Gegenstand der Arbeit ist die Suche nach einer Technologie zum stoffschlüssigen Fügen von Leichtbaustrukturen, die aus Aluminiumblechen bestehen. Hohe Anforderungen an die Oberflächenqualität der Fügestelle können dabei nur durch den Einsatz eines Lötprozesses erfüllt werden. Es wird theoretisch untersucht, welche werkstoffspezifischen und technischen Schwierigkeiten das Hartlöten von Aluminium im allgemeinen hervorruft. Unter deren Berücksichtigung werden Lösungsansätze getroffen und bewertet. Im Ergebnis dieser Bewertung wird ein Hartlötprozeß modelliert, bei dem unter Verzicht auf Flußmittel ein Festkörperlaser als Wärmequelle dient. Zur Abschätzung der Vorgänge im Fügespalt, in der Oxidhaut an der Aluminumoberfläche sowie der Temperaturverläufe in den Fügeteilen erfolgen Simulationsrechnungen. Einer ersten experimentellen Überprüfung folgen Modifikationen des Prozesses und deren erneute Simulation. Technologische Versuche testen den Einsatz besonderer Lotwerkstoffe sowie eines zusätzlichen Aktivierungslasers. Metallographische Untersuchungen gelöteter Probebleche geben Aufschluß über den Stoffschluß, der trotz sehr kurzer, lötuntypischer Prozessdauer und ohne Anschmelzung des Grundwerkstoffs eintritt. Zum Abschluß wird in einigen grundlegenden Versuchen überprüft, inwiefern anhand der gewonnenen Erkenntnisse auch ohne den hohen technischen Aufwand des Hochleistungslasers ein flußmittelfreier Hartlötprozeß realisierbar ist.

Die vorliegende Dissertation soll einen Beitrag für die systematische Einbeziehung der technischen Faktoren Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und Instandhaltung (eng. Reliability, Availability, Maintainabiliy; RAM) in die Optimierung von kraftwerkstechnischen Anlagen unter den heutigen Bedingungen der Energieerzeugung liefern. Grundlegende Veränderungen hierbei innerhalb der letzten Jahre haben einen erheblichen Einfluss auf Betrieb und Instandhaltung der Kraftwerke, auf die gestellten Verfügbarkeitsanforderungen sowie auch auf das Entwicklungstempo bei der Einführung neuer Technologien bzw. Komponenten. Die Schwerpunkte der Zielstellung liegen auf folgenden Punkten: · Entwicklung einer Methodik für die systematische Einbeziehung der RAM-Faktoren in die Optimierung; · Untersuchungen zur zustandsorientierten Instandhaltung von Kraftwerksanlagen, deren Hauptkomponenten durch neue bzw. fortschrittliche Technologien gekennzeichnet sind. Die Arbeit geht von dem Ansatz aus, die Optimierung von Kraftwerken als zustandsorientierte Entscheidungsprobleme aufzufassen. Die Charakterisierung des Zustandes von Anlagen und ihrer Komponenten, und damit ihrer Funktionsfähigkeit, wird anhand von RAM-Werten durchgeführt. Dabei werden die technischen Einflüsse auf die Funktionsfähigkeit bei deren Auslegung, deren Minderung bzw. Verlust sowie ihrer Wiederherstellung analysiert und systematisiert. Ein Kernaufgabe dieser Untersuchungen war die Erschließung und Aufbereitung der relevanten Daten und Informationen, um daraus Erkenntnisse für Möglichkeiten und Potentiale der Optimierung von Zuverlässigkeitsstruktur und Instandhaltung zu gewinnen. Es werden daher insbesondere die technischen Gegebenheiten untersucht, d.h. die vorliegenden Schädigungsprozesse, die Verhältnisse zwischen Beanspruchung und Beanspruchbarkeit sowie die Planung der Instandhaltung in Bezug auf Zeitpunkt und Umfang. Die Entwicklung von theoretischen Grundlagen in Form der Kombination von Systemanalyse, Datenauswertung und Optimierungsmodell wird parallel zu praktischen Untersuchungen an Kraftwerksanlagen in Cottbus und Dresden durchgeführt. Neben den technischen Aspekten spielen hierbei auch wirtschaftliche Faktoren eine Rolle. Unsicherheitsfaktoren, welche die Möglichkeit der RAM-Optimierung stark bestimmen, sind sowohl unvollständige Informationen über die an den Komponenten wirklich auftretenden Belastungen und deren Belastbarkeit, als auch die Schwankungen dieser Größen. Für eine hinreichend genaue Zustandsbestimmung anhand der normalerweise über den Betrieb und die Instandhaltung verfügbaren Informationen der betreffenden oder anderer Anlagen, ist demnach die Reproduzierbarkeit verschiedener Aspekte (Betriebsbedingungen, Qualitätssicherung, Instandhaltungsarbeiten etc.) anzustreben. Daraus ergibt sich zwangsläufig die Notwendigkeit von Langzeituntersuchungen zu Schädigungsvorgängen und Parameteränderungen. Die konsequente Überwachung des Betriebsverhaltens ist dazu die Voraussetzung, d.h. eine gründliche Analyse und Quantifizierung des Zustandes, schädigungsbedingter Zustandsveränderungen und der Relevanz bzw. Wirkungsweise von betrieblichen Einflussfaktoren. Die Komplexität moderner Kraftwerksanlagen und der Einsatz von hoch belastbaren, aber auf Veränderungen ihrer Betriebsbedingungen sehr sensibel reagierenden Werkstoffen verlangt auf Hersteller- und Betreiberseite Kenntnis und Erkenntnis über die ursächlichen technischen Zusammenhänge, um Zuverlässigkeit und Instandhaltung nachhaltig als Optimierungspotential erschließen zu können. Deshalb wurde auch untersucht, wie der resultierende hohe Wissensbedarf durch eine entsprechenden Informationsfluss zwischen Hersteller und Betreiber bzw. zwischen den Betreibern gedeckt werden kann.

The aim of the present work about experimental and mathematical modelling of moving-bed-gasification was to increase the transparency of the process. At Dresden University of Technology a gasifier with a high number of measuring points was used. Two-dimensional profiles of temperature and gas-concentrations were analysed. Samples of particles taken out of the reactor gave information about drying, pyrolysis and char-reactions. A commercial CFD-software was modified for the special application of fixed-bedgasifiers by subroutines. Comparisons of the results of experiment and simulation showed the constitutive process with its significant reaction-behaviour. By variation of different parameters, important influences were discussed. / Das Ziel der Arbeit war die Erhöhung der Prozeßtransparenz der Festbettvergasung im kleinen Leistungsbereich. Es besteht einerseits eine große Wissenslücke, welche einen durchschlagenden Erfolg für den Brennstoff Holz bisher verhinderte. Andererseits besitzt die Technologie ein energiewirtschaftlich bedeutendes und unter den gegenwärtigen politischen Rahmenbedingungen betriebswirtschaftlich hohes Potential. Ein Modellvergaser war mit umfangreichen Meßmöglichkeiten ausgerüstet. Mittels daran angepaßter Probenahmevorrichtungen konnten in den Untersuchungen auf der Basis von 16 Stützstellen zweidimensionale Profile der Temperatur und der Gaszusammensetzung ermittelt werden. Die Partikelproben aus drei Meßebenen gaben Auskunft über den Trocknungs- und Pyrolysefortschritt sowie über den Koksumsatz. Parallel erfolgte die Erarbeitung einer Mathematischen Modellierung. Hier wurde eine kommerzielle Strömungssimulations-Software mittels Unterprogramme an die Anforderungen der Festbettvergasung angepaßt. Im Vergleich der Ergebnisse aus Experiment und Simulation konnte der Reaktionsablauf dargestellt, sowie Einflüsse verschiedener Parameter auf den Prozeß diskutiert werden.

Störungssystematikbestimmte Instandhaltung (SSBIH) in einem Wafertransportsystem In der vorliegenden Arbeit wird eine Instandhaltungsmethode beschrieben, mit welcher es im Wafertransportsystem von Infineon Dresden gelungen ist, die Anzahl sogenannter Traktionsprobleme innerhalb kürzester Zeit und mit minimalem Aufwand zu halbieren. Neben der Beschreibung der Umsetzung der Methode, wird vertiefend auf die theoretischen Grundlagen und die Voraussetzungen für die Anwendbarkeit eingegangen. Des weiteren wird anhand der Besonderheiten komplexer Logistiksyteme in der Halbleiterfertigung erläutert, weshalb diese zustandsbestimmte Instandhaltungsstrategie bisher nicht zum allgemeinen Stand der Technik gehörte. Es werden Beispiele für eine Übertragbarkeit angeführt. Eine solche ist insbesondere dann gegeben, wenn das Störungsverhalten auf Toleranzsystemen basiert, in welchen vollständige Austauschbarkeit nicht nur gefordert, sondern ein Großteil der möglichen Elementepaarungen auch tatsächlich getestet wird. Im hier beschriebenen Fall fanden pro Tag ca. 750 000 Ereignisse zwischen ca. 4500 Conveyorelementen und mehr als 10 000 Transportcarriern statt. (Anlagen: Carriertraktionsprobleme, Microsoft-Access-DB, 29,4 MB ; Conveyorstörungen, Microsoft-Access-DB, 22,9 MB ; Stockerstörungen, Microsoft-Access-DB, 22,6 MB ; Verteilungsfunktion, Microsoft-Access-DB, 514 KB ; Störungsentwicklung, Microsoft Excel-Tabelle, 2,03 MB -- Nutzung: Referat Informationsvermittlung der SLUB)

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird gezeigt, wie ein Gebäude- und Anlagensimulationsprogramm mit bekannten Optimierungsalgorithmen gekoppelt und zur theoretischen Lösung optimaler Steuer- und Regelprobleme in der Gebäudetechnik eingesetzt werden kann. Theoretische Optimallösungen erlauben im Sinne eines optimalen Vergleichsprozesses die Bewertung praktisch anderweitig umsetzbarer Steuerungs- und Regelungsmechanismen. Die im Hinblick auf ein gewähltes Gütekriterium erforderliche Notwendigkeit zur Verbesserung von vorhandenen Steuerungs- und Regelungsszenarien sowie die theoretisch maximal erreichbaren Extremwerte lassen sich leicht abschätzen.

Ausgangspunkt für die angestellten Untersuchungen bildet das Wissen um die unbefriedigende Treffsicherheit in der Lebensdauerabschätzung bei Belastungen mit ausgeprägten Mittelwertänderungen. Die Grundlage zur Weiterentwicklung theoretischer Lebensdauervorhersagemodelle auf Basis von Nenn- und örtlichen Beanspruchungen wurde mit experimentellen Untersuchungen an Werkstoff- und gekerbten Proben geschaffen, sowohl für einfache als auch gezielt abgeleitete, realitätsnahe komplexe Belastungs-Zeit-Abläufe. Es stehen zwei, ihrem zeitlich abhängigen Materialverhalten nach unterschiedliche Werkstoffe im Mittelpunkt der Betrachtungen. Ziel war es, die grundsätzliche zeitabhängige Reaktion der Werkstoffe auf die Belastung zu erkennen und diese Erkenntnisse mittels integra-len Parametern für die Verbesserung der Treffsicherheit der Lebensdauerabschätzung zu nutzen. Die Abschätzung der experimentell ermittelten Lebensdauern mit dem Nennspannungskonzept, die statistische Auswertung der Schädigungssummen und die Untersuchung der Korrelation von Schädigungssumme und zunächst frei wählbaren Parametern mittels multipler Regressionsanalyse führt zur Festlegung auf drei die Geometrie, den Werkstoff und die Belastung beschreibende Parameter. Bei beiden Werkstoffen wird durch Verwendung einer sogenannten korrigierten mit der Regressionsgleichung bestimmten Schädigungssumme eine Erhöhung der Treffsicherheit der Lebensdauervorhersage nachgewiesen. Den gesammelten Erfahrungen und Erkenntnissen entsprechend werden Empfehlungen zur Anwendung der behandelten Lebensdauerabschätzungsverfahren auf der Grundlage örtlicher Beanspruchungen gegeben. Mit den Versuchen innerhalb der Arbeit wurde eine experimentelle Basis geschaffen, die eine Weiterentwicklung von Ansätzen zur Berücksichtigung des transienten Materialverhaltens in Konzepten auf der Basis örtlicher Beanspruchungen ermöglicht.

Mit der starken Verbreitung des turboaufgeladenen Dieselmotors seit etwa 10 Jahren gewinnt auch der mittels Abgasturbolader aufgeladene Ottomotor mehr an Bedeutung. Im dynamischen Betriebsverhalten zeigen diese Motoren, vor allem bei Drehzahlen unter 2000 U/min, einen verzögerten Mitteldruckaufbau. Mit konventionellen Ansätzen ist dieses Problem nicht zufrieden stellend zu lösen, deshalb wurden Ansätze zur Unterstützung im dynamischen Betrieb erstellt. In dieser Arbeit wurden die Lösungen mit dem größten Potential zur Verbesserung untersucht. Die untersuchten Ansätze greifen zum Einen in das Gebiet der gezielten Einspeisung von dauerhaft verfügbarer Zusatzenergie und zum Anderen zur Verteilung der Verdichtungsarbeit auf zwei Aufladestufen. Als Zielstellung für die Verbesserungen des dynamischen Betriebsverhaltens wurde das Erreichen eines effektiven Mitteldruckes von 16.5 bar in einer Zeit kleiner einer Sekunde ab einer Motordrehzahl von 1700 U/min formuliert. Im Falle der Einspeisung von Zusatzenergie muss diese beliebig oft und in kurzen Abständen verfügbar sein. Im Kapitel Einspeisung von Zusatzenergie wurden die Konzepte elektrische unterstützter ATL sowie elektrischer Zusatzverdichter miteinander verglichen. Mit Hilfe rechnerischer Parameterstudien wurden die Randbedingungen für den Einsatz eines elektrischen Verdichters ermittelt. Dabei wurde festgestellt, dass die Dimensionierung des eingesetzten Boosterverdichters ein Kompromiss zwischen Potential im Transientbetrieb und ausreichender Kennfeldbreite zur Anhebung der stationären Volllast im untersten Motordrehzahlbereich ist. Die Berechnungen haben zudem ergeben, dass die zu erwartende Begrenzung der verfügbaren elektrischen Bordnetzleistung den eBooster vorrangig für den Einsatz von Motoren mit einem Hubraum kleiner 2.5 l prädestiniert. Eine weitere Variante sieht die serielle Anordnung eines mechanisch angetriebenen Zusatzverdichters vor. Für die Umsetzung als zuschaltbares System reduziert sich die Auswahl auf einen mit geringem Massenträgheitsmoment gekennzeichneten Spirallader. Als dritte Variante wurde eine geregelte zweistufige Aufladung aufgegriffen. Der Vergleich der Simulationsergebnisse wies für alle drei Varianten das Potential zur Umsetzung der formulierten Forderung zur Dynamikverbesserung nach. Bei einer Motordrehzahl von 2000 U/min erreichten der Pscroll nach 580 ms und die beiden anderen Varianten nach jeweils 850 ms das Zielmoment. Gleichzeitig ergab die Analyse des für den Druckaufbau im System verantwortlichen Parameters Massenstrom der Strömungsmaschinen eine unterschiedliche Charakteristik der einzelnen Varianten. Während der Pscroll unabhängig von der Motordrehzahl sofort nach Lastaufschaltung eine hohe Überschussluftmasse, bezogen auf die vom Motor geschluckte Masse, fördert, vergeht sowohl beim eBooster als auch bei der zweistufigen Aufladung durch die notwendige Hochlaufzeit der Radialverdichter eine Zeitspanne bis zum Aufbau einer Überschussmasse. Die Zeitspanne während des Hochlaufs von der Ausgangsdrehzahl bis zur Enddrehzahl beträgt beim Pscroll nur etwa 80 ms, während bei den anderen Systemen ein Zeit von weniger als 400 ms auch theoretisch nicht darstellbar ist. Bei dem Übergang zu realen Hardwarekomponenten am Prüfstand vergrößerte sich der Abstand zwischen Pscroll und dem elektrischen Zusatzverdichter. Das System Pscroll greift auf weitestgehend bekannte und erprobte Technik zurück, wodurch gegenüber der Simulation keine Einschränkungen zu verzeichnen waren. Mit dem eBooster ergaben sich für den Elektromotor deutliche Abweichungen von dem für die Simulation zur Verfügung gestellten Wirkungsgradverlauf über der Drehzahl im Vergleich zum Tatsächlichen. Speziell in der Beschleunigungsphase ergeben sich gravierende Einbussen. Mit dem höheren Leistungsangebot am Prüfstand (4 kW statt 2.5 kW) gegenüber der Simulation konnte das Potential des Systems nachgewiesen werden. Bei einer Leistungsbeschränkung reduzieren sich die Gewinne spürbar.

Room models, currently used for controller tests, assume the room air to be perfectly mixed. A new room model is developed, assuming non-homogeneous room conditions and distinguishing between different sensor positions. From measurement in real test rooms and detailed CFD simulations, a list of convective phenomena is obtained that has to be considered in the development of a model for a room equipped with different HVAC systems. The zonal modelling approach that divides the room air into several sub-volumes is chosen, since it is able to represent the important convective phenomena imposed on the HVAC system. The convective room model is divided into two parts: a zonal model, representing the air at the occupant zone and a second model, providing the conditions at typical sensor positions. Using this approach, the comfort conditions at the occupant zone can be evaluated as well as the impact of different sensor positions. The model is validated for a test room equipped with different HVAC systems. Sensitivity analysis is carried out on the main parameters of the model. Performance assessment and energy consumption are then compared for different sensor positions in a room equipped with different HVAC systems. The results are also compared with those obtained when a well-mixed model is used. A main conclusion of these tests is, that the differences obtained, when changing the position of the controller's sensor, is a function of the HVAC system and controller type. The differences are generally small in terms of thermal comfort but significant in terms of overall energy consumption. For different HVAC systems the cases are listed, in which the use of a simplified model is not recommended. This PhD has been submitted in accordance to the conditions for attaining both the French and the German degree of a PhD, on a co-national basis, in the frame of a statement of the French government from January 18th, 1994. The research has been carried out in the Automation and Energy Management Group (AGE), Department of Sustainable Development (DDD), at the "Centre Scientifique et Technique du Bâtiment" (CSTB) in Marne la Vallée, France, in collaboration with the "Centre Energétique" (CENERG) at the "Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris" (ENSMP), Paris, France and the Technical University of Dresden (TUD), Germany.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Strukturierbarkeit ultradünner, funktioneller Polymerfilme anhand von Diazosulfonat-Terpolymer- und Aminoterpolymer-Schichten untersucht. Beide Polymersysteme enthalten eine photoaktive Gruppe in der Seitenkette, die sich durch gezielte UV-Bestrahlung verändern läßt. In den Diazosulfonat-Terpolymeren wird durch die Belichtung die Funktionalität zerstört, während bei den Aminoterpolymeren die Funktionalität durch die Belichtung erst freigelegt wird. Dafür wurden Strukturierungsmethoden für verschiedene Längenskalen erarbeitet und auf ihre Eignung geprüft. Der Nachweis der erfolgreichen Strukturierung wurde durch an die Längenskala angepaßte Methoden geführt und damit die erzeugten Strukturen sichtbar gemacht. Die Veränderungen im optischen Absorptionsverhalten konnten an makroskopischen Probenbereichen nachgewiesen werden. Sowohl der verwendete Aufbau für die Strukturierung (Belichtung) als auch die Detektion mit dem 2-Stahl-Spektrometer erwies sich als geeignet. Es konnte deutlich der Abbau der UV-Absorptionsbande der Diazosulfonat-Terpolymerfilme gezeigt und quantitativ untersucht werden. Dafür wurden Lichtdosen von etwa 0,35 ... 39 nJ/µm² eingebracht und deren Auswirkungen auf die Absorptionsänderung des Polymers direkt festgestellt. Diese Messungen zeigen, daß die eingebrachte Energie und nicht die Leistung (sofern diese unterhalb 2,5 mW liegt) entscheidend für die Modifikation der optischen Eigenschaften dieser Polymere ist. Anhand der Meßergebnisse konnte eine Abschätzung der Quantenausbeute durchgeführt werden, die für die Diazosulfonat-Terpolymerfilme einen Wert von (12 ± 6) % ergab. Auf der Mikrometer-Skala wurden unterschiedliche Ansätze verfolgt, um die optische Strukturierung nachzuweisen. Der Nachweis optischer Modifikationen der Diazosulfonat-Terpolymerfilme wurde nach Belichtung mit hohen Lichtdosen geführt, da er sich nur in diesem Energiebereich mit der erforderlichen Empfindlichkeit realisieren ließ. Für die Aminoterpolymerfilme wurden Strukturen durch Fluoreszenzmarkierung nachgewiesen, welche sich als sehr sensitiv herausstellte. Im Anschluß an die Belichtung konnten topographische Modifikationen mit dem AFM gemessen werden. Mit dem SNOM konnten diese Modifikationen bereits während der Belichtung direkt analysiert werden. Die getesteten Methoden der Raman-Spektroskopie und der Metallisierung mit anschließender Röntgen-Photoelektronenspektroskopie zeigten weder die benötigte Sensitivität noch Selektivität. Die untersuchten Polymersysteme können in Form ultradünner Filme auf unterschiedliche Substrate aufgebracht werden. In diesen Polymerfilmen wurden Strukturen von der Millimeter-Skala bis Nanometer-Skala erzeugt. Anhand von an die Größenskala angepaßten direkten und indirekten Nachweismethoden konnten Veränderungen der optischen, mechanischen und chemischen Eigenschaften der Polymere analysiert werden.