Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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Im Frühjahr 1969 wurde bei Ausgrabungen der Universität Bonn unter Leitung von Elmar Edel auf der Qubbet el-Hawa ein außergewöhnliches Depot mit Materialien einer antiken Gusswerkstatt gefunden. Im Zuge der Fundteilung gelangten die meisten Stücke des Konvolutes in das Ägyptische Museum der Universität Bonn und werden dort aufbewahrt.
Die Deponierung des für die Forschung zur antiken Metallurgie bisher einzigartigen Konvoluts geschah im Zuge der Nachnutzung von Grabanlagen aus dem Alten Reich (um 2100 v. u. Z.) in der ägyptischen Spätzeit (um 550 – 400 v. u. Z.). Das Depot enthält Objekte, die alle Fertigungsstufen von Metallgegenständen im Wachsausschmelzverfahren dokumentieren. Es wurden Stücke von Rohwachs sowie Wachsmodelle und die zu deren Herstellung genutzten Negativformen gefunden. Weiterhin enthielt es vollständige Gussformen, die in einem aufwendigen Mehrschalenverfahren hergestellt wurden und teilweise bereits für den Guss ausgebrannt worden sind. Schließlich zählen einige Metallfiguren sowie weitere figürliche Objekte zum Konvolut, die alle in den Bereich einer kunsthandwerklichen Werkstatt deuten. Eine Besonderheit stellen zudem Gussformen dar, in denen Fragmente von Metallfiguren zur Reparatur im Überfangguss vorbereitet waren.
Das Depot wurde in der Gesamtpublikation der Bonner Grabungen bisher nur summarisch vorgestellt. 2014/15 initiierten die Abteilung Ägyptologie der Universität Bonn und das LVR-LandesMuseum Bonn unter Ludwig D. Morenz und Michael Schmauder ein gemeinsames und von der Fritz-Thyssen-Stiftung gefördertes Forschungsprojekt, das von Martin Fitzenreiter, Johannes Auenmüller und Frank Willer geleitet wurde. In Kooperation mit Dietmar Meinel (Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung Berlin / BAM, Fachbereich 8.5 Mikro-ZfP), Roland Schwab (Curt-Engelhorn-Zentrum Archäometrie gGmbH, Mannheim), Gerwulf Schneider (FU Berlin, Exzellenzcluster TOPOI), Ursula Baumer und Patrick Dietemann (beide Doerner-Institut / München), Thorsten Geisler-Wierwille (Steinmann Institut für Geologie, Mineralogie und Paläontologie der Universität Bonn) sowie Ursula Tegtmeier (Labor für Archäobotanik der Universität Köln) wurden die Objekte des Konvolutes eingehend und mit zeitgemäßen Verfahren untersucht. Die Ergebnisse dieses Forschungsprojekts werden in dieser Publikation vorgelegt.
Reference nanomaterials
(2016)
This chapter reviews relevant aspects of the still less explored field of RNMs. In the first part, definition of RMs according to different metrological levels was presented as well as the general strategy on their development. In the second part, the importance of RNMs in material science and nanotoxicology is explained and considerations on the use of silica nano-objects as potential future reference material was discussed. Overall, several points should be highlighted from this chapter: Definition of a reference material depends on the level of standardization. Certified reference material represents the highest level of traceability. Different types of reference materials, standard materials and certified reference materials are available, as shown in Table 3.1. The preparation of nano-objects with well-defined mechanical properties is still an unsolved issue and thus needs further R&D activities. Nevertheless, amorphous silica seems to be a promising candidate for reaching this objective. Traceable properties of nanomaterials are still limited to few cases such as primary particle size and thickness measurements of very thin films. In general, developed RMs are monoparametric thus, only one characteristic of the nano-objects is reported. In nanotoxicology, the challenge is in the development of suitable RNM that bears similarities to the measurements made on the sample analysed.
Alumina thin films
(2016)
This chapter gives an overview over preparation, properties and applications of alumina thin films. The preparation of polymeric and colloidal alumina sols and their deposition on diverse substrate materials with different geometries are described first. Consideration of properties (surface tension, particle size, viscosity, aging of the sols and their optimization by using certain additives) is included, too. A description of post-treatments of the coatings, which initiate phase transformations and also determine their microstructure, completes the part on coating preparation. Data on adhesion, thickness, surface roughness and mechanical, textural as well as optical properties of alumina thin films are provided in a further paragraph. In a third main part experience concerning possible applications, such as (i) membranes for catalysis, separation and filtration, (ii) barrier layers against electrochemical and high temperature corrosion or inter-diffusion of ions between different phases, (iii) mechanical protection, (iv) sensor construction, (v) improvement of optical properties, as well as (vi) achieving water repellency is summarized.
Im Rahmen des abgeschlossenen EU-Projekts NIKER (www.niker.eu) wurden die mechanischen Eigenschaften von Lehmsteinmauerwerk untersucht. Im ersten Teil wurde das mechanische Verhalten unter statischer Druck- und Schubbeanspruchung bestimmt. Ziel dieser Untersuchungen war es, grundlegende Daten zum Verformungs- und Versagensverhalten von Lehmbauteilen zu erhalten und dieses mit einem numerischen Modell zu beschreiben. Die Versuchsergebnisse belegten das spröde Verhalten von Lehmmauerwerk bei uniaxialer Druckbelastung und zeigten, dass das Versagen von Lehmmauerwerk infolge Schubbelastung nach Erstrissbildung in Mörtelfugen und Lehmsteinen durch Gleiten der Lehmsteine entlang der Mörtelfugen erfolgt. Mit der Software DIANA® wurden numerische Modelle entwickelt. Eine Makromodellierung erbrachte zufriedenstellende Resultate hinsichtlich des Spannungs-Dehnungs-Verhaltens unter statischem Druck, während mit einer Mikromodellierung zufriedenstellende Ergebnisse hinsichtlich des Spannungs-Dehnungs-Verhaltens unter statischer Schubbeanspruchung erzielt wurden. Für beide Fälle, d.h. Makromodellierung von statischem Druck und Mikromodellierung von statischem Schub, wurde eine gute Übereinstimmung der simulierten Rissbildung mit den tatsächlichen Rissbildern beobachtet.
Im zweiten Teil des Projekts wurden Verfahren zur experimentellen Beurteilung von Verpressankern für Lehmsteinmauerwerk erprobt. Die Versuchsergebnisse zeigten, dass die gewählten Versuchsabläufe mit Betrachtung der Verformungen bzw. Relativverschiebungen der Ankerkomponenten und des Mauwerwerks geeignet sind, die am häufigsten wiederkehrenden Versagensarten zu bestimmen und Traglastkurven für Verpressanker zu erstellen.
Anhand von Versuchsergebnissen und zuverlässigkeitstheoretischen Grundlagen erfolgte die Ermittlung eines Teilsicherheitsbeiwertes für Lehmmauerwerk unter dem Lastzustand Druck nach der Kalibrationsmethode der DIN EN 1990. Darüber hinaus fanden Untersuchungen zur Ermittlung der Parameter zur Bestimmung der rechnerischen Mauerwerksfestigkeit statt. Aufgrund der derzeit noch ungenügenden Datengrundlage konnten lediglich erste Empfehlungen für Teilsicherheitsbeiwerte ausgesprochen werden. Ein Bemessungskonzept im Lehmmauerwerksbau auf Basis von Teilsicherheitsbeiwerten, welches sich an der gültigen Mauerwerksnormung anlehnt, scheint aber prinzipiell möglich. Es bedarf allerdings noch weiterer Forschung, insbesondere im Hinblick auf andere Lastzustände und auf das Feuchtigkeitsverhalten von Lehmmauerwerk.
This study presents diagnostic techniques to assess the structural vulnerability of earthen buildings. Medieval structures at Ambel (near Zaragoza, Spain), once a preceptory or monastic house belonging to the Military Orders, provide a useful case study. After more than a thousand years of construction, failure and repair from the 10th century to the present day, Ambel preceptory today is characterised by marked inhomogeneities: construction materials and structural typologies are juxtaposed, with structural discontinuities at the interfaces between construction phases. This paper argues that, while static analysis is an essential prerequisite before a suitable maintenance program can be defined, no evaluation of the structural behaviour of any historic building can ignore an understanding of the building’s history.