sichern. Als Partner der Wissenschaft und der Wirtschaft präsentieren TLB und Baden-Württemberg Stiftung auf der diesjährigen Hannover Messe am Gemeinschaftsstand „Baden-Württemberg International“ (Halle C, Stand C17) Erfindungen und Prototypen aus den Bereichen Lasertechnik, Faserherstellung und Transfektionstechnologie.
Vorgestellt wird beispielsweise das Gemeinschaftsprojekt „Top Spin“: Mit einem neuartigen Verfahren können Stuttgarter Forscher winzige Löcher in Metall bohren. Dadurch lassen sich die feinsten direktgesponnenen Cellulosefasern der Welt spinnen – um damit beispielsweise Vliese oder Gewebe mit herausragenden Sorptions- oder Filtereigenschaften herzustellen.
Die winzig kleinen Löcher mit Durchmessern bis zu 25 m werden am Institut für Strahlwerkzeuge (IFSW) der Universität Stuttgart mit Laserstrahlung gefertigt. Bis zu 2000 dieser kleinen Löcher müssen für die Herstellung einer einzigen Spinndüse gebohrt werden, und das auf einer Fläche, die kleiner ist als Ein-Cent-Stück. Die Herausforderung besteht nicht nur darin, den Durchmesser der Löcher zu verkleinern, sondern darüber hinaus der hohen Qualitätsanforderung gerecht zu werden, die für die Faserherstellung notwendig ist. Am IFSW forscht man seit Jahren zum Thema Lasertechnik und deren Einsatz in der industriellen Fertigung. Durch die neue Dimension in der Laserfertigung kleinster Mikrodurchbrüche wurde es möglich, hochwertige Spinndüsen für die Herstellung von Supermikrofasern zu fertigen und damit einen neuen Standard in der Fasertechnologie zu setzen. Die Spinndüsen sind kleiner als ein Ein-Cent-Stück und durchstochen von knapp 2000 winzigen Löchern von weniger als 30 m.
Am Institut für Textilchemie und Chemiefasern (ITCF) in Denkendorf werden diese hochwertigen Spinndüsen eingesetzt, um die Supermikrofasern aus Cellulose zu spinnen. Ziel der Denkendorfer Textilforscher war eine Faser-Feinheit von 0,2 dtex. Das bedeutet, dass die Faser pro Kilometer Länge nicht schwerer sein darf als ein Fünftel Gramm. Es sind die weltweit dünnsten Cellulosefasern, die bislang als „endlose“ Fasern gesponnen wurden. Auf Spulen aufgewickelt, können die Cellulosefasern in technischen Prozessen zu anspruchsvollen Textilien verarbeitet werden.
Mit dieser von der Baden-Württemberg Stiftung finanzierten Erfindung eröffnen sich völlig neue Möglichkeiten für Faserprodukte. Da die Fasern sehr dünn sind, verfügen sie über eine besonders große Oberfläche und Sorptionsfähigkeit, die im Bereich der Textil-, Filter und Medizintechnik vorteilhafte Anwendung finden könnte. Im Auftrag der Baden-Württemberg Stiftung begleitet TLB die Patentierung und Weiterentwicklung der Erfindung.
Eine weitere Erfindung stellen Forscher des BioQuant Zentrums der Universität Heidelberg vor. Bei diesem ebenfalls von der Baden-Württemberg Stiftung finanzierten Projekt geht es um ein neues Verfahren in der Transfektionstechnologie mit der Bezeichnung „High Density-Cell Arrays (HD-Cell Arrays)“. Für Grundlagenforschung, Diagnostik und Therapie in der Pharma- und Kosmetikindustrie besteht der Bedarf an einer einfachen und kosteneffizienten Methode zur Transfektion von Nukleinsäuren und Antikörpern in lebende eukaryotische Zellen. Transfektion bedeutet, dass bestimmte Marker in lebende Zellen eingebracht werden. Am BioQuant Zentrum der Universität Heidelberg wurde nun eine neuartige Technologie entwickelt, mit der die parallele Transfektion von Gewebekultur- und Patientenzellen mit mehr als 21.000 die Genfunktion modulierenden Reagenzien möglich wird. Im Auftrag der Baden-Württemberg Stiftung begleitet TLB die Patentierung und Verwertung der Erfindung.
BioQuant, das Zentrum für „Quantitative Analyse molekularer und zellulärer Biosysteme“, wurde 2007 als interdisziplinäres Forschungszentrum an der Universität Heidelberg gegründet. Ziel ist es, eine Plattform für die Entwicklung und ständige Verbesserung mathematischer Modelle komplexer biologischer Systeme zu etablieren und die rasche Validierung wissenschaftlicher Hypothesen über experimentelle Daten zu ermöglichen. Derzeit sind knapp 40 universitäre und außeruniversitäre Forschungsgruppen mit BioQuant assoziiert. Bildquelle:kein externes Copyright

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Einfach nachrüstbare Erfindung macht Schienenverkehr sicherer

Neu entwickelte einfache Vorrichtung hilft, Züge oder andere Bahnfahrzeuge auf einem Gleisabschnitt sicher zu identifizieren. Denn durch die genaue und sichere Ortung der Züge können schwere Unfälle vermieden werden. Gleichzeitig wird dadurch eine höhere Taktrate und damit eine bessere Streckenauslastung möglich.

Einfach nachrüstbare Erfindung macht Schienenverkehr sicherer

Neue Vorrichtung hilft, Züge im Schienenverkehr besser zu orten.

Einer der zentralen Punkte im Schienenverkehr ist es, stets zu wissen, ob ein Streckenabschnitt frei oder durch Bahnfahrzeuge besetzt ist. Denn durch die genaue und sichere Ortung der Züge können schwere Unfälle vermieden werden. Gleichzeitig wird dadurch eine höhere Taktrate und damit eine bessere Streckenauslastung möglich. Je genauer und zuverlässiger man die Position eines Zuges kennt, desto kleiner kann der Abstand zwischen zwei Zügen sein.
Ein an der Hochschule Offenburg entwickeltes Verfahren macht die Gleisbesetzung im Zugverkehr sicherer bestimmbar. Bisher wird die Position von Zügen zumeist durch so genannte Gleisstromkreise bestimmt. Die Stahlräder und Achsen eines herannahenden Zuges lösen dabei durch Kurzschluss zwischen den Schienenpaaren entsprechende Signale aus. Eine sich mit der Zeit bildende Rost- und Schmutzschicht auf den Schienen stellt für dieses Verfahren jedoch ein Problem dar. Auch beim Einsatz von Lokomotiven im grenzüberschreitenden Verkehr treten Probleme auf, da die Räder aufgrund von Land zu Land vorhandener Profilunterschiede nicht auf derselben – durch Benutzung blanken – Stelle des Schienenkopfes fahren.
Professor Dr.-Ing. Peter Hildenbrand von der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik an der Hochschule Offenburg entwickelte eine innovative Lösung für diese Problemlagen. Das neue Verfahren erzielt den benötigten Spannungsabfall als Signal für die Meldeanlage mittels Funkbildungen, die imstande sind, etwaige isolierende Schmutzschichten zu durchdringen. Die Anlage für die Funkbildung (Elektroden, Steuerung, Stromversorgung usw.) wird dabei auf das Schienenfahrzeug montiert.
Beim Einsatz der Erfindung können die verbreiteten Gleichstromkreise weiterhin ohne Änderungen benutzt werden. Sie benötigt weder kostspieliges Umrüstung des Schienennetzes, noch hohe Investitionen wie bei der Positionsbestimmung durch GPS-Signale. Hier ist der Empfang abhängig beispielsweise von Wetterbedingungen, Tunneln oder Bahnhöfen und benötigt dadurch teure Ergänzungslösungen.
Die Kosten der robusten und zuverlässigen Anlage sind niedrig und die Nachrüstung von älteren Fahrzeugen ist einfach. Der Aufbau ist unkompliziert, so dass auch mehrere Züge und Waggons nachgerüstet werden können. Die Komponenten sind robust und bereits in anderen Bereichen wie beispielsweise der Automobilindustrie getestet. Darüber hinaus ist die Anlage vom Stromnetz unabhängig. Die Stromversorgung wird durch Batterien sichergestellt und somit ist die Anlage auch bei Stromausfall bei stehendem Zug funktionsfähig.
In einem zusammen wachsenden Europa mit zunehmendem grenzüberschreitendem Schienenverkehr bedeutet der Wegfall des Lokomotiv-Wechsels eine enorme Zeit- und Kostenersparnis im Zugverkehr. TLB legte daher Wert darauf, Patente nicht nur in Deutschland, sondern auch in Frankreich und England anzumelden. Die Technologie-Lizenz-Büro (TLB) GmbH unterstützt die Hochschule Offenburg bei der Verwertung und Vermarktung der Erfindung und sucht aktuell gemeinsam mit Erfinder Prof. Hildenbrand Entwicklungspartner und Lizenznehmer, um die Anlage unter realen Bedingungen zu testen. Als Verwertungspartner stehen Schienenfahrzeughersteller und Unternehmen für Eisenbahnsignaltechnik im Fokus.
Weitere Informationen erteilt TLB-Innovationsmanager Dipl. Ing. Emmerich Somlo, Telefon 0721 790040, Mail: esomlo@tlb.de

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Computer IT Software

Neue Erfindung verknüpft Wahrnehmung und Interaktion

Drei Designer der Hochschule Schwäbisch Gmünd forschen über die Gestaltung berührbarer Mensch-Maschine-Schnittstellen.
Heraus kam, neben weiteren spannenden Ideen, der STT 01 – Small Tactile Transducer, ein kleines Gerät, das Vibrationen und Einzelimpulse erzeugen kann und Anfang des Jahres international zum Patent angemeldet wurde. TLB unterstützte die Patentierung und berät bei der Vermarktung.

Neue Erfindung verknüpft Wahrnehmung und Interaktion

Haben die Firma www.nuilab.com gegründet: Ron Jagodzinski (links) und Götz Wintergerst.

Die Beschäftigung mit den meisten Maschinen, mit Computern oder Fahrzeugen wird zum großen Teil über visuelle Reize gesteuert. Ein Forscherteam der Hochschule für Gestaltung Schwäbisch Gmünd untersucht seit einigen Jahren, wie man die visuelle Welt durch den Tastsinn ergänzen und diesen beispielsweise in die Interaktion mit Geräten einbinden kann. Heraus kam – neben weiteren spannenden Ideen – der „STT 01 – Small Tactile Transducer“, ein kleines Gerät, das Vibrationen und Einzelimpulse erzeugen kann und Anfang des Jahres international zum Patent angemeldet wurde. Die Technologie-Lizenz-Büro (TLB) GmbH unterstützte die Patentierung und berät nun bei der Vermarktungsstrategie für diesen Impulsaktor.
Da die beiden Erfinder Ron Jagodzinski und Götz Wintergerst noch viele weitere gute Ideen haben, gründeten sie im vergangenen Jahr, Ende 2012, in Schorndorf eine Firma: www.nuilab.com . Hier bieten die beiden innovativen Designer Beratung im gesamten Bereich haptischer Interfaces und deren multimodalem Zusammenspiel an. Mit ihrem Unternehmen wollen sie Interface-Systeme entwickeln, die alle Wahrnehmungsmodi des Menschen in Interaktionen integrieren. Die Hochschule für Gestaltung Schwäbisch Gmünd (HfG) hat das Unternehmen nui-lab als erstes Spin-Off der HfG anerkannt.
In ihre jetzige Freiberuflichkeit bringen die Designer ihre langjährige Erfahrung und ihr Wissen ein, das sie in ihrer Tätigkeit an der Hochschule Schwäbisch Gmünd gesammelt haben. Schon seit 2005 wird in Schwäbisch Gmünd zu Fragen der Gestaltung des haptischen Feedbacks von Mensch-Maschine-Interaktionen geforscht. „Tangible Interaction Research“ nennt sich ein Forschungsschwerpunkt der Hochschule für Gestaltung. Dabei geht es vor allem um die Integration von kontextsensitiven und dynamischen haptischen Feedback-Elementen in Interfaces. Wintergerst und Jagodzinski entwickelten als wissenschaftliche Mitarbeiter der Hochschule neben dem Transducer beispielsweise auch den Stift Hap.pen, den sie auf der diesjährigen Hannover Messe zeigten. Dieser Stiftprototyp übersetzt im Zusammenspiel mit berührungssensitiven Bildschirmen ein grafisches Bildelement in ein haptisches Signal.
„Unser mechanisches Handeln beruht auf dem Tastsinn. Der fehlt aber in unseren visuell basierten Interfaces“, so erklärt Ron Jagodzinski den Ausgangspunkt für die Überlegungen, die er mit seinen beiden Kollegen Götz Wintergerst und Peter Giles angestellt hatte, und die letztendlich zu der Erfindung STT 01 geführt hatte. Um die haptische Wahrnehmung in die Mensch-Maschine-Interaktion zu integrieren, wollten sie ein einfaches Konstrukt entwickeln, das über das simple Vibrieren hinausgeht. So entstand der „Small Tactile Transducer“, mit dem sowohl ein mechanischer Impuls erzeugt werden kann als auch eine Vibration, welche in Amplitude und Frequenz unabhängig steuerbar ist.
Durch seine Flexibilität eignet sich das Gerät ideal für mobile Anwendungen und ist hier in vielen Kontexten denkbar. Durch das geringe Baumaß, den hohen Wirkungsgrad und die geringe Leistungsaufnahme kann es vielseitig eingesetzt werden und in elektronischen Geräten für die Erzeugung eines haptischen oder akustischen Feedbacks verwendet werden. Jagodzinski: „Mit dem Aktuator kann man über eine virtuelle Oberfläche streichen und Dinge fühlen, die man sonst nur sehen könnte.“ Die drei Erfinder haben den Aktuator beispielsweise in einen Stift eingesetzt, so dass dann verschiedene Untergründe durch diesen Stift fühlbar wurden. Fühlen könne man damit, so Jagodzinski, die unterschiedlichen Empfindungen, wenn man mit einem Bleistift auf einem glatten Blatt Papier schreibt und dann beispielsweise auf einen unebenen Untergrund wechselt oder aber vom Blattrand abrutscht und den Stift abrupt hochzieht.
Der Impulsaktor kann alle diese Eindrücke vermitteln. Denn der große Unterschied zu anderen ähnlichen Geräten ist die flexible Darstellung der Vibration. Man könne sich das Gerät vorstellen wie einen Lautsprecher ohne Membran, so Jagodzinski. Der Aktuator vibriert durch Schwingungen. Dadurch lässt sich die Vibrationsstärke leicht regulieren. „Bei anderen Geräten kann durch die Kopplung von Frequenz und Amplitude die Vibration nur in Geschwindigkeit und Stärke gemeinsam reguliert werden“, erklärt der Erfinder. „Durch die Konstruktionsweise des Aktuators ist auch eine hochfrequente, aber dennoch schwache Vibration möglich bis hin zu sehr dynamischen und komplexen Signalverläufen.“
Die Technologie-Lizenz-Büro (TLB) GmbH hat das große Potential dieser Erfindung erkannt und unterstützte daher den kompletten Patentierungsprozess. Dr.-Ing. Hubert Siller betreut das Projekt von Anfang an und ist vom Potential der Erfindung überzeugt. “ Neu ist neben der geringen Baugröße und dem geringen Energiebedarf die Verbindung von flexibel steuerbaren Einzelimpulsen und Vibrationen in einem Aktuator.“ Der TLB-Innovationsmanager kümmert sich seit der Patentierung des Aktuators um die Verwertungsstrategie der Erfindung. „Der Aktuator könnte sehr unterschiedlich eingesetzt werden. Denkbar sind alle Bereiche der Mensch-Maschine-Kommunikation. Durch die geringe Baugröße und den geringen Energiebedarf ist der Aktuator prädestiniert für die Einbindung in mobile Geräte, jedoch nicht auf diese beschränkt.“ Zusätzliche Anwendungsgebiete liegen z.B. im Bereich der Teleoperation oder der Erweiterung von Gamecontrollern.

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