The aim of this work is the development of mechanical models on a mesoscopic level for the analytical description of the material properties of textile reinforced concrete (TRC). For the modelling of the heterogeneous structure of TRC the concept of representative volume elements (RVE) is used. RVEs are representative for the mesoscopic structure. The overall material behaviour on the macroscopic level is obtained by means of homogenisation of the heterogeneous material behaviour on the mesoscopic level. Based on the micro mechanical solution of the elastic field of an ellipsoidal inclusion according to Eshelby a model for the determination of the material behaviour for multi-directional reinforced finegrained concrete is developed. An effective field approximation considers the interaction of the differentially orientated reinforcements in an averaged sense. Microcracks are included by additional strains in the representative volume element. The average interaction between the microcracks and the reinforcements is considered by an effective field approximation. As a criteria for the initiation of the macro cracking a critical microcrack density parameter is implemented in the mechanical model. The microcracks accumulate to macrocracks if the microcrack density parameter in the RVE exceeds this critical value. For the mechanical modelling of the bond behaviour between roving and matrix after macro cracking a multiple linear shear stress-slip relation is used. This shear stress-slip relation considers adhesion, damage and failure of the interface between roving and matrix. Hence experimentally measured pullout force-displacement curves can be simulated realistically. / Gegenstand dieser Arbeit ist die Entwicklung mechanischer Modelle auf der Mesoebene zur analytischen Beschreibung des makroskopischen Materialverhaltens von textilbewehrtem Feinbeton. Für die Modellierung der heterogenen Struktur wird das Konzept der repräsentativen Volumenelemente (RVE), die für die Mesostruktur des betrachteten Verbundwerkstoffes repräsentativ sind, verwendet. Der Übergang von dem heterogenen Materialverhalten auf der Mesoebene zum mittleren Materialverhalten auf der Makroebene erfolgt mittels Homogenisierung. Auf Basis der mikromechanischen Grundlösung für ellipsoidförmige Einschlüsse nach Eshelby wird ein Modell entwickelt, das die Ermittlung des Materialverhaltens von multidirektional bewehrtem Feinbeton ermöglicht. Durch die Anwendung einer Effektive-Feld-Theorie wird die gegenseitige Beeinflussung der unterschiedlich orientierten Bewehrungen in einem gemittelten Sinn betrachtet. Die ab einer bestimmten makroskopischen Beanspruchung entstehenden Mikrorisse berücksichtigt das mechanische Modell über einen durch die Mikrorisse hervorgerufenen zusätzlichen Verzerrungsanteil im RVE. Mittels der verwendeten Effektive-Feld-Theorie kann eine mittlere Beeinflussung zwischen den Mikrorissen und der Rovingbewehrung erfasst werden. Für den Übergang von der Mikrorissbildung zur Makrorissbildung wird für das mechanische Modell der Begriff einer maximalen Mikrorissdichte eingeführt. Überschreitet die Mikrorissdichte im RVE diesen maximalen Wert, vereinigen sich die Mikrorisse zu Makrorissen. Zur Beschreibung des mechanischen Verbundverhaltens zwischen Roving und Matrix beim Rovingauszug am Makroriss wird eine multilineare Schubspannungs-Schlupf-Beziehung verwendet, welche die Schädigung des Roving-Matrix-Verbundes bis hin zum vollständigen Versagen erfasst. Damit lassen sich experimentell ermittelte Kraft-Verformungskurven an Zugproben wirklichkeitsnah abbilden.

Innovative 3D spacer fabrics made from individual planes and connecting layers present great potential as complexly shaped textile preforms in lightweight composite applications. As one of the most flexible textile manufacturing methods, flat knitting enables the production of intricately shaped textile structures. The major advantages coupled with flat knitting techniques include the ability to produce multi-layer reinforcements, a diminishing waste, reducing production time and near-net shaping. This research includes the further development of flat knitting technology and the manufacturing processes of innovative, customized 3D spacer fabrics for high performance composite applications. Novel 3D spacer fabrics have been developed in different geometries using glass-polypropylene commingled hybrid yarns for complex shaped thermoplastic composite components. Reinforcement yarns have been integrated into spacer fabric structures with up to 4 reinforcement layers to improve mechanical performance. Furthermore, the successful addition of “sensor networks” created by integrating functional yarns into the 3D spacer fabrics could be used for structural health monitoring. Innovative integration concepts, which accommodate different positioning of the reinforcement yarns into the knit structures, can be used to adjust the mechanical properties of the finished knit composites. Moreover, the tensile properties have been accurately predicted based on the mathematical models formulated. The developed flat knitted 3D spacer fabrics are very promising for applications in lightweight composites, mechanical engineering, protective textiles, civil engineering and architectural designs. / Innovative 3D-Spacer Fabrics bestehend aus individuellen Deckflächen und Verbindungsstegen bieten ein großes Potential als komplex geformte textile Halbzeuge für Leichtbauverbundwerkstoffanwendungen. Mit Hilfe des Flachstrickens, welches einer der flexibelsten textilen Herstellungsprozesse ist, lassen sich komplex geformte textile Strukturen herstellen. Belastungsgerechte Verstärkungen, Abfallreduzierung, endkonturnahe Fertigung sind nur einige der großen Vorteile der modernen Flachstricktechnik. Die Forschungsarbeit beinhaltet die Entwicklung der Flachstricktechnologie und des Herstellungsprozesses für innovative 3D-Spacer Fabrics für Hochleistungsverbundwerkstoffe. Neuartige 3D-Spacer Fabrics wurden in unterschiedlichen Geometrien entwickelt, in dem Glas-/ Polypropylen Commingling-Hybridgarn für komplex geformte thermoplastische Verbundwerkstoffkomponenten eingesetzt wird. Verstärkungsfäden wurden für hochmechanische Belastungen in die Spacer-Fabric-Strukturen in bis zu 4 Verstärkungschichten integriert. Die erfolgreiche Umsetzung und Entwicklung von Sensornetzwerken durch die Integration von funktionalen Fäden in die 3D-Spacer Fabrics kann für die strukturelle Zustandsüberwachung genutzt werden. Die innovativen Integrationskonzepte erlauben die differenzierte Orientierung von Verstärkungsfäden in den Gestrickstrukturen, wodurch eine starke Beeinflussung der mechanischen Eigenschaften der Gestrickverbundwerkstoffe herbeigeführt wird. Darüber hinaus wurden die Zugeigenschaften basierend auf den entwickelten mathematischen Modellen vorhergesagt. Die entwickelten flachgestrickten 3D-Spacer Fabrics sind sehr vielversprechend beispielweise für die Anwendung in Leichtbauverbundwerkstoffen, im Maschinenbau, in Schutztextilien, im Bauingenieurwesen und Architekturdesign.

Switchable hydrogel-layered composite membranes can be used for the analysis of particle size distributions. This functionality is provided by pores with controllable diameter. In order to obtain a device that can be used to measure the cell size distribution in native biological samples, lots of switchable pores are required. In the current work, we model and simulate the mechanical behavior of active composite membranes with switchable pores. This is done in order to find the maximum number of pores that can be integrated into a membrane without cross-influencing effects on the actuation of the pores. Therefore, we investigate (1) the interaction of active pores inside the multifunctional composite and (2) the membrane bending under microfluidic pressure load. We show that through miniaturization, sufficient pores can be added to a permeation control membrane for processing native blood samples. The envisioned device allows a parallelized measurement of cell sizes in a simple lab-on-a-chip setup.

Die Tagung „Vernetzt planen und produzieren“ findet im Jahr 2004 zum vierten Mal in Chemnitz statt. Mit dieser Tagung wird der tiefgreifende Strukturwandel bei der Weiterentwicklung der Industriegesellschaft zur Dienstleistungs- und Wissensgesellschaft thematisiert. Die Entwicklung wandlungsfähiger Produktions- und Organisationsstrukturen ist unabdingbare Notwendigkeit zur Beherrschung dieses Wandels und zur Sicherung der Wettbewerbsfähigkeit der Unternehmen. Mit Beiträgen unter anderen aus den Sonderforschungsbereichen SFB 559 „Modellierung großer Netze in der Logisitk“, Universität Dortmund, Sprecher: Prof. Axel Kuhn SFB 467 „Wandlungsfähige Unternehmensstrukturen für die variantenreiche Serienproduktion“, Universität Stuttgart, Sprecher: Prof. Engelbert Westkämper SFB 457 „Hierarchielose regionale Produktionsnetze“, Technische Univesität Chemnitz, Sprecher: Prof. Egon Müller SFB 582 „Marktnahe Produktion individualisierter Produkte“, Technische Universität München, Sprecher: Prof. Udo Lindemann bieten sich interessante Möglichkeiten, wissenschaftliche Erkenntnisse und Erfahrungen zur Netzforschung und zur Wandlungsfähigkeit zwischen interessierten Wissenschaftlern und Praktikern auszutauschen und zu diskutieren. Internationale Beiträge zu Konzepten und Erfahrungen versprechen eine Vielfalt von Meinungen und Sichtweisen und damit anregende Diskussionen.

Membranes act as smart structures in respect to their permeation abilities. Control of particle and fluid permeation through a synthetic membrane can be achieved by using different effects like size-exclusion or electromagnetic interactions that occur between the particles and membrane pores. The simulation of controlled permeability provides an insight into the smart behavior of membranes for chemical signal processing, sensing interfaces or lab-on-a-chip devices. In the current work, we model the underlying physical processes on a microfluidic level using the engineer’s approach of laminar flow through pipes. Different pore geometries inside a composite membrane system consisting of a polyethylene terephthalate support membrane and a poly(N-isopropylacrylamide) hydrogel-layer are investigated. Simulations for different states of thermally induced pore opening are performed for free and blocked states. From the results we derive paradigms for the design of a membrane system for microfluidic cell-size profiling considering stimulus-range, pore shape and measurement setup.

Der Wandel von konventionellen Antriebskonzepten hin zu Alternativen wie der Brennstoffzellentechnologie vollzieht sich in einem sehr dynamischen Umfeld. Entsprechend komplex gestaltet sich die Problemstellung, eine Fabrik zum gegenwärtigen Zeitpunkt mit langfristigem wirtschaftlichem Erfolgspotential zu dimensionieren. Im folgenden Beitrag wird ein Ansatz vorgestellt, der die Einbeziehung der Umweltsituation in den Fabrikplanungsprozess ermöglicht. Unter Anwendung des System Dynamics-Ansatzes wird ein Simulationsmodell aufgebaut, welches die Auswirkungen von Umwelteinflüssen auf die Kapazitätsdimensionierung darstellt. Dabei werden Umweltdaten aus dem öffentlichen, technologischen und wirtschaftlichen Umfeld der Brennstoffzellenfertigung erhoben. Die so erhobenen Daten dienen als Grundlage für die Bestimmung von Modellierungsparametern, welche die wesentlichen Umwelteinflüsse repräsentieren. Im anschließenden Simulationslauf wird das dynamische Zusammenspiel der Einflüsse betrachtet und mit einer monetären Bewertung untersetzt. Die aus dem Simulationsmodell gewonnenen Ergebnisse belegen, dass die weitgehende Berücksichtigung von Umweltdaten im Umfeld der Brennstoffzellenfertigung praktikabel ist und zu vorteilhafteren Planungsergebnissen beitragen kann. / The shift from conventional drive concepts to alternatives such as fuel cell technology is taking place in a very dynamic environment. The problem of dimensioning a factory with long-term economic success potential is correspondingly complex. In the following paper an approach is presented which allows the inclusion of environmental factors into the factory planning process. Using the System Dynamics approach, a simulation model is built which represents the effects of environmental influences on capacity dimensioning. Environmental data from the public, technological and economic environment of fuel cell manufacturing are collected. The collected data serves as a basis for the determination of modeling parameters, which represents the main environmental influences. In the subsequent simulation run, the dynamic interaction of the influences is considered and underpinned with a monetary evaluation. The results obtained from the simulation model prove that the extensive consideration of environmental data in the environment of fuel cell production is practicable and can contribute to more advantageous planning results.

Digitally controlled inkjet printing technology has attractive features for the production of catalyst coated membranes (CCM) for application either in electrolysers or in fuel cells. There are a number of unique features: pattern like coating for effective use of expensive materials like platinum or iridium, direct deposition onto membrane material, non-impact printing, easy change of pattern design, and ability to generate catalytic gradients. Employing inkjet printing technology enables the manufacturing of catalytic layers as well as other components. The challenges are to evaluate process-compatible inks as well as processing parameters. / Die digital gesteuerte Inkjetdrucktechnologie hat attraktive Eigenschaften für die Herstellung von katalysatorbeschichteten Membranen (CCM), die entweder in Elektrolyseuren oder in Brennstoffzellen eingesetzt werden. Es gibt eine Reihe einzigartiger Merkmale: mustergenaue Beschichtung für den effektiven Einsatz teurer Materialien wie Platin oder Iridium, direkte Bedruckung des Membranmaterials, berührungsfreies Drucken, einfache Änderung des Druckdesigns und die Fähigkeit, katalytische Gradienten zu erzeugen. Der Einsatz der Inkjetdrucktechnologie ermöglicht die Herstellung von katalytischen Schichten und anderen Komponenten. Die Herausforderungen bestehen darin, prozesskompatible Tinten sowie Verarbeitungsparameter zu evaluieren.

Switchable hydrogel-layered composite membranes can be used for the analysis of particle size distributions. This functionality is provided by pores with controllable diameter. In order to obtain a device that can be used to measure the cell size distribution in native biological samples, lots of switchable pores are required. In the current work, we model and simulate the mechanical behavior of active composite membranes with switchable pores. This is done in order to find the maximum number of pores that can be integrated into a membrane without cross-influencing effects on the actuation of the pores. Therefore, we investigate (1) the interaction of active pores inside the multifunctional composite and (2) the membrane bending under microfluidic pressure load. We show that through miniaturization, sufficient pores can be added to a permeation control membrane for processing native blood samples. The envisioned device allows a parallelized measurement of cell sizes in a simple lab-on-a-chip setup.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Terminologie von Stetigförderern im Deutschen und Französischen. Sie besteht aus drei Teilen, dem fachlichen Teil, dem translatorischen Teil und dem Glossar. Im ersten Teil soll in das Fachgebiet der Stetigförderer eingeführt werden. Dabei wird zuerst ein Einblick in die Geschichte der Stetigförderer gegeben, anschließend werden wesentliche Begriffe definiert und einige Möglichkeiten der Klassifizierung vorgestellt. Danach folgt die Beschreibung der einzelnen Förderer, die zur besseren Vergleichbarkeit stets die gleiche Struktur aufweist. Der zweite Teil befasst sich mit sprachwissenschaftlichen und translatorischen Faktoren der fördertechnischen Terminologie. Anfangs werden einige Grundfragen der Terminologiearbeit angesprochen, hiernach werden drei konkrete sprachliche Themen an deutschen und französischen Beispielen aus dem Glossar analysiert: die Benennungsbildung, die Motivation der Benennungen sowie die Zuordnung von Benennung und Begriff. Dabei sollen sprachliche Tendenzen in der deutschen und französischen Terminologie der Stetigförderer aufgezeigt werden. Dies soll Sprachmittlern Hilfestellung bieten, im Bereich der Stetigförderer Benennungen korrekt zu verwenden bzw. selbst zu finden. Der dritte Teil umfasst das zweisprachige Glossar.

A straightforward, rapid method to create colloidally stable and brightly luminescent core/shell CdSe-based nanoplatelets (NPLs) with fluorescence quantum yields (QYs) up to 50% is demonstrated. A layer-by-layer deposition technique based on a two-phase mixture ‒ consisting of a nonpolar phase which includes the NPLs, and a saturated ionic polar phase ‒ to separate the reagents and hinder the nucleation of the shell material is used. The deposition of the first sulfur layer leads to a significant red-shift (by more than 100 nm) of the optical absorption and emission of the NPLs. Hence, by varying either the sulfur precursor content or the reaction time one can precisely and continuously tune the absorption and emission maxima from 520 to 630 nm. This evolution of the absorption onset during the shell growth is explained quantitatively using density-functional theory and atomistic statistical simulations. The emission can be further enhanced by exposure of the NPL solution to ambient sunlight. Finally, it is demonstrated that the core/shell NPLs can be transferred from the organic solution to aqueous media with no reduction of their QY that opens the door to a broad range of practical applications.