Für die Handhabung von Textilien mit unterschiedlichen Greifern sind diverse Parameter entscheidend wie Luftdurchlässigkeit, Biegesteifigkeit, Querkompression, Elastizität, Feuchtigkeitsaufnahme usw. Die Simulation von Handhabungsprozessen ist mit Hilfe von mechanischen, termischen, strömungs- oder multiphysikalischen FEM-Verfahren möglich. Diese erfordern jedoch eine vollständige Materialcharakteristik. Diese Arbeit zeigt eine systematisierte Analyse der Daten und einige Probleme bei der klaren Definition und reproduzierbaren Ermittlung, die aus der Biegeweichheit, unklaren Querschnitten der Textilien und einer großen Anzahl frei abstehender Faserende auf der Produktoberfläche resultieren. / For the handling of cloth with different grippers, parameters like air permeability, compressibility, elasticity, moisture absorption, etc. The simulation of handling processes is possible with the aid of mechanical, thermal, flow or multiphysical FEM methods. However, these require complete material characteristics. This work shows a systematised analysis of the data and some problems in the clear definition and reproducible determination resulting from the bending softness, unclear cross-sections of the textiles and a large number of freely protruding fibre ends on the product surface.

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New materials are constantly being developed for additive manufacturing. Therefore, they are ideally trialled and tested in small quantities first. Particularly in the development of pastes from bio-based residues, the rapid adaptation of the material with regard to process parameters is of crucial importance. Based on a low-cost, commercially available material extruder for plastics (MEX-TRB/P), an extruder for processing pastes is being developed with the aim of minimising the work steps involved in installing the material container and keeping assembly, disassembly and cleaning as simple as possible. All the components required for the extruder can either be manufactured with MEX-TRB/P or are available as easily accessible purchased parts. The required STL files for the components and a list of other purchased components for the extruder will be made available as open source via the SAMSax platform, among others. The extruder is controlled via Klipper on Repetier Server.

The Hofstadter butterfly is one of the first and most fascinating examples of the fractal and self-similar quantum nature of free electrons in a lattice pierced by a perpendicular magnetic field. However, the direct experimental verification of this effect on single-layer materials is still missing as very strong and inaccessible magnetic fields are necessary. For this reason, its indirect experimental verification has only been realized in artificial periodic 2D systems, like moiré lattices. The only recently synthesized 2D covalent organic frameworks might circumvent this limitation: Due to their large pore structures, magnetic fields needed to detect most features of the Hofstadter butterfly are indeed accessible with today technology. This work opens the door to make this exotic and theoretical issue from the 70s measurable and might solve the quest for the experimental verification of the Hofstadter butterfly in single-layer materials. Moreover, the intrinsic hierarchy of different pore sizes in 2D covalent organic framework adds additional complexity and beauty to the original butterflies and leads to a direct accessible playground for new physical observations.

One of the visual modification of wood is the formation of dark zone lines (ZLs) via interaction of fungi. The result is called spalted wood, which has hitherto been produced mainly in small batches. The main goal of the present study is to further develop techniques for rapid formation of ZLs in hardwoods. Various white rot and brown rot fungi were tested to this purpose. Initially, interactions of 148 combinations of 17 basidiomycetes in malt extract agar were evaluated and their antagonistic interactions were characterised in order to identify fungal pairs capable of rapidly forming high-quality ZLs. Six types of interactions were observed, among others; antibiosis and inhibition in contact, which differ in terms of variables including mycelial overgrowth and zone line formation. Furthermore, 23 pairs of ZL forming fungi on malt extract agar were identified. Then the interactions of five selected pairs of fungi grown on the hardwood species Acer pseudoplatanus L., Betula pendula Roth. and Populus nigra L. were examined to assess their utility for controlled mycological wood modification, also in terms of a possible substrate dependency of their interactions. The results indicate that Lentinus tigrinus fungus is one of the best and quickest producer of ZLs in mycological wood modification.

Densification is a well-known method for improving the mechanical properties of wood. In the present study, unmodified and furfurylated wood samples were densified and submitted to cyclic water storage tests and cyclic alternating climate tests. Swelling coefficients and spring-back data were determined for the evaluation of the quality of densification. The study shows that results depend on the test method applied. Simple water storage tests do not reflect the behavior of densified wood in the high humidity range. The spring-back data of unmodified samples are more influenced by the testing method than those of the furfurylated ones.

The high specific strength and stiffness characteristics of composite materials such as carbon fiber-reinforced plastic (CFRP) allow a significant weight reduction of the structural machine components such as automobile driveshafts. But high material cost and rather low productivity of the established manufacturing processes (e.g., filament winding) often inhibit the use of CFRP components in a high-volume car series. In this paper, a novel composite driveshaft system based on a profiled CFRP tube is presented. This system is designed to be produced by a continuous pultrusion process to achieve a significant reduction of the manufacturing costs. A cost assessment study was conducted to quantify the benefit of the developed continuous manufacturing process. In comparison with the state-of-the-art filament winding process, a cost reduction of 36% for the composite shaft body can be obtained. Moreover, the proposed fiber layup processes – braiding and continuous winding – offer the potential to manipulate the reinforcement architecture to maximize material utilization without reducing the manufacturing efficiency. This potential is investigated and validated by experimental tests. A difference in the load bearing capacity of more than 100% between different reinforcing architectures is shown.

The process of laser-induced brazing constitutes a potential option for connecting several ceramic components (n- and p-type ceramic bars and ceramic substrate) of a thermoelectric generator (TEG) unit. For the construction of the TEGs, TiOₓ and BₓC were used as thermoelectric bars and AlN was used as substrate material. The required process time for joining is well below that of conventional furnace brazing processes and, furthermore, establishes the possibility of using a uniform filler system for all contacting points within the thermoelectric unit. In the work reported here, the application-specific optimization of the laser-joining process is presented as well as the adapted design of the thermoelectric modules. The properties of the produced bonding were characterized by using fatigue strength and microstructural investigations. Furthermore, the operational reliability of the modules was verified.

Das stoffschlüssige Fügeverfahren Löten ermöglicht vakuumdichte und hochtemperaturbeständige Verbindungen mit hoher Festigkeit. Es zeichnet sich insbesondere durch seine gute Eignung für die Fertigung von Massenteilen bzw. von Teilen mit vielen schwer zugänglichen Fügestellen aus. Grundvoraussetzung für die gezielte Optimierung des Lötprozesses ist das Verständnis der dabei ablaufenden physikalischen und chemischen Prozesse sowie des Einflusses der Lötparameter auf die Eigenschaften der Lötverbindung. Die Dissertation soll einen Beitrag zum Verständnis der beim Löten von Keramiken auftretenden physikalischen und chemischen Prozesse und der Wirkung der Prozessparameter liefern, um eine gezielte Optimierung des Lötprozesses zu ermöglichen. Dabei kommen erstmals in der Löttechnik durchgängig numerische Simulationsverfahren zum Einsatz. Die Schwerpunkte der Arbeit sind numerische Modelle und Simulationsstudien - sowie deren experimentelle Verifikation ? zur Benetzungskinetik des Lotes auf der Keramikoberfläche und der Spaltfüllung, den diffusionsgesteuerten Reaktionsmechanismen, die zur Umwandlung der Keramikoberfläche führen und den Spannungen in den Lötverbindungen. Mit Hilfe der verwendeten Simulationsmodelle für Benetzungsvorgänge lassen sich das Benetzungs - und das Spaltfüllvermögen von Loten auf metallisierter Keramik vorhersagen. Die numerischen Untersuchungen werden durch die Ergebnisse von Benetzungs- und Lötversuchen gestützt. Die Dicke der Reaktionszone besitzt einen entscheidenden Einfluß auf die Festigkeit der Lötverbindung. Zur Simulation des Reaktionszonenwachstums wird bisher ein Ansatz ohne Berücksichtigung des Temperaturzyklus verwendet. Dieser Ansatz ist für Lötprozesse wenig brauchbar, da insbesondere beim Keramiklöten langsames Aufheizen und Abkühlen erfolgt und die Haltezeit im Vergleich dazu gering ist. Aufheizen und Abkühlen oberhalb der Schmelztemperatur des Lotes tragen jedoch auch zum Reaktionszonenwachstum bei. Für definierte Aufheiz- und Abkühlraten ist dieser Anteil konstant und kann berechnet werden. Die entsprechende Gleichung gilt jedoch nur für eine konstante Löttemperatur, da der Wachstumskoeffizient exponentiell von der Temperatur abhängig ist und somit sensibel auf Temperaturschwankungen reagiert. Diese lassen sich jedoch beim Löten nicht vermeiden, so daß insbesondere bei kurzen Haltezeiten der exakte Temperaturzyklus berücksichtigt werden sollte. Damit wird es möglich, die Reaktionszonendicken beliebiger Temperaturzyklen vorherzusagen. Desweiteren kann mit dem Modell für Diffusionsprozesse in-situ in die Steuerung des Lötprozesses eingegriffen werden, falls Ist- und Sollkurve stark voneinander abweichen. Dabei läßt sich in Echtzeit ein äquivalenter Lötzyklus berechnen, der die gleichen Diffusionsprozesse bewirkt, wie der ursprünglich vorgesehene. Das Modell kann somit dazu beitragen, Ausschuß zu vermeiden. Neben der Berechnung der Dicke der Reaktionszonen in Metall-Keramik-Verbindungen ist es auch möglich, mittels thermodynamischer Berechnungen auf die darin enthaltenen Reaktionsprodukte zu schließen. Die vorausberechneten binären Phasen können auch experimentell nachgewiesen werden. Weiterhin lassen sich auch komplexe Phasen analysieren, die gegenwärtig numerisch noch nicht vorhergesagt werden können. Eine Vorhersage der Bildung dieser Phasen ist erst möglich, wenn die entsprechenden Reaktionsgleichungen aufgestellt werden können und die für die Berechnung der Änderung der freien Enthalpien der Reaktionen erforderlichen thermodynamischen Größen bestimmt wurden. Im Gegensatz zu schweißtechnischen Aufgabenstellungen wird bisher in der Löttechnik bei numerischen Simulationen der Spannungen in der Lötverbindung der Einfluß von Temperaturgradienten im Bauteil nicht berücksichtigt. Aus den Temperaturgradienten resultieren im Bauteil unterschiedliche thermische Dehnungen. Aufgrund dieser Dehnungsunterschiede entstehen Spannungen im Bauteil, die sich den durch die Differenz der Ausdehnungskoeffizienten der beteiligten Materialien verursachten thermischen Eigenspannungen überlagern. Überschreiten die resultierenden Spannungen die ertragbaren Spannungen eines Materials, kommt es zum Versagen des Bauteils. FEM-Simulationen gestatten die Berechnung der während des Lötzyklus im Lötverbund resultierenden Spannungen unter Berücksichtigung von Temperaturgradienten. Damit ist es möglich, den Einfluß unterschiedlicher Abkühlraten auf die Bauteilspannungen zu untersuchen, um zum einen möglichst kurze Durchlaufzeiten zu erreichen und zum anderen die ertragbaren Spannungen des Bauteils während des Lötprozesses sowie des späteren Einsatzes nicht zu überschreiten.

Mittels thermischer Plasmen werden Hartstoffschichten auf der Basis von Silicium - SiC, Si3N4 sowie ternäre Si-C-N Verbindungen, aus flüssigen Single Precursoren synthetisiert. Durch die hohen Abscheideraten von bis zu 1.500 µm/h wird das hohe Potenzial der Beschichtungswerkstoffe für den Schutz von Bauteilen, die starken Verschleiß- und Korrosionsbeanspruchungen insbesondere bei hohen Temperaturen ausgesetzt sind, bei wirtschaftlich interessanten Prozesszeiten nutzbar. Der Einfluss der Precursorstruktur und der Prozessführung auf die Mikrostruktur der Schichten sowie die Abscheiderate wird systematisch erarbeitet. Zur Schichtcharakterisierung kommen Lichtmikroskopie, REM, EDX, XRD und im Fall röntgenamorpher Schichten FTIR zum Einsatz. Das Verwenden unterschiedlicher thermischer Plasmen erlaubt das Einstellen eines weiten Prozessfeldes. Mit Hilfe von Enthalpiesonden Messungen werden die Einflüsse der Maschinenparameter auf den Prozesszustand untersucht. Die Ergebnisse sind in einer Prozess - Gefügekarte zusammengefasst. Da das Gefüge der Schichten die Eigenschaften im Einsatz bedingt, bieten diese Arbeiten die Grundlage für das reproduzierbare Herstellen von Schichten mit angepassten Eigenschaften. Über die emissionsspektroskopischen Analysen zu den plasmachemischen Reaktionen gelingt es, die Schichtabscheidemechanismen in Abhängigkeit von den Prozessparametern zu klären und einen Ansatz für eine online Prozesskontrolle zu erarbeiten.