Zuerst wird die Idee einer gechirpten photonischen Kristallfaser vorgestellt. Aus einem stark vereinfachten Modell, die qualitativen Eigenschaften dieses neuen Fasertyps abgeleitet. Hier gelingt es, alle wichtigen Designparameter zu bestimmen. Die hervorragenden Leitungseigenschaften dieser Fasern werden dann in Experimenten demonstriert. Ohne jegliche Dispersionskompensation wird die Übertragung eines 25 fs Impulses in einer 1 Meter langen Faser gezeigt. Wird zusätzlich eine Dispersionskompensation verwendet, lassen sich sogar Impulse mit weniger als 20 fs Dauer übertragen. Im Anschluss daran wird eine photonische Kristallfaser untersucht, die mit einer Flüssigkeit gefüllt ist. Die hergestellte Faser ist dahingehend optimiert, einen hoch effizienten Soliton-Fission Mechanismus zu ermöglichen, der zur Erzeugung von Weißlicht genutzt wird. Diese Weißlicht-Impulse haben eine mit Soliton-Fission bisher noch nie erreichte Energie von 390 nJ. Auf Grundlage einer guten Übereinstimmung mit den experimentellen Resultaten lässt sich aus numerischen Simulationen der zugrunde liegende Effekt bestimmen. Abschließend wird über ein Experiment berichtet, das die nichtlineare Wechselwirkung zwischen zwei Impulsen verschiedener Wellenlänge ausnutzt, um einen optischen Schalter zu verwirklichen. Dieses Experiment erfordert genaueste Kontrolle der Dispersion und der Nichtlinearität in der Faser. Bei der gleichzeitigen Propagation von zwei Impulsen wird ein neuartiger Schalteffekt beobachtet. Beide Impulse haben nahezu die gleiche Gruppengeschwindigkeit, und ihre nichtlineare Wechselwirkung basierend auf Kreuz-Phasen-Modulation wird dadurch deutlich verstärkt. Hiermit wird ein voll funktionsfähiger optischer Transistor mit gutem Schaltkontrast experimentell demonstriert, der insbesondere einen schwachen Impuls einen stärkeren Impuls schalten lässt. / First, the concept of a novel chirped photonic crystal fiber is introduced. The qualitative dispersion and loss properties of this new fiber are theoretically derived. The calculated results agree excellently with experimental data obtained from fabricated fiber samples. The superior guiding properties of this new photonic fiber are demonstrated in two experiments. The delivery of 25 fs pulses over a 1 meter distance is realized without any dispersion compensation. Moreover, using dispersion compensation, the delivery of even sub-20-fs pulses becomes possible. Subsequently, a photonic crystal fiber with a liquid core is investigated, work presents effective methods for the preparation and explains a scheme for successfully reducing the insertion loss. The fiber is optimized to support the highly efficient soliton-fission mechanism at unprecedented pulse energies in white-light supercontinuum generation. Because of the liquid core, the supercontinuum generation scheme can be scaled beyond the peak-power limitations of solid-core fibers. The generation of a two-octave spanning supercontinuum with 390 nJ pulse energy is demonstrated. The experimental results are compared to a numerical simulation and the underlying mechanism is identified. Finally, an experiment is presented that exploits strong nonlinear interaction of two pulses inside a photonic crystal fiber for all-optical switching. A novel effect is observed during the co-propagation of two ultrashort pulses with different wavelengths. Because of the dispersion properties in the chosen fiber, these pulses are propagating at nearly identical group velocities, which dramatically increases the nonlinear interaction via cross-phase modulation between the two pulses. Based on this interaction, a fully functional optical transistor is experimentally demonstrated with good switching contrast. In particular, the demonstrated optical transistor enables switching of a strong pulse by a much weaker pulse.

Motivation - Neue Anwendungen für cellulosische Fasern z.B. in 3D-Verpackungslösungen, im Leichtbau oder in Konstruktionswerkstoffen - Technologisch effiziente Herstellbarkeit wird gefordert (z.B. integriertes Umformen und Fügen) - Verfügbarkeit geeigneter Simulationswerkzeuge unabdingbar (z.B. mittels FE-Analyse)

By-products of fruit, cereal and vegetable processing are often regarded as waste while they contain significant amounts of dietary fibre and phytochemicals that can positively contribute to the human diet when reused as food ingredient. The application of fibre from by-products in baked goods could increase the sustainability of the processing chain but is usually associated with changes in product characteristics, such as lower volume, denser structure and increased hardness. In the current study, the interactions of fibres from by-products and wheat macromolecules were analysed in muffins, starch slurries and wheat doughs. The three selected fibres differed significantly in their chemical composition and technofunctional properties. In muffins wheat flour replacement by apple fibre was assessed by rheological measurements of batter and determination of product characteristics. Water proportion adaption based on batter viscosity to create isoviscosity was evaluated as a promising method to develop muffins with satisfying characteristics, where a wheat flour replacement of 30 % is suggested. The addition of apple fibre influenced starch gelatinisation in muffins during baking as indicated by the results of pasting experiments and in vitro starch digestion. Starch slurries with apple and wheat fibre were analysed in pasting experiments. Soluble dietary fibre, mainly pectin, strongly influenced the pasting profile of wheat starch, in comparison to insoluble dietary fibre, that acted as an inert filler and did not interact with the starch. Wheat doughs with fibre from by-products were analysed for rheology, texture and microstructure. The gluten development was negatively influenced by the fibres, which resulted in less extensible doughs. Soluble dietary fibre resulted in increased dough stickiness and limited dough handling at high application levels. It can be reasoned that dough with 10% fibre from by-products would produce products with satisfying characteristics, whereas higher application levels cannot be recommended without using additives to increase the gluten strength. Fibres from by-products are suitable wheat flour replacers in bakery products, where the negative effects of the high water binding capacity of the fibre, can be partly balanced by water proportion adaption, especially in products were gluten development is not that dominating for product structure, like in muffins or cakes. / Nebenprodukte der Obst-, Getreide- und Gemüseverarbeitung werden oft als Abfall betrachtet, wobei sie signifikante Gehalte an Ballaststoffen und sekundären Pflanzeninhaltsstoffen aufweisen, und bei der Verwendung als Lebensmittelzutat positiv zur menschlichen Ernährung beitragen können. Die Anwendung von Fasern aus Nebenprodukten in Backwaren könnte die Nachhaltigkeit der Verarbeitungskette erhöhen, ist jedoch mit Änderungen der Produkteigenschaften verbunden, wie verringertes Volumen, dichtere Struktur und erhöhte Härte. In der vorliegenden Studie wurden die Wechselwirkungen von Fasern und Weizenmakromolekülen in Muffins, Stärkesuspensionen und Weizenteigen analysiert, wobei sich die drei ausgewählten Fasern in ihrer chemischen Zusammensetzung und ihren technofunktionellen Eigenschaften unterschieden. In Muffins wurde die Mehlsubstitution durch Apfelfaser anhand von Teigrheologie und Produkteigenschaften analysiert. Die Anpassung des Wassergehaltes basierend auf der Teigviskosität wurde als vielversprechende Methode zur Entwicklung von Muffins mit akzeptablen Eigenschaften bewertet, wodurch ein Mehlersatz von 30% möglich war. Die Zugabe von Apfelfasern beeinflusste die Stärkeverkleisterung in Muffins, wie durch die Ergebnisse von Verkleisterungsexperimenten und In vitro-Stärkeverdauung gezeigt wurde. Stärkesuspensionen mit Apfel- und Weizenfasern wurden auf ihr Verkleisterungsverhalten analysiert. Lösliche Ballaststoffe beeinflussten das Verkleisterungsprofil von Weizenstärke im Vergleich zu unlöslichen Ballaststoffen, die als inerter Füllstoff fungierten und nicht mit der Stärke in Wechselwirkung traten. Weizenteige mit Fasern wurden auf Rheologie, Textur und Mikrostruktur untersucht. Die Glutenentwicklung wurde durch die Fasern negativ beeinflusst, was zu weniger dehnbaren Teigen führte. Lösliche Ballaststoffe führten zu einer erhöhten Teigklebrigkeit. Weizenteig mit 10% Faser besitzt zufriedenstellenden Eigenschaften, während höhere Fasermengen nicht zu empfehlen sind, ohne Zusatzstoffe, um die Glutenfestigkeit zu erhöhen. Fasern aus Nebenprodukten sind geeignet als Mehlersatz in Backwaren, wobei die negativen Auswirkungen der hohen Wasserbindekapazität der Faser teilweise durch Wasseranpassung ausgeglichen werden können, insbesondere in Produkten, bei denen die Glutenentwicklung nicht die Produktstruktur dominiert, wie in Muffins oder Kuchen.

In den vergangenen Jahren wurden stetig wachsende Produktionskapazitäten von Biokunststoffen aus nachwachsenden Rohstoffe nverzeichnet. Trotz großer Produktionskapazitäten und einem geeigneten Eigenschaftsprofil findet Stärke nur als hydrophile, mit Weichmachern verarbeitete thermoplastische Stärke (TPS) in Form von Blends mit z. B. Polyestern Anwendung. Gleiches gilt für Kunststoffe auf Proteinbasis. Die vorliegende Arbeit hat die Entwicklung von Biokunststoffen auf Stärkebasis zum Ziel, welche ohne externe Weichmacher thermoplastisch verarbeitbar und hydrophob sind sowie ein mechanisches Eigenschaftsprofil aufweisen, welches ein Potenzial zur Herstellung von Materialien für eine Anwendung als Verpackungsmittel bietet. Um die Rohstoffbasis für Biokunststoffe zu erweitern, soll das erarbeitete Konzept auf zwei industriell verfügbare Proteintypen, Zein und Molkenproteinisolat (WPI), übertragen werden. Als geeignete Materialklasse wurden Fettsäureester der Stärke herausgearbeitet. Zunächst fand ein Vergleich der Säurechlorid-Veresterung und der Umesterung von Fettsäurevinylestern statt, woraus letztere als geeignetere Methode hervorging. Durch Variation der Reaktionsparameter konnte diese optimiert und auf eine Serie der Fettsäurevinylester von Butanoat bis Stearat für DS-Werte bis zu 2,2-2,6 angewandt werden. Möglich war somit eine systematische Studie unter Variation der veresterten Fettsäure sowie des Substitutionsgrades (DS). Sämtliche Produkte mit einem DS ab 1,5 wiesen eine ausgprägte Löslichkeit in organischen Lösungsmitteln auf wodurch sowohl die Aufnahme von NMR-Spektren als auch Molmassenbestimmung mittels Größenausschlusschromatographie mit gekoppelter Mehrwinkel-Laserlichtstreuung (GPC-MALLS) möglich waren. Durch dynamische Lichtstreuung (DLS) wurde das Löslichkeitsverhalten veranschaulicht. Sämtliche Produkte konnten zu Filmen verarbeitet werden, wobei Materialien mit DS 1,5-1,7 hohe Zugfestigkeiten (bis zu 42 MPa) und Elastizitätsmodule (bis 1390 MPa) aufwiesen. Insbesondere Stärkehexanoat mit DS <2 sowie Stärkebutanoat mit DS >2 hatten ein mechanisches Eigenschaftsprofil, welches insbesondere in Bezug auf die Festigkeit/Steifigkeit vergleichbar mit Verpackungsmaterialien wie Polyethylen war (Zugfestigkeit: 15-32 MPa, E-Modul: 300-1300 MPa). Zugfestigkeit und Elastizitätsmodul nahmen mit steigender Kettenlänge der veresterten Fettsäure ab. Ester längerkettiger Fettsäuren (C16-C18) waren spröde. Über Weitwinkel-Röntgenstreuung (WAXS) und Infrarotspektroskopie (ATR-FTIR) konnte der Verlauf der Festigkeiten mit einer zunehmenden Distanz der Stärke im Material begründet werden. Es konnten von DS und Kettenlänge abhängige Glasübergänge detektiert werden, die kristallinen Strukturen der langkettigen Fettsäuren zeigten einen Schmelzpeak. Die Hydrophobie der Filme wurde anhand von Kontaktwinkeln >95° gegen Wasser dargestellt. Blends mit biobasierten Polyterpenen sowie den in der Arbeit hergestellten Zein-Acylderivaten ermöglichten eine weitere Verbesserung der Zugfestigkeit bzw. des Elastizitätsmoduls hochsubstituierter Produkte. Eine thermoplastische Verarbeitung mittels Spritzgießen war sowohl für Produkte mit hohem als auch mittlerem DS-Wert ohne jeglichen Zusatz von Weichmachern möglich. Es entstanden homogene, transparente Prüfstäbe. Untersuchungen der Härte ergaben auch hier für Stärkehexanoat und –butanoat mit Polyethylen vergleichbare Werte. Ausgewählte Produkte wurden zu Fasern nach dem Schmelzspinnverfahren verarbeitet. Hierbei wurden insbesondere für hochsubstituierte Derivate homogenen Fasern erstellt, welche im Vergleich zur Gießfolie signifikant höhere Zugfestigkeiten aufwiesen. Stärkeester mit mittlerem DS ließen sich ebenfalls verarbeiten. Zunächst wurden für eine Übertragung des Konzeptes auf die Proteine Zein und WPI verschiedene Synthesemethoden verglichen. Die Veresterung mit Säurechloriden ergab hierbei die höchsten Werte. Im Hinblick auf eine gute Löslichkeit in organischen Lösungsmitteln wurde für WPI die Veresterung mit carbonyldiimidazol (CDI)-aktivierten Fettsäuren in DMSO und für Zein die Veresterung mit Säu-rechloriden in Pyridin bevorzugt. Es stellte sich heraus, dass acyliertes WPI zwar hydrophob, jedoch ohne Weichmacher nicht thermoplastisch verarbeitet werden konnte. Die Erstellung von Gießfolien führte zu Sprödbruchverhalten. Unter Zugabe der biobasierten Ölsäure wurde die Anwendung von acyliertem WPI als thermoplastischer Filler z. B. in Blends mit Stärkeestern dargestellt. Im Gegensatz hierzu zeigte acyliertes Zein Glasübergänge <100 °C bei ausreichender Stabilität (150-200 °C). Zeinoleat konnte ohne Weichmacher zu einer transparenten Gießfolie verarbeitet werden. Sämtliche Derivate erwiesen sich als ausgeprägt hydrophob. Zeinoleat konnte über das Schmelzspinnverfahren zu thermoplastischen Fasern verarbeitet werden. / In recent years, a steadily growing production capacity of bioplastic based on renewable resources was noticed. Despite its huge production capacities and an appropriate property profile (ubiquitous occurrence, easy extraction), starch is only applied in addition of plasticizers in a hydrophilic, thermoplastic form in blends with e. g. polyesters. The same applies to bioplastics based on proteins. The actual study has the aim to develop starch-based bioplastics, which are hydrophobic, thermoplastic without the addition of any plasticizer and have mechanical properties to be a suitable alternative material in the area of food packaging. To obtain a variation of the raw materials for bioplastics, the concept shall be applied to two types of industrial available proteins, whey protein isolate (WPI) and Zein. Fatty acid esters of starch came out to be a suitable class of materials. Initially, the methods of esterifying acid chlorides and the transesterification of fatty acid vinyl esters were compared with the latter being more appropriate. Reaction parameters of this method were optimized and it was applied to a complete series of vinyl ester reagents (butanoate to stearate), leading to degree of substitution (DS)-values up to 2.2-2.6. With that, a systematic study of the variation of the fatty acid ester chain as well as the DS became possible. It came out that all products with a DS >1.5 showed a well-marked solubility in organic solvents, whereby solution NMR-studies as well as measurements of the molecular weight distributions by using size exclusion chroma-tography with multi-angle laser light scattering (SEC-MALLS) were possible. The different solution behavior was studied by dynamic light scattering (DLS). All soluble products could be formed into films via casting, where materials with a DS of 1.5-1.7 showed the highest values concerning tensile strength (up to 42 MPa) and Youngs modulus (up to 1390 MPa). Especially starch hexanoate with DS <2 and starch butanoate with a DS >2 revealed mechanical properties which are comparable to usually applied polymers for food packaging, e. g. polyethylene (tensile strength: 15-20 MPa, E-Mod: 300-1300 MPa). Tensile strength and Youngs modulus were reduced with increasing length of the esterified fatty acid. Wide-angle X-Ray scattering (WAXS) and infrared spectroscopy (ATR-FTIR) explained this tendency by an increasing intermolecular distance of the starch in the material. Glassy transitions of the materials were detected and showed a dependency on the type of esterified fatty acid and the DS. The crystalline structures of the esterified long-chain fatty acids revealed a melting peak. All films came out to be hydrophobic with contact angles against water >95°. The tensile strength and the Youngs modulus of the highly substituted products could be further improved by blending them with biobased polyterpenes as well as the acylated Zein. A thermoplastic processing without the use of any plasticizer additives was possible for products with a medium and high DS. Homogeneous, transparent testing specimens were obtained. The specific mechanical values were comparable with the casted films, although the highest values for the tensile strength and the elongation were lower. Investigations of the hardness showed comparable values to polyethylene. Selected samples were further processed to fibers by melt spinning. Especially starch esters with high DS revealed homogeneous fibers with a significant increase in the tensile strength compared to the film or testing specimen. Even fatty acid starch esters with a medium DS were processed by the melt-spinning, but their higher glassy transition lead to a reduced softening behavior. To transfer this concept to the class of proteins, different methods of synthesis were studied in the first step, which differed in their amount of acylation. The acylation using fatty acid chlorides lead to highest values. With regard to a well-marked organic solvent solubility, in the case of WPI the acylation with carbonyldiimidazol (CDI)-activated fatty acid was established. For Zein, the acid chloride acylation in pyridine gave the desired results. It came out the fatty acid acylated soluble WPI could not be thermoplastic processed without additional plasticizers. By using biobased oleic acid as additive, the potential of acylated WPI as a thermoplastic filler in blends with e. g. fatty acid esters of starch was shown. In contrast, fatty acid acyl derivatives of Zein revealed well marked glassy transitions <100 °C with an adequate thermal stability. While Zeinoleate could be formed into transparent films via solvent casting without any plasticizer additives, low amounts of tall oil enabled film-forming in the case of acyl derivatives with shorter fatty acids as well. All derivatives revealed a well-marked hydrophobicity. Finally, Zeinoleate was thermoplastically processed into fibers by melt-spinning without any further additives.

Die Arbeit befasst sich mit der Untersuchung des Reibwertes zwischen Seil und Seilrille, von hochfesten synthetischen Faserseilen, in Treibscheibensystemen. Im Grundlagenteil werden Aufbau, Funktion und Berechnung derartiger Fördersysteme nach dem Stand der Technik dargestellt. In den letzten Jahren haben als Zugmittel verstärkt Seile auf Basis hochfester, synthetischer Fasern Einzug gehalten. Diese Seile sind deutlich leichter als die bekannten Drahtseile und weisen dabei zum Teil höhere Festigkeitswerte auf. Um solche hochfesten Seile gezielt in fördertechnischen Anlagen einsetzen zu können, ist es erforderlich, diese Seile grundlegenden Untersuchungen zu unterziehen. Geprüft wird dabei z.B. auch die Treibfähigkeit. Der Wissenstand auf diesem Gebiet kann im Vergleich zu den Drahtseilen als mangelhaft angesehen werden. Um eine ausreichende Treibfähigkeit (u.a. eine Funktion des Reibwertes) zu gewährleisten, ist es notwendig die Reibwerte in Abhängigkeit des Verschleißzustandes des Seils und der Seilscheiben zu ermitteln und zu analysieren. Bei diesen Untersuchungen werden Parameter wie der Seilwerkstoff, die Rillengeometrie und die Drehzahl der Treibscheibe oder die Vorlast variiert. Ziel der Untersuchungen ist die Ermittlung vorteilhafter Kombinationen von Seil und Scheibe in Bezug auf die Treibfähigkeit. Abschließend erfolgt die kurze Darstellung einer neuen Berechnungsmethodik, welche den Stand der Technik um die Besonderheiten der Faserseile erweitert. Damit lassen sich neue Anwendungsfelder generieren. / During the last years, high-strength synthetic fibre ropes have found there ways into the sector of tension members and traction mechanisms. These ropes are significant lighter than known steel wire ropes and, beside this, do show a higher strength. For using such ropes pointedly in conveyors and conveying systems, basic research has to be done on the ropes. The behaviour in cyclic bending, the creep behaviour and wear mechanisms are to be examined. The knowledge on these fields is, compared to the knowledge on steel wire ropes, insufficient. A study on the friction coefficient of high-strength synthetic fibre ropes working on drive sheaves are to be presented within this paper. To ensure an adequate drive capability (which is a function of the coefficient of friction and the wrap-around angle), it is necessary to investigate and analyse the coefficients of friction in dependency of the state of wear. During the investigations, parameters like groove dimension, number of revolutions per minute and initial load have been varied. Target of the investigations is, to evaluate an optimised combination of rope and drive sheave in terms of drive capability. Appropriate applications in conveying engineering can be derived from this optimised combination.

Kunststofflichtwellenleiter (POFs) stellen ein verhältnismäßig neues Medium zur optische Datenkommunikation über kurzen Strecken dar. Während ihrer Einsatzdauer unterliegen POFs unterschiedlichen Arten von Umweltbeanspruchungen, hauptsächlich durch hohe Temperatur, hohe Feuchtigkeit und mechanischen Belastungen. Zahlreiche experimentelle Forschungen beschäftigten sich mit der standardisierten Prüfung der Zuverlässigkeit von im Handel erhältlichen Fasern. Jedoch gab es bisher wenig Erfolg bei der Bemühung, zwei grundlegende optische Erscheinungen, Absorption und Streuung, die die Lichtausbreitung in Fasern stark beeinflussen, zu verstehen und praktisch zu modellieren: Diese beiden Effekte beschreiben nicht nur die Qualität neuer Fasern, sondern sie werden auch stark durch die Alterungsprozess beeinflusst.<br><br> Der Hauptzweck dieser Doktorarbeit war es, ein praktisch verwendbares und theoretisch gut fundiertes Modell der Lichtausbreitung in nicht gealterten und gealterten POFs zu entwickeln und es durch optische Experimente zu verifizieren. Dabei wurden anwendungsorientierte Aspekte mit theoretischer POF-Modellierung kombiniert. Die Arbeit enthält die erste bekannte Anwendung der Wellenanalyse zur Untersuchung der winkelabhängigen Eigenschaften der Streuung in Lichtwellenleitern.<br><br> Für die praktischen Experimente wurden mehrere POF-Proben unterschiedlicher Hersteller künstlich gealtert, indem sie bis 4500 Stunden bei 100 °C gelagert wurden (ohne Feuchtekontrolle). Die Parameter der jeweiligen Simulationen wurden mittels einer systematischen Optimierung an die gemessen optischen Eigenschaften der gealterten Proben angeglichen. Die Resultate deuten an, dass der Übertragungsverlust der gealterten Fasern in den ersten Tagen und Wochen der Alterung am stärksten durch eine wesentliche physikalische Verschlechterung der Kern-Mantel-Grenzfläche verursacht wird. Chemische Effekte des Alterungsprozesses scheinen im Faserkernmaterial zuerst nach einigen Monaten aufzutreten. / This thesis discusses theoretical and practical aspects of modelling of light propagation in non-aged and aged step-index polymer optical fibres (POFs). Special attention has been paid in describing optical characteristics of non-ideal fibres, scattering and attenuation, and in combining application-oriented and theoretical approaches. The precedence has been given to practical issues, but much effort has been also spent on the theoretical analysis of basic mechanisms governing light propagation in cylindrical waveguides.<br><br>As a result a practically usable general POF model based on the raytracing approach has been developed and implemented. A systematic numerical optimisation of its parameters has been performed to obtain the best fit between simulated and measured optical characteristics of numerous non-aged and aged fibre samples. The model was verified by providing good agreement, especially for the non-aged fibres. The relations found between aging time and optimal values of model parameters contribute to a better understanding of the aging mechanisms of POFs.

Kunststofflichtwellenleiter (POFs) stellen ein verhältnismäßig neues Medium zur optische Datenkommunikation über kurzen Strecken dar. Während ihrer Einsatzdauer unterliegen POFs unterschiedlichen Arten von Umweltbeanspruchungen, hauptsächlich durch hohe Temperatur, hohe Feuchtigkeit und mechanischen Belastungen. Zahlreiche experimentelle Forschungen beschäftigten sich mit der standardisierten Prüfung der Zuverlässigkeit von im Handel erhältlichen Fasern. Jedoch gab es bisher wenig Erfolg bei der Bemühung, zwei grundlegende optische Erscheinungen, Absorption und Streuung, die die Lichtausbreitung in Fasern stark beeinflussen, zu verstehen und praktisch zu modellieren: Diese beiden Effekte beschreiben nicht nur die Qualität neuer Fasern, sondern sie werden auch stark durch die Alterungsprozess beeinflusst. <br><br> Der Hauptzweck dieser Doktorarbeit war es, ein praktisch verwendbares und theoretisch gut fundiertes Modell der Lichtausbreitung in nicht gealterten und gealterten POFs zu entwickeln und es durch optische Experimente zu verifizieren. Dabei wurden anwendungsorientierte Aspekte mit theoretischer POF-Modellierung kombiniert. Die Arbeit enthält die erste bekannte Anwendung der Wellenanalyse zur Untersuchung der winkelabhängigen Eigenschaften der Streuung in Lichtwellenleitern. <br><br> Für die praktischen Experimente wurden mehrere POF-Proben unterschiedlicher Hersteller künstlich gealtert, indem sie bis 4500 Stunden bei 100 °C gelagert wurden (ohne Feuchtekontrolle). Die Parameter der jeweiligen Simulationen wurden mittels einer systematischen Optimierung an die gemessen optischen Eigenschaften der gealterten Proben angeglichen. Die Resultate deuten an, dass der Übertragungsverlust der gealterten Fasern in den ersten Tagen und Wochen der Alterung am stärksten durch eine wesentliche physikalische Verschlechterung der Kern-Mantel-Grenzfläche verursacht wird. Chemische Effekte des Alterungsprozesses scheinen im Faserkernmaterial zuerst nach einigen Monaten aufzutreten. / This thesis discusses theoretical and practical aspects of modelling of light propagation in non-aged and aged step-index polymer optical fibres (POFs). Special attention has been paid in describing optical characteristics of non-ideal fibres, scattering and attenuation, and in combining application-oriented and theoretical approaches. The precedence has been given to practical issues, but much effort has been also spent on the theoretical analysis of basic mechanisms governing light propagation in cylindrical waveguides. <br><br> As a result a practically usable general POF model based on the raytracing approach has been developed and implemented. A systematic numerical optimisation of its parameters has been performed to obtain the best fit between simulated and measured optical characteristics of numerous non-aged and aged fibre samples. The model was verified by providing good agreement, especially for the non-aged fibres. The relations found between aging time and optimal values of model parameters contribute to a better understanding of the aging mechanisms of POFs.<br><br>

No description available.

Poröse Materialien sind für eine Vielzahl industrieller, aber auch alltäglicher Prozesse essentiell und daraus nicht mehr wegzudenken. So erstrecken sich die Anwendungen von einfachen, auf Aktivkohle basierenden Wasserfiltern in Heimaquarien, über Zeolithe in selbstkühlenden Bierfässern bis hin zu weltweit genutzten, großtechnischen Verfahren in der Abtrennung von Schadstoffen aus Luft und Wasser. Außerdem werden poröse Materialien als Katalysatoren in Prozessen eingesetzt, die eine Grundlage der Konsumgüterproduktion der heutigen Gesellschaft bilden. In den letzten Jahrzehnten wurde eine Vielzahl neuer hochporöser Verbindungen entwickelt, wobei besonders in den letzten Jahren polymerbasierten Adsorbentien ein gesteigertes Interesse galt. Diese organischen Gerüstverbindungen zeichnen sich durch eine große strukturelle und funktionelle Vielfalt aus, die auf den modularen Aufbau aus multifunktionellen organischen Einheiten (Linker) und verknüpfenden Gruppen (Knoten, Konnektoren) zurückzuführen ist. Neben ihrer homogenen Oberflächenchemie weisen diese Materialien signifikant hydrophobere Oberflächen als herkömmliche Adsorbentien, wie z.B. Aktivkohlen, auf. Dadurch sind die organischen Gerüstverbindungen bestens geeignet, um unpolare organische Komponenten aufgrund attraktiver Wechselwirkung adsorptiv zu binden. Entsprechende Verfahren gewinnen immer stärker an Bedeutung, um z.B. hochtoxische flüchtige organische Verbindungen (VOCs – volatile organic compounds) aus Luft und Wasser durch entsprechende Filter zu entfernen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden verschiedene Ansätze verfolgt, um neuartige organische Gerüstverbindungen herzustellen, die sich durch o.g. unpolare innere Oberflächen auszeichnen (Abbildung 1). Dazu fanden verschiedene synthetische Konzepte Anwendung. Zum einen wurden multifunktionelle organische Linker durch Lithiierung zu starken Nukleophilen umgesetzt, die anschließend über alkylsubstituierte Konnektoren auf Silanbasis vernetzt werden konnten. Durch diese aliphatische Funktionalisierung der Materialien EOF-10 bis -14 (EOF – element organic framework) konnte die Oberflächenpolarität gegenüber vergleichbaren Gerüstverbindungen signifikant gesenkt werden, was wiederum die Wechselwirkungen mit unpolaren Substanzen erhöht. Weiterhin stand die Herstellung und Charakterisierung poröser Polymere über die palladiumkatalysierte Suzuki-Kupplung im Vordergrund, bei der die Linker über die C-C-Verknüpfungsreaktion direkt gebildet und dadurch polare Gruppen an den Konnektoren vermieden werden konnten (EOF-6 bis -9). Diese Verbindungen erreichen spezifische Oberflächen von bis zu 1380 m2g-1 und adsorbieren signifikant größere Mengen des unpolaren Gases n-Butan als weniger polare Aktivkohlen mit vergleichbar großer Oberfläche. Ein dritter Ansatz zur Synthese unpolarer Adsorbentien war die Herstellung von Polyphenylenen über die Cyclotrimerisierung multifunktioneller Acetylverbindungen. Die resultierenden porösen, stark unpolaren Polymere OFC-1 bis -4 (OFC – organic framework by cyclotrimerization), die jeweils über zwei verschiedene Syntheserouten in Lösung bzw. in einer lösungsmittelfreien Schmelze hergestellt werden konnten, wurden durch postsynthetische Funktionalisierung anwendungsspezifisch modifiziert. Außerdem wurden verschiedene Verarbeitungsmöglichkeiten zu monolithischen und textilen Adsorbern über die Syntheseroute aus der Schmelze untersucht. Neben der Herstellung hydrophober Adsorbentien ermöglicht der modulare Aufbau organischer Gerüstverbindungen die Immobilisierung katalytisch aktiver molekularer Spezies. Über die zwei erstgenannten Syntheserouten konnten poröse Netzwerke hergestellt werden, die großes Potential für Anwendungen als heterogene Katalysatoren in bisher überwiegend homogen geführten Prozessen aufweisen (Abbildung 1). So wurde ein hochvernetztes, poröses zinnorganisches Polymer (EOF-3) synthetisiert, dessen katalytische Aktivität in der Cyanosilylierung von Benzaldehyd gezeigt wurde. Dieses Material ist besonders für Ver- und Umesterungsreaktionen in der Oleochemie von Interesse, da derartige Reaktionen überwiegend homogen katalysiert werden. Des Weiteren ermöglichte die Suzuki-Kupplung als Verknüpfungsreaktion den Einbau eines bifunktionellen Imidazoliumlinkers in offenporige, hochvernetzte Polymere (EOF-15/-16). Durch Deprotonierung der Imidazoliumeinheiten wurden N-heterocyclische Carbene (NHC) erzeugt, deren katalytische Aktivität in der Organokatalyse in Kombination mit einer heterogenen Reaktionsführung gezeigt werden konnte. Neben der Entwicklung neuartiger organischer Gerüstverbindungen für Anwendungen als hydrophobe Adsorber und heterogene Katalysatoren behandelte die Dissertation die Verarbeitung poröser Materialien (Abbildung 1). Diese fallen in den meisten Fällen in Form feiner Pulver an, was in Abhängigkeit des Anwendungsgebietes zu Problemen führen kann. Speziell für Filteranwendungen ist eine gute Zugänglichkeit des Porensystems durch eine feine Verteilung der adsorptiven Komponente notwendig. Dafür eignen sich Kompositmaterialien aus porösen Pulvern und Fasern. Eine Alternative stellt die Herstellung von Fasermaterialien mit intrinsischer Porosität dar. Beide Ansätze wurden im Rahmen dieser Arbeit aufgegriffen. Über die Methode des elektrostatischen Spinnens können Vliese extrem feiner Fasern nahezu aller Polymere hergestellt werden. Auch die Produktion von Kompositfasern ist bekannt. Bislang gibt es allerdings sehr wenige Arbeiten zur Herstellung poröser Fasermaterialien über diese Methode. Die Verarbeitung metallorganischer Gerüstverbindungen als Modellsubstanzen über Elektrospinnen zu porösen Kompositfasern wurde untersucht. Es konnten Beladungen von bis zu 80 Gew.-% der porösen Materialien in den Kompositfasern erreicht werden, ohne dass die Porensysteme durch den polymeren Binder blockiert wurden. Weiterhin erfolgte die Verarbeitung von Polycarbosilan, einem polymeren Precursor für keramische Materialien, über Elektrospinnen zu feinen Fasern. Diese wurden durch Pyrolyse zu SiC-Fasern und durch anschließende extraktive Entfernung der Siliziumatome durch Chlorierung zu porösen CDC-Fasern (CDC – carbide-derived carbon) mit außerordentlichen Adsorptionseigenschaften umgesetzt.

Die Arbeit befasst sich mit der Untersuchung des Reibwertes zwischen Seil und Seilrille, von hochfesten synthetischen Faserseilen, in Treibscheibensystemen. Im Grundlagenteil werden Aufbau, Funktion und Berechnung derartiger Fördersysteme nach dem Stand der Technik dargestellt. In den letzten Jahren haben als Zugmittel verstärkt Seile auf Basis hochfester, synthetischer Fasern Einzug gehalten. Diese Seile sind deutlich leichter als die bekannten Drahtseile und weisen dabei zum Teil höhere Festigkeitswerte auf. Um solche hochfesten Seile gezielt in fördertechnischen Anlagen einsetzen zu können, ist es erforderlich, diese Seile grundlegenden Untersuchungen zu unterziehen. Geprüft wird dabei z.B. auch die Treibfähigkeit. Der Wissenstand auf diesem Gebiet kann im Vergleich zu den Drahtseilen als mangelhaft angesehen werden. Um eine ausreichende Treibfähigkeit (u.a. eine Funktion des Reibwertes) zu gewährleisten, ist es notwendig die Reibwerte in Abhängigkeit des Verschleißzustandes des Seils und der Seilscheiben zu ermitteln und zu analysieren. Bei diesen Untersuchungen werden Parameter wie der Seilwerkstoff, die Rillengeometrie und die Drehzahl der Treibscheibe oder die Vorlast variiert. Ziel der Untersuchungen ist die Ermittlung vorteilhafter Kombinationen von Seil und Scheibe in Bezug auf die Treibfähigkeit. Abschließend erfolgt die kurze Darstellung einer neuen Berechnungsmethodik, welche den Stand der Technik um die Besonderheiten der Faserseile erweitert. Damit lassen sich neue Anwendungsfelder generieren. / During the last years, high-strength synthetic fibre ropes have found there ways into the sector of tension members and traction mechanisms. These ropes are significant lighter than known steel wire ropes and, beside this, do show a higher strength. For using such ropes pointedly in conveyors and conveying systems, basic research has to be done on the ropes. The behaviour in cyclic bending, the creep behaviour and wear mechanisms are to be examined. The knowledge on these fields is, compared to the knowledge on steel wire ropes, insufficient. A study on the friction coefficient of high-strength synthetic fibre ropes working on drive sheaves are to be presented within this paper. To ensure an adequate drive capability (which is a function of the coefficient of friction and the wrap-around angle), it is necessary to investigate and analyse the coefficients of friction in dependency of the state of wear. During the investigations, parameters like groove dimension, number of revolutions per minute and initial load have been varied. Target of the investigations is, to evaluate an optimised combination of rope and drive sheave in terms of drive capability. Appropriate applications in conveying engineering can be derived from this optimised combination.