Universität Stuttgart
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Item Open Access Zur Materialermüdung infolge Stegatmung(2000) Spiegelhalder, Ulrike; Kuhlmann, Ulrike (Prof. Dr.-Ing.)Geschweißte Stahlträger mit schlanken Stegblechen haben im Verhältnis zu ihrem Eigengewicht eine sehr hohes Tragvermögen und ermöglichen sehr leichte und wirtschaftliche Konstruktionen. Unter Belastung verformen sich die schlanken Stegbleche aus ihrer Ebene heraus. Diese Beulverformungen haben keinen Einfluß auf die statische Grenztraglast des Trägers. Bei Stahlbrücken können die Stegblechverformungen jedoch nach genügender Anzahl von Überfahrten zu Ermüdungsrissen entlang der Schweißnähte und schließlich zum Versagen des Bauteils führen. Das Trag- und Ermüdungsverhalten von Stahlträgern mit schlanken Stegen ist dargestellt und theoretisch und experimentell untersucht. Mit Hilfe der Erkenntnisse aus eigenen Ermüdungsversuchen an vier großen Stahlträgern werden umfangreiche numerische Parameterstudien durchgeführt. Schwerpunkte der Untersuchungen sind die Anfangsverformung der Stegbleche und die Belastung reine Biegung, reine Querkraft und die gemeinsame Wirkung von reiner Biegung mit Querkraft. Aus den Untersuchungsergebnissen wird ein Bemessungsmodell für rissefreie geschweißte Stahlträger mit schlanken Stegen unter häufig wiederholter Belastung abgeleitet.Item Open Access Thermal cycling creep of a fiber reinforced aluminum alloy(2000) Flaig, Alexander; Arzt, Eduard (Prof. Dr.)In der vorliegenden Arbeit wurde das Kriechverhalten eines Metall-Matrix-Verbundwerkstoffes unter thermozyklischen Bedingungen untersucht. Bei dem Werkstoff handelt es sich um eine eutektische Al-Si Legierung, die mit 15 Vol.% diskontinuierlicher Aluminiumoxid-Fasern verstärkt wurde. Fortgeschrittene Methoden der mechanischen Hochtemperaturprüfung wurden verwendet, um die spannungsabhängige Verformungsrate während der thermischen Zyklen zu messen. Speziell untersucht wurden die Einflüsse der Maximaltemperatur, der thermischen Amplitude, von Haltezeiten, des Vorzeichens der Belastung und der Orientierung der Verstärkung untersucht. Bei geringen Spannungen wurde im Vergleich zu isothermen Bedingungen eine Beschleunigung des Kriechens gefunden und der beobachtete Spannungsexponent sank auf kleine Werte. Eine genaue Analyse der Dehnungen in einzelnen Zyklen lieferte Belege für das Vorhandensein beträchtlicher inelastischer Dehnungen, die sich von Halbzyklus zu Halbzyklus gegenseitig größtenteils kompensierten. Ein kontinuumsmechanisches Modell wurde aufgestellt, das den Verbundwerkstoff durch zwei aufeinander gestapelte und sich homogen verformende Platten annäherte. Das Modell wurde verwendet, um auf Basis von berechneten inneren Spannungen die Kriechraten und die innerzyklische Dehnungsentwicklung unter thermozyklischen Bedingungen zu erklären und vorherzusagen. Die experimentell gemachten Beobachtungen wurden im Vergleich zu den Simulationsergebnissen interpretiert und diskutiert. Die beobachteten Phänomene konnten auf Basis des Modells erklärt werden. Das Material zeigte ausgeprägtes Übergangsverhalten beim Be- und Entlasten. Dieses wurde mit Hilfe von spannungszyklischen Kriechexperimenten näher untersucht. Das Phänomen des Rückwärts-Kriechens nach äußerer Entlastung wurde ausgenutzt, um Effekte der Last-Übertragung von der Matrix auf die Fasern zu untersuchen und um auf die Entwicklung der Dehnrate eines Verbundwerkstoffes zurückzuschließen.Item Open Access Modellgestützte Entwicklung eines Prozesses für die mikrobielle Hydrolyse von Propionitril zu Ammoniumpropionat(2000) Christian, Hans Jürgen; Syldatk, Christoph (Prof. Dr. rer. nat.)Die Zielsetzung dieser Arbeit bestand in der Entwicklung der Grundlagen für einen Prozeß zur mikrobiellen Hydrolyse von Propionitril zu Ammoniumpropionat. Zu Beginn der Arbeit wurde der verwendete Mikroorganismus auf seine Gattungszugehörigkeit hin untersucht und als Patentstamm Rhodococcus erythropolis DSM 13002 bei der DSMZ hinterlegt. Zur Bereitstellung einer geeigneten Menge an homogener Biomasse wurde der Stamm in einem Maßstab von 70 l im Bioreaktor kultiviert. In weiteren Untersuchungen erfolgte dann eine Optimierung des Wachstumsmediums. Die Untersuchung der nitrilverseifenden Eigenschaften ergab, daß in dem untersuchten Stamm ein Zwei-Enzym-System aus einer eisenabhängigen Nitrilhydratase und einer Amidase vorlag. Diese wurden auf ihre biochemischen Eigenschaften im Ganzzellsystem hin untersucht. Durch Immobilisierung der Zellen konnte die Toleranz des Biokatalysators gegenüber dem Substrat Propionitril deutlich verbessert und bei einer absatzweisen Prozeßführung Nitrilkonzentrationen bis über 1 M umgesetzt werden. Bei der Untersuchung des Einflusses der Immobilisierung auf die Aktivität wurde eine moderate innere und äußere Stofftransportlimitierung bestimmt. Der Biokatalysator wurde als Immobilisat in absatzweiser Prozeßführung mit konstanter Substratzugabe (Fed-batch), im kontinuierlichen Rührreaktor sowie im Festbett eingesetzt. Dabei konnten im Fed-batch Prozeß Produktkonzentrationen von bis zu 3 M Ammoniumpropionat erhalten werden. In dieser Arbeit wurde ein Reaktionsmodell für das Zwei-Enzym-System erstellt. Anschließend wurden sämtliche Modellparameter über Anfangsreaktionsraten und mittels dynamischer Simulation in Verbindung mit nichtlinearer Regression bestimmt. Eine Anwendbarkeit der reaktionskinetischen Ansätze unter dynamischen Bedingungen wurde anhand eines Fed-batch-Prozesses überprüft und eine gute Übereinstimmung der simulierten Konzentrationsverläufe mit den Meßdaten ermittelt.Item Open Access Modifizierung von Silicaten und Boraten dreiwertiger Lanthanide durch Oxid- und Fluoridionen(2000) Müller-Bunz, Helge; Schleid, Thomas (Prof. Dr.)Zwei Dinge sollten erforscht werden: Erstens der Existenzbereich der Oxidsilicate M2O[SiO4] im A-Typ und zweitens, welchen Einfluß F(-)-Ionen auf die Strukturen von Lanthanid-Silicaten und -Boraten ausüben. Der erste Teil gelang gut: Die A-M2O[SiO4] ließen sich mit allen M3+-Kationen (M = La - Lu) darstellen. Der zweite Teil jedoch lieferte wenige neue Erkenntnisse. Der Existenzbereich der Fluorid-Silicate M3F[Si3O10] ließ sich auf M = Dy - Er eingrenzen, wobei allerdings Präparationsversuche bei anderen Temperaturen noch ausstehen. Zu dem Lanthanfluorid-cyclo-Trisilicat La3F3[Si3O9] ließen sich trotz Variation der Darstellungsbedingungen keine Analoga mit anderen M3+-Kationen darstellen. Ein weiteres Fluoridsilicat des Erbiums, Er4F2[Si2O7][SiO4], fiel bei Verwendung eines großen Überschusses an ErF3 an. Versuche zur Synthese anderer Fluoridsilicate des Lanthans lieferten zwei neue Formen von Lanthan-Disilicat La2Si2O7. Zu Vergleichszwecken wurde auch ein Kristall von A-La2[Si2O7] vermessen. Versuche, das bereits veröffentlichte Gd3F3[BO3]2 zu reproduzieren, führten statt dessen zu Gd2F3[BO3]. Außerdem traten noch Einkristalle von l-Nd[BO3] im Aragonit-Typ, von Nd(BO2)3 sowie von p-ErBO3 auf. Die zu Beginn dieser Arbeit angestellte Vermutung, daß F(-)-Ionen in Lanthanid-Silicaten und -Boraten aufgrund ihres "harten" Charakters weniger strukturchemische Anpassungsfähigkeit zeigen als z.B. Cl(-)-Ionen, wird durch die vorgestellten Ergebnisse vollauf bestätigt: In allen fluoridhaltigen Verbindungen sind die F(-)-Ionen trigonal-planar oder -pyramidal umgeben. Durch das Erzwingen einer Dreierkoordination aus M3+-Kationen üben die F(-)-Teilchen eine stärker strukturbestimmende Wirkung aus als die variabel koordinierten X(-)-Ionen (X = Cl, Br, I). Daher zeigen die Fluorid-Silicate und -Borate der Lanthanide keine Entsprechung in Zusammensetzung oder Struktur zu den anderen Halogenid-Silicaten oder -Boraten.Item Open Access Elektronische Kopplung und Transferprozesse in Donor-Brücke-Akzeptor-Systemen(2000) Roccasalvo, Giuseppe; Sigmund, Ernst (Prof. Dr.)Donor-Brücke-Akzeptor(DBA)-Molekülen kommt eine wichtige Bedeutung beim Design von funktionellen Einheiten in der Molekularen Elektronik zu, die u.a. das Ziel verfolgt, Ladung oder Energie unter kontrollierbaren Bedingungen zwischen unterschiedlichen Zuständen eines 'molekularelektronischen Bauelementes' zu transferieren. Im Rahmen dieser Arbeit wird mittels theoretischer DBA-Modellsystemen die Abhängigkeit von Transferprozessen im Hinblick auf unterschiedliche chemische Strukturelemente (Kopplungsparameter, Orbitalenergie-Konstellationen) sowie Reservoireinflüsse untersucht, wodurch gezielt Abschätzungen über die praktische Verwendbarkeit von Molekülsystemen angestellt werden können. Ein besonderer Augenmerk liegt dabei auf der Übernächsten-Nachbar(NNN)-Wechselwirkung in kettenartigen Brückensystemen mit zickzackartiger Struktur (z.B. Molekülklasse der Alkane). Methodisch wird die Transferrate näherungsweise durch die Reduktion auf ein effektives Zwei-Niveau-System und exakt durch explizite Reservoirankopplung berechnet. Letztere Methode wird mit Hilfe des Greenschen-Funktions(GF)-Formalismus auf Pole beliebiger Ordnung und beliebiger (energieabhängiger) Reservoirankopplung verallgemeinert. Die qualitativen Eigenschaften der behandelten Modellsysteme sind einerseits resonanzartige Verstärkungen und andererseits antiresonanzartige Minima in der elektronischen Kopplung bzw. Transferrate. Ersteres tritt im Tunnelregime in der Nähe der Brückeneigenwerte auf, wohingegen letzteres Verhalten durch quantenmechanische Interferenzeffekte bei mehr als einem möglichenTransferpfad (NNN-Wechselwirkung) zustande kommt. Betrachtet man die Abhängigkeit der Transferrate von der Anzahl der Monomereinheiten der Brücke, so können bereits kleine NNN-Wechselwirkungen im Zusammenspiel mit der NN-Wechselwirkung nichtmonotone Effekte hinsichtlich der monoton fallenden Abstandsgesetze bei reiner NN-Wechselwirkung bewirken.Item Open Access Crystal structure of pyridinogold(III) bromide, [AuBr2(C5H5N)2]+[AuBr4[AuBr3(C5H5N)]2, a frozen-in autoionization system(2000) Peters, K.; Peters, E.-M.; Schnering, H. G. von; Hönle, W.; Schmidt, R.; Binder, HerbertC10H10Au2Br6N2, monoclinic, Pl2/nl (No. 14), a = 11.395(2) A, b = 15.437(2) Å, c = 11.091(2) Å, β = 99.44(1)°, V= 1924.5 Å3 ,Z = 4, Rgt(F) = 0.063, wR(F) = 0.050, Τ = 293 Κ.Item Open Access A context-aware hoarding mechanism for location-dependent information systems(2000) Kubach, Uwe; Rothermel, KurtWhen used in an outdoor environment mobile information systems often suffer from the disadvantages of wireless WANs, especially low bandwidth, high delay, and frequent disconnections. Hoarding is an effective method to overcome these disadvantages by transferring information which is probably needed by the user in advance. In this paper we propose a generic, context-aware hoarding mechanism. When selecting the information to hoard, it considers the user's future location as well as the expected speed of movement. In contrast to existing hoarding mechanisms it is universally applicable for different types of location-dependent, mobile information systems. Its flexibility allows it to rely on different knowledge sources in order to get information about a user's context.Item Open Access Strategien und Technologien einer pluralistischen Fern- und Nahwärmeversorgung in einem liberalisierten Energiemarkt unter besonderer Berücksichtigung der Kraft-Wärme-Kopplung und erneuerbarer Energien : Kurzfassung der Studie(2000) Besch, H.; Neuffer, Hans; Witterhold, Franz-Georg; Schönberg, Ingo; Jochem, Eberhard; Radgen, Peter; Schmid, Christiane; Mannsbart, Wilhelm; Pfaffenberger, Wolfgang; Schulz, Wolfgang; Voß, Alfred; Blesl, Markus; Fahl, Ulrich; Zschernig, Joachim; Sager, Jörg; Fahlenkamp, Hans; Hölder, Daniel; Dötsch, Christian; AGFW - Arbeitsgemeinschaft Fernwärme e.V. bei der Vereinigung Deutscher ElektrizitätswerkeDie Zusammenfassung dient zwei Zielen: Zunächst werden die wesentlichen Ergebnisse der Langfassung der o.g. Studie referiert; auf dieser Basis werden dann mögliche Maßnahmen und Strategien diskutiert, die kurzfristig (2000-2001) ergriffen werden könnten. Als Akteure kommen hierbei nicht nur die Bundesregierung, die wichtige Rahmenbedingungen zum Marktgeschehen wird setzen müssen, in den Fokus, sondern auch die Betreiber von Heizkraftwerken und KWK-Anlagen und deren Verbände, aber auch andere Akteure wie z. B. Contracting-Unternehmen und Forschungseinrichtungen. Da die Übergangsphase der Liberalisierung der europäischen Stromwirtschaft in den Jahren 2000-2005 eine besondere Herausforderung für die KWK-Entwicklung darstellt, wird auch ein kurzfristig wirksames Maßnahmenbündel zur Diskussion gestellt. Dem Leser sei zum Verständnis in Erinnerung gerufen, dass diese vorgelegte Analyse im Rahmen einer Vorstudie durchgeführt wurde und langfristig abgesicherte Aussagen auch Analysen mit einschließen müssten, die bis 2010 und 2020 reichen. Weiterführende Arbeiten sollen in einer geplanten Hauptstudie erfolgen.Item Open Access Wettbewerbsfähigkeit der verschiedenen Stromerzeugungsarten im liberalisierten Markt(2000) Voß, AlfredMit dem Inkrafttreten der Neufassung des Energiewirtschaftsgesetzes am 29. April 1998, als nationale Umsetzung der EU-Binnenmarktrichtlinie, ist die deutsche Elektrizitätswirtschaft in den Wettbewerb entlassen worden. Die geschlossenen Versorgungsgebiete wurden beseitigt und der deutsche Strommarkt für ausländische Anbieter vollständig geöffnet. Damit wurde ein Prozeß des Wandels und struktureller Veränderungen eingeleitet, der in seiner Dynamik und Reichweite wohl nur von wenigen vorausgesehen worden ist. Der einsetzende Preis- und Verdrängungswettbewerb hat zu Strompreiseinbrüchen auf breiter Front geführt. Dem auch durch neue Marktteilnehmer härter gewordenen Wettbewerb sowie dem drohenden Margenverfall und Umsatzeinbußen versuchen die traditionellen Stromanbieter durch radikale Kostensenkungsprogramme, Umorganisationen, neue Produkte und Dienstleistungen, eine neue Kundenorientierung aber auch durch Übernahmen, Fusionen und Allianzen zu begegnen. Der größte Druck der Liberalisierung und Deregulierung lastet auf der Stromerzeugung. Es ist offenkundig, daß der die jetzige Phase der Marktentwicklung charakterisierende Verdrängungswettbewerb die Erzeugung besonders tangiert, zumal aus Unternehmenssicht die eigenen Erzeugungsanlagen in Konkurrenz mit dem Fremdbezug stehen. Angesichts dieser Situation stellt sich natürlich auch die Frage, wo stehen die verschiedenen Erzeugungsanlagen im Beschaffungswettbewerb oder wie ist die Wettbewerbsfähigkeit der verschiedenen Stromerzeugungstechniken im liberalisierten Markt zu beurteilen?Item Open Access Synthese und Eigenschaften von amphiphilen Copolymeren mit periodischen Strukturen und deren Wechselwirkungen an Grenzflächen(2000) Schoger, Hans-Alfred; Eisenbach, Claus Dieter (Prof. Dr. )Ein Ziel dieser Arbeit war die Synthese von neuen amphiphilen Copolymeren ausgehend von leicht zugänglichen Standardmonomeren. Im Vordergrund stand dabei die Kontrolle der amphiphilen Eigenschaften der Copolymere im Hinblick auf deren Selbstorganisation zu monomolekularen Schichten an Grenzflächen und die Aufklärung von Zusammenhängen zwischen Architektur sowie Zusammensetzung makromolekularer Systeme und deren Selbstorganisation unter dem Blickwinkel der Eignung als Modellmembrane und komplexe Multischichtsysteme mit speziellen funktionellen Eigenschaften. Die neuartigen Aspekte dieser Arbeit liegen in der Architektur der amphiphilen Copolymere. Bei den in der Literatur bekannten polymeren Amphiphilen handelt es sich größtenteils um Block- oder Pfropfcopolymere. Im Rahmen dieser Arbeit wurden durch ein im Arbeitskreis neu entwickeltes radikalisches Copolymerisationsverfahren amphiphile Copolymere mit periodischen Strukturen synthetisiert. Gegenüber den bekannten Verfahren zur Herstellung sogenannter hydrophob modifizierten Polymere durch polymeranaloge Reaktionen besteht der große Vorteil darin, daß maßgeschneiderte Makromoleküle mit genau definiertem Verhältnis zwischen hydrophilen und hydrophoben Sequenzen direkt durch Copolymerisation von leicht zugänglichen Standardmonomeren erhalten werden. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung der synthetisierten amphiphilen Polymere hinsichtlich ihrer rheologischen Eigenschaften. Wasserlösliche, hydrophob modifizierte Polymere bilden aufgrund der intermolekularen Wechselwirkungen der hydrophoben Gruppen oberhalb der Überlappungskonzentration Aggregate, welche eine Viskositätserhöhung zur Folge haben. Es konnte gezeigt werden, daß die amphiphilen Copolymere mit geringen Anteilen an hydrophoben Sequenzen aufgrund der überwiegenden intermolekularen hydrophoben Wechselwirkungen die Viskosität von wäßrigen Lösungen drastisch erhöhen und daher ihr technischer Einsatz als Viskositätsveränderer denkbar ist.