Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines Plasmafilters für die Herstellung defektarmer wasserstofffreier Kohlenstoffschichten (ta-C) auf Basis einer leistungsfähigen gepulsten Vakuumbogentechnologie sowie der Charakterisierung der mit dieser Technologie abgeschiedenen Schichten.

In the field of tyre technology, silica filled tyres are generally considered as a lower energy consumption product due to their lower rolling resistance characteristics. Additionally, they can offer excellent grip on the wet and snowy conditions which are more essential from the safety perspective. However, the proper dispersion of the silica in rubber compounds is one of the challenging tasks to engineers, physicist and chemist. In this thesis, a very controlled in-situ silica based solution styrene butadiene rubber composites were developed and intensively investigated by the synthesis of sol-gel silica in presence of polymer solution. It means the silica particles were allowed to grow in the presence of rubber in the reaction mixture. It was observed that the sizes of the synthesized silica particles are rather larger than standard precipitated commercial silica particles. In depth morphological investigation revealed that the obtained sol-gel silica particles appear in strong cluster form with primary particle size of 10 - 15 nm and final aggregated size of 200 to 400 nm. Nevertheless, the final mechanical performance and other rubber related properties of in-situ derived silica composites are better in many important aspects for technical applications as compared with commercial silica at a given loading of fillers. Owing to the presence of more active hydroxyl group on the surface of sol-gel silica, the effective coupling between silica and rubber has been established. Furthermore, the permanent trapped rubber chains inside the large aggregates of sol-gel silica particles enable the compounds to offer good mechanical reinforcement, higher resilience, and dynamic mechanical properties. The present work is a humble approach to pave an alternative novel way for silica-rubber composite preparation in order to minimize the problem of silica mixing with the rubbers. / Auf dem Gebiet der Reifentechnologie zeichnen sich Kieselsäure-(Silika)-gefüllte Reifen aufgrund ihres charakteristisch geringeren Rollwiderstands allgemein als ein Produkt mit geringerem Energieverbrauch aus. Darüber hinaus bieten sie ein hervorragendes Nasshaftvermögen, welches eine essentielle physikalische Kenngröße für die Fahrsicherheit darstellt. Allerdings stellt eine optimale Dispergierung der Silikafüllstoffs in Kautschukmischungen eine anspruchsvolle Aufgabe für Ingenieure, Physiker und Chemiker dar. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden Silika / Styrol-Butadien-Kautschuk-Verbundwerkstoffe mittels eines in-situ Sol-Gel-lösungsmittelbasierten Reaktionsverfahrens entwickelt. Diese Technologie beruht auf der Nukleierung von Kieselsäure-Partikeln in Gegenwart des Elastomers in einer Syntheselösung. Dabei wurde beobachtet, dass die Partikel der so synthetisierten Silika-Teilchen größer sind, als die eines kommerziellen Standard-Silika-Füllstoffs. Eine umfassende morphologische Untersuchung zeigt, dass die in-situ synthetisierten Silikapartikel sphärisch sind und eine Primärteilchengröße von 10 bis 15 nm aufweisen. Diese nanoskaligen Teilchen agglomerieren sich zu größeren sphärischen Clustern mit einer Größe von 200 bis 400 nm und weisen somit eine andere Morphologie auf, als die kommerziell erhältlichen Silika-Füllstoffe. Die statisch- und dynamisch-mechanischen Eigenschaften, sowie weitere elastomerbezogene Eigenschaften der in-situ synthetisierten Silika/Styrol-Butadien-Kautschuk-Verbundwerkstoffe, wie z.B. Rückprallelastizität, mechanisch induzierte Wärmeentwicklung und Spannung-Dehnungshysterese, zeigen verbesserte Werte im Vergleich zu Elastomermaterialien gefüllt mit kommerzieller Kieselsäure. Eine erhöhte Anzahl von Hydroxylgruppen auf der Oberfläche der in-situ synthetisierten Silikapartikel, verbunden mit permanenter Adsorption der Polymerketten des Elastomers auf der Teilchenoberfläche ermöglicht die Ausbildung eines Elastomerverbundes mit verbesserter mechanischer Verstärkung mit oder ohne Einsatz eines haftvermittelnden Silans, wie z.B. TESPT (Bis [3-(triethoxysilyl)propyl]-tetrasulfid). Die Wechselwirkungen zwischen Elastomer und Füllstoff, zwischen den Füllstoffpartikeln, sowie der Verstärkungsmechanismus des in-situ synthetisierten Füllstoffes wurden mittels dynamischmechanischer Analyse (Amplitudentests), Festkörper-NMR und energiedispersiver Röntgenspektroskopie umfassend analysiert. Der vorliegende Ansatz verdeutlicht, dass die in-situ Generierung des Füllstoffes im Elastomer ein vielversprechendes und alternatives Verfahren zur Herstellung von Elastomermaterialien mit verbesserter Silika-Dispergierung, sowie erhöhter Elastomer-Füllstoff-Wechselwirkung bietet.

In komplexen Heizungsanlagen kommt es zu Betriebsfehlern, die den thermischen Komfort und die Energieeffizienz mindern sowie Kosten durch Verschleiss und Ausfälle verursachen. Häufige Betriebsfehler werden identifiziert und in einer Datenbank beschrieben. Es werden Methoden vorgestellt, mit denen der Nutzer auf fehlerhaften Anlagenbetrieb aufmerksam gemacht wird. Die Daten werden offline ausgewertet. Die signalgestützte Prüfung basiert auf der Definition von Regeln und Kennwerten. 17 Regeln werden vorgestellt. Mit Tensoren und Tensorzerlegung wird die Struktur der Betriebsdaten für die Analyse aufbereitet. In den Tensorfaktoren werden Betriebsfehler sichtbar. Bei der modellbasierten Prüfung wird das Nominalverhalten eines Systems mit dem realen Systemverhalten verglichen. Es werden multi-lineare Zustandsraummodelle definiert, deren Parameter in einer Tensorstruktur abgelegt werden. Durch eine Tensorzerlegung mit einem niedrigen Rank können bei ausreichender Datengrundlage die fehlenden Systemparameter bestimmt werden. Mit Paritätsgleichungen wird fehlerhafter Betrieb erkannt. Weiterhin wird die Modellbildung anhand von vereinfachten Energiebilanzen gezeigt. Ein Gebäudemodell wird zur Erkennung von Fehlern bei Einzelraumregelung genutzt.

For the development of intelligent vehicle tires, especially for future self-driving cars, suitable strain sensors are mandatory. The design of such a strain sensor must fulfill several criteria and most important of them all, it must be easily mounted or implanted into the tire and the elastic nature of the sensors must synchronize with the deformation of the tire. This work is therefore focused on understanding the piezoresistive characteristics of a composite developed from tire rubber. Thus, a commercially available grade of solution styrene butadiene rubber (SSBR) was primarily chosen as the matrix rubber along with butadiene rubber (BR) and natural rubber (NR). The initial focus was given to develop simple strain sensors by exploiting the concept of piezoresistivity with conductive rubber composites based on SSBR filled with carbon black and carbon nanotubes. As the internal structure of the filler particles was found to rearrange or alter during deformation, it was important to study the piezoresistive performance with respect to critical material parameters such as crosslink density, hardness, and stiffness of the composite in details. The developed sensors were able to be stretched to several hundred percents of their original length and strain sensitivity as much as ~1000 (gauge factor) was achieved. Quasi-static cyclic tests indicated the ability of the developed materials to respond and recover within the given time frame. This motivated to assess the suitability of these materials for dynamic sensing. As a consequence, the dynamic piezoresistive characteristics were studied for the conducting SSBR composites. The temporal changes in electrical resistance of the SSBR composites were monitored real-time during dynamic mechanical studies. The influence of critical parameters such as filler content, test frequency, test temperature, and matrix crosslink density was taken into consideration. The filler network was found to rearrange in the rubber matrix during dynamic loading, witnessed from the changes in electrical resistance over time. The findings offered a preliminary understanding of the filler network behavior inside the SSBR matrix. Situations that eased the filler mobility such as high temperature, low frequency, and low crosslink density resulted in the minimal effect on the filler network changes. For a given strain cycle, the samples responded with two distinct responses pertaining to the loading and unloading, reflecting as two signals. Filler network reconfiguration during unloading was found to be the reason for the second piezoresistive response. The behavior of the second peaks was analyzed in detail at different conditions. The stress relaxation, an inevitable process pertaining to viscoelastic materials, resembled the overall piezoresistance change of the material. The two properties were therefore correlated, and a relationship was deduced, offering the possibility to monitor the mechanical performance using electrical resistance data. Apart from evaluating the phase shifts between stress and strain (δσ-ε) during the dynamic tests, phase shifts were also evaluated between resistance and strain (δR-ε) as well as between stress and resistance (δσ-R). The piezoresistive phase shift values (δσ-R) were found to be larger than the mechanical phase shifts values (δσ-R > δσ-ε) It perceived information regarding the time taken by the filler network to respond for the applied strain. To realize the concept of dynamic piezoresistivity in commercial use, (i) SSBR filled with conventional carbon blacks N220, N330, and N660 and (ii) NR and BR (two more rubbers that are widely used in tire industry) filled with Printex carbon black were tested for their piezoresistive behavior under dynamic conditions. The experimental results were promising and guaranteed the applicability of the concept for all rubber - filler combinations that display piezoresistive characteristics. This basic scientific study would be the stepping stone to understand dynamic piezoresistivity in rubbers, which would help in developing rubber-based sensors that are capable of performing under dynamic conditions for the future. Moreover, the study offered a much deeper insight not only on the dynamic piezoresistivity but also on the behavior and changes in the filler network during dynamic deformation. / Für die Entwicklung von intelligenten Fahrzeugreifen, insbesondere für zukünftige selbstfahrende Autos, sind geeignete Dehnungssensoren notwendig. Die Konstruktion eines solches Sensors muss mehrere Kriterien erfüllen: am wichtigsten ist, dass er einfach in den Reifen eingebaut oder implantiert werden kann und dass die Verformung des Sensors mit der Verformung des Reifens synchronisiert ist. Daher konzentriert diese Arbeit sich auf das Verständnis der piezoresistive Eigenschaften eines bekannten Reifenkautschuks, gefüllt mit leitfähigen Füllstoffpartikeln. Eine kommerziell erhältliche Sorte von Lösungs-Styrol-Butadien-Kautschuk (SSBR), Butadien-Kautschuk (BR) und Naturkautschuk (NR), welche in der modernen Reifenindustrie weit verbreitet sind, wurden deshalb als Matrix-Kautschuk gewählt. Der Fokus lag zunächst auf der Entwicklung einfacher Dehnungssensoren unter Ausnutzung des Konzepts der Piezoresistivität mit leitfähigen Gummimischungen auf Basis von SSBR, welche mit leitfähigem Ruß und Kohlenstoff-Nanoröhrchen gefüllt sind. Da sich die innere Struktur der Füllstoffpartikel während der Verformung verändert, war es wichtig, das piezoresistive Verhalten in Bezug auf kritische Materialparameter wie Vernetzungsdichte, Härte und Steifigkeit des Komposits im Detail zu untersuchen. Die Sensoren konnten auf mehrere hundert Prozent ihrer ursprünglichen Länge gestreckt werden, wobei eine Empfindlichkeit bis zu ~1000 (Gauge Faktor) erreicht wurden. Quasistatische zyklische Tests zeigten die Fähigkeit der entwickelten Materialien, innerhalb des vorgegebenen Zeitrahmens zu reagieren und sich zu erholen. Dies motivierte dazu, die Eignung dieser Materialien für die dynamische Sensorik zu beurteilen. In der Folge wurden die dynamischen piezoresistiven Eigenschaften für die elektrisch leitfähigen SSBR-Verbundwerkstoffe untersucht. Die zeitlichen Veränderungen des elektrischen Widerstandes dieser SSBR-Verbundwerkstoffe wurden während dynamisch-mechanischer Studien in Echtzeit überwacht. Der Einfluss kritischer Parameter wie Füllstoffgehalt, Matrixvernetzungsdichte, Messfrequenz, und Messtemperatur wurde dabei berücksichtigt. Es wurde festgestellt, dass sich das Füllstoffnetzwerk während der dynamischen Belastung in der Elastomermatrix neu anordnet, wie die Veränderungen des elektrischen Widerstands im zeitlichen Verlauf zeigen. Diese Ergebnisse bieten ein vorläufiges Verständnis des Verhaltens des Füllstoffnetzwerks der SSBR-Matrix. Situationen, die die Füllstoffmobilität begünstigen, wie hohe Temperatur, niedrige Frequenz und niedrige Vernetzungsdichte, führten zu minimalen Auswirkungen auf das Füllstoffnetzwerk. Für einen gegebenen Dehnungszyklus reagierten die Proben mit zwei getrennten Signalen, welche dem Be- und Entlasten des Materials entsprechen und sich als zwei Peaks in der Widerstandsmessung widerspiegeln. Der Grund für das zweite piezoresistive Signal ist die Rekonfiguration des Füllstoffnetzwerks während der Entlastung. Das Verhalten dieser zweiten Peaks wurde unter verschiedenen Bedingungen detailliert analysiert. Die Spannungsrelaxation, ein unvermeidlicher Prozess bei viskoelastischen Materialien, ähnelte der gesamten Piezowiderstandsänderung des Materials. Diese beiden Eigenschaften wurden daher korreliert und ein Zusammenhang abgeleitet, der die Möglichkeit bietet, die mechanische Leistung anhand von elektrischen Widerstandsdaten zu überwachen. Neben der Auswertung der Phasenverschiebungen zwischen Spannung und Dehnung (δσ-ε) bei dynamischen Tests wurden auch die Phasenverschiebungen zwischen Widerstand und Dehnung (δR-ε) sowie zwischen Spannung und Widerstand (δσ-R) bewertet. Die piezoresistiven Phasenverschiebungswerte (δσ-R) erwiesen sich als größer als die mechanischen Phasenverschiebungswerte (δσ-R > δσ-ε). Dies bietet Informationen über die Zeit, die das Füllernetzwerk benötigt, um auf eine angelegte Belastung zu reagieren. Um das Konzept der dynamischen Piezoresistivität im kommerziellen Einsatz zu realisieren, wurden (i) SSBR gefüllt mit konventionellen Rußen N220, N330 und N660 und (ii) NR und BR (zwei weitere Kautschuke, die in der Reifenindustrie weit verbreitet sind) gefüllt mit leitfähigem Ruß auf ihr piezoresistives Verhalten unter dynamischen Bedingungen getestet. Die experimentellen Ergebnisse sind vielversprechend und garantieren die Anwendbarkeit des Konzepts für alle Gummi-Füllstoff-Kombinationen mit piezoresistiven Eigenschaften. Diese grundlegende wissenschaftliche Studie ist ein wichtiger Schritt, um die dynamische Piezoresistivität in Kautschuken zu verstehen, was bei der Entwicklung von zukünftigen, dynamisch arbeitenden Sensoren auf Kautschukbasis helfen kann. Darüber hinaus liefert diese Studie einen viel tieferen Einblick nicht nur in die dynamische Piezoresistivität, sondern auch in das Verhalten und die Veränderungen im Füllstoffnetzwerk während der dynamischen Verformung.

Anhand einer Monte-Carlo-Simulation wird der Einfluss verschiedener Versuchsführung und Auswertemethoden auf die Treffsicherheit von experimentell bestimmten Bauteil- bzw. Werkstoffdauerfestigkeiten betrachtet. Anhand verschiedener Fehlergrößen werden die Auswerteverfahren verglichen und bewertet.

Unter den verschiedenen additiven Fertigungsverfahren stellt das selektive Laserschmelzen (SLM) eine optimale Technologie für die Herstellung von metallischen Bauteilen mit komplexen Geometrien und hervorragenden Eigenschaften dar. SLM-Bauteile werden Schicht für Schicht mit hochenergetischen Laserstrahlen hergestellt, was das SLM flexibler als konventionelle Produktionstechnologien wie das Gießen macht. Die beim SLM auftretenden schnellen Aufheiz-/Kühlraten können zu deutlich unterschiedlichen Gefügen im Vergleich zu herkömmlichen Herstellungsverfahren führen. Die beim SLM entstehenden Hochtemperaturgradienten können sich weiterhin positiv auf die Gefügeentstehung (Phasenbildung, Morphologie, …) und damit auf die mechanischen Eigenschaften der SLM-Bauteile auswirken. Darüber hinaus können die mit SLM gefertigten Teile mit der Notwendigkeit einer minimalen Nachbearbeitung in den Einsatz genommen werden. Bisher wurden mehrere Studien zu den Parametern: Optimierung oder Verarbeitung von Verbundwerkstoffen mit fehlerfreien Teilen durchgeführt Die Scanstrategie hat dabei einen besonders großen Einfluss bei der Materialbearbeitung durch die additive Fertigung. Die Optimierung der Scanstrategie ist daher von zentraler Bedeutung für die Synthese von Materialien mit verbesserten physikalischen und mechanischen Eigenschaften. Diese Arbeit untersucht die Wirkung von vier verschiedenen Scanning-Strategien auf das Gefüge und das mechanische Verhalten von 316L Edelstahl, synthetisiert durch selektives Laserschmelzen (SLM). Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Scanstrategie einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Phasenbildung und die Art des Gefüges hat, die während der SLM-Verarbeitung entsteht: Austenit ist die einzige Phase, die sich bildet, und alle Proben weisen eine zelluläre Morphologie auf. Die Scanstrategie beeinflusst jedoch erheblich die charakteristische Größe von Zellen und Körnern, die wiederum der Hauptfaktor für die Festigkeit unter Zugbelastung zu sein scheint. Andererseits haben Eigenspannungen offenbar keinen Einfluss auf die quasi-statischen mechanischen Eigenschaften der Proben. Das mit einem Streifenmuster mit Konturstrategie hergestellte Material weist das feinste Gefüge und die beste Kombination mechanischer Eigenschaften auf: Streckgrenze und Bruchdehnung liegen bei 550 MPa und 1010 MPa und die plastische Verformung bei über 50 %. Ein weiterer wichtiger Aspekt für die Anwendung des mittels SLM synthetisierten 316L-Stahls ist seine thermische Stabilität. Daher wurde der Einfluss des Glühens bei verschiedenen Temperaturen (573, 873, 1273, 1373 und 1673 K) auf die Stabilität der Phasen, der Zusammensetzung und des Gefüges des 316L-Edelstahls untersucht, der unter Verwendung des Streifenmuster mit Konturstrategie hergestellt wurde. Darüber hinaus wurden die durch die Wärmebehandlung induzierten Veränderungen genutzt, um die entsprechenden Variationen der mechanischen Eigenschaften der Proben unter Zugbelastung zu verstehen. Das Glühen hat keinen Einfluss auf die Phasenbildung: Bei allen hier untersuchten Proben wird ein einphasiger Austenit beobachtet. Darüber hinaus ändert das Glühen nicht die zufällige kristallographische Orientierung, die im Material nach der Synthese beobachtet wird. Das komplexe zelluläre Gefüge mit feinen Subkornstrukturen, die für die as-SLM-Proben im Ausgangszustand charakteristisch sind, ist bis zu 873 K stabil. Die Zellgröße nimmt mit steigender Glühtemperatur zu, bis das zelluläre Gefüge bei hohen Temperaturen nicht mehr beobachtet werden kann (T ≥ 1273 K). Die Festigkeit der Proben nimmt mit steigender Glühtemperatur durch die mikrostrukturelle Vergröberung ab. Die ausgezeichnete Kombination von Festigkeit und Duktilität des Materials im Ausgangszustand ist auf das komplexe zelluläre Gefüge und die Subkörner sowie die Fehlausrichtung zwischen Körnern, Zellen, Zellwänden und Subkörnern zurückzuführen. Mit dem Ziel, das mechanische Verhalten des 316L-Stahls weiter zu verbessern, wird der Einfluss harter Partikel einer zweiten Phase auf das Gefüge und die damit verbundenen mechanischen Eigenschaften untersucht. Dazu wurde mittels SLM ein Verbund aus einer 316L-Stahlmatrix und 5 Vol.% CeO2-Partikeln hergestellt. Die SLM-Parameter, die zu einer fehlerfreien 316L-Matrix führen, sind für die Herstellung von 316L/CeO2-Verbundproben nicht geeignet. Hochdichte Verbundproben können jedoch durch sorgfältige Einstellung der Laserscangeschwindigkeit unter Beibehaltung der anderen Parameter prozessiert werden. Die Zugabe der CeO2-Verstärkung verändert die Phasenbildung nicht, beeinflusst aber das Gefüge des Verbundwerkstoffs, welches im Vergleich zum partikelfreien 316L-Material deutlich verfeinert ist. Das verfeinerte Gefüge bewirkt eine signifikante Verstärkung im Verbund, ohne die plastische Verformung zu beeinträchtigen. Die Analyse des Einflusses einer zweiten Phase wird fortgesetzt, indem untersucht wird, wie TiB2-Partikel das Gefüge und die mechanischen Eigenschaften eines 316L-Edelstahls beeinflussen, der durch selektives Laserschmelzen hergestellt wird. Das für die unverstärkte 316L-Matrix charakteristische komplexe zelluläre Gefüge mit feinen Subkörnern ist in allen Proben zu finden. Die Zugabe der TiB2-Partikel reduziert die Größe der Körner und Zellen erheblich. Darüber hinaus sind die TiB2-Partikel in der 316L-Matrix homogen dispergiert und bilden kreisförmige Ausscheidungen mit einer Größe von etwa 50-100 nm entlang der Korngrenzen. Diese mikrostrukturellen Merkmale führen zu einer signifikanten Verfestigung im Vergleich zu den unverstärkten 316L-Proben. Diese Ergebnisse belegen, dass SLM erfolgreich zur Synthese von Verbundwerkstoffen aus dem Edelstahl 316L mit herausragenden mechanischen Eigenschaften im Vergleich zu einer unverstärkten 316L-Stahlmatrix eingesetzt werden kann. Dies könnte dazu beitragen, den Einsatz von SLM bei der Herstellung von Stahlmatrix-Verbundwerkstoffen für die Automobilindustrie, die Luft- und Raumfahrt und zahlreiche andere Anwendungen zu erweitern. / Among the different additive manufacturing processes, selective laser melting (SLM) represents an optimal choice for the fabrication of metallic components with complex geometries and superior properties. SLM parts are built layer-by-layer using high-energy laser beams, making SLM more flexible than conventional processing techniques, like casting. The fast heating/cooling rates occurring during SLM can result in remarkably different microstructures compared with conventional manufacturing processes. The high-temperature gradients characterising SLM can also have a positive effect on the microstructures and, in turn, on the mechanical properties of the SLM parts. Additionally, the SLM parts can be put into use with the necessity of minimal post-processing treatments. To date, a number of studies have been devoted to the parameters optimization or processing of composite materials with defect-free parts. The scanning strategy is one of the most influential parameters in materials processing by additive manufacturing. Optimization of the scanning strategy is thus of primary importance for the synthesis of materials with enhanced physical and mechanical properties. Accordingly, this thesis examines the effect of four different scanning strategies on the microstructure and mechanical behaviour of 316L stainless steel synthesized by selective laser melting (SLM). The results indicate that the scanning strategy has negligible influence on phase formation and the type of microstructure established during SLM processing: austenite is the only phase formed and all specimens display a cellular morphology. The scanning strategy, however, considerably affects the characteristic size of cells and grains that, in turn, appears to be the main factor determining the strength under tensile loading. On the other hand, residual stresses apparently have no influence on the quasi-static mechanical properties of the samples. The material fabricated using a stripe with contour strategy displays the finest microstructure and the best combination of mechanical properties: yield strength and ultimate tensile strength are about 550 and 1010 MPa and plastic deformation exceeds 50 %. Another important aspect for the application of 316L steel synthesized by SLM is its thermal stability. Therefore, the influence of annealing at different temperatures (573, 873, 1273, 1373 and 1673 K) on the stability of phases, composition and microstructure of 316L stainless steel fabricated by using the stripe with contour strategy has been investigated. Moreover, the changes induced by the heat treatment have been used to understand the corresponding variations of the mechanical properties of the specimens under tensile loading. Annealing has no effect on phase formation: a single-phase austenite is observed in all specimens investigated here. In addition, annealing does not change the random crystallographic orientation observed in the as-synthesized material. The complex cellular microstructure with fine subgrain structures characteristic of the as-SLM specimens is stable up to 873 K. The cell size increases with increasing annealing temperature until the cellular microstructure can no longer be observed at high temperatures (T ≥ 1273 K). The strength of the specimens decreases with increasing annealing temperature as a result of the microstructural coarsening. The excellent combination of strength and ductility exhibited by the as-synthesized material can be ascribed to the complex cellular microstructure and subgrains along with the misorientation between grains, cells, cell walls and subgrains. With the aim of further improving the mechanical behaviour of 316L steel, this works examines the effect of hard second-phase particles on microstructure and related mechanical properties. For this, a composite consisting of a 316L steel matrix and 5 vol.% CeO2 particles was fabricated by SLM. The SLM parameters leading to a defect-free 316L matrix are not suitable for the production of 316L/CeO2 composite specimens. However, highly-dense composite samples can be synthesized by carefully adjusting the laser scanning speed, while keeping the other parameters constant. The addition of the CeO2 reinforcement does not alter phase formation, but it affects the microstructure of the composite, which is significantly refined compared with the unreinforced 316L material. The refined microstructure induces significant strengthening in the composite without deteriorating the plastic deformation. The analysis of the effect of a second phase is continued by investigating how TiB2 particles influence the microstructure and mechanical properties of a 316L stainless steel synthesized by selective laser melting. The complex cellular microstructure with fine subgrains characteristic of the unreinforced 316L matrix is found in all samples. The addition of the TiB2 particles reduces significantly the sizes of the grains and cells. Furthermore, the TiB2 particles are homogeneously dispersed in the 316L matrix and they form circular precipitates with sizes around 50-100 nm along the grain boundaries. These microstructural features induce significant strengthening compared with the unreinforced 316L specimens. These findings prove that SLM can be successfully used to synthesize 316L stainless steel matrix composites with overall superior mechanical properties in comparison with the unreinforced 316L steel matrix. This might help to extend the use of SLM to fabricate steel matrix composites for automotive, aerospace and numerous other applications.

Diese Arbeit befasst sich mit unterschiedlichen werkstoffwissenschaftlichen Fragestellungen auf dem Gebiet der magnetokalorischen Kühlung. Magnetokalorische Materialien, z.B. (Mn,Fe)2(P,Si)- oder La(Fe,(Co),Si)13-Legierungen, erwärmen sich bzw. kühlen ab, wenn das Material unter adiabatischer Prozessführung und einer Umgebungstemperatur nahe der magnetischen Phasenübergangstemperatur einem externen Magnetfeld ausgesetzt bzw. daraus entfernt wird. Der magnetokalorische Effekt (MKE) von Materialien kann, bei zyklischer Wiederholung von Magnetisierung und Entmagnetisierung, in einer Wärmepumpe genutzt werden, um Wärme von einer Substanz oder einem Raum abzuführen. Ein Wärmetauscher aus magnetokalorischem Material – der magnetokalorische Regenerator – ist, neben einem Magnet- und Pumpensystem, das essenzielle Bauteil in magnetokalorischen Wärmepumpen und Kältemaschinen. Regeneratoren können aus Schichten unterschiedlicher Pulverchargen eines magnetokalorischen Materials bestehen, dass mit einem Polymer gebunden wird. Der Aufbau von konventionellen (Mn,Fe)2(P,Si)-Pulverschüttungen wird in der vorliegenden Arbeit anhand zerstörungsfreier Röntgencomputertomographie überprüft. Neben individuellen Merkmalen einer Pulvercharge, können entlang der Schichtstapelrichtung auftretende Porositätsvariationen zur Detektion von Schichten genutzt werden. Weiterführend werden magnetische Wechselwirkungen der einzelnen Partikel und Schichten in einem (Mn,Fe)2(P,Si)-Regenerator mittels magneto-optischer Bildgebung untersucht. In La(Fe,(Co),Si)13-Legierungen geht der MKE mit einer zusammensetzungsabhängigen Volumenänderung der Elementarzelle einher, die das Material unter Umständen katastrophal versagen lässt. Die Festigkeit der Legierung spielt sowohl für die Langzeitstabilität als auch die Verarbeitung mit Maschinen eine wesentliche Rolle. Im Rahmen der Arbeit wurde eine intermetallische LaFe10,2Si1,8-Legierung auf unterschiedlichen Längenskalen mechanischen Prüfungen unterzogen. Die Festigkeit ist von inneren Defekten (Mikrorisse, Zweitphasen) beeinflusst, weshalb Druckversuche zur Eigenschaftsbestimmung ungeeignet sind. Lokale Härtemessungen hingegen erlauben eine Abschätzung der intrinsischen Festigkeit der magnetokalorischen Hauptphase von 2GPa. Damit lassen sich Experimente zur Langzeitstabilität unter wiederholt induziertem Phasenübergang erklären. Abschließend wird ein Verfahren demonstriert, dass es ermöglicht magnetokalorische Kompositdrähte mit einem La(Fe,(Co),Si)13-Kern und einer rostfreiem Stahlhülle herzustellen. Drahthalbzeuge sind Geometrien, die bisher nicht für den Aufbau von Regeneratoren in Erwägung gezogen wurden, da sie nicht herstellbar waren. Drähte bieten ein hohes Maß an Anordnungsfreiheit und bereichern die Vielfalt möglicher Regeneratorgeometrien. Das Material wird durch die Stahlhülle sowohl vor chemischen Einflüssen geschützt, als auch mechanisch stabilisiert, und mit Kernvolumenanteilen von bis zu ∼ 60 vol% sind die Drähte für den Einsatz in einer Wärmepumpe geeignet.

In Arbeitsprozessen des Informationszeitalters, z. B. in Forschungs- und Entwicklungsabteilungen, spielen die Erhebung und Darstellung von Daten eine zentrale Rolle. In dem Beitrag wird ein Ansatz zur ingenieurtechnisch basierten Konstruktion von Informationen vorgestellt. Als Information werden abgeschlossene, aus Daten bestehende Einheiten im Sinne von Items, Symbolen, Diagrammen oder sonstigen symbolisierten Datenaufbereitungen verstanden. In Anlehnung an die Mensch-Maschine-Interaktion wird eine Mensch-Daten-Interaktion vorgeschlagen.

Leuchtdioden (light-emitting diode, LED) werden seit einigen Jahren mit hohen Wachstumsraten in allen Bereichen moderner Lichttechnik eingesetzt. Auch im Straßenverkehr, insbesondere bei Lichtzeichenanlagen wie z. B. Ampeln und in Scheinwerfern, kommen LEDs zum Einsatz. Dies hat verschiedene Vorteile, wie hoher Wirkungsgrad, längere Lebensdauer, kurze Ansprechzeiten und günstiges Defektverhalten. Speziell im Straßenverkehr steht diesen jedoch ein wesentlicher Nachteil entgegen: durch eine gepulste Ansteuerung der LEDs entsteht ein optischer Flicker: ein hochfrequentes Pulsieren der Lichter, das Diskomfort auslösen kann. Der Beitrag steht unter der Forschungsfrage des Diskomforts durch Flicker. Analysiert wird der subjektive Diskomfort im Bezug zu objektiven Flimmerverschmelzungsfrequenzen sowie Unterschiede von zentralen und peripheren Flimmerverschmelzungsfrequenzen. Die erste von zwei durchgeführten Studien hat zum Ergebnis, dass etwa ein Drittel der Probanden den Flicker wahrgenommen haben und davon etwa die Hälfte diesen als (sehr) unangenehm empfinden. Die periphere Flimmerverschmelzungsfrequenz differiert nach der zweiten Studie von der zentralen Flimmerverschmelzungsfrequenz und hat im Bereich zwischen 20° und 30° um den zentralen Sehpunkt um ca. 10 Hz höhere Frequenzen. Die zentrale Flim-merverschmelzungsfrequenz beträgt 47 Hz ± 5 Hz, die peripheren betragen um 25° etwa 54-56 Hz. Die Ergebnisse zeigen sehr deutlich, dass der Flicker seit der Nutzung von LEDs in Verbindung mit gepulster Ansteuerung ein relevantes Phänomen im Straßenverkehr ist. Technische sowie ergonomische Fragestellungen sind offen und bedürfen dringend einer Untersuchung. Insbesondere die Frage, wie es zu dem Diskomfort bei Frequenzen von 100-200 Hz verursacht durch Ampeln und Fahrzeugleuchten kommt, sollte beantwortet und in Vorgaben für die Leuchtenhersteller überführt werden.

Die moderne Arbeitswelt prägen veränderliche Strukturen, demokratische Entscheidungen und virtuelle Teamarbeit. Angesichts des hohen Maßes an Flexibilität müssen Organisationsstrukturen etabliert werden, die ein kooperatives Miteinander der Mitarbeiter fördern können. Vor diesem Hintergrund fokussiert der Beitrag die Analyse von Kommunikationsbeziehungen als Abbild der Vernetzung von Personen in Produktions- und Dienstleistungsorganisationen. Anhand der Matrixdarstellung von Kommunikationsbeziehungen sowie Auswertung von Kommunikationsgraphen werden Kommunikationswege bzw. potenziale aufgezeigt. Es wird abgeleitet, wie eine effiziente und effektive Arbeitsorganisation auf Grundlage von Kommunikationsanalysen gefördert werden kann.:1. Potential von Kommunikationsanalysen 2. Empirische Vorstudien: Produktions- und Dienstleistungsorganisation 3. Ergebnisse und Auswertung als Kommunikationsgraph