Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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  • Publication
    Polyhydroxyalkanoates production with Ralstonia eutropha from low quality waste animal fats
    ( 2015)
    Riedel, S.L.
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    Jahns, S.
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    Koenig, S.
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    Bock, M.C.E.
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    Brigham, C.J.
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    Bader, J.
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    Stahl, U.
    Polyhydroxyalkanoates (PHAs) are biodegradable and biocompatible polyesters considered as alternatives to petroleum-based plastics. Ralstonia eutropha is a model organism for PHA production. Utilizing industrially rendered waste animal fats as inexpensive carbon feedstocks for PHA production is demonstrated here. An emulsification strategy, without any mechanical or chemical pre-treatment, was developed to increase the bioavailability of solid, poorly-consumable fats. Wild type R. eutropha strain H16 produced 79-82% (w/w) polyhydroxybutyrate (PHB) per cell dry weight (CDW) when cultivated on various fats. A productivity of 0.3 g PHB/(L × h) with a total PHB production of 24 g/L was achieved using tallow as carbon source. Using a recombinant strain of R. eutropha that produces poly(hydroxybutyrate-co-hydroxyhexanoate) [P(HB-co-HHx)], 49-72% (w/w) of PHA per CDW with a HHx content of 16-27 mol% were produced in shaking flask experiments. The recombinant strain was grown on waste animal fat of the lowest quality available at lab fermenter scale, resulting in 45 g/L CDW with 60% (w/w) PHA per CDW and a productivity of 0.4 g PHA/(L × h). The final HHx content of the polymer was 19 mol%. The use of low quality waste animal fats as an inexpensive carbon feedstock exhibits a high potential to accelerate the commercialization of PHAs.
  • Publication
    Lipid and fatty acid metabolism in Ralstonia eutropha: Relevance for the biotechnological production of value-added products
    ( 2014)
    Riedel, S.L.
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    Lu, J.N.
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    Stahl, U.
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    Brigham, C.J.
    Lipid and fatty acid metabolism has been well studied in model microbial organisms like Escherichia coli and Bacillus subtilis. The major precursor of fatty acid biosynthesis is also the major product of fatty acid degradation (beta-oxidation), acetyl-CoA, which is a key metabolite for all organisms. Controlling carbon flux to fatty acid biosynthesis and from beta-oxidation allows for the biosynthesis of natural products of biotechnological importance. Ralstonia eutropha can utilize acetyl-CoA from fatty acid metabolism to produce intracellular polyhydroxyalkanoate (PHA). R. eutropha can also be engineered to utilize fatty acid metabolism intermediates to produce different PHA precursors. Metabolism of lipids and fatty acids can be rerouted to convert carbon into other value-added compounds like biofuels. This review discusses the lipid and fatty acid metabolic pathways in R. eutropha and how they can be used to construct reagents for the biosynthesis of products of industrial importance. Specifically, how the use of lipids or fatty acids as the sole carbon source in R. eutropha cultures adds value to these biotechnological products will be discussed here.
  • Publication
    Automatisiertes Reinigen und Vorbehandeln vor der Lackierung mittels CO2-Schneestrahlen für die Automobilindustrie
    ( 2009)
    Krieg, M.C.
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    Bilz, M.
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    Buchbach, S.
    Das CO2-Schneestrahlen ist eine ökologische Alternative der Vorbehandlung vor dem Lackieren. Beim Strahlen mit festem CO2 wird das Strahlmittel pneumatisch beschleunigt und auf die zu bearbeitende Fläche aufgebracht. Dabei beruht die abtragende Wirkung des CO2-Strahlens auf den folgenden drei Effekten: Mechanischer Effekt: Impulsübertrag der CO2-Partikel auf die Oberfläche, aerodynamische Kraft durch Druckluftstrahl und CO2-Gas. Thermischer Effekt: Versprödung des Schmutzes durch niedrige Temperatur des festen CO2, Abtrennung der Schmutzschicht vom Grundwerkstoff durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten. Sublimationseffekt: Druckwelle, die bei der Sublimation infolge der Volumenvergrößerung des CO2 beim Übergang von fest zu gasförmig entsteht. Das CO2-Schneestrahlen ist als trockenes, rückstandsfreies, substratschonendes und umweltneutrales Verfahren eine Alternative zur gängigen Powerwash-Technik. Im Rahmen des Forschungsprojekts 'SchneeLack' konnte durch die Vorbehandlung typischer Kunststoffsubstrate der Automobilindustrie, dem anschließenden Lackieren und der Prüfung der Lackhaftung mittels dem Gitterschnittverfahren und nach der DBL 7384, das CO2-Schneestrahlen als Vorbehandlungsverfahren vor dem Lackieren qualifiziert werden. Das Verfahren lässt sich direkt in Lackieranlagen integrieren. Zusätzlich zu geringen Verfahrenskosten und hoher Produktivität entfallen beim CO2-Schneestrahlen Kosten für die Pflege, Überwachung und Entsorgung des Reinigungsmediums sowie für die Trocknung der Bauteile.
  • Publication
    Automatisiertes Vorbehandeln vor dem Lackieren und Kleben mit CO2-Schneestrahlen
    (Fraunhofer IPK, 2009)
    Krieg, M.C.
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    Bilz, M.
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    Buchbach, S.
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    Tomow, C.
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    Chaves, H.
    Der vorliegende gemeinsame Abschlussbericht des Verbundvorhabens 16IN0497 und 16IN0459 dokumentiert Zielstellungen, Entwicklungsschritte und Ergebnisse des Projektes 'Automatisiertes Vorbehandeln vor dem Lackieren und Kleben mittels CO2-Schneestrahlen'. Kunststoffe müssen vor Prozessschritten wie Kleben und Lackieren vorbehandelt werden. Bisher wird die Vorbehandlung im Allgemeinen mit wässrigen oder lösemittelbasierten Reinigungsverfahren (Powerwash) oder bei einigen Kunststoffen durch Beflammung, Plasmabehandlung oder Fluorierung durchgeführt. Das CO2-Schneestrahlen stellt aufgrund seiner verfahrensspezifischen Vorteile eine Alternative dar. Das CO2-Schneestrahlen zur Vorbehandlung vor einem Lackierprozess wurde bisher nur im Labormaßstab oder empirisch untersucht worden. Die erarbeiteten Forschungsergebnisse können als erfolgreich gewertet werden. Diese können in folgenden Schwerpunkten zusammen gefasst werden: Bereitstellung eines numerischen Strömungsmodelles, mit welchem die Simulation eines mit CO2-Partikeln beladenen Strahls durch unterschiedliche Düsengeometrien möglich ist. Bereitstellung von optimalen Strahlparametern zu Abreinigung unterschiedlicher Verunreinigung und Vorbehandlung unterschiedlicher Kunststoffsubstrate, auch an gealterten Kunststoffen Empfehlungen für die Kommissionierung des Strahlmittels und Entwicklung einer automatisierten Absaugung Erfolgreiche Anpassung eines Oberflächenmessverfahrens für die inline-Kontrolle der Vorbehandlung von Kunststoffoberflächen vor dem Lackieren. Die Projektergebnisse zeigen, dass der automatisierte Einsatz der CO2-Schneestrahlreinigung direkt in Lackieranlagen möglich ist und sich durch eine höhere Wirtschaftlichkeit im Vergleich zum Powerwash auszeichnet.
  • Publication
    Trends in der Industriellen Teilereinigung - Welches Potenzial hat Kohlendioxid?
    ( 2009)
    Krieg, M.C.
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    Bilz, M.
    ;
    Mankiewicz, J.
    Das auf dem europäischen Markt angebotene technische CO2 wird nur zu einem geringen Teil aus natürlichen Quellen gewonnen, der Großteil fällt als Abfallprodukt aus Gärprozessen und in der chemischen Industrie an. Seine Nutzung ist vollkommen treibhausneutral, vielmehr können durch den Einsatz von Kohlendioxid zum Teil stark umweltgefährdende Stoffe wie halogenierte Kohlenwasserstoffe beinhaltende Kälte- oder Lösemittel mit einem erheblich größeren Treibhauspotenzial ersetzt werden. Auf Grund seiner verfahrenstechnischen Vorteile, wie trocken, rückstandsfrei, substratschondend und umweltneutral, hat sich das Strahlen mit festem Kohlendioxid in den letzten Jahren in unterschiedlichen Anwendungsfeldern etabliert. Die Möglichkeiten sind derzeit längst nicht ausgeschöpft. Gängige Verfahren und sich abzeichnende Entwicklungen werden dargestellt.
  • Publication
    Muscle activation patterns of healthy subjects during floor walking and stair climbing on an end-effector based gait rehabilitation robot
    ( 2007)
    Hussein, H.
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    Schmidt, H.
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    Volkmar, M.
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    Werner, C.
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    Helmich, I.
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    Piorko, F.
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    Krüger, J.
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    Hesse, S.
  • Publication
    Kalt gestellt
    ( 2007)
    Uhlmann, E.
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    Stahl, U.
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    Hollan, R.
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    Kristan, G.