Auf der Basis des Pilling-Bedworth-Verhältnisses für die Charakterisierung der Oxidationsneigung wurden die für die Herstellung von Magnesiumgussteilen in Sandformverfahren relevanten Einflussfaktoren, Formstoff- und Werkstoffkennwerte erfasst. Ausgehend davon werden geeignete Schutzprinzipien und technologische Maßnahmen formuliert. Die vorgeschlagenen Schutzkomplexe (Borsäure und Harnstoff) vermeiden die Oxidation des Magnesiums, reduzieren deutlich den Wasserbedarf und verbessern die Fließeigenschaften des Formstoffes. Die Zusätze sind fluor- und schwefelfrei, was geringe Emissionen und bessere Arbeitsbedingengen ermöglicht. Im Rahmen der Arbeit erfolgte eine umfassende Entwicklung praxistauglicher bentonitgebundener und kalthärtender organischer Formstoffsysteme und Schlichten. Die Einsetzbarkeit der Formstoffe für die moderne Formtechnik wurde nachgewiesen. Die erreichbaren Werkstoffeigenschaften entsprechen den internationalen Normen, hervorzuheben ist die hohe Oberflächenqualität der Gussteile. Die erzielten Ergebnisse wurden auf die realen Bauteile und Herstellungsprozesse, wie z.B. zum Ablösen des Natursandformverfahrens und für die Herstellung eines 4-Zylinder Motorblockes, erfolgreich übertragen. Durch die Realisierung der dargestellten Innovationen im Bereich der Sandformverfahren werden neue Impulse zur Verbesserung der Magnesium-Produktion und damit der internationalen Wettbewerbsfähigkeit im Fahrzeugbau gegeben.

Am Beispiel einer realen, gealterten Bodenprobe eines ehemaligen Schwelereistandortes wurde die Schadstoffentfernung mit nahe- und überkritischem Wasser untersucht. In einer umgebauten Nassoxidationsanlage wurden die Untersuchungen zur Extraktion der Proben mit Wasser bei 300°C, 340°C und 400°C sowie bei Volumenströmen des Extraktionsmittels von 5, 10 und 15 ml/min durchgeführt. Es zeigte sich, dass höhere Extraktionstemperaturen und größere Strömungsgeschwindigkeiten zur besseren Reinigung der Proben führten. Mit überkritischem Wasser konnte insbesondere für die gewählten Modellsubstanzen bis zu 50 % mehr Substanz aus dem Boden herausgewaschen werden als mit der herkömmlichen Lösemittelextraktion, die als Vergleichsextraktion herangezogen wurde. Durch die Zugabe eines Oxidationsmittels zum überkritischen Wasser konnten die Schadstoffe direkt an der Bodenmatrix zerstört werden. Ein zweifelsfreier Einfluss z.B. der Korngröße auf den Extraktionserfolg war nicht erkennbar.

Die vorliegende Arbeit beinhaltet Modelluntersuchungen der Strömungsverhältnisse am Beispiel des Imperial Smelting-Ofens. Die Versuche verfolgen das Ziel, Erkenntnisse über optimale Einblasbedingungen der Sekundärluft zu erhalten, um die Neigung zur Ansatzbildung verringern zu können. Die durchgeführten Untersuchungen lassen die Schlussfolgerung zu, dass die Simulation der in der Gasphase ablaufenden Strömungsvorgänge eines pyrometallurgischen Aggregates mittels eines physikalischen Modells realisierbar ist. Aufgrund der Berücksichtigung der Arbeitsweise des Ofens sowie der Ähnlichkeitstheorie bei der Prozessmodellierung, können die erhaltenen Ergebnisse in der Tendenz auf das Original übertragen werden. Für die weitere Erklärung der Problematik der Ansatzbildung in der IS-Anlage werden thermodynamische Berechnungen durchgeführt, Ansatzproben aus dem Originalofen analysiert und die Abscheidungen der Nebelflüssigkeit an den Modellwänden untersucht. Im Ergebnis dieser Untersuchungen werden Vorschläge zur Optimierung des IS-Prozesses unterbreitet.

Aufbauend auf theoretischen Untersuchungen wurde eine Versuchsapparatur zum Stranggießen kleinster Profile, deren Abmessungen und Profilausprägungen unter 1 mm liegen, konzipiert, gebaut und erprobt. An Hand eines empirischen sowie eines analytischen Modells wurden die Prozessparameter sowie die Möglichkeiten der Prozesssteuerung analysiert. Im Versuchsmaßstab konnten Stränge unterschiedlicher Querschnittsformen (Stern-, Vierkant- und Kreisprofile) aus niedrig schmelzenden Metallen gegossen werden. Die Untersuchungen ergaben, dass die Strangqualität (Oberflächengüte und Formausprägung) wesentlich von der Lage der Erstarrungsfront während des Gießprozesses abhängt und durch die Gießgeschwindigkeit gesteuert werden kann. Die beste Qualität wird erzielt, wenn der Strang nahe dem Formausgang erstarrt. Schon geringfügige Schwankungen der Phasengrenze um wenige Zehntel Millimeter wirken sich auf die Qualität der Gussstränge aus.

Es wurde ein System zur Regelung der Formstoffqualität entwickelt und im Praxisbetrieb erprobt. Die Regelung der Wasserzugabe am Mischer erfolgt dabei anhand der Verdichtbarkeit des Altsands. Zur Online-Messung der Verdichtbarkeit wurde ein automatisch arbeitendes Messgerät entwickelt, aus dessen Messwerten mit Hilfe eines Fuzzy-Reglers die notwendige Wasserzugabe bestimmt wird. Zur Steuerung der Aktivbentonit- bzw. Glanzkohlenstoffbildnerkonzentration wird eine Kombination verschiedener Regelstrategien benutzt. Dabei werden durch eine präventive Formstoffsteuerung die notwendigen Zugabemengen prognostiziert, und diese Werte dann durch die Analyse des Fuzzy-Reglers und der erreichten Formstoffqualität korrigiert. Weitere Korrekturdaten können durch eine Auswertung des Gussfehlerkollektivs gewonnen werden.

Vor dem Hintergrund des steigenden Leistungsniveaus, der Reduzierung von Emissionen, der sinkenden Motorengewichte, der Einschränkung der Gestaltungsfreiheit sowie der zunehmenden thermischen und mechanischen Belastungen bei der Motorenentwicklung für den Automobilbereich sind die derzeit vorhandenen Werkstoffe vielfach bis in den Grenzbereich optimiert. Um auch in Zukunft den Anforderungen der Politik und Kunden gerecht zu werden, wurden im Rahmen dieser Arbeit neue Legierungen durch die Zugabe von unterschiedlichen Elementen mit differenzierenden Gehalten bei den Legierungessystemen AlMgSi, AlSi6Cu4, AlSi10Ni3 und AlCu5Mn zusammengestellt und systematisch untersucht. Neben der Bestimmung der mechanischen, gießtechnologischen und physikalischen Eigenschaften erfolgte auch eine metallkundliche Untersuchung. Als Vergleich der gewonnenen Ergebnisse diente die Legierung AlSi7Mg. Das ausgeglichenste und beste Eigenschaftsniveau, welches besonders durch eine wesentliche Steigerung der mechanischen Eigenschaften nach thermischer Belastung bei unterschiedlichen Temperaturen hervorgerufen wurde, wiesen die Legierungen AlMg3Si1VScZr, AlMg5Si3VScZr und AlCu5MnNiCe auf, welche in naher Zukunft für Vorserienabgüsse und Motorenprüfstandsläufe verwendet werden sollen.

In Durchlauföfen zur Erwärmung von Gütern werden die Materialien zu einem großen Teil entweder auf Schienen und Hubbalken oder mittels Transportrollen durch die Öfen transportiert. Die Transportrollen sind auf den ersten Blick ein Widerstand bezüglich des Wärmeübergangs aus dem Ofenraum unterhalb der Rollen an die Unterseite der Güter. Eine Vergleichsmessung zeigte allerdings, dass die Stoffe auf den Transportrollen durch die zusätzliche Wärmeabgabe der Transportrollen an die Unterseite der Werkstoffe schneller erwärmt werden als auf Schienen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein mathematisches Modell entwickelt, das die Guterwärmung in einem Rollenofen abbildet. Nach der experimentellen Verifizierung des mathematischen Modells wurden die Transportrollenparameter ermittelt, die die Guterwärmung in einem Rollenofen beschleunigen. Je geringer Rollendurchmesser und Rollenteilung sind und je höher die Gutgeschwindigkeit ist, umso mehr verbessern Rollen die Guterwärmung.

Der Einsatz von Digital Mock-Up-Techniken (DMU-Techniken) ermöglicht es, die Produktentwicklung effizienter und effektiver zu gestalten. Das Ergebnis der Promotion stellt ein Quality Function Deployment-gestütztes methodisches Verfahren dar, mit dessen Hilfe DMU-Techniken in die Produktentwicklungsprozesse der Automobilindustrie eingeführt werden können. Das methodische Verfahren wurde innerhalb eines großen deutsch-amerikanischen Automobilunternehmens entwickelt. Vorteile des Einführungsverfahrens sind die geringeren Aufwendungen bei der Implementierung von DMU-Techniken. Weitere Vorteile des Einführungsverfahrens sind die strukturierte Dokumentation des Einführungsprozesses, die stringente Verwendung der Kundenanforderungen, die Konzentration des Expertenwissens auf einige wenige Visualisierungstechniken (House of Quality).

Der spezifische Energieeinsatz für Thermoprozesse in Industrieöfen wird durch die drei Posten der Energiebilanz Nutzenergie, Abgasverlust sowie Wandverluste und andere strukturbedingte Wärmeverluste maßgeblich bestimmt. Während Nutzenergie und Abgasverluste hauptsächlich durch Eingriffe in den Thermoprozess selbst beeinflusst werden, stehen Wandverluste und Verluste infolge von Einbauten in Ofenwände, deren Bedeutung zugenommen hat, in engem Zusammenhang mit konstruktiven Veränderungen. In der vorliegenden Arbeit werden die konkreten Fälle einer zylindrischen Rollendurchführung, eines geraden Thermoelementes mit Schutzrohr, einer nicht gasdichten Schaulochklappe aus Metall sowie die Wanddurchführung eines Rekuperatorbrenners auf Wärmeverluste untersucht. Die Ergebnisse wurden durch Parametervariationsrechnungen gewonnen und für eine untersuchte Struktur validiert. Eine abschließende theoretische Verallgemeinerung abstrahiert von den konkreten praktischen Wandeinbauten und untersucht Wärmeströme durch allgemeine axialsymmetrische Grundstrukturen.

In der Hydraulikindustrie gibt es einen großen Bedarf, mit einer einfachen Methode Volumenstrompulsationen messen zu können. Diese Arbeit beinhaltet die Entwicklung einer neuen Technik, die auf Differenzdruckmessung zwischen zwei Punkten der instationären Strömung basiert. Um die dynamische Antwort des Sensors zu bestimmen, wurde der Zusammenhang zwischen Volumenstrompulsation und Druckdifferenz bestimmt. Die niedrige Eigenfrequenz der vorherigen Sensorversionen wurde mit Hilfe eines optischen Druckwandlers erhöht. Dieser Wandler wurde zu diesem besonderen Zweck adaptiert, einschließlich die Analyse der reflektierenden Membran, die die Druckdifferenz in mechanische Bewegung umwandelt. Es wurde eine kompakte Positionierung der Optik entwickelt, die es ermöglicht, die Verformung der Membran zu messen. Nach der Konstruktion des optischen Sensors wurde er in einem hydraulischen Versuchstand eingebaut. Der Sensor kann die Frequenz des Erregersignals gut messen, jedoch ist die dynamische Antwort des ganzen Systems anders als erwartet. Die Ursache dafür wurde mit einem Rohrleitungsmodell untersucht, das viskose Verluste beinhaltet, aber auch dieses Modell konnte keine hundertprozentige Systemantwort liefern. Die Messungen wurden durch Lufteinschlüsse der Messflüssigkeit und Resonanzfrequenzen des Versuchstandes gestört. Dennoch konnte die Funktion des Sensors bei der Erkennung eines gebrochenen Zahnes einer Zahnradpumpe nachgewiesen werden.