Universität Stuttgart
Permanent URI for this communityhttps://elib.uni-stuttgart.de/handle/11682/1
Browse
Search Results
Item Open Access Reinforcement of precursor-derived Si-(B-)C-N ceramics with carbon nanotubes(2005) Katsuda, Yuji; Aldinger, Fritz (Prof. Dr.)Incorporation of carbon nanotubes (CNTs) into the precursor-derived Si-(B-)C-N ceramics has been investigated for the reinforcement of the materials. Different types of CNTs consisting of multi-wall (MW) and single-wall (SW) were examined as the reinforcement of the Si-(B-)C-N ceramics to make a comparison of the effect. Mechanical properties demonstrated in the Si-(B-)C-N/CNT nanocomposites have been discussed in connection with their microstructural features characterized by scanning electron (SEM) and transmission electron microscope (TEM). Other material properties of the nanocomposites as revealed on the thermal stability and the crystallization behavior have been also considered in relation to the microstructural characteristics of the nanocomposites. Dense Si-C-N/CNT nanocomposites containing different types of MWCNTs were successfully prepared by casting of a mixture of MWCNTs and a liquid precursor polymer followed by cross-linking and thermolysis. In these processes, the sonication for deagglomeration and dispersion of CNTs in the precursor polymer as well as the thermolysis condition for ceramization of the cross-linked precursor/CNT nanocomposites was examined to obtain homogeneously CNT distributed Si-C-N ceramics. Fracture toughness behavior of the Si-C-N/CNT nanocomposites has been evaluated by a thermal loading technique on the disc shaped materials. The results reveal a dependence of the fracture toughness on the type of the MWCNTs. The MWCNTs showing high integrity in the tube structure exhibit a remarkable increase in the fracture toughness at the CNT content of 1 – 2 mass %, whereas the other ones possessing amorphous nature exhibits no effect. The microstructural analyses at the fracture surfaces have demonstrated different features of CNTs between both nanocomposites, where pulling out and breaking of CNTs are considered to be reasons for the observed fracture toughness increase. No significant influences observed on the material properties of the Si-C-N/CNT nanocomposites besides the toughening indicates that CNTs can simply work as the reinforcement for the Si-C-N ceramics. SWCNTs incorporation into the Si-C-N materials has revealed toughening effect with similar microstructural features to the MWCNT reinforced Si-C-N nanocomposites. In this system, it was found that the deagglomeration and debundle of the SWCNTs are major issues to make the best use of SWCNTs as the reinforcements. Concerning the Si-B-C-N/CNT nanocomposites, preparation processes via a casting and a warm pressing from different types of boron-containing precursors have been investigated to produce rigid MWCNT nanocomposites. The observed pulling out and breaking CNTs structure at the fracture surfaces of the Si-B-C-N/CNT nanocomposites indicate the toughening effect of CNTs similar to Si-C-N/CNT ceramics. Moreover, the interaction between CNTs and the matrix has appeared to be changed with increasing thermolysis temperature. However, the crystallization of the Si-B-C-N matrix and the deterioration of thermal stability have been disclosed in the Si-B-C-N/CNT nanocomposites. It is revealed that embedded CNTs have an effect to accelerate or to generate nucleation sites for the crystallization of Si-B-C-N matrix.Item Open Access Modellierung von Parkraumnachfrage und Parkraummanagement-Maßnahmen in einem makroskopischen Verkehrsmodell(2005) Böhnke, Britta; Kühne, Reinhart (Prof. Dr. rer. nat.)Auf Basis eines makroskopischen Verkehrsmodells wird ein Ansatz zur Abbildung der Wirkungen aus Parkraumnachfrage und Parkraummanagement-Maßnahmen entwickelt. Die Abbildung der Wirkungen erfolgt auf Ebene des Modellierungsschritts Umlegung, der durch das Wirkungsmodell Parken erweitert wird. Im Wirkungsmodell Parken werden Widerstände aus Parkraumkapazität, Parkgebühr, Parkhöchstdauer sowie Sonderparkberechtigungen bestimmt. Diese Widerstände beeinflussen in der Umlegungsrechnung die Verteilung der Fahrzeuge auf das Parkraumangebot sowohl je Fahrtzweck als auch in Abhängigkeit von der Zeit. Zur Abbildung zielnaher Verlagerungen der Parkraumnachfrage wird das Parkraumangebot nicht auf Ebene der Verkehrszellen, sondern auf Ebene der neu eingeführten Netzelemente Parkknoten und Parkstrecken abgebildet. Parkknoten fassen räumlich nah beieinander liegende Stellplätze zusammen, die von Art und Bewirtschaftung des Stellplatzangebots vergleichbar sind. Parkstrekken dienen der Abbildung der Widerstände aus Parkraumnachfrage und Parkraummanagement-Maßnahmen als Zugangswiderstand zum Parkknoten im Netzmodell bzw. in der Umlegungsrechnung. Die Wirkungsweise dieses Ansatzes wird ausführlich anhand zweier Beispiele demonstriert und diskutiert. Der vorgestellte Ansatz ist geeignet, die Wirkungen aus Parkraumnachfrage und Parkraummanagement-Maßnahmen in einem Verkehrsmodell für verkehrs- und stadtplanerische Aufgaben abzubilden.Item Open Access Ein offenes, integratives Rahmenwerk für die Qualitätsprüfung variantenreicher Serienprodukte am Beispiel der Automobilmontage(2005) Schmitz, Marc; Spath, Dieter (Prof. Dr.-Ing.)In der vorliegenden Arbeit wurde ein allgemeines informationstechnisches Konzept für ein Applikationsframework für die Unterstützung der Qualitätsprüfung entwickelt, welches als Kernelement das Prüfdatenmanagement betrachtet. Besondere Aufmerksamkeit wurde auf die Unterstützung der Prüfplanung mit variantenreichen Produkten und eine Gesamtbetrachtung des Prüffeldes gelegt, wobei vorhandene Softwarelösungen in das Konzept integriert und durch die neue Struktur die Qualitätsprozesse verbessert werden. Als Beispiel wurde die Automobilmontage gewählt, da anhand der besonderen Bedürfnisse im Automobilbau, wie 100%-Prüfung bei variantenreichen Produkten mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Prüfungen, die Anwendung des Konzepts umfassend dargestellt werden kann. Das vorgestellte Konzept bietet eine Verfügbarkeit und Nutzbarkeit von qualitätsrelevanten Informationen in der Qualitätsprüfung zur Sicherstellung von kontinuierlicher und nachvollziehbarer Informationsqualität im Produktionsprozess.Item Open Access Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen unter beliebiger Querbelastung in ungerissenem Beton(2005) Hofmann, Jan E.; Eligehausen, Rolf (Prof. Dr.-Ing.)In der vorliegenden Arbeit wurde das Tragverhalten von Verbunddübeln unter beliebiger Querbelastung anhand theoretischer, numerischer und experimenteller Untersuchungen untersucht. Die Ergebnisse beschränken sich dabei auf Verankerungen ohne Rückhängebewehrung im ungerissenen Beton. In Abschnitt 2 wurden zunächst die bisherigen Untersuchungen verschiedener Autoren zusammengefasst und das CC-Verfahren für die Bemessung querbelasteter Verankerungen vorgestellt. Ergänzend hierzu wurden Versuche am Bauteilrand und in der Bauteilecke durchgeführt, bei denen ein Versagen infolge Betonausbruch auf der lastabgewandten Seite auftrat. Die Ergebnisse zeigen, dass das CC Verfahren auch für diese Fälle angewandt werden kann, wenn die zentrische Zugtragfähigkeit am Bauteilrand und in der Bauteilecke entsprechend abgemindert wird. Die bisherigen Versuche wurden anschließend in Abschnitt 3 in einer Datenbank zusammengefasst und ausgewertet und den vorhandenen Forschungsbedarf abzugrenzen. In Abschnitt 4 wurde ein auf der linear elastischen Bruchmechanik, der elastischen Bettung und der Theorie der Querpressung basierendes Berechnungsmodell für Befestigungen unter Querlast entwickelt. Mit diesem Modell ist es möglich die Bruchlast, die theoretische Erstrisslast, den Rissverlauf sowie eine idealisierte Last-Verschiebungskurve für die Versagensart Betonkantenbruch zu bestimmen. Hierfür sind jedoch unterschiedliche ebene Rissprobleme zu lösen für die in der Literatur nur bedingt Lösungen angegeben sind. Um die zugehörigen Spannungsintensitätsfaktoren dieser ebenen Rissprobleme zu ermitteln wurden diese mit Hilfe numerischer Berechnungen und der COD-Methode bestimmt. Für eine ausführliche Parameterstudie wurde das entwickelte bruchmechanische Modell in einem Programm umgesetzt, so dass für die Berechnung einer Verankerung nur die Eingabe der wichtigsten Randbedingungen erforderlich ist. Um das in Abschnitt 4 entwickelte bruchmechanische Modell für beliebige Anwendungsfälle zu verifizieren wurden numerische (Abschnitt 5) und experimentelle (Abschnitt 6) Untersuchungen mit Einzel- und Gruppenverankerung am Bauteilrand und in der Bauteilecke durchgeführt. In der Regel wurden sowohl die Rissbilder als auch die Bruchlasten brauchbar durch das bruchmechanische Modell erfasst, wenn die Verankerungen infolge Betonkantenbruch versagten. Die wichtigsten Ergebnisse der bruchmechanischen, numerischen und experimentellen Untersuchungen sind im folgenden zusammengefasst: - Der Einfluss des Durchmessers und der Verankerungstiefe nimmt mit zunehmendem Randabstand ab. - Die Bruchlasten steigen an, wenn der Lasteinleitungsbereich eingespannt ausgebildet wird. Dieser Einfluss ist von der Dübelsteifigkeit abhängig und für größer werdende Verhältnisse hef / dnom geringer. - Der Einfluss der Bauteilecke und des Achsabstandes s2 wird durch das CC Verfahren brauchbar erfasst. - Wird für die Tragfähigkeit einer Dübelgruppe die doppelte Betonkantenbruchlast der vorderen Dübelreihe angenommen, muss diese für Verhältnisse s1/c1 < 0,75 abgemindert werden, da die Last hauptsächlich über die hinteren Dübel abgetragen wird. In den numerischen Berechnungen ist für Verankerungen mit s1/c1 < 0,7 daher am vorderen Dübel kein Riss sichtbar. - Bei Verankerungen mit hintereinander liegenden Dübeln und Lochspiel wird die Bruchlast des hinteren durch die Rissbildung des vorderen Dübels beeinflusst. Für Verhältnisse s1/c1 > 2,0 entspricht die Gruppentragfähigkeit der Betonkantenbruchlast der hinteren Dübelreihe. Für Verhältnisse s1/c1 < 2,0 muss die Tragfähigkeit der hinteren Dübel linear abgemindert werden, bis die Bruchlast der vorderen Dübel erreicht wird. - Der Einfluss der Bauteildicke wird durch das CC-Verfahren leicht überschätzt. - Für parallel zum Rand belastete Verankerungen hängt die Bruchlast stark von der zu erwartenden Pressung vor den Bolzen und dem Verhältnis von Spaltkraft zu Zugkraft ab. Die theoretischen und experimentellen Untersuchungen zeigen, dass diese hauptsächlich vom Durchmesser, dem Randabstand und der Betondruckfestigkeit abhängt. - Versuche mit Verbunddübeln, die entgegen den Rand belastet werden zeigen, dass diese stets infolge Betonausbruch auf der lastabgewandten Seite versagen. - Die Ergebnisse zu Verankerungen unter Torsionsbelastung zeigen, dass die Bruchlast des senkrecht zum Rand belastet Ankers nicht durch den entgegen den Rand belasteten Anker beeinflusst wird, auch wenn dieser deutlich höher Lasten aufnimmt. - Der Bruchrisswinkel einer Verankerung ist vom Randabstand, dem Dübeldurchmesser sowie den Achs- und Eckabständen abhängig. Für große Durchmesser und kleine Randabstände wird dieser flacher ebenso wie für kleine Achs- und Eckabstände. - Bei Verankerungen mit hintereinander angeordneten Dübeln ist für kleine Verhältnisse s1 /c1 der Rissverlauf am vorderen Dübel steiler (40° bis 60°) als der einer entsprechenden Einzelverankerung (30° bis 40°).Item Open Access Fatigue of Al thin films at ultra high frequencies(2005) Eberl, Christoph; Arzt, Eduard (Prof. Dr. phil.)Ultra high-cycle fatigue at frequencies in the GHz regime leads to a characteristic void and extrusion formation in patterned metal thin films. Resulting from the microstructural damage formation a significant degradation in form of a shift of the resonance frequency and failures by short circuits in Surface Acoustic Wave (SAW) test devices take place. To study fatigue at ultra high cycles, SAW test devices were used to test continuous and patterned Al thin films at ultra high frequencies. For stress amplitudes as low as 14 MPa lifetime measurements showed no fatigue limit for 400 nm Al thin films. The resulting damage sites appeared in regions of cyclic stress concentration as identified by Finite Element Analysis. In situ measurements revealed that the characteristic extrusion/void formation mechanism operates on a short time scale. The post-test analysis of microstructural changes reveals extrusion and void formation concentrated at grain boundaries. This finding and the observed grain growth indicates a high material flux at the grain boundaries induced by the cyclic load. Quantitative analysis also shows a correlation between extrusion density and electrical devices performance. This direct correlation shows a functional agreement with a common theory on the influence of crack density on intrinsic stresses in thin metal films. Advanced Finite Element (FEM) calculations simulate very well the sensitivity of the resonance frequency to damage structure in interconnects such as cracks, voids and extrusions. The experimentally observed linear correlation between damage density and frequency shift is reproduced by the FEM model. The estimation of the short circuit probability from the extrusion length distribution revealed an exponential dependency on the electrode distance. The observed damage formation is explained by the combined action of dislocation motion and stress-induced diffusion processes.Item Open Access Bemannte Missionen zum Mars mit kontinuierlichen Antrieben(2005) Schmidt, Tanja D.; Auweter-Kurtz, Monika (Prof. Dr.-Ing habil.)Im Rahmen dieser Arbeit werden bemannte Missionen zum Mars für unterschiedliche Antriebskonzepte im Hinblick auf Flexibilität, kurze Gesamtmissionsdauern, kurze Transferzeiten und moderate Startmassen untersucht und verglichen. Die untersuchten Antriebskonzepte sind kontinuierliche elektrische Antriebe sowie chemische und nuklear-thermische Antriebe, die zur Kategorie der impulsiven Antriebe gehören. Die im Rahmen dieser Arbeit hierzu erstellten Programme bzw. Routinen zur Bahnsimulation und -optimierung werden vorgestellt. Es werden die Ergebnisse einer detaillierten, systematischen Bahnanalyse für helio- und planetozentrische Bahnen und für Rundreise-Missionen aufgezeigt. Speziell für die kontinuierlichen elektrischen Antriebe werden Variationen der Antriebsparameter (Schub, spezifischer Impuls und Triebwerkswirkungsgrad) durchgeführt und deren Einfluß auf Flugzeit und Startmasse bzw. Treibstoffmasse untersucht. Es werden die hierfür notwendigen minimalen Antriebsparameter für bemannte Marsmissionen ausgearbeitet und verschiedene elektrische Antriebskonzepte hinsichtlich Anwendbarkeit untersucht. Die atmosphärischen Flugsegmente einer solchen Mission werden im Rahmen dieser Arbeit mittels Literaturstudien untersucht. Die in der Literatur diskutierten Konzepte für Schwerlaststartraketen an der Erde, Marsaufstiegsfahrzeuge sowie Aermanöver-Vehikel für Mars und Erde werden hinsichtlich Anwendbarkeit für bemannte Marsmissionen evaluiert und Konzeptvorschläge ausgearbeitet. Neben dem Antriebssystem werden im Rahmen dieser Arbeit die Lebenserhaltung, Habitate und die Energieversorgung untersucht. Es werden Modelle für diese Subsysteme erstellt und verschiedene Konzepte miteinander verglichen. Basierend auf den Ergebnissen dieser Arbeit wird ein Konzeptvorschlag einer bemannten Marsmission mit kurzer Gesamtmissionsdauer unter Verwendung kontinuierlicher elektrischer Antriebe vorgestellt.Item Open Access Temporary melt retention in the reactor pit of the European pressurized water reactor (EPR)(2005) Nie, Markus; Lohnert, Günter (Ph.D., Prof.)The EPR is provided with a core catcher to preserve the integrity of the containment also in case of a postulated severe accident with core melting. The principal conceptual idea behind the core catcher is to spread the melt on a large area located lateral to the reactor pit and to cool it at both, the melt upper and lower surface. A key element with respect to achieving a coolable melt configuration in the spreading area is the temporary melt retention in the reactor pit. This measure aims to decouple the long-term stabilisation from in-vessel processes, RPV failure mode and corresponding melt discharge as well as associated uncertainties. Its specific objectives are (i) to accumulate the melt in cases of sequential melt releases and (ii) to unify and to condition the spectrum of in-vessel melt characteristics at the time of and for spreading. The temporary melt retention is achieved by layers of sacrificial concrete attached to the sidewalls of the pit and placed on top of the melt gate, through which the melt must erode. Temporary melt retention terminates after the melt contacts and opens the melt gate, which blocks the access to the spreading area. The principal objective of this work is to provide evidence that the goals of the temporary melt retention can be adequately fulfilled. Given this focus, the MCCI programme COSACO is developed to analyse the interactions between the core melt and sacrificial concrete. The innovative phenomenological approach underlying to COSACO constitutes a coherent description of the mutual dependency between thermal hydraulics and thermochemical phenomena. Modelling of these phenomena employs real solution thermochemistry. The validation of the program against representative experiments proofs the suitability of the new approach on the basis of adequately reproducing the principal experimental data. Notably, the agreement was obtained without employing additional parameters adjustable to experiments. The analysis of the temporary melt retention exploits the inherent characteristic of the MCCI pool to establish a coupled system with the bottom structures of the RPV due to exchange of radiant heat. In parallel, the effect of different initial amounts of melt involved in the initial melt pour as well as of the decay heat level is parametrically investigated. The analyses has identified that the ablation front progression is inherently self-regulating, as it adapts to the amount of released melt and to the actual decay heat level. Given these characteristics, it is demonstrated that an effective accumulation of the melting core in the pit is achieved independent of the scenario. The refractory layer backing the walls of sacrificial concrete and the fixed position of the melt gate constitute a geometrical constraint for melt front progression in sideward and downward direction. This constraint restricts the ablatable amount of concrete as well as the surface/volume ratio of the melt. Thanks to this characteristic, the terminal spectrum of melt compositions and melt states is predicted to be highly unified. At the same time, these states exhibit properties which are well-suited for melt spreading.Item Open Access Regionalization of parameters of a conceptual rainfall runoff model(2005) Hundecha Hirpa, Yeshewatesfa; Bárdossy, András (Prof. Dr. rer. nat. Dr.-Ing.)This work was aimed at developing a methodology for the regionalization of parameters of a conceptual continuous water balance rainfall-runoff model based on measurable physiographic and land use/land cover characteristics of a catchment. The motivation for this work lies in the need to address two problems that have drawn much attention in recent years. Firstly, traditional methods of estimating model parameters are based on calibrating the model against observed catchment responses, such as runoff from the catchment. In the absence of such observed catchment responses, estimation of the model parameters would not be straightforward and therefore there should be a way to estimate them from some attributes of the catchment. Secondly, assessment of the hydrologic impact of changes in land use/land cover attributes of a catchment will be possible only if the changes in these attributes are reflected in the model parameters. Therefore there is a need to relate the model parameters with the land use/land cover characteristics of a catchment. Different attempts have been made so far to develop a scheme to relate model parameters with catchment attributes. Many of the works done generally involved first calibrating a model to a number of catchments without any reference to any of the catchment properties and then fitting an empirical relationship between the parameters of the calibrated model and the catchment attributes. This approach has, however, met with limited success so far mainly due to the fact that model calibration doesn’t lead to a unique set of parameters when calibrated against observed catchment response. The parameters thus obtained are a single realisation among many other sets of parameters that would lead to a similar model performance. Therefore, the fitted empirical relationship between the parameters and the catchment properties tends to be rather random and the relationship would be weak. This work was therefore devoted to developing a different methodology of establishing the relationship between model parameters and the catchment attributes. A modified version of a conceptual Rainfall-Runoff model, the HBV-IWS model, was calibrated for a number of gauged sub-catchments within the German part of the Rhine basin with the dual objective of reproducing the observed catchment responses based on daily observations of meteorological forcing data and catchment response data, and achieving a stronger relationship between the parameters and the catchment attributes. The catchment attributes were implicitly incorporated in the model setup by establishing a functional relationship between them and the model parameters a-priori and an automatic model calibration procedure was implemented to estimate the optimum regional relationship using a non-linear optimisation routine. The catchment attributes used for regionalizing the model parameters include a range of readily measurable physical catchment properties indexing land use and physiographic properties. Since the model parameters are estimated based on readily measurable catchment attributes, estimation of model parameters corresponding to ungauged catchments is possible, rendering the scheme potentially suitable for modelling the runoff from such catchments. The results obtained from validation of the parameter estimation scheme in gauged subcatchments that were not used in deriving the regional relationship between the model parameters and the catchment descriptors suggest that the model performances in terms of different evaluation criteria in these subcatchments are comparable with that of the catchments used to derive the regional relationships. The methodology was further implemented in the prediction of the hydrological consequence of land use changes, as land use was also considered for regionalization of the model parameters. The changes in the catchment reaction obtained for different land use change scenarios were consistent with the physical explanations that can be given about the effect of the scenarios on the runoff generation of a catchment and were supportive of the findings of many of the previous studies conducted on this issue using different approaches. The results indicate that there is an increase both in the long-term water yield and event based runoff from catchments due to urbanization, while they indicate a reduction in both attributes of the catchment response due to afforestation.Item Open Access Einfluss der Wellenoberfläche auf das Dichtverhalten von Radial-Wellendichtungen(2005) Kunstfeld, Thomas; Haas, Werner (Prof. Dr.-Ing. habil.)Für ein zuverlässig funktionierendes Dichtsystem Radial-Wellendichtung ist die Wellenoberfläche von entscheidender Bedeutung. Als tribologischer Partner des Dichtrings ist die Wellenoberfläche direkt durch die gegebenenfalls vorhandene Eigenförderung und indirekt durch die Beeinflussung der Dichtringförderung für die Gesamtfunktion ausschlaggebend. Dieser Bedeutung wird durch strenge Vorgaben hinsichtlich der Herstellung und Ausprägung der Wellenoberfläche in den gültigen Normen Rechnung getragen. Kostenreduktion und Prozessoptimierung erfordern Alternativen zu dem Jahrzehnte alte Fertigungsverfahren für Wellenoberflächen härten und im Einstich schleifen. Im Rahmen dieser Arbeit sollten einerseits in Frage kommende alternative Wellenoberflächen untersucht werden, und andererseits eine Vorgehensweise entwickelt werden, mit der entsprechende Wellenoberflächen hinsichtlich ihrer Eignung als Gegenlauffläche für Radial-Wellendichtringe erprobt und beurteilt werden können. Dazu wurde im Rahmen dieser Arbeit eine vierstufige Vorgehensweise entwickelt. Ausgehend von der berührungslos optisch vermessenen 3D-Oberflächentopografie werden dabei für die vorliegende Wellenoberfläche anhand eines auf der Bildverarbeitung beruhenden Verfahrens charakteristische Kennkurven ermittelt. Anhand dieser Kennkurven kann die Oberflächenstruktur beurteilt, und durch typische Merkmale klassifiziert werden. Im zweiten Schritt wird der Förderwert der Wellenoberflächen in beiden Drehrichtungen gemessen. Gilt die untersuchte Wellenoberfläche weiterhin als geeignet, wird im dritten Schritt ein erster Funktionstest im Dichtsystem durchgeführt. Im vierten und letzten Schritt wird die Funktionalität des Dichtsystems über einen längeren Zeitraum beobachtet, um die Langzeiteigenschaften abzusichern. Dazu wird die vom Autor entwickelte modifizierte Zweikammermethode eingesetzt. Durch die Messung des Systemförderwerts in regelmäßigen Abständen, kann dessen Veränderung und somit die Veränderung der Dichtfunktion im Betrieb vermessen werden. Die eingesetzte Wellenoberfläche, aber auch alle übrigen Systemkomponenten können so hinsichtlich der Auswirkung auf die Dichtfunktion und Langzeiteigenschaften beurteilt werden. Dadurch sind künftig weitreichende Untersuchungen am Dichtsystem mit der Option, in das Dichtsystem „hineinzublicken“, möglich. Der Schwerpunkt der so untersuchten alternativen Fertigungsverfahren lag im Bereich der Drehverfahren. Es wurden Parameterstudien für längsgedrehte Wellenoberflächen unter Verwendung von ungehärteten und gehärteten Werkstoffen durchgeführt. Variiert wurde: Vorschub, Schneidenradius, Einfluss von Maschinen- bzw. Werkzeugschwingungen und Schneidenverschleiß. Zusätzlich wurden Nachbearbeitungsverfahren und Drehverfahren ohne axialen Vorschub, wie das Tangentialdrehen und das Drehen im Einstich untersucht. Grundsätzlich sind die längsgedrehten Wellenoberflächen, hart oder weich, als Gegenlauffläche für Radial-Wellendichtringe geeignet. Speziell die längs-hartgedrehten Wellenoberflächen zeigen kein drehrichtungsabhängiges Förderverhalten und geringe Förderwerte. Die längs-weichgedrehten Wellenoberflächen zeigen ein teilweise von der Drehrichtung abhängiges Förderverhalten, welches jedoch keine negativen Auswirkungen auf das Dichtverhalten hatte. Auch die ohne axialen Vorschub hartgedrehten Wellenoberflächen sind geeignet, wobei die sehr „glatten“ Oberflächen zu geringen Förderwerten der Wellenoberfläche und des Dichtrings führen. Die durch Bandfinishen oder Kurzhubhonen hervorgerufenen, sehr feinen und meist schräg zur Wellenachse gerichteten, Riefenstrukturen sind äußerst förderintensiv. Sie können zu großer Leckage oder ungünstigen Schmierungsbedingungen im Dichtsystem führen. Diese Verfahren sind damit keine taugliche Alternative. Die makroskopische Drehwendel hat offensichtlich keinen Einfluss auf die Fördereigenschaft der Wellenoberfläche, eingebrachte Mikrostrukturen jedoch zeigen einen erheblichen Einfluss. Daraus kann abgeleitet werden, dass die Fördereigenschaften der Wellenoberfläche fast ausschließlich von deren „Mikrostruktur“ bestimmt werden, die größenordnungsmäßig deutlich unterhalb z.B. einer Drehwendel (Steigung ca. 0,05 bis 0,3 mm) liegt. Anhand der hier vorgestellten Vorgehensweise können beliebige Wellenoberflächen dichtungstechnisch geprüft und beurteilt werden. Künftig ist eine direkte Kennwertbildung aus den vorliegenden charakteristischen Kennkurven denkbar. Zur Verbesserung der Aussagemöglichkeiten sind weitere Erfahrungswerte hinsichtlich der Auswirkungen bestimmter Oberflächenstrukturen, Ausprägungen (z.B. Breiten-Längenverhältnis) etc. nötig. Dazu bietet unter anderem die Beobachtung des Systemförderwerts im Betrieb weit reichende Untersuchungsmöglichkeiten.Item Open Access Methode zur Auslegung mikrofluidischer Bauteile für beadbasierte Analysesysteme in der medizinischen Diagnostik(2005) Kuhn, Claus; Westkämper, Engelbert (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. mult.)In der medizinischen Diagnostik werden zunehmend molekulare Methoden eingesetzt. Festphasenbasierte Analyseverfahren erlauben dabei die zunehmende Miniaturisierung der Verfahren und gewinnen immer mehr an Bedeutung. Beadbasierte Analyseverfahren sind aufgrund der höheren Sensitivität, schnelleren Bindungskinetik und höheren Flexibilität prädestiniert für die medizinische Diagnostik und existierende Ansätze der Point-of-Care Diagnostik. Die Handhabung der Beads erfolgt dabei in mikrofluidischen Bauteilen. Die Arbeit befasst sich mit der geometrischen Auslegung dieser mikrofluidischen Bauteile und mit der Entwicklung eines Simulationsmodells zur Validierung des Bauteildesigns. Die Funktion des mikrofluidischen Bauteils umfasst in der Einlaufzone die Schnittstelle zur manuellen Befüllung mit einer Beadsuspension, die parallele, ortsfeste Präsentation der Beads in der Analysekammer für die optische Detektion sowie die Abführung von Reagenzien bzw. des Trägerfluids in der Auslaufzone. In der Einlaufzone und Analysekammer liegen laminare, stationäre Zweiphasenströmungen vor. Aufgrund der komplexen strömungstechnischen Vorgänge erfolgt die Validierung der Funktionen heute hauptsächlich experimentell, was einen erhöhten Zeit- und Kostenaufwand bedeutet. Zur geometrischen Auslegung des mikrofluidischen Bauteils wird, basierend auf der Betrachtung von Partikelaggregationen, eine Beziehung zwischen den Seitenlängen der Analysekammer und dem Durchmesser der Beads abgeleitet. Die weitere Auslegung erfolgt auf Basis eines hydraulischen Widerstandmodells. Basierend auf diesen Betrachtungen wird ein mikrofluidischer Probenträger konzipiert und realisiert. Zur Evaluierung des Bauteildesigns wird ein Simulationsmodell entwickelt, welches sowohl die Zweiphasenströmung als auch den sich dynamisch ändernden hydraulischen Widerstand in der Analysekammer abbildet. Dieses Simulationsmodell beruht auf der Kombination des Euler - Lagrange Verfahrens und der Strömung durch poröse Medien. Die erforderlichen Parameter werden experimentell bestimmt. Die Validierung des Simulationsmodells erfolgt durch Experimente mit dem mikrofluidischen Probenträger. Mittels dieser Experimente werden auch die Betrachtungen zur geometrischen Auslegung verifiziert.