Zur Vertiefung des Verständnisses der Wälzfestigkeit von Gradientenschichten wurden gasnitrierte Proben an Wälzprüfständen beansprucht und nachfolgend umfassend untersucht. Durch die Verbindung werkstoffwissenschaftlicher und mechanischer Betrachtungen wurde ein weiterführendes Wälzfestigkeitskriterium abgeleitet. Nachfolgend wurde die Abbildbarkeit der Wälzbeanspruchung mit Hilfe der FEM analysiert. Dafür wurden umfangreiche Materialdaten der Gradientenschicht ermittelt.

Mathematical modelling using advanced approach based on the neural networks has been applied to the control and the quality optimisation in the main processes of steelwork such as the ladle metallurgical treatment and continuous casting. Particular importance has been given to the improvement of breakout prediction system and the reduction in the rate of false alarm generated by the conventional breakout detection system. Prediction of the chemical composition and temperature of liquid steel in the ladle has been achieved by neural networks and linear model. This prediction can be considered as a soft sensor. Slab surface temperature stabilisation on the basis of the casting events has been controlled by a neural networks algorithm, that gives an improvement in the surface temperature fluctuation in comparison to the conventional control system which is based on the PID controller. Quality monitoring and classification is also achieved by a neural network which is related to the breakout detection system. This technique achieves a classification of different defects based on the different alarm signal given by the breakout prediction system. Fault detection and process monitoring is developed using neural networks modelling. All models are developed on basis of practical operating database obtained from the iron and steel industry.

Die vorgestellte Arbeit verfolgte das Ziel, einen dispersionsverfestigten nanokristallinen Kupferwerkstoff mit einer guten Kombination von hoher Raumtemperaturfestigkeit und mit relativ guter Kriechfestigkeit zu entwickeln und eine Werkstoffmodellierung des mechanischen Verhaltens auf mikrostruktureller Basis vorzunehmen. Es wurde gezeigt, dass die durch das mechanische Legieren zerkleinerten Oxide (ca. 50 nm) homogen in der Kupfermatrix eingelagert werden können. Das Matrixgefüge der durch Warmpressen hergestellten ODS-Legierungen mit 3 vol.% an verschiedenen Oxidzusätzen ist durch eine Kupferkorngröße kleiner 200 nm gekennzeichnet. Die Festigkeitsbeiträge bei Raumtemperatur werden quantitativ abgeschätzt und mit den experimentellen Ergebnissen verglichen. Die Ergebnisse der Kriechverformung zeigen, dass die Dispersoide nicht nur für die Behinderung des Versetzungskriechens, sondern auch für die Behinderung des Diffusionskriechens zu berücksichtigen sind.

Das Ultraschallschneiden wird insbesondere bei Lebensmitteln eingesetzt, die zum Haften an der Schneide und zu bleibenden Verformungen neigen. Speziell konstruierte Messer werden mit einer Frequenz von 20 bis 40 kHz angeregt, so dass sie an der Schneidenkante mit Amplituden von bis zu 40 µm schwingen. Die Ultraschallschwingung führt produktspezifisch zu einer Reduzierung der Trenn- und Reibkräfte am Messer. Sekundäre Effekte des Ultraschalls, wie Absorption und Kavitation können die Schnittqualität jedoch negativ beeinflussen. In systematischen Untersuchungen an unterschiedlichen Lebensmitteln wurde der Einfluss der Verfahrensparameter beim Ultraschallschneiden ermittelt. Die Ergebnisse wurden durch theoretische Überlegungen zu den Wirkungsmechanismen des Ultraschalleinsatzes untersetzt. Die Schneidkraft kann umso stärker reduziert werden, je höher die Schwinggeschwindigkeit und je geringer die Schneidgeschwindigkeit sind. Die produktspezifisch mögliche Schneidkraftreduzierung kann mittels eines eingeführten Materialparameters cx abgeschätzt werden, der sich in Analogie zur Schallgeschwindigkeit in idealen Festkörpern aus Elastizitätsmodul und Dichte errechnet. Neben den rheologischen Eigenschaften beeinflussen Wasser- und Fettgehalt die Effektivität des Ultraschalleinsatzes. Optimale Schnittqualitäten werden nur erzielt, wenn die Verfahrensparameter produktspezifisch so angepasst werden, dass eine möglichst hohe Schneidkraftreduzierung bei möglichst geringem Energieeintrag oder geringer Ultraschallleistung erfolgt. Neben der drückenden Schnittführung wurden erstmalig ziehende Schnitte beim Ultraschallschneiden von Lebensmitteln untersucht. / Ultrasonic cutting is applied to products, which tend to stick on cutting tools and to sustain permanent deformations. Specially designed cutting tools are excited by sound frequencies of 20 to 40 kHz in such away that the cutting edge oscillates with amplitudes up to 40 µm. The ultrasonic vibration leads to a reduction of separation and frictional forces on the cutting tool. Secondary effects of ultrasound, such as absorption and cavitation may reduce the cutting quality. The influence of process parameters was investigated systematically on different food products. The results were supported by theoretical considerations regarding the mechanisms of ultrasonic application. The cutting force can be reduced even more, the larger the maximum vibration speed and the lower the cutting speed are chosen. The maximum achievable reduction of cutting force depends on the sample specifics and can be estimated by a newly-developed material parameter cx, which is calculated in analogy to the sound velocity of an ideal elastic solid from the elastic modulus and the density. In addition to the rheological properties the water and the fat content affect the efficiency of ultrasound application. Optimum cutting qualities can be obtained only if the process parameters are adapted to a strong reduction of cutting force at the lowest possible energy or to lowest power consumption. Slicing cuts with ultrasound support were investigated with respect to foods application for the first time.

Gegenstand dieser Arbeit ist die Entwicklung, Herstellung und Charakterisierung verschiedener glasbildender Eisenbasislegierungen, mit dem Ziel: 1. durch umfangreiche Charakterisierung der Startlegierung Fe44,63Cr4,93Co4,93Mo12,61Mn11,03C15,56B5,81Y1,5 (at.%) Möglichkeiten zu evaluieren mit dieser Legierung Komposite aus amorpher Matrix und kristalliner Zweitphase herzustellen, 2. den Einfluss der Legierungselemente Kobalt, Chrom und Molybdän auf die strukturellen, thermischen und mechanischen Eigenschaften des Startlegierungstyps zu bestimmen und 3. auf Grundlage der Startlegierung Glasmatrixkomposite mit Zusatzelementen herzustellen. Die Erkenntnisse sollen als Grundlage für die Verbesserung der plastischen Eigenschaften der hochfesten aber auch außerordentlich spröden amorphen Eisenbasislegierungen dienen. Für den Beginn der Forschungsarbeiten wurde die von Lu et al. publizierte Legierung mit der Zusammensetzung Fe44,63Cr4,93Co4,93Mo12,61Mn11,03C15,56B5,81Y1,5 at. % und einem kritischen Gießdurchmesser von 12 mm gewählt [Lu04], da aufgrund der hohen Anzahl von Legierungselementen, stark unterschiedlichen Atomgrößen und dem internen Sauerstoffgetter Yttrium zu erwarten ist, dass die Glasbildungsfähigkeit auch nach Legierungsmodifikationen hoch bleibt. Dadurch ist es möglich, die Auswirkungen von Zusammensetzungsveränderungen auf die Eigenschaften der amorphen Legierungen und Glasmatrixkomposite zu studieren. Als erstes wurde die Startlegierung umfangreich strukturell, thermisch und mechanisch charakterisiert (Kapitel 5). Daran schließt sich die Untersuchung des Einflusses der Elemente Kobalt, Chrom und Molybdän auf die thermischen, strukturellen und mechanischen Eigenschaften an (Kapitel 6). Das Kapitel 7 hat zum Ziel zu zeigen, welche Arten von Glasmatrixkompositen auf der Basis der Startlegierung herstellbar sind. Es wurden Komposite mit Zirkoniumkarbid, Titankarbid, Niobkarbid, Silber und Kupfer hergestellt und charakterisiert.

In der Aufbau und Verbindungstechnik von mikroelektronischen Komponenten finden vermehrt polymere Werkstoffe Einzug. Zum Beispiel wird klassisches Metalllot durch elektrisch leitfähige Klebstoffe ersetzt, beziehungsweise werden zur Fixierung von oberflächenkontaktierten elektronischen Bauelementen schnell härtende Epoxidharzklebstoffe eingesetzt. Insbesondere im automobilen Einsatzbereich werden hohe Anforderungen an die Funktionszuverlässigkeit an die elektronischen Komponenten gesetzt. Große Temperaturschwankungen sowie unterschiedlichste mechanische Lastfälle wirken auf die Elektronik ein. Die vorliegende Arbeit behandelt die Beschreibung des viskoelastischen Materialverhaltens am Beispiel eines Epoxidharzklebstoffs zur Fixierung mikroelektronischer Bauelemente in einem ausgedehnten Temperatur- und Zeitbereich. Es werden unterschiedliche experimentelle Vorgehensweisen zur Ermittlung des Relaxationsverhaltens diskutiert und eine für den großen Temperaturbereich optimierte Zeit-Temperaturverschiebung präsentiert. Die experimentellen Ergebnisse des Relaxationsverhaltens werden mittels einer Vielparameteranpassung unter Zuhilfenahme genetischer Algorithmen in ein Materialmodell übertragen. Zur Beschreibung des dreidimensionalen viskoelastischen Stoffverhaltens wird neben dem E-Modul auch die Poissonzahl mit unterschiedlichen Messmethoden in Abhängigkeit von Temperatur und Zeit untersucht. Insbesondere die berührungslose Messung von Längs- und Querdehnung im Zugrelaxationsversuch und anschließender Auswertung mittels Grauwertkorrelation wird als zielführend bewertet. Es wird ein Funktionsansatz vorgestellt, mit dem sich die Poissonzahl in Abhängigkeit von Temperatur und Zeit beschreiben lässt. Damit lässt sich das Relaxationsverhalten für sowohl den Schub- als auch dem Kompressionsmodul darstellen. Dies erhöht die Aussagegenauigkeit von numerischen Beanspruchungsanalysen und verbessert somit auch die Präzision der darauf basierenden von Lebensdauerprognosen.

Eisen-Gallium-Legierungen sind aufgrund ihrer hohen Magnetostriktion und ihrer hervorragenden mechanischen Eigenschaften sehr interessant für Anwendungen sowohl in Form von Sensoren als auch Aktoren. Die fortschreitende Miniaturisierung erfordert die Herstellung von Bauteilen in eindimensionaler Struktur und komplexen Geometrien. Beide Herausforderungen sind mit templatbasierter elektrochemischer Abscheidung zugänglich. Es konnte gezeigt werden, dass dünne Fe-Ga-Schichten schon aus einfachen wässrigen Elektrolyten abgeschieden werden können. Gallium kann nur in Anwesenheit von Fe induziert reduziert werden. Gleichzeitig konnte nachgewiesen werden, dass durch die Hydrolyseneigung der Ga-Ionen immer Hydroxide gebildet und in das Deposit eingebunden werden. Durch die Einführung einer alternierenden potentiostatischen Abscheidung mit einem Reduktions- und einem Relaxationsschritt können dennoch dichte und homogene Fe80Ga20-Schichten mit wenigen Defekten und einem vernachlässigbar kleinen Sauerstoffgehalt hergestellt werden. Die Übertragung der so gefundenen Abscheideparameter zur templatbasierten Nanodrahtherstellung ist nur bis zu einem Porendurchmesser von 100nm möglich. Wird der Durchmesser der Porenkanäle weiter verringert, führt aufgrund eingeschränkter Diffusionsvorgänge die Abscheidung zu segmentierten und sauerstoffreichen Depositen. Die Modifizierung des Elektrolyten durch Komplexierung der Metallionen verhindert die Bildung und Einbindung der Hydroxide. Damit können auch für Porendurchmesser kleiner 100nm Drähte in AAO-Template abgeschieden werden. Diese sind dicht, defektfrei und weisen keinen Zusammensetzungsgradienten entlang der Wachstumsrichtung auf. Detaillierte TEM-Untersuchungen konnten zeigen, dass die Herstellung durch ein einfacheres potentiostatisches Abscheideregime zu weniger verspannten und dennoch homogenen und defektfreien Drähten führt. Für die Herstellung von magnetisch aktiven Drähten sollte daher die potentiostatische der gepulsten Abscheidung vorgezogen werden.

Diese Arbeit beschäftigt sich mit den aktuell bestehenden Herausforderungen der Technologie der additiven Fertigung in Form des selektiven Laserstrahlschmelzen (SLM). Es soll sich mit den Aspekten des Leichtbaus beim SLM-Verfahren beschäftigt werden. Dies geschieht mit zwei theoretischen Lösungsansätzen zur Gewichtsreduzierung von Bauteilen: 1. der Einsatz von Werkstoffen geringerer Dichte oder von neuen hochfesten Werkstoffen; 2. neue Bauweisen durch neue Konstruktions- und Werkstoffaufbauprinzipien. Praktisch erfolgt der erste Ansatz durch die Entwicklung von Prozessparametern und deren Einfluss auf das Gefüge von - für das SLM-Verfahren - neuen Leichtbauwerkstoffen, den Titanaluminiden (TiAl). Aus der großen Spanne von verschiedenen TiAl-Legierungen wurden für diese Arbeit folgende Vertreter Ti38,87Al43,67Nb4,08Mo1,02B0,1 und Ti48Al48Cr2Nb2 aufgrund ihres guten Eigenschaftsspektrums und der unterschiedlichen Erstarrungsvoränge gewählt. Aufgrund der hohen Anzahl von Einflussgrößen sollen verschiedene Ansätze, wie statistische Versuchspläne oder Einzelbahncharakterisierungen, verfolgt werden, um eine effiziente und schnelle Parameteroptimierung zu erzielen. Der zweite Ansatz verfolgt die Herstellung verschiedener Gitterstrukturen aus 1.4404-Stahl (X2CrNiMo 17-12-2). Durch das Fertigen von Gittern mit verschiedenen relativen Dichten, was über eine Variation der Durchmesser der Streben erreicht wird, sowie das mechanische Testen dieser, ist es möglich, eine Datengrundlage für zukünftige Konstruktionen zu erstellen. / This work deals with the currently existing challenges of technology of additive manufacturing in the form of selective laser melting (SLM). The aspects of lightweight construction with the SLM process will be highlighted. This is done with two theoretical approaches to weight reduction of components: 1. the use of materials of lower density or new high-strength materials; 2. new construction methods through new design and material construction principles. In practice, the first approach is performed through the development of process parameters and their influence on the microstructure of - for the SLM-process – a new lightweight material, the titanium aluminide (TiAl). Among the large range of various TiAl alloys the following two representatives Ti38,87Al43,67Nb4,08Mo1,02B0,1 and Ti48Al48Cr2Nb2 were chosen because of their good property spectrum and their different solidification behavior. The second approach pursued the production of various lattice structures made of 1.4404 steel (X2CrNiMo 17-12-2). By fabricating lattices with different relative densities, which is achieved by varying the diameter of the struts, and the mechanical testing of those, it is possible to create a data base for future construction principles.

This thesis focuses on control strategies for intralogistics transport systems. It evaluates how switching from central to decentral dispatching approaches influences the performance of these systems. Many ideas and prototypes for implementing decentral control have been suggested by the scientific community. But usually only the qualitative advantages of this new paradigm are stated. The impact on the performance is not quantified and analyzed. Additionally, decentral control is often confused with distributed algorithms or uses the aggregation of local to global information. In the case of the latter, the technological limitations due to the communication overhead are not considered. The decentral prototypes usually only focus on routing. This paper takes a step back and provides a generic simulation environment which can be used by other researchers to test and compare control strategies in the future. The test environment is used for developing four truly decentral dispatching strategies which work only based on local information. These strategies are compared to a central approach for controlling transportation systems. Input data from two real-world applications is used for a series of simulation experiments with three different layout complexities. Based on the simulation studies neither the central nor the decentral dispatching strategies show a universally superior performance. The results depend on the combination of input data set and layout scenario. The expected efficiency loss for the decentral approaches can be confirmed for stable input patterns. Regardless of the layout complexity the decentral strategies always need more vehicles to reach the performance level of the central control rule when these input characteristics are present. In the case of varying input data and high throughput the decentral strategies outperform the central approach in simple layouts. They require fewer vehicles and less vehicle movement to achieve the central performance. Layout simplicity makes the central dispatching strategy prone to undesired effects. The simple-minded decentral decision rules can achieve a better performance in this kind of environment. But only complex layouts are a relevant benchmark scenario for transferring decentral ideas to real-world applications. In such a scenario the decentral performance deteriorates while the layout-dependent influences on the central strategy become less relevant. This is true for both analyzed input data sets. Consequently, the decentral strategies require at least 36% to 53% more vehicles and 20% to 42% more vehicle movement to achieve the lowest central performance level. Therefore their usage can currently not be justified based on investment and operating costs. The characteristics of decentral systems limit their own performance. The restriction to local information leads to poor dispatching decisions which in return induce self-enforcing inefficiencies. In addition, the application of decentral strategies requires bigger storage location capacity. In several disturbance scenarios the decentral strategies perform fairly well and show their ability to adapt to changed environmental conditions. However, their performance after the disturbance remains in some cases unpredictable and relates to the properties of self-organizing complex systems. A real-world applicability has to be called into question.

Im Legierungssytem Ni-Mn-Ga tritt bei Zusammensetzungen nahe der stöchiometrischen Zusammensetzung Ni2MnGa der magnetische Formgedächtniseffekt auf. Darunter versteht man die Dehnung durch Bewegung von Zwillingsgrenzen im Magnetfeld. Einkristalle aus Ni-Mn-Ga mit einer tetragonalen 5M-Martensitstruktur zeigen magnetisch erzeugbare Dehnungen von bis zu 6 %. Diese großen Dehnungen verbunden mit der schnellen Schaltfrequenz von Magnetfeldern machen den Effekt interessant für technische Anwendungen z. B. als Aktoren. Derartige Einkristalle sind schwierig und teuer herzustellen, weshalb für technische Anwendung Polykristalle von Interesse sind. Diese lassen sich im Allgemeinen leichter und preiswerter herstellen. Um den magnetischen Formgedächtniseffekt in Polykristalle einzustellen, werden grobkörnige, texturierte Proben mittels des Verfahrens der gerichteten Erstarrung hergestellt. Die Gefügeuntersuchungen erfolgen mit metallographischen Schliffen und die Kornorientierungen werden mit der EBSD-Technik bestimmt. Um das Gefüge zu vergröbern, werden Glühungen nach einer aufgebrachten Warmverformung untersucht. Zur Verringerung der für die Bewegung der Zwillingsgrenzen notwendigen Spannung (Zwillingsspannung) werden die Proben im Druckversuch mechanisch trainiert. Dabei kann die Zwillingsspannung teilweise unter die magnetisch erzeugbare Spannung auf die Zwillingsgrenzen (Magnetospannung) abgesenkt werden. Eine weitere Absenkung der Zwillingsspannung wird durch eine plattenförmige Probengeometrie mit Dicken im Bereich der Korndurchmesser erreicht. An derartigen Proben wird magnetisch rückstellbare freie Dehnung durch Zwillingsgrenzenbewegung erzielt.