Vor den Toren der Stadt Dresden wurde im Döhlener Becken ohne Unterbrechung seit dem 16. Jahrhundert bis zum Jahr 1989 Steinkohle im Tiefbau gewonnen. In den Jahren von 1945 bis 1989 wurde mit Unterbrechungen auch uranhaltige Steinkohle abgebaut. Die Region wird von der Weißeritz durchflossen. Westlich der Weißeritz befindet sich das Grubenfeld Zauckerode. Auf der östlichen Seite spricht man vom Burgker Revier. Bereits in den 1980er Jahren wurde an Konzepten zur Verwahrung der Bergwerke gearbeitet. Ein zentrales Element der Verwahrung der bergbaulichen Hinterlassenschaften im Bereich westlich und östlich der Weißeritz war die dauerhafte Ableitung der Grubenwässer über den 6 km langen Tiefen Elbstolln in die Elbe. Zwischen 1991 und 2014 unternahm die Wismut GmbH erhebliche Anstrengungen zur umweltverträglichen Verwahrung der Bergbaubetriebe. So wurde der Versuch unternommen, den Grubenwasseranstieg im östlichen Revier auf einem Niveau oberhalb des Tiefen Elbstollns nahe der Tagesoberfläche zu stabilisieren. Die dabei gewonnenen Erfahrungen führten zum Rückgriff auf „Plan B“. Damit ist die Auffahrung des sogenannten Wismut-Stolln gemeint, der den hydraulischen Anschluss der Grubenbetriebe östlich der Weißeritz an das untertägige System westlich der Weißeritz und damit an den Tiefen Elbstolln realisiert. Im Zeitraum der Verwahrung hat die Wismut GmbH im Döhlener Becken insbesondere bei der Anhebung des Grubenwasser-Niveaus eine Vielzahl wertvoller Erfahrungen gesammelt, die von wesentlicher Bedeutung sind. Dies gilt auch für die Abschlussarbeiten an Schächten und Bergehalden. Mit der Fertigstellung der Auffahrung des Wismut-Stollns ist das Revier erfolgreich und umweltverträglich verwahrt. Das Forschungszentrum Nachbergbau an der Technischen Hochschule Georg Agricola zu Bochum ist von der Wismut GmbH beauftragt worden, den Grubenwasseranstiegsprozess zu evaluieren. Ziel ist es, den Lernprozess im Zuge des Grubenwasseranstiegs im Döhlener Becken in seinen wissenschaftlichen Aspekten zu bewerten und die Erkenntnisse für zukünftige Projekte verfügbar zu machen. Die Ergebnisse dieser Arbeiten sind zentraler Bestandteil des Vortrages. / In the southwest of Dresden within the area of the „Doehlen basin“ hard coal was continuously mined from the 16th century until 1989. The long-term drainage of mine water along the 6 km long deep drainage adit „Tiefer Elbstolln“ into the receiving river Elbe is the central issue of the mine closure process. During this process the Wismut GmbH gained a multitude of valuable experience, especially concerning the rising mine water table.

Die dreidimensionale Positionsbestimmung unter Tage ist eine in der bergbautechnischen Praxis häufig gestellte Aufgabe. Die derzeit gebräuchlichen Verfahren basieren überwiegend auf zahlreichen relativen Messungen zwischen Festpunkten an der Erdoberfläche und dem zu bestimmenden Punkt unter Tage. Das hier vorgestellte Verfahren ist ein im geodätischen Sinn absolutes Verfahren. Die Punktbestimmung erfolgt direkt mit Hilfe der Festpunkte über Tage und dem unbekannten Punkt unter Tage. Relative Messungen zu benachbarten Punkten sind nicht notwendig. Die Grundlage des Verfahrens bildet die zeitliche Erfassung transienter elektromagnetischer Felder an einem zu bestimmenden Punkt unter Tage. Die Quellen dieser Felder sind gleichstromdurchflossene Drahtschleifen an der Erdoberfläche, die näherungsweise magnetische Dipole darstellen. Nach Abschalten des Stromes zerfällt das statische Magnetfeld und induziert elektrische Ströme in der leitfähigen Erde. Das transiente Magnetfeld wird unter Tage an einem Punkt für verschiedene Senderpositionen aufgezeichnet. Mit Hilfe eines Inversionsalgorithmus werden letztlich die dreidimensionalen Koordinaten des Messpunktes bestimmt. / Three-dimensional positioning in mines and caves is a common challenge. The methods currently used are based on numerous relative measurements. The method presented here is an absolute procedure in a geodesic sense. The coordinates of the unknown point are directly calculated using the surface points and the point underground. Relative measurements to neighboring points are not necessary. The localization procedure is based on recording transient electromagnetic fields under-ground. They are generated at the surface using direct-current carrying wire loops, which approximately represent magnetic dipoles. After shutoff the static magnetic field decays and induces electric currents in the conductive Earth. The transient electromagnetic field is recorded at an unknown point in the subsurface for different source positions. Finally, the three-dimensional coordinates of this point are reconstructed using an inversion algorithm.

Der Zugang zu wirtschaftsstrategischen Bodenschätzen ist für moderne Industriegesellschaften von essenzieller Bedeutung. Für Deutschland besteht für die Versorgung mit nichtenergetischen Rohstoffen wie Stahlveredlern und Seltenen-Erden eine weitgehende Importabhängigkeit. Vorhandene heimische Lagerstätten weisen eine komplexe geologische Struktur mit geringen Abbaumächtigkeiten in großen Teufen auf. Um diese Lagerstätten nutzen zu können, soll ein untertagetaugliches Positionierungs- und Navigationssystem, UPNS4D+, für die Erkundung der Lagerstätte entwickelt und als Demonstrationssystem gebaut werden. Das Institut für Markscheidewesen und Geodäsie der TU Bergakademie ist Teil des Entwicklerkonsortiums. Es ist zuständig für die markscheiderische und bergmännische Nutzbarkeit der mit dem Erkundungssystem gewonnen Daten. Entsprechend dem aktuellen Arbeitsfortschritt werden im vorliegenden Beitrag die Lösungen für die Kluftflächen- und die Haufwerksanalyse vorgestellt. Die teilautomatisierte Haufwerksanalyse dient der Detektion großer Partikel und deren Lagebestimmung in einem relativen Koordinatensystem. / Access to strategic mineral resources is essential for modern industrial societies. Germany is largely dependent on imports of non-energy raw materials such as steel refiners and rare earth elements. Existing indigenous deposits have a complex geological structure with low extraction thickness in large depths. In order to use these deposits, an underground positioning and navigation system, namely UPNS4D+, as a demonstration system has to be developed for deposit exploration. As part of the developer consortium, the Institute for Mining Surveying and Geodesy of the TU Bergakademie Freiberg is responsible for the utilization of the acquired data in the field of mining. According to the current work status, in this paper the solutions for rock fracture analysis and grain size analysis are presented. The partly automated grain size analysis is used for the detection of large particles and their position in a relative coordinate system.

In der vorliegenden Arbeit wurde die Eintretenswahrscheinlichkeit von Tagesbrüchen und das Risikomanagement am Beispiel von Rohrleitungen in tagesbruchgefährdeten Gebieten des Mitteldeutschen Braunkohlenreviers umfassend beleuchtet. Im ersten Schritt wurden die Möglichkeiten und Grenzen der verschiedenen Überwachungs- und Sicherungsmaßnahmen analysiert. Es wird gezeigt, dass kein Überwachungsverfahren in der Lage ist, das unmittelbare Bevorstehen eines Tagesbruchs hinreichend genau zu prognostizieren. Die Verfahren können in der Regel nur Hinweise geben, die dann durch einen Spezialisten zu interpretieren sind. Die vorgestellten Sicherungsverfahren sind zwar teilweise in der Lage, den Tagesbruch oder seine Auswirkungen auf Rohrleitungen auf ein ungefährliches Maß zu senken. Jedoch sind diese Verfahren meist in der flächendeckenden Anwendung viel zu teuer. Um solche Verfahren nur noch punktuell an den größten Gefährdungsschwerpunkten einsetzen zu müssen, ist eine zuverlässige Bewertung der Eintrittswahrscheinlichkeit eines Tagesbruchs notwendig. Mit der Methodik der Spezifischen Bruchwahrscheinlichkeit kann erstmals die Eintrittswahrscheinlichkeit von Tagesbrüchen in einem Grubenfeld quantifiziert werden, worin auch die wesentliche wissenschaftliche Bedeutung der Arbeit liegt. Die Entwicklung von praktischen Zahlenwerten ermöglicht es, das Tagesbruchrisiko objektiv zu quantifizieren und somit die sicherheitstechnische Zulässigkeit der geplanten Oberflächennutzung zu bewerten.:1. Einleitung 2. Vorgehensweise und Abgrenzung 3. Grundlagen 4. Überwachungsmaßnahmen 5. Sicherungsmaßnahmen 6. Modell der Spezifischen Bruchwahrscheinlichkeit und Anwendungsbeispiele 7. Risikomanagement 8. Ansätze zur Weiterentwicklung 9. Zusammenfassung Literatur Anlagen

This dissertation addresses the challenge of predicting human-induced subsidence in tectonic settings. The study focuses on the non-symmetric and shape-defying nature of subsidence troughs in tectonic regions, which deviates from conventional symmetric models. The aim of the dissertation is to improve the accuracy of subsidence prediction by incorporating horizontal stress effects into empirical methods. Through a combination of numerical investigations and empirical modelling, the research reveals stress-induced patterns in subsidence profiles. The developed model, based on various concepts, successfully incorporates asymmetry and shape deviation, resulting in significantly improved prediction accuracy. Application of the model to a real subsidence case in a salt cavern shows a 30% improvement in prediction (based on mean squared error comparison with classical solution). This new solution covers subsidence profile patterns not previously considered by empirical models.:Inhalt 1 Introduction 2 State of the art 2.1 Subsidence prediction methods 2.1.1 Empirical subsidence prediction method overview 2.1.2 Numerical methods for subsidence prediction 2.2 Subsidence monitoring methods 2.2.1 Observation methods 2.2.2 Interplay and evolution of techniques 2.3 Subsidence anomalies 2.4 In-situ-stress field 2.5 Subsidence prediction methods for anomalies 2.6 Conclusions 3 Goals and objectives 4 Foundations 4.1 Empirical subsidence prediction methods 4.1.1 Convergence 4.1.2 Transmission coefficient 4.1.2 Influence factor 4.2 Numerical models for subsidence case 4.2.1 Grid size for subsidence case 4.2.2 Boundary conditions 4.2.3 Constitutive models 4.3 Validation 4.3.1 Observation methods 4.3.2 Parameter estimation 4.3.3 Global parameter estimation 4.3.4 Local parameter estimation 4.3.5 Quality measures for result valuation and validation 5 Methodology 6 Numerical investigation 6.1 Preliminary investigation 6.1.1 Method 6.1.2 Choice of constitutive model 6.1.3 Model and input data 6.1.4 Preliminary investigation results 6.2 Design of the main experiment: non-uniform stress distribution 6.2.1 Constitutive model and input data 6.2.2 Model simplification 6.2.3 Output data 6.3 Contribution of asymmetrical stress distribution 6.3.1 Discussion of the basic distribution form 6.3.2 Discussion of maximum subsidence 6.3.3 Discussion of assymetry 6.3.4 Discussion of influence angle 6.4 Conclusions 7 Adaptation of an empirical model to the discovered features 7.1 Subsidence asymmetry 7.2 Subsidence shape flexibility 7.3 Unifying solution 7.4 Conclusion and outlook 8 Application to a full scale 8.1 General information for a salt cavern storage field 8.2 Estimation of the observed subsidence surface as reference 8.3 Model implementation 8.3.1 Parameter estimation results 8.4 Statistical validation of models 8.5 Conclusions 9 Conclusion 9.1 Limitations 9.2 Outlook References Appendix

Bereits seit Längerem wird das terrestrische Laser Scanning zur Vermessung von über- und unterirdischen Bauwerken eingesetzt. Die Forderung nach einer detaillierten digitalen 3D-Dokumentation erfordert geeignete Methoden, die eine möglichst hohe geometrische Auflösung bei entsprechend effizienten Aufnahmeverfahren ermöglichen. Gerade die Bedingungen unter Tage stellen große Herausforderungen an die Aufnahme: Obwohl viele Scanpositionen aufgenommen werden müssen, spielt der Zeitaufwand für die Abwicklung des gesamten Scanprojekts eine große Rolle. Obwohl keine GNSS (Global Navigation Satellite System)-Messungen möglich sind, sind die Anforderungen an die Robustheit des „Workflows“ und an die Genauigkeit des Gesamtprojekts hoch. Auf der einen Seite sollen große und komplexe 3D-Daten möglichst lückenfrei und komplett aufgenommen, auf der anderen Seite sollen die Ergebnisse dann aber auch möglichst vielen Anwendern flüssig und intuitiv bedienbar zur Verfügung stehen. In vielen Details wurde gerade in den letzten Jahren der gesamte Aufnahme- und Auswerteprozess beschleunigt und verbessert: Die Laserscanner messen mit „Millimeter-Genauigkeit“, es können dutzende hochauflösende Scans pro Stunde aufgenommen werden, die Scanpositionen werden auch ohne GNSS-Information automatisch zueinander registriert und eine Ausgleichsrechnung kann abschließend einen Fehlerreport des gesamten Vermessungsprojektes liefern. Diese Arbeit soll sowohl den gesamten „Vermessungs-Workflow“ beschreiben, als auch eine neue Methode aufzeigen, ein Scanprojekt mehreren Institutionen gleichzeitig zugänglich zu machen. Alle Scans eines Projektes können speicheroptimiert im Intranet oder im Internet als ein sogenanntes „RiPANO“-Projekt gespeichert werden. Die Navigation zwischen einzelnen Scanpositionen erfolgt intuitiv, rasch und übersichtlich. Mehrere Benutzer können dann gleichzeitig darauf zugreifen und die Daten so vorbereiten, dass daraus CAD-(Bestands-)Pläne erstellt werden können. / For some time now, terrestrial laser scanning has been used for surveying above and below ground structures. The demand for detailed digital 3D documentation requires suitable methods that allow the highest possible geometric resolution with correspondingly efficient recording methods. The underground conditions in particular pose great challenges for the recording: although many scan positions have to be recorded, the time required to complete an entire scan project plays an important role. Although no GNSS (global navigation satellite system) measurements are possible, the demands on the robustness of the registration and the accuracy of the overall project are high. On the one hand, large and complex 3D data should be recorded as gap-free and complete as possible, on the other hand, the results should be made available to as many users as possible in a fluent and easy to use way.

Der Beitrag beschäftigt sich mit dem Handscanner ZEB-REVO der Firma GeoSLAM. Es werden die Handhabung der Hardware im untertägigen Einsatz und die Weiterverarbeitung der Punktwolken für Anwendungen im Bergbau näher betrachtet. Die Notwendigkeit der Referenzierung der Punktwolken und eine Möglichkeit diese umzusetzen, werden dargelegt. Über den Vergleich der Daten mit Punktwolken von terrestrischen Laserscannern der Firma Riegl in der Software RiScanPro werden Genauigkeitsuntersuchungen angestellt, die dem Anwender die Grenzen des Systems aufzeigen. Schließlich führen die angestellten Untersuchungen zu einer kritischen Bewertung des Systems. / This contribution addresses practical aspects, abilities and limitations in using the ZEBREVO hand-held scanner from GeoSLAM for underground mine mapping. Besides mapping activities, also post-processing of generated point clouds and requirements for georeferencing are discussed. An accuracy assessment is presented by the means of a point cloud comparison, generated by a terrestrial laser scanner from Riegl. Results demonstrate the technical ability and also the limitations of the system ZEB-REVO. Concluding, a critical evaluation of the system is presented.

To better understand the issues about the surface movements in the coal mining region Lugau-Oelsnitz, Germany, small-scale numerical models are firstly utilized for verifications via analytical solutions, to explore the simulation schemes, and for parameter sensitivity analysis. 1D rock column numerical models shows that simulated surface movements are consistent with analytical solutions. The investigations via 2.5D profile numerical models also show that uplift is linear related to water level rise under confined mine water conditions, while a quadratic function is valid for unconfined mine water. Geodetic survey in the Lugau-Oelsnitz district shows that at the end of the active mining period (1844 to 1971), general subsidence is about 5 - 10 m, with a maximum of 17 m in the southern mining area. General uplift velocity after abandoned mine flooding between 1972 and 2014 is about 0.5 - 2.0 mm/year. Based on numerical simulation results, predicted general uplift velocity vary between 0.5 - 3.0 mm/year, while maximum uplift position is moving toward south.:1 Introduction 2 State of the art 2.1 Overview 2.1.1 Coal mining induced settlements 2.1.2 Flooding induced uplift 2.2 Approaches to predict subsidence 2.2.1 Empirical approaches 2.2.2 Influence function methods 2.2.3 Physical models 2.2.4 Numerical simulation methods 2.3 Approaches to predict uplift 2.3.1 Empirical approaches 2.3.2 Numerical simulation methods 2.4 Comparison and conclusions 2.4.1 Comparison of research methods 2.4.2 Conclusions 3 Numerical simulation approaches 3.1 Continuum mechanical simulations with FLAC3D 3.1.1 Mining induced subsidence 3.1.2 Flooding induced uplift 3.2 Discontinuum mechanical simulations with 3DEC 3.2.1 Self-weight induced settlement in jointed rock column model 3.2.2 Uplift for jointed and fully saturated rock column 3.3 Parameter sensitivity study 3.3.1 Parameter effect on subsidence 3.3.2 Parameter effect on uplift 3.4 Interface and volume element representation of faults 3.4.1 Simulation schemes 3.4.2 Parameter sensitivity analysis of fault 3.4.3 Discussion 3.5 Conclusions 4 Case study: Coal mining region Lugau-Oelsnitz 4.1 Background information 4.1.1 Mining background 4.1.2 Geological and hydrogeological situation 4.2 In-situ monitoring data 4.2.1 Groundwater level data 4.2.2 Surface movement data 4.2.3 Discussion of data analysis 4.3 Continuum based numerical modelling 4.3.1 Introduction 4.3.2 Model set-up 4.3.3 Calculation results 4.3.4 Surface movement predictions 4.4 Discontinuum based numerical modelling 4.4.1 Model set-up 4.4.2 Calibration results 4.4.3 Surface movement prediction 4.5 Conclusions 5 Conclusions and prospects 5.1 Conclusions 5.2 Main contributions of thesis 5.3 Inadequacies and prospects

In dieser Arbeit werden folgende Arbeiten vorgestellt: ● Aufbau eines Schockwellenlabors für unterschiedliche Einsatzzwecke für eine Nettoexplosivmasse von bis zu 20 kg, bezogen auf NSH 711 (C4 nach MIL-Standard), ● Klärung der Ursachen des Probenverlustes bei Schockwellensyntheseexperimenten ab Überschreitung eines gewissen materialabhängigen Grenzdruckes unter Verwendung von in der Literatur vorgegebenen Standardmethoden sowie eine wissenschaftlich fundierte Prob-lembehebung auf der Basis empirischer Theorien, ● Berechnung der Zustandsgrößen Druck (p), Temperatur (T) sowie Zeit (t) unter den ge-wählten Versuchsbedingungen für unterschiedliche Problemstellungen und Materialien mit Kontrollmöglichkeiten sowie ● Gewährleistung des maximal möglichen Phasenumwandlungsgrades für die entsprechende Hochdruckphase. Insgesamt wurden im Verlauf der Entwicklungsarbeiten im Schockwellenlabor 122 Spren-gungen durchgeführt. Die Drücke betragen dabei zwischen 15 GPa und ca. 180 GPa. Es gelangen zahlreiche erfolgreiche Synthesen der Hochdruckphasen gamma-Si3N4 sowie rs-AlN mit Probenmengen von 0,2g bis zu 7,3g Hochdruckphase pro Versuch. Es wurden auf Basis der Rankine-Hugoniot-Zustandsgleichung drei empirische Grundprinzipien der Schockwellensynthese entwickelt, welche es nunmehr gestatten, die Schockwellenversuche reproduzierbar sowie gut kontrollierbar zu gestalten. Dies sind die „Vermeidung von Mach-Effekten“, die „Impedanzkorrektur der Probeneinheit“ sowie die „Kontrolle der adiabatischen Dekompression“. In mehr als 100 Experimenten, welche mit der impedanzkorrigierten Probeneinheit durchgeführt wurden, trat in keinem Fall Probenverlust auf, Gasdichtheit konnte teilweise hergestellt werden. Dies war unabhängig von dem erreichten Druck oberhalb des technisch bedingten Mindestdruckes von 15 GPa innerhalb der Probeneinheit möglich. Es wurden Versuche sowohl mit der Reflektionsmethode als auch mit der Impedanzmethode durchgeführt sowie für besondere Experimente dünne Metallplatten zwischen Flugplatte und Containeroberseite verwendet. In allen genannten Fällen sind die unterschiedlichen Druck- und Temperaturbedingungen in den Proben eindeutig verifizierbar. Weiterhin gelang es im Rahmen dieser Arbeit erstmals, sowohl Calciumcarbonat als auch Kaolinit (sogenannte fluidreiche Phasen) bis in den Druckbereich p> 100 GPa unter unterschiedlichen Temperaturen dynamisch zu belasten, ohne dass die empfindlichen Proben Ent-gasungs- bzw. Zerfallserscheinungen (Calcit) bzw. Aufschmelzungen (Kaolinit) aufwiesen. Besonderes Augenmerk ist dabei auf die Schocktemperatur zu richten, um den Druckaufbau nicht durch eine zu starke Aufheizung der Probe zu reduzieren (sogenanntes Knudson-Problem). Jede zukünftige Erhöhung des Druckes macht gleichzeitig eine Reduzierung der relativen Schocktemperatur erforderlich. Diese experimentellen Erfolge sind lediglich in dem Falle möglich, wenn im Schockwellenlabor folgende Grenzbedingungen eingehalten werden: ● Die Schockgeschwindigkeit Us ist größer als die Schallgeschwindigkeit des betreffenden Stoffes. ● Die erzielten Drücke sind höher als das Hugoniot-Elastic-Limit des betreffenden Stoffes und somit im Bereich des plastischen Verhaltens. ● Die maximale Porosität k des Impedanzpulvers ist kleiner als die Mie-Grüneisen-Grenze des betreffenden Stoffes. ● Die maximalen Drücke sind geringer als der Bulk-Modulus des betreffenden Stoffes und die Schallgeschwindigkeit im dichten Medium ist größer als die Schockgeschwindigkeit (Bereich der so genannten „schwachen Schockwellen“). ● Es wird ein Impedanzpulver-Probe-Verhältnis von >9:1 verwendet. ● Weiterhin stellt für die Schockwellensyntheseexperimente unter Vermeidung der freien adiabatischen Dekompression die Schocktemperatur (die Temperatur im Bereich des konstanten Druckes) die ausschlaggebende Größe dar. Für die Berechnung wurde entschieden, die Software MatLab zu verwenden. Die Berechnungen folgen den Grundlagen der linearen Algebra. Für die Berechnung der Zustandsgleichung wurden im Rahmen dieser Arbeit folgende vereinfachende Annahmen verifiziert: ● Unter den genannten Bedingungen gilt der lineare Zusammenhang zwischen Partikelge-schwindigkeit Up und Schockgeschwindigkeit Us. ● Unter den Bedingungen des Freiberger Schockwellenlabors sind die Unterschiede zwischen der gespiegelten Hugoniot und der release-adiabat-Kurve sehr gering, es kann an deren Stelle die gespiegelte Hugoniot verwendet werden. ● Die maximalen Drücke sind niedriger als der Schmelzpunkt auf der Hugoniot, sämtliche in dieser Arbeit dargestellten Berechnungen betreffen die beteiligten Stoffe im festen Zustand. Die impedanzkorrigierte Probeneinheit ist nicht zum Messen von Zustandsgleichungen geeignet, die Methoden „vollständige Probenrückgewinnung“ sowie „Messung der Zustands-gleichung“ schließen sich gegenseitig aus.:Motivation 1 1 Einführung 5 1.1 Das Hochdruckforschungszentrum (FHP) der Dr. Erich-Krüger-Stiftung 5 1.2 Möglichkeiten zur Erzeugung hoher dynamischer Drücke sowie zur Schockwel-lensynthese 24 1.3 Aufgaben des neuen Schockwellenlabors in Freiberg 31 2 Aufbau und Betrieb des neuen untertägigen Schockwellen- labors der TU Bergakademie Freiberg 35 2.1 Sprengarbeiten unter Bergrecht an einer Hochschule 35 2.2 Rechtliche Situation des Schockwellenlabors an der TU Bergakademie Freiberg 39 2.3 Lage und Dimensionierung des Schockwellenlabors 47 2.4 Ausrüstung des Labors 51 3. Physikalische Grundlagen 58 3.1 Verwendete Sprengstoffe 58 3.2 Detonation des Sprengstoffes und die Rankine-Hugoniot- Zustandsgleichung 60 3.2.1 Die Druck-Partikelgeschwindigkeits-Beziehung 64 3.2.2. Die Beziehung zwischen Druck und Differenz der spezifischen Volumina 66 3.2.3. Die Beziehung zwischen Druck und Differenz der spezifischen Inneren Energien 67 3.3 Plane-Wave-Generator (PWG) mit Flyer-Plate 69 3.3.1. Aktiver PWG 73 3.3.2. Passiver PWG 73 3.4 Beschleunigung der Flugplatte 74 3.5 Kollision der Flugplatte mit dem Probencontainer 77 3.6 Mie-Grüneisen-EoS und die Berechnung der Schocktemperatur 82 3.7 Verdichtung poröser Materialien 89 3.8 Schockwellenreflektionen 94 3.8.1 Reguläre Reflektionen 95 3.8.1.1 Reflektion an einer freien Oberfläche sowie adiabatische Dekompression 95 3.8.1.2 Reflektion an einer Materialgrenze 99 3.8.2 Irreguläre Reflektionen (Mach-Effekte) 102 3.9 Impedanzmethode 103 3.10 Reflektionsmethode beziehungsweise „ramp compression“ 107 3.11 Phasenumwandlungen aus schockwellenphysikalischer Sicht 112 4. Detaillierter Aufbau der Versuchsanordnung sowie Funktion der Einzelbestandteile 115 4.1 Versuchsanordnung 115 4.2 Explosiveinheit mit PWG und Arbeitsladung 116 4.2.1 Plane-Wave-Generator 116 4.2.2 Arbeitsladung 120 4.2.3 Flugplatte 122 4.2.4 Schaumstoffeinlage 123 4.2.5 Distanzring 124 4.2.6 Beschleunigung der Flugplatte 124 4.3. Probeneinheit 127 4.3.1 Probencontainer 129 4.3.2 Cu-Folie 131 4.3.3 Metallpulver und Probe 132 4.3.4 Probenhalter 135 4.3.5 Probenstempel 135 4.3.6 Schraubenboden 136 4.3.7 Stahlronde 136 4.3.8 HARDOX‐Unterlage 137 5. Berechnung der Zustandsgleichungen für die Impedanzmethode mit Hilfe der Software MatLab 139 5.1 Randbedingungen 139 5.2 Tests der Möglichkeit der Verwendung der getroffenen Annahmen 142 5.2.1 Gültigkeit der linearen Up‐Us‐Relation anstelle quadratischer Gleichungen 141 5.2.2 Verwendung der gespiegelten Hugoniot anstelle der adiabatischen Entspannungskurve 144 5.3 Berechnung der Hugoniot-EoS für die Kollision der Flugplatte mit dem Probencontainer 145 5.4 Berechnung der Kenngrößen „Druck“ und „Dichte“ für das Metallpulver mit Hilfe der Rankine‐Hugoniot‐EoS 152 5.5 Überprüfung der mit MatLab berechneten Zustandsgrößen 156 5.6 Berechnung der Kenngröße „Schocktemperatur“ für Kupferpulver im festen Zustand mit Hilfe der Mie‐Grüneisen‐EoS 158 5.7 Erstellen des X‐t‐Diagramms sowie Berechnung der Kenngröße „Schockdauer“ mit Hilfe linearer Gleichungssysteme 162 6. Empirisch methodische Weiterentwicklungen der Synthesemethoden 169 6.1 Vermeidung von Mach-Effekten 169 6.2 Impedanzkorrektur der Probeneinheit 173 6.2.1 Zerstörung des Probencontainers infolge ungünstiger Impedanzverhältnisse 173 6.2.2 Die Impedanzfunktion als zeit- und ortsaufgelöster Bestandteil der Hugoniot‐EoS 175 6.2.3 Konsequenzen der orts‐ und zeitabhängigen Impedanz- funktion für die Materialauswahl der Probeneinheit 180 6.3 Die Rolle der adiabatischen Dekompression unter Einbeziehung zusätzlicher Volumina. 183 7. Anwendungen 197 7.1 Untersuchungen des Microjettings 197 7.2 Reflektionsmethode mit Impedanzkorrigierter Probeneinheit und gekapseltem Reflektor 207 7.2.1 Versuchsaufbau 207 7.2.2 Testergebnisse 209 7.2.3 Berechnung der Druck‐ und Temperaturbedingungen für die Reflektionsmethode mit Hilfe der Software MatLab 211 7.2.3.1 Berechnung des p=f(Up)-Diagramms 211 7.2.3.2 Berechnung der Temperatur sowie der Geschwindigkeiten Up und Us 215 7.3 Halidbasierte Schockwellenbeanspruchung fluidreicher Phasen 222 7.4 Synthese von rs-AlN sowie -Si3N4 222 7.5 Upscaling der impedanzkorrigierten Probeneinheit mit vollständiger Probenrückgewinnung 223 7.5.1 Versuchsaufbau 223 7.5.2 Ergebnisse 225 8. Schlussfolgerungen 229 9. Danksagung 234 Literaturverzeichnis 235