The purpose of the dissertation is to study the properties of solutions to Cauchy problems for a number of well-recognized thermoelasticity models for homogeneous, isotropic media in 1D but also in 3D with and without special terms of lower order. The problems are first put into a more general frame. For the obtained initial value problem a special diagonalization procedure is applied, and under a naturally appearing hierarchy of conditions solution representations are derived that allow to easily read of structural properties of solutions. In detail well-posedness results, results on decay estimates, on diffusive structures and on the propagation of singularities are discussed.

Rost- und säurebeständige Stähle, wie z.B. der Austenit 1.4404, zeichnen sich durch eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit aus. Der Einsatz dieser Stähle war aber aufgrund ihrer schlechten Verschleißeigenschaften bisher eher eingeschränkt. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, ist es notwendig, eine Oberflächenmodifizierung vorzunehmen. Dies kann besonders mit Nitrier- und Carburierverfahren bzw. einer Kombination aus beiden erreicht werden, wobei das im Mischkristall gelöste Chrom nicht zur Ausscheidung als Chromnitrid bzw. Chromcarbid gebracht werden darf. Dazu wurde bereits Mitte der 80-er Jahre das Verfahren der so genannten Tieftemperaturnitrierung entwickelt. Mit Hilfe dieses Verfahrens ist es möglich, auf rost- und säurebeständigen Stählen eine Schicht mit hohem Verschleißwiderstand zu erzeugen, ohne dass es zum Verlust der Korrosionsbeständigkeit kommt. Die werkstoffwissenschaftliche Forschung hat mit dieser überwiegend technologischen Entwicklung nicht Schritt gehalten. Verallgemeinerungsfähige Aussagen über das Korrosionsverhalten dieser verschleißbeständigen Randschichten in Abhängigkeit von ihrer Zusammensetzung und Struktur sind gegenwärtig noch nicht möglich. Die Zielstellung der im Rahmen dieser Arbeit durchzuführenden Untersuchungen besteht deshalb in der Ermittlung vertiefter Kenntnisse über den Zusammenhang zwischen den Behandlungsbedingungen, der Struktur und der chemischen Zusammensetzung der dabei entstehenden Randschichten und ihrem Korrosionsverhalten.

Die Eigenschaften der kommerziell verfügbaren Hochtemperaturwerkstoffe bestimmen den Wirkungsgrad und die Leistungsfähigkeit von Flug- und Industriegasturbinen sowie Motoren. Da die breit eingesetzten Nickelbasis-Werkstoffe mit etwa 8-8,5 g/cm^3 eine verhältnismäßig hohe Dichte aufweisen, wird seit Jahrzehnten nach alternativen Werkstoffen gesucht. Da besonders die Titanaluminide, speziell die stark Nb-haltigen gamma-TiAl-Legierungen (TNB-Legierungen), mit einer Dichte von ca. 4,5 g/cm^3 einen beträchtlichen Dichtegewinn gegenüber den Nickelbasis-Superlegierungen bieten, haben Legierungen auf dieser Basis das größte Potenzial, um die Nickelbasis-Superlegierungen teilweise zu ersetzen. Im Fluggasturbinenbau ist die Anwendung für den hinteren Teil des Hochdruckverdichters und die letzten Stufen der Turbine angedacht. Dabei sollen Schaufeln, Gehäuse und Anbauteile aus modernen gamma-TiAl-Legierungen zum Einsatz kommen. Für die Auslegung dieser Bauteile sind umfassende Kenntnisse des Werkstoffverhaltens zwingend notwendig. Treten im Betrieb hohe Temperaturgradienten in den Bauteilen auf, so muss besonders auch das thermomechanische Ermüdungsverhalten betrachtet werden. Dieses stellt insbesondere für den Einsatz in Gasturbinen einen relevanten Schädigungsmechanismus dar. Inhalt dieser Arbeit war die Charakterisierung des thermomechanischen Verformungs- und Ermüdungsverhaltens der modernen gamma-TiAl-Legierung TNB-V5. Dabei wurden die Einflüsse der Mikrostruktur, der Phasenbeziehung zwischen thermischer und mechanischer Beanspruchung, des Temperaturbereiches und der Höhe der mechanischen Beanspruchung untersucht. Zum Verständnis der Ergebnisse wurden moderne Methoden der Mikrocharakterisierung angewandt. Zur Beschreibung des Lebensdauerverhaltens wurden der Schädigungsparameter PSWT nach Smith, Watson und Topper und der Schädigungsparameter PHL nach Haibach und Lehrke erfolgreich angewandt. Es wurden folgende, wesentlich über den bisherigen Stand des Wissens hinausgehende Erkenntnisse gewonnen: Eine Beanspruchung mit der Phasenbeziehung Clockwise-Diamond (CD) bzw. Counter-Clockwise-Diamond (CCD) führt im Gegensatz zur In-Phase- (IP) oder Out-of-Phase- (OP) Beanspruchung nur zu geringen Unterschieden zwischen den Beträgen der Ober- und der Unterspannung. Unter CD- und CCD-Beanspruchung kommt es zu nahezu keinen bzw. im Vergleich zur IP- und OP-Beanspruchung deutlich geringeren Zug- oder Druckmittelspannungen. Des Weiteren unterscheiden sich die Spannungs-Dehnungs-Hysteresekurven unter CD- bzw. CCD-Beanspruchung nur sehr wenig. Die Bruchlastspielzahlen der CD- und CCD-Versuche liegen immer zwischen denen der IP- und OP-Versuche. Für eine Lebensdauervorhersage unter thermomechanischer Beanspruchung sind die Schädigungsparameter PSWT nach Smith, Watson und Topper und PHL nach Haibach und Lehrke gut geeignet, wenn der Versuchs- bzw. Anwendungstemperaturbereich Temperaturen oberhalb des Spröd-Duktil-Überganges (ca. 750°C) beinhaltet. Ist dies der Fall, dann weichen die experimentell ermittelten Lebensdauern im betrachteten Bereich (Bruchlastspielzahl ca. 50 – 3000) maximal um den Faktor ±3 von den vorhergesagten Werten ab. Der Einfluss der Mikrostruktur auf das zyklische Verformungs- und Ermüdungsverhalten ist unter den betrachteten Bedingungen überraschend gering. Die Mikrostrukturen Near-Gamma und Duplex zeigen unter allen Versuchsbedingungen vergleichbare Lebensdauern, während das Fully-Lamellar-Gefüge tendenziell etwas höhere Lebensdauern aufweist. Weiterhin stellen die gewonnenen Ergebnisse eine wertvolle Datenbasis für die Auslegung von thermomechanisch beanspruchten Komponenten im Turbinen- und Motorenbau dar.

Die Einführung und Anwendung von Maschinendatenerfassung in der Manufakturfertigung ist sehr komplex. In der folgenden Arbeit wird im ersten Lösungsansatz systematisch die praktische Vorgehensweise beschrieben. Es werden dabei die praktischen Erfahrungen bewertet und stets verbessert. Zunächst wird ein erster Testlauf von automatischer Maschinendatenerfassung an einem Stanzautomat durchgeführt und bewertet. Neben dem Hauptproblem, objektive Maschinendaten zu erfassen, liegt der Fokus ab sofort auf der Erfassung von Produktionszeiten an unterschiedlichsten Maschinentypen. Zur praktischen Umsetzung wird dazu im zweiten Testlauf ein geeignetes Konzept aufgestellt und anschließend getestet. Mit diesem Konzept werden unterschiedlichste Maschinensignale (Maschinendaten), die durch verschiedene Maschinentypen und Bearbeitungsabläufe entstehen, vereinheitlicht, um so eine realistische Auswertung zu ermöglichen. Anschließend werden die erzielten Ergebnisse an einem vollautomatischen Drehautomat ausgewertet und bewertet. Besonders die Schwachstellen in der Erfassung und Zuordnung von Stillstandsgründen sollen im zweiten Lösungsansatz verbessert werden. Dabei gilt es eine Methodik, welche die Motivation, das Mitwirken der Maschinenbediener bezüglich der Quittierung von Maschinenstillständen anspricht, zu finden. Auch die Problematik der Zuordenbarkeit von Stillständen im Nachhinein, gilt es zu lösen. Mit einem 2-tägigen manuellen Testlauf von auftragsbezogener Maschinendatenerfassung soll gezeigt werden, dass die Notwendigkeit der Maschinendatenerfassung im täglichen Einsatz für die VEM Sachsenwerk GmbH besteht. Die abschließenden Auswertungen spiegeln die gemachten Erfahrungen wieder. Diese Arbeit setzt den Grundstein für die praktische Einführung und Anwendung von Maschinendatenerfassung in der Manufakturfertigung, mit Auftragsmengen zwischen 1 – 100 Stück. Mit den praxiserprobten Beispielen werden Fehler und Probleme aufgezeigt, die als Wegweiser für Dritte genutzt werden sollten.

Die Anwendung einer hybriden Beheizung (hier mikrowellenunterstützter Gasbeheizung) für Anlagen zum Sintern von technischer Keramik ermöglicht eine Qualitätsverbesserung der gesinterten Materialien und eine erhebliche Verkürzung von Prozesszeiten. Die Kombination der Mikrowellen- und Gasbeheizung stellt allerdings spezielle Ansprüche auf die Auslegung, die zu verwendenden Materialien und die Konstruktion von Hybridöfen. Mit Hilfe von MW-Laboranlagen wurden mikrowellengeeignete Werkstoffe für den Ofenbau gefunden und die Wechselwirkungen zwischen Mikrowellen und Gasbrenner untersucht. Auf Basis der Erkenntnisse aus diesen Voruntersuchungen wurden allgemeine Anforderungen für die Auslegung von Hybridöfen definiert. Durch den Bau eines hybridbeheizten Pilotofens wurden die aus den Voruntersuchungen gewonnenen Erkenntnisse verifiziert. Abschließend wurde der Hybridofen zum Sintern von NiZn-Ferriten verwendet, womit die Vorteile des Hybridsinterns bewiesen wurden.

During the last years rubber nanocomposites obtained by incorporating anisotropic clay nanoparticles within a rubber matrix to tailor material properties have attracted steadily growing interest. However, one main complication preventing rubber-clay nanocomposites from many potential applications is the difficulty to achieve a high degree of exfoliation particularly in case of melt mixing or compounding (using mixing equipment like internal mixer, two roll mills which can be up-scaled in industry). Albeit commercially available organomodified montmorillonite clays (OMt) are fairly compatible with the polar rubber like Acrylo-nitrile butadiene rubber (NBR), carboxylated nitrile rubber (XNBR), chloroprene rubber (CR) etc., its dispersion in non-polar rubbers like natural rubber (NR), is rather unsatisfactory. Incorporation of only 5 phr of OMt in NR by mechanical mixing leads to very poor dispersions with larger aggregates. Large agglomerates of OMt were observed with bare eyes throughout the matrix. Even in the TEM micrographs, highly agglomerated structures of clay particle were observed. A high degree of exfoliation of such clay is achieved in NR utilizing the so called ‘Propping-open approach’ where stepwise expansion of interlayer spacing of Mt took place. A series of long chain fatty acids (C16-C22) are intercalated into the interlayer space of OMt and a gradual expansion of the interlayer space were observed as the chain length of the fatty acid increased. Wide angle X-ray diffraction (WAXD), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and contact angle measurement indicated successful intercalation of the fatty acids into the interlayer space of the clay minerals. Since the fatty acid containing 22 carbon atoms has the largest interlayer distance among the modified samples studied, it has been selected for further study to understand the reinforcing behavior in NR matrix. An unusual mechanical percolation behavior of EOMt nanoparticles was observed in a NR matrix. The value of the mechanical percolation threshold (φp) and the fractal nature of nanoparticle clusters were determined through an analysis of the experimental data based on a theory put forward by Huber and Vilgis. This phenomenon was discussed in terms of fractal dimensions of the nanoparticle cluster. The impact of filler dispersion and rubber-filler interactions on the viscoelastic behavior of NR nanocomposites was systematically investigated. Significant non-linear viscoelastic behavior (Payne effect) was observed at very low EOMt content. Kraus and Maier-Göritz models were utilized to interpret such non-linear viscoelastic behavior. The nanocomposites showed enormous improvement in different physic-mechanical properties in the presence of EOMt. Technical elastomers are generally filled with certain fillers (e.g. carbon black) in order to reinforce the rubber matrix for some typical applications like tires, conveyer belts etc. Such rubber goods are always exposed to cyclic stress and deformations attributed to their dynamic application. Under constant and repeated applied stress, cracks develop at a stress concentration point, which could lead to ultimate failure. Therefore, the crack initiation and propagation behavior in such rubber products is very fundamental and need proper attention. The role of EOMt nanoparticles on the microstructure and fracture mechanical behavior of CB filled NR composites was investigated. Using pure-shear test specimen tear fatigue analysis (TFA) tests under cyclic conditions were carried out to explicate the crack growth behavior of CB filled NR in the presence of EOMt. A significant reduction in crack growth rate was noticed in the presence of only 5 phr of EOMt. Furthermore, instrumented tensile-impact tests (IT-IT) were also performed for the characterization of the crack resistance of the materials under impact-like loading conditions. / Die Einarbeitung von nur 5 phr organisch modifizierten Montmorillonite (OMt) in Naturkautschuk (NR) durch mechanisches Mischen führt zu einer sehr schlechten Verteilung mit größeren Aggregaten. Große Agglomerate von OMt waren mit bloßem Auge in der NR Matrix sichtbar. Sogar in TEM Aufnahmen wurden stark agglomerierte Strukturen beobachtet. Ein hoher Grad der Exfolierung von diesem Clay in NR wird durch die Nutzung des so genannten ‘Propping-open’ Ansatzes erreicht, in dem eine stufenweise Aufweitung des Zwischenschichtabstandes des OMt stattfindet. Eine Reihe langkettiger Fettsäuren (C16 – C22) wurde in die Zwischenschicht des OMt eingefügt. Mit zunehmender Kettenlänge der Fettsäuren wurde eine allmähliche Aufweitung der Zwischenschicht beobachtet. Da OMt, der mit einer Fettsäure mit 22 Kohlenstoffatomen modifiziert wurde, den größten Zwischenschichtabstand aller untersuchten Proben hatte, wurde diese Fettsäure für die weiteren Untersuchungen ausgewählt, um das Verstärkungsverhalten in der NR Matrix zu verstehen. Ein ungewöhliches Perkolationsverhalten der expandierten OMt (EOMt) Nanopartikel wurde in einer NR Matrix beobachtet. Der Wert der mechanischen Perkolationsschwelle (φp) und die fraktale Natur der Nanopartikel Cluster wurden durch eine Analyse der experimentellen Daten bestimmt, wobei eine Theorie, die von Huber und Vilgis vorangetrieben wurde, zur Anwendung kam. Dieses Phänomen wurde in Bezug auf die fraktalen Dimensionen der Nanopartikel Cluster diskutiert. Die Einfluss von EOMt Nanopartikel auf die Mikrostruktur und das mechanische Bruchverhalten von russgefüllten NR Kompositen wurde untersucht. Unter Verwendung reiner Schertestproben wurden Rissermüdungsanalysen unter zyklischer Belastung ausgeführt, um das Risswachstumsverhalten von russgefülltem NR in der Gegenwart von EOMt zu untersuchen und zu erklären. Eine signifikante Reduktion der Rissausbreitungsrate wurde in Gegenwart von nur 5 phr EOMt erreicht. Des Weiteren wurden auch instrumentierte Schlagzugprüfungen zur Charakterisierung des Risswiderstandes von Materialien unter schlagartigen Belastungsbedingungen durchgeführt.

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Im Rahmen des EU-geförderten JOIN’EM Projektes werden Kupfer-Komponenten durch hybride Aluminium-Kupfer-Bauteile substituiert, um Kosten- und Gewichtsvorteile ohne Qualitätsverlust zu erreichen. Dazu wird das Magnetimpulsschweißen für den industriellen Einsatz qualifiziert. Einen wichtigen Beitrag dazu leistet die vorgestellte kombinierte experimentelle und numerische Prozessanalyse. In dieser werden Zusammenhänge zwischen einstellbaren Parametern des Prozesses, Kollisionsparametern in der Fügezone und der Qualität des resultierenden Verbundes hergestellt.

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