@article{OrgasLierschNagel, author = {Orgas, Steffen and Liersch, Klaus W. and Nagel, R.}, title = {Vom Winde verweht - Ursachenforschung zur Vermeidung von Sturmsch{\"a}den - Simulation der Druckverh{\"a}ltnisse im Dachrandbereich von Flachd{\"a}chern}, language = {de} } @misc{FlorianSchrickerZenzetal., author = {Florian, Tobias and Schricker, Klaus and Zenz, Constantin and Otto, Andreas and Schmidt, Leander and Diegel, Christian and Friedmann, Hannes and Seibold, Marc and Hellwig, Peter and Fr{\"o}hlich, Fabian and Nagel, Falk and Kallage, Peter and Buttazzoni, Michele and Rack, Alexander and Requardt, Herwig and Chen, Yunhui and Bergmann, Jean Pierre}, title = {Combining in situ synchrotron X-ray imaging and multiphysics simulation to reveal pore formation dynamics in laser welding of copper}, series = {International Journal of Machine Tools and Manufacture}, volume = {204}, journal = {International Journal of Machine Tools and Manufacture}, publisher = {Elsevier BV}, issn = {0890-6955}, doi = {10.1016/j.ijmachtools.2024.104224}, pages = {1 -- 22}, abstract = {Laser beam welding has emerged as a powerful tool for manufacturing copper components in electrical vehicles, electronic devices or energy storage, owing to its rapid processing capabilities. Nonetheless, the material's high thermal conductivity and low absorption of infrared light can introduce process instabilities, resulting in defects such as pores. This study employs a hybrid approach that combines in situ synchrotron X-ray imaging with compressible multiphysics process simulation to elucidate pore-forming mechanisms during laser beam welding of copper. High-speed synchrotron X-ray imaging with an acquisition rate of 20,000 images/second facilitates the identification of relevant process regimes concerning pore formation during laser beam welding of copper with a wavelength of 1070 nm. Furthermore, in situ observations with high temporal and spatial resolution present a unique database for extensive validation of a multi-physics process simulation based on welding processes using different concentric intensity distributions. These validated simulation results enable thorough comprehension of process-related pore formation based on the interaction between keyhole, melt pool and resulting flow field. The findings show that pore formation is driven by four different mechanisms: bulging, spiking, upwelling waves at the keyhole rear wall and melt pool ejections. The synergy of high- speed synchrotron X-ray imaging and multi-physics modeling provides a fundamental understanding of the chronological sequence of events leading to process-related pore formation during laser beam welding of copper.}, language = {en} } @book{SteffensDawoudRechenaueretal., author = {Steffens, Oliver and Dawoud, Belal and Rechenauer, Christian and M{\"u}hlberger, Thomas and Trauner, Matthias and Saller, Tobias and Riederer, Michael and Haug, Sonja and Vetter, Miriam and Cerullo, Laura and Weber, Karsten and Draeger, Susan and Kominis, Lena and Steininger, Peter and Malz, Sebastian and Gerdes, Thorsten and Melzl, Johannes and Haas, Katharina and Helling, Dominik and Zielbauer, Lukas and Stelzl, Andr{\´e} and Andratschke, Christin and Grießhammer, Peter and Giebisch, Matthias and Preis, Michael and Michlbauer, David and Walbrunn, Johannes and Nagel, Klaus and Lang, Christian and Schnabl, Andreas and Toutouly, Lovis and R{\"u}ckerl, Alexander}, title = {MAGGIE - Energetische Modernisierung des genossenschaftlichen Wohnquartiers Margaretenau in Regensburg : Musterl{\"o}sungen f{\"u}r solaroptimiertes Wohnen mit innovativen solaraktiven Baustoffen und einem KI-gest{\"u}tzten Energiemanagement f{\"u}r eine netzdienliche, emissionsarme Strom- und W{\"a}rmelogistik; Ergebnisbericht}, editor = {Steffens, Oliver}, address = {Regensburg}, doi = {10.35096/othr/pub-5901}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:898-opus4-59011}, pages = {XVIII, 462}, abstract = {Das Projekt MAGGIE ist ein vom Bundesministerium f{\"u}r Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gef{\"o}rdertes Projekt innerhalb der F{\"o}rderinitiative „Solares Bauen/Energieeziente Stadt" im Rahmen des 6. Energieforschungsprogramms. Im Projekt MAGGIE sollten beispielhaft f{\"u}r das genossenschaftliche historische Stadtquartier „Margaretenau" in Regensburg Musterl{\"o}sungen f{\"u}r energieoptimiertes Wohnen mit innovativen Wandauauten aus solaraktiven Baustoen und einer vorhersagebasierten Versorgungstechnologie entwickelt werden. F{\"u}r ein bestehendes Wohngeb{\"a}ude als Demonstrationsund Versuchsobjekt wurde beispielhaft ein neuartiges, besonders ezientes Hybridsystem aus W{\"a}rmepumpentechnologie und Kraft-W{\"a}rme-Kopplung (Blockheizkraftwerk) konzipiert und umgesetzt. F{\"u}r die denkmalgerechte Modernisierung historischer Fassaden wurde ein solaraktives und solaradaptives Außenputzsystem entwickelt und getestet. Der erh{\"o}hte Ausnutzungsgrad solarer Gewinne in Verbindung mit einer verbesserten thermischen Behaglichkeit im Geb{\"a}udeinnerendurch innovative Innenputz-/Innenfarbsysteme kann maßgeblich zur Einsparung von Heizw{\"a}rme beitragen. Dazu wurden mit Blick auf die bauphysikalischen und w{\"a}rmetechnischen Eigenschaften Versuche an einem eigens aufgebauten Wandpr{\"u}fstand durchgef{\"u}hrt, erg{\"a}nzt durch bauphysikalische Modellsimulationen. Die Ergebnisse sind vielversprechend, auch wenn eine serientaugliche L{\"o}sung f{\"u}r den Einsatz am Geb{\"a}ude im Rahmen des Projektes nicht entstehen konnte. Das wichtigste Ziel des Projektes war es, ein hochezientes, skalierbares Versorgungssystem durch die Kombination von Kraft-W{\"a}rme-Kopplung (Blockheizkraftwerk, BHKW) mit einer Pvunterst{\"u}tzten W{\"a}rmepumpen-Technologie zu entwickeln und im Detail zu modellieren, in Verbindung mit einer innovativenW{\"a}rmelogistik zur Reduktion der Verteilungsverluste f{\"u}r dieWarm-wasserversorgung. Das Systemsollte neben einem hohen Eigenstrom-Nutzungsanteil auch netzdienliche Schwarmfunktionalit{\"a}t aufweisen. Die Skalierbarkeit des vernetzten Systems („Mitwachsen") erlaubt eine abschnittsweise Modernisierung des gesamten Ensembles {\"u}ber mehrere Jahre, was f{\"u}r die Finanzierbarkeit und praktische Umsetzung erhebliche Bedeutung hat. Durch die hohe Energieezienz wird die Warmmiete f{\"u}r die Bewohner der genossenschaftlichen Siedlung durch die Modernisierungsmaßnahmen nicht erh{\"o}ht, so dass auch nach der Modernisierung ein bezahlbares Wohnen sichergestellt wird. Die Auslegung des Systems erfolgte durch ein neu entwickeltes, generisch einsetzbares Planungs-, Optimierungs- und Steuerungstool, das auch die Regelung im Betrieb {\"u}bernimmt. Die in Echtzeit laufende Nachoptimierung des Systems w{\"a}hrend des Betriebs greift auf reale Monitoringdaten zu. Die Einbindung von Nutzerbedarfsprolen, Stromb{\"o}rse und Wetterdaten in die Steuerung ist vorbereitet und gestattet einen dynamischen und perspektivischen Anlagenbetrieb zur Maximierung der Solar- und Umweltw{\"a}rme-Anteile der Energieversorgung. Mithilfe einer intensiven Nutzerinformation in einem partizipativen Planungsprozess wurde die Akzeptanz der experimentellen Maßnahmen sichergestellt. Durch oene Kommunikation der Zielsetzungen und L{\"o}sungsans{\"a}tze f{\"u}r eine klimafreundliche, kostenbewusste Restaurierung des Wohnungsbestands und die aktive Einbindung der Bewohner fand das Projekt das Interesse und die Unterst{\"u}tzung der Menschen, auch in der schwierigen Phase der Umsetzung baulicher Maßnahmen in einem zwangsl{\"a}ug in Abschnitten vor{\"u}bergehend entmieteten Geb{\"a}ude.}, language = {de} } @misc{DiegelSchrickerSchmidtetal., author = {Diegel, Christian and Schricker, Klaus and Schmidt, Leander and Seibold, Marc and Friedmann, Hannes and Hellwig, Peter and Fr{\"o}hlich, Fabian and Nagel, Falk and Kallage, Peter and Rack, Alexander and Requardt, Herwig and Chen, Yunhui and Bergmann, Jean Pierre}, title = {In situ characterization of keyhole behavior and spatter formation in full penetration laser beam welding with local gas flow using high-speed synchrotron X-ray imaging}, series = {Optics \& laser technology}, volume = {191}, journal = {Optics \& laser technology}, publisher = {Elsevier BV}, address = {Amsterdam}, issn = {0030-3992}, doi = {10.1016/j.optlastec.2025.113367}, pages = {1 -- 17}, abstract = {Spatter formation is a major issue at welding speeds above 8 m/min for full penetration laser beam welding of high-alloyed steels. In experiments using a local gas flow directed at the keyhole rear wall, a reduction in spatter formation on the specimen top side was observed for welding of AISI 304. However, the interaction between gas flow and keyhole behavior with respect to the mechanisms and locations of spatter detachment, especially on the bottom side, is not yet fully understood. High-speed synchrotron X-ray imaging enables detailed insights into the keyhole behavior and the spatter formation to obtain a deeper understanding of the underlying mechanisms. During the reference experiments welding without shielding gas flow, the spatter detach from a melt pool swelling behind the keyhole aperture on both sides of the sheet. A gas flow with a low flow rate of 4.8 L/min reduces the spatter formation on the top side and the keyhole length due to the absence of oxygen affecting the surface tension. A swelling also forms on the keyhole front on the bottom side and small spatter detach undirected. Increasing the flow rate to 12.8 L/min elongates the keyhole, particularly on the specimen top side. The increased momentum transfer of the gas flow results in a periodic keyhole oscillation on the specimen top side. In combination with an elongated melt pool, the oscillation is directly correlated with the hump formation, caused by melt being pushed over the already solidified weld seam. In addition, spatter does not detach from the top side due to the changed melt flow and only detach from the keyhole front on the bottom side.}, language = {en} } @misc{SchrickerSchmidtNageletal., author = {Schricker, Klaus and Schmidt, Leander and Nagel, Falk and Diegel, Christian and Friedmann, Hannes and Seibold, Marc and Hellwig, Peter and Fr{\"o}hlich, Fabian and Kallage, Peter and Chen, Yunhui and Requardt, Herwig and Rack, Alexander and Bergmann, Jean Pierre}, title = {A comprehensive study on the influence of spatial power distribution on time-dependent keyhole behavior in laser beam welding of copper by means of high-speed synchrotron X-ray imaging}, series = {Optics \& laser technology}, volume = {192, Part E}, journal = {Optics \& laser technology}, publisher = {Elsevier BV}, address = {Amsterdam}, issn = {0030-3992}, doi = {10.1016/j.optlastec.2025.113999}, pages = {1 -- 15}, abstract = {This paper examines the impact of spatial power distributions on the time-dependent keyhole behavior during laser beam welding of copper using high-speed synchrotron X-ray imaging. The experimental setup utilized a COHERENT HighLight FL8000-ARM fiber laser with concentric intensity distribution created by an optical fiber cable. The European Synchrotron Radiation Facility (ESRF, beamline ID19) was used to conduct high-speed synchrotron imaging at 20,000 images per second to study the spatio-temporal keyhole behavior. Keyhole geometries were extracted through advanced image processing techniques, allowing quantification of parameters like depth, aperture, bulging, and determination of related oscillation frequencies. The results showed that core-dominated processes exhibit significant variations in keyhole geometry. In contrast, ring-dominated processes exhibited reduced penetration depths but increased melt pool dynamics due to altered absorption conditions and increased temperatures within the melt pool. A stabilized core-ring power distribution minimized fluctuations, resulting in improved process stability. The findings were summarized in a model concept describing three characteristic keyhole regimes: core-dominated, ring-dominated, and stabilized core-ring processes.}, language = {en} }