Filtern
Erscheinungsjahr
- 2009 (1886) (entfernen)
Dokumenttyp
- Vortrag (902)
- Zeitschriftenartikel (322)
- Posterpräsentation (297)
- Beitrag zu einem Tagungsband (162)
- Beitrag zu einem Sammelband (129)
- Forschungsbericht (21)
- Buchkapitel (15)
- Dissertation (13)
- Video (8)
- Monografie (4)
Sprache
- Deutsch (1428)
- Englisch (447)
- Mehrsprachig (9)
- Französisch (1)
- Russisch (1)
Schlagworte
- Corrosion (11)
- Radar (9)
- Simulation (9)
- Non-destructive testing (8)
- Beton (7)
- LIBS (7)
- LTCC (7)
- OTDR (7)
- Steel (7)
- Structural health monitoring (7)
Eingeladener Vortrag
- nein (902)
Chemical derivatization XPS is used for the quantitative determination of amines at conventional organic surfaces, and it is also applied to plasma-processed aminated surfaces. When using TFBA and PFB as derivatization reagents for tagging primary amino groups, unexpected fluorine species were observed in the second case. The existence of reaction pathways other than those expected for amine derivatization with PFB or TFBA has to be assumed. This phenomenon is tentatively interpreted as the result of C—F bond cleavage during derivatization reactions of TFBA and PFB at plasma-polymerized allylamine and other plasma-processed aminated surfaces. As a consequence, quantification procedures based on derivatization by PFB or TFBA will underestimate amine surface concentrations.
A set of ten calibration materials based on acrylonitrile-butadiene-styrene terpolymer (ABS) containing the elements Br, Pb, Cd, Cr, and Hg was produced in order to control polymer samples in regard to the restriction on the use of certain hazardous substances (RoHS) directive. The materials were produced with respect to the special demands of X-ray fluorescence analysis (XRF) and inductively coupled plasma mass spectrometry in combination with laser ablation (LA-ICP-MS).
The mass fractions of all elements were 0-1500 mg/kg and the materials were produced as granulates and solid discs with a diameter of 40 mm and thicknesses of 1, 2, and 6 mm. It could be shown that the signals measured by XRF strongly depend on the thickness of polymeric samples.
Macroscopic homogeneity was assessed with XRF measuring a total of 180 samples. The microscopic homogeneities were determined for a material with average elemental mass fractions with the aid of synchrotron radiation (SR) µ-XRF and LA-ICP-MS. Sufficient macroscopic and microscopic homogeneities for all elements could be achieved. It was observed that organic additives show a better homogeneity than oxides.
XRF and LA-ICP-MS were successfully calibrated with the new materials. Limits of detection were in the range of 0.4-22 mg/kg for XRF and 2.3-26.8 mg/kg for LA-ICP-MS. The materials are considered as candidate reference materials (RM) by the Federal Institute of Materials Research and Testing (BAM, Germany).
New applications of low-temperature co-fired ceramics (LTCC), such as pressure sensors or integrated functional layers, require materials that possess higher coefficients of thermal expansion (CTE). To fabricate LTCC with elevated CTE, two methods of material design are examined: firstly, glass ceramic composites (GCC), which consist of >50 vol% glass in the starting powder, and, secondly, glass-bonded ceramics (GBC), where glass is added as a sintering aid only. The CTE of GBC is mainly determined by the crystalline component. For GCC, the CTE can be well predicted, if CTE and elastic data of each phase in the microstructure are known. A nonlinear characteristic of the CTE versus phase composition was found with increasing Ecrystals/Eglass ratio and absolute CTE difference between the components. The glass composition and glass amount can be used to compensate the fixed properties of a crystalline material in a desired way. However, because the CTE and permittivity of a glass cannot be chosen independently, an optimum glass composition has to be found. For a given LTCC, it is possible to control the devitrification by shifting the glass composition. In this way, the resulting CTE values can be predicted more exactly and tailoring becomes possible. Different LTCC materials, based on the crystalline compounds Ba(La,Nd)2Ti4O12, ZrO2 (Y-TZP), SiO2 (quartz), and specially developed glasses, possessing an elevated CTE of around 10 × 10-6 K-1 while showing permittivity εr between 6 and 63, are introduced.
Monitoring the vulcanization of elastomers: Comparison of curemeter and ultrasonic online control
(2009)
The vulcanization of elastomeric materials has a high impact on the properties of the final product. Therefore, it is important to monitor and control this crosslinking process. A common technique to attain the necessary curing time is the use of a curemeter in accordance with ISO 6502 in order to determine the time for full cure of a sample with a standardized geometry. Based on this result and a lot of practical experience, the required curing time for a given product geometry is estimated. Within the scope of this work, a new analysis technique will be compared with the standard procedure. The ultrasonic online control employs ultrasound waves to measure the changes in material properties caused by vulcanization. For this study, a natural rubber compound with a conventional curing system was investigated by both techniques. It was found that the results of the ultrasonic technique show good agreement with the results of the curemeter.
Quantitative and Qualitative Comparison of Particulate Emissions from Office Machines (ABSTRACT)
(2009)
BETOSCAN - An instrumented mobile robot system for the diagnosis of reinforced concrete floors
(2009)
Grundlegende Anforderungen des Brand- und Explosionsschutzes im weitesten Sinn und entsprechende sicherheitstechnische Standards werden in europäischen Richtlinien und Normen beschrieben. Der Beitrag skizziert beispielhaft aktuelle Entwicklungen und in einigen Fällen deren Auswirkungen auf das entspechende nationale Regelwerk.
Hydrolytic degradation and functional stability of a segmented shape memory poly(ester urethane)
(2009)
In order to understand the effects of water and hydrolytic ageing on semi-crystalline poly(ester urethane) and its shape memory functionality, water immersion experiments at elevated temperature have been performed on a model substance and various parameters were monitored: change of the melting/crystallisation temperatures, substantial increase in crystallinity, temperature dependence of the water diffusion coefficient and solubility, hydrogen-bonding index and phase mixing by peak deconvolution of the FT-IR carbonyl region and day-to-day tensile and thermo-mechanical cyclic tensile tests. A rising fraction of freezable water agglomerates in the polymer was found for specimens cooled from the immersion temperature. The degradation process could be divided into three phases: an induction phase, a phase of continuous degradation and a phase of accelerated degradation. Shape recovery remains fairly constant during phase one and decreases slowly during phase two. The increase in crystallinity in phase two is accompanied by an increase in shape fixing ability.
The dispersed iron oxide nanoparticles of ferrofluids in aqueous solution are difficult to characterize due to their protective polymer coatings. We report on the bimodal size distribution of superparamagnetic iron oxide nanoparticles found in the MRI contrast agent Resovist, which is a representative example of commercial nanoparticle-based pharmaceutical formulations. The radii of the majority of the nanoparticles (>99%) range from 4 to 13 nm (less than 1% of the particles display radii up to 21 nm). The maxima of the size distributions are at 5.0 and 9.9 nm. The analysis was performed with in situ characterization of Resovist via online coupling of asymmetrical flow field-flow fractionation (A4F) with small-angle X-ray scattering (SAXS) using a standard copper X-ray tube as a radiation source. The outlet of the A4F was directly coupled to a flow capillary on the SAXS instrument. SAXS curves of nanoparticle fractions were recorded at 1-min time intervals. We recommend using the A4F-SAXS coupling as a routine method for analysis of dispersed nanoparticles with sizes in the range of 1-100 nm. It allows a fast and quantitative comparison of different batches without the need for sample preparation.
The traffic infrastructure in the vicinity of large airports is often very well developed, and, therefore, supports the establishment of significant industrial development. Regional or overall worldwide air traffic accessibility is an important aspect of site choice for many companies. Since air traffic has constantly increased in recent years, this has lead to the presumption that the risk of aircraft crashes in areas near airports is also greater than before. However, the risk of accidents in the neighborhood of an airport can be minimized by implementing some limitations.
Wear mechanisms, as adhesion, abrasion, fatigue and tribochemical wear, are complex in their physical and chemical nature. A theoretical description and prediction of wear are in most cases still far from reality. It is, therefore, important to use test rigs before a practical application of a given material combination under tribological loading.
On the other hand, model equations can be helpful for wear description, if a single wear mechanism is dominant.
Under oscillating and continuous sliding contact conditions, equations for wear calculation are presented to describe running-in and stationary wear behaviour of metals and ceramics. By using shear energy density, real area of contact, flash temperature, activation energy and numerical simulations with the method of movable cellular automata (MCA), wear data were calculated and compared to experimental laboratory results.
Forefields of receding glaciers are unique and sensitive environments representing natural chronosequences. In such habitats, microbial nitrogen fixation is of particular interest since the low concentration of bioavailable nitrogen is one of the key limitations for growth of plants and soil microorganisms. Asymbiotic nitrogen fixation in the Damma glacier (Swiss Central Alps) forefield soils was assessed using the acetylene reduction assay. Free-living diazotrophic diversity and population structure were resolved by assembling four NifH sequence libraries for bulk and rhizosphere soils at two soil age classes (8- and 70-year ice-free forefield). A total of 318 NifH sequences were analyzed and grouped into 45 unique phylotypes. Phylogenetic analyses revealed a higher diversity as well as a broader distribution of NifH sequences among phylogenetic clusters than formerly observed in other environments. This illustrates the importance of free-living diazotrophs and their potential contribution to the global nitrogen input in this nutrient-poor environment. NifH diversity in bulk soils was higher than in rhizosphere soils. Moreover, the four libraries displayed low similarity values. This indicated that both soil age and the presence of pioneer plants influence diversification and population structure of free-living diazotrophs.
Phosphorus (P) is an essential element for all living organisms and cannot be replaced. Municipal sewage sludge is a carrier of phosphorus, but also contains organic pollutants and heavy metals. A two-step thermal treatment is suggested, including mono-incineration of sewage sludge and subsequent thermochemical treatment of the ashes. Organic pollutants are completely destroyed by mono-incineration. The resulting sewage sludge ashes contain P, but also heavy metals. P in the ashes exhibits low bioavailability, a disadvantage in farming. Therefore, in a second thermochemical step, P is transferred into mineral phases available for plants, and heavy metals are removed as well. The thermochemical treatment was investigated in a laboratory-scale rotary furnace by treating seven different sewage sludge ashes under systematic variation of operational parameters. Heavy metal removal and the increase of the P-bioavailability were the focus of the investigation. The present experimental study shows that these objectives have been achieved with the proposed process. The P-bioavailability was significantly increased due to the formation of new mineral phases such as chlorapatite, farringtonite and stanfieldite during thermochemical treatment.
The objective of this work was to test the compliance of commercially available batteries with the German Battery Ordinance, a project of the German government that was initiated by the Federal Environment Agency. Different types of commercially available dry cells were analysed for their cadmium, lead and mercury contents. The dry cells underwent mechanical pre-treatment, separation of the different components and microwave-assisted digestion before determination of the heavy metals. Mercury is sometimes added to prevent the generation of gaseous hydrogen from the electrochemical process. Lead could be present since it is sometimes used as an alloying element of zinc. Cadmium has no technical importance and is an undesirable impurity. None of the batteries contained higher heavy metal mass fractions than the permissible limits.
JATROPHA - The seed of energy CO2-neutral fuels and lubricants based on sustainable non-food oils
(2009)
Sulfate attack constitutes a major risk of chemical aggression for concrete and other building materials. Mainly structures exposed to sewage waters and sulfate rich soils are affected. The measurement of sulfate ingress is important for damage assessment previous to repair works and for quality assurance of the effectiveness of protecting coatings or during concrete removal.
Laser induced breakdown spectroscopy is introduced for the quantitative measurement of sulfur contents in building materials, providing detailed depth profiles and imaging element distributions with 1 mm spatial resolution. Detailed statistical evaluation is possible due to the spatial resolution and the fast measurement of the method. Practical applications of the method for damage assessment are demonstrated for three different sewage plants.
Methode und Prüfkörper zum Nachweis von Gussdefekten in Aluminiumbauteilen mit Computertomographie
(2009)
Accelerated weathering test for plastics and coatings that are exposed to acidic precipitation
(2009)
Due to the occurrence of acidic precipitation, and due to the fact that polymers and stabilizers may be sensititve to acids, it is important to have a laboratory test that combines weathering exposure with acidic exposure. The loss of stabilization caused by an acid damage of stabilizing system gets evident only over the weathering progress. For solid samples, for wich mostly the surface properties are relevant, the "Acid Dew and Fog Test" (ADF test) was established. For woven or tufted materials, the "Acid Rain Test" (AR test) was developed. The proposed weathering tests aim at plastics as well as at coatings.
High-power piezo-electric motors with power densities of 1.4 kW/kg display a potential for substituting hydraulic actuators. For this application, two novel tribometers of the same type have been designed using commercially available components for sliding motion at 40 kHz with amplitudes between 2.5 µm and 5 µm. The tribometers are equipped with means to measure amplitude, frequency, power required to keep the samples in motion and load applied. The effective motion between the two contacting bodies is monitored in each of the tribometers. These data are used to evaluate the coefficient of friction. The wear rate was determined after the tests. The set-ups were tested using well-known 100Cr6H (AISI 52100) samples before investigating novel, non-commercial substrates such as AlFeCrTi-alloys and tungsten carbide-based coatings as well as Magnéli-type coatings (Tin-2Cr2O2n-1 and TinO2n-1). This paper presents the principle of the ultra-high frequency tribometers and first tribological quantities of materials and coatings tested up to and above 1011 cycles. Very low wear rates in the range 10-8 mm³/Nm down to 10-10 mm³/Nm were determined under dry oscillation in air.
Peer evaluation is used by the international accreditation organisations IAF and ILAC as a tool to harmonise the results of accreditation of conformity assessment bodies and as a control mechanism to ensure constantly competent services according to harmonized standards. Upon positive evaluation outcome, the accreditation body may join an Arrangement (MLA/MRA) between accreditation bodies, confirming systematic reliability and competence to the market. The objective of these Arrangements is that they will cover all accreditation bodies in all countries in the world, thus eliminating the need for suppliers of products or services to be certified in each country where they sell their products or services. This article is to aid single accreditation bodies wishing to sign these Arrangements in the future, and, furthermore, to communicate the procedure and the relevance of evaluation to the public in order to build up confidence in such Arrangements.
Die BAM wurde vom Industriegaseverband (IGV) zur Beantwortung der Frage, ob eine positive Neubewertung von in Deutschland zugelassenen Bauarten geschweißter Gasflaschen aus Stahl im Sinne der europäischen Richtlinie über ortsbewegliche Druckgeräte (RL 1999/36/EG) möglich ist, mit der Erstellung eines Gutachtens beauftragt. Es soll insbesondere die systematische Entwicklung der Zulassungsanforderungen für diese Art von Druckgefäßen in Deutschland berücksichtigen.
Explizit sind im Rahmen des Auftrages zu betrachten: Bauarten von geschweißten Gasflaschen aus Stahl für Gase, wie von der EN 13322-1:2006 und EN 1442:2008 erfasst, deren Zulassung ohne jedwede Art von Auflagen oder Einschränkungen auf der Basis der Druckgasverordnung (vom 20. Juni 1968) oder nachfolgend der Druckbehälterverordnung erteilt wurde.
Aufgrund der systematischen Betrachtung können Bauarten, deren Zulassungen unter irgendeiner Art von Betriebsauflagen oder sonstigen Einschränkungen erteilt worden sind, nicht von diesem Gutachten erfasst werden.
Dieses Gutachten analysiert die Unterschiede in den Beschaffenheitsanforderungen nach Druckgas- bzw. Druckbehälterverordnung gegenüber dem geltenden RID/ADR 2009. Es soll den benannten Stellen nach Richtlinie 1999/36/EG (TPED) eine Vereinfachung ihrer Bewertungsarbeit zur Neubewertung von in Deutschland zugelassenen Gasflaschen ermöglichen.
Für die Anwendung dieses Gutachtens wird auf die sog. „Flaschen-Negativliste“ der EIGA (Doc. 86/02 Gas cylinders with restricted use in the EU WG-2) und ggf. weitere zukünftig verfügbare Erkenntnisquellen verwiesen. Die dort beschriebenen Flaschen u. a. aus Deutschland werden unabhängig von der formalen Konformität mit der Richtlinie 1999/36/EG von den Mitgliedern der EIGA bzw. des IGV nicht den benannten Stellen zur wiederkehrenden Prüfung und damit auch nicht zur Neubewertung vorgestellt.
Die BAM untersucht regelmäßig Statistiken über Unfälle mit wassergefährdenden Stoffen sowie Datenerhebungen zu Gefahrgutunfällen. Ziel ist es, Hinweise zu Tendenzen und Lücken abzuleiten, die möglicherweise Anlass für weitere Aktivitäten und Maßnahmen geben, z. B. im rechtlichen Bereich oder in der Praxis. Regelmäßig beobachtete Unfallstatistiken über Jahre geben einen guten Überblick über das Unfallgeschehen in Deutschland. Dieser Bericht betrachtet das Jahr 2006 im Vergleich zu den Vorjahren.
Das Ziel der vorliegenden Vorstudie ist es, die grundsätzlichen Anforderungen, Funktionen und Möglichkeiten vorhandener Software zur Simulation schweißbedingter Phänomene (Prozess-, Struktur- und Werkstoffsimulation) zu erarbeiten und gegenüberzustellen. Die notwendigen Eingabedaten, die vorausgesetzte Anwendererfahrung, sowie die Systemanforderungen und der Rechenzeitbedarf werden für sowohl kommerziell erhältliche als auch zur Zeit noch rein in der Forschung angewandte Programme berücksichtigt.
Nach Aufarbeitung des heutigen Kenntnisstandes der Schweißsimulation wird aktuell verfügbare Software diskutiert. Diese Programme lassen sich in Anlehnung an Radaj in drei Teilbereiche (Software für Struktursimulation, Prozesssimulation und Werkstoffsimulation) unterteilen. Schließlich wird auf notwendige Eingabedaten, hier vor Allem auf die Werkstoffkennwerte, eingegangen. Da die quantitative Aussagekraft der Simulationsergebnisse gewährleistet werden muss, ist eine umfassende Prüfung der Plausibilität und der Genauigkeit der experimentell bestimmten Werkstoffkennwerte notwendig.
Mit GeoHyBe wurde ein neues Forum für die etwa 150 Vertreter der verschiedensten Berufszweige geschaffen, die eng mit dem Thema "Geothermische Anlagen unter hydrogeochemischen Aspekten der Betriebssicherheit" in Berührung stehen.
Insgesamt besteht der Beitrag zu Zielen des Forschungsschwerpunkts Geothermie somit in zwei Hauptergebnissen: in der Schaffung der oben genannten Plattform sowie im fachlichen Austausch über hydrogeochemische Probleme mit tiefen geothermischen Anlagen. Ferner wurden vor allem im Laufe der Podiumsdiskussion wünschenswerte Entwicklungen geäußert (Datenfreigabe bzw. Erleichterung des Zugangs zu relevanten Daten, Bedarf an weiterführenden oder vertiefenden Veranstaltungen etc.).
Die erreichten Ergebnisse haben das Potenzial, zu einer vereinfachten, besser angepassten Anlagenplanung und einer Verbesserung tiefengeothermischer Technologien und Materialien beizutragen. Dies führt zu einer erhöhten Betriebssicherheit und Energieausbeute geothermischer Anlagen, welche das klimapolitische Ziel der Erhöhung des Anteils regenerativer Energien am Gesamtenergieverbrauch und den Rückgang des CO₂-Ausstoßes unterstützen.
Als bedeutendstes wissenschaftlich-technisches Ergebnis des Workshops ist - neben dem Austausch von relevantem Fachwissen - sicherlich die Formulierung des gemeinsamen Verbesserungs- und Forschungsbedarfs hervorzuheben. Vor allem die Schwierigkeiten in der Beschaffung und im Austausch geothermisch relevanter Daten wurden betont. Daneben besteht bezüglich hydrogeochemischer und mikrobieller Prozesse unter den anspruchsvollen Bedingungen in der tiefen Geothermie offensichtlich noch ein großer Bedarf an Forschung und Entwicklung, um den Einsatz geeigneter Materialien und angepasster Technologien gewährleisten zu können.
Wesentliche Erfahrungen wurden vor allem bezüglich der Aktualität und des Diskussionsbedarfs zum Thema gemacht. GeoHyBe kann im Rückblick eher als Auftaktveranstaltung denn als abgeschlossenes Projekt betrachtet werden, da von vielen Seiten der Bedarf nach weiterführenden und/oder vertiefenden Veranstaltungen geäußert wurde.
The present work is focused on the study of the spectroscopic and complexometric behavior of different ion-sensitive fl uorescent probes. Three of the four types of probes studied follow a conventional principle of signal generation and their molecular constitution corresponds to either a fl uorescent ligand ( BP(OH)2), so-called intrinsic charge transfer (ICT) fl uorescent probes (donor- acceptor-substituted chalcones), or electron transfer (ET) fl uorescent probes (substituted triaryl-Δ2- pyrazolines). The latter two systems are designed in a modular way and thus, both the signal generating fl uorophore and the complexing receptor can be carefully tuned. Whereas in the case of the ICT probes both units are electronically conjugated, these moieties are more or less electronically decoupled in the ET probes and signal generation is based on the modifi cation of a long range electron transfer process. The fourth type of probe investigated, a boron dipyrromethene derivative (BDP), is also designed in a modular way. But here, due to the highly pretwisted constitution of the molecule, fl uorophore and receptor are only “virtually” decoupled. Besides employing this alternative mechanism of signal generation, control of the selectivity by carefully directed receptor design and improvement of the selectivity and sensitivity of fl uorometric metal ion analysis by recording time resolved emission spectra (TRES) were the main aims of these investigations. Furthermore, with the aid of various model compounds, NMR spectroscopy as well as quantum chemical calculations, a fundamental understanding of the photophysical behavior of the different classes of dyes was obtained. In accordance with its parent compound 2,2‘- bipyridyl, the fl uorescent ligand BP(OH)2 shows complexation induced changes of its absorption and emission behavior in the presence of heavy and transition metal ions. Whereas paramagnetic ions such as CuII or NiII (and also HgII) lead to static fl uorescence quenching, the diamagnetic ions ZnII and CdII form strongly fl uorescent complexes with ion specifi c fl uorescence lifetimes in the ns time range. Both complexes are stable in the excited state which is manifested by a strongly reduced rate constant of non radiative deactivation compared to that of the free ligand. Both the absorption and emission spectra of the complexes largely overlap and a discrimination with steady-state fl uorometry is very limited. Nevertheless, with time resolved fl uorometry a separation of both components is possible and for a series of synthetic ZnII/CdII containing samples this gain in selectivity by global analysis of the time resolved emission spectra (TRES) could be demonstrated. The intrinsic fl uorescent probes of chalcone type contain a cation selective receptor in the donor part of the molecule and show a strong decrease of the intramolecular charge transfer process due to complexation induced weakening of the donor. Depending on molecular probe design and solvent polarity, the fl uorescence of the uncomplexed molecule occurs either from a polar directly exicted (E*) or a highly polar charge transfer state (A*) which is populated via an excited state reaction involving single bond twisting. Here, competing processes include population of a non emissive polar (K*) or weakly polar (P*) transient state. Furthermore, the fl uorescence of these dyes can be quenched by energetically close lying nπ* states (in apolar solvents) or by enhanced internal conversion due to the decreasing energy gap between ground and excited state (in highly polar solvents). As mentioned above, the donor strength is reduced upon cation complexation in polar solvents and a moderate fl uorescence enhancement occurs. Besides increased fl uorescence quantum yields, this effect results in ion specifi c fl uorescence lifetimes of the complexes. Upon exchanging the aza oxa for an aza thia macrocycle in the receptor part of the system, the cation selectivity could be tuned from alkali and alkaline earth metal ions to the thiophilic metal ions AgI and HgII. Here, especially the fl uorescence enhancement in the presence of the well-known quencher HgII is analytically valuable. Upon cation binding the ET probes of the triaryl-Δ2-pyrazoline type show very small spectral shifts but much larger fl uorescence enhancement compared to the ICT probes. Again, by problem specifi c use of different receptors, the selectivities can be controlled. Based on a detailed investigation, for the 5-p-N,N-dialkylanilino-3-benzthiazol-1-phenyl-Δ2-pyrazolines, the intramolecular processes which lead to fl uorescence quencing in the unbound state and “switching on” of the fl uorescence in the complexed state could be identifi ed. For these molecules, the intramolecular charge transfer in the basic chromophore occurs in the sub ps time range and is quenched by an electron transfer process from the largely electronically decoupled receptor to the acceptor part of the basic chromophore on the ps time scale in highly polar solvents. “Virtually” decoupling fl uorophore and receptor in the BDP derivative fi nally makes it possible to yield extremely high complexation induced fl uorescence enhancement signals. For these highly pretwisted donor acceptor biaryls, the directly excited emissive state (LE) forms a highly polar, twisted charge separated charge transfer state (CT) in polar solvents. Emission of the latter is strongly forbidden and, depending on solvent polarity, is largely red shifted compared to the LE fl uorescence. Thus, a largely separated dual fl uorescence is already observed in solvents of medium polarity and in highly polar solvents both fl uorescence bands are nearly completely quenched. Metal ion complexation blocks off the CT process and leads to a “switching on” of the LE emission yielding fl uorescence enhancement factors > 1000. This process is so sensitive that for most of the cation complexes studied, two emissive complex conformers with strongly overlapping absorption and emission spectra occur which could be distinguished by their fl uorescence lifetimes.
Schwing- und Betriebsfestigkeitsuntersuchungen an Eisenbahnschienen UIC 60 unter Wechselbiegung
(2009)
Die Forschungsstelle BAM führte Untersuchungen zur Ausbreitung von Querrissen im Bauteil Schiene in zehn Einstufen und Betriebsfestigkeitsversuchen durch. Es wurden die Lebensdauer und die Rissentwicklung einer durch einen außermittigen Kerb vorgeschädigten Schiene des Profils 60 E1 (260) ermittelt. Die gekerbten Schienen zeigen ein zu aus der Literatur bekannten Schienen mit starken Head Checks vergleichbares Verhalten. Der Rissfortschritt der Bauteilversuche wird mit Ergebnissen an SE(B)-Proben verglichen. Die Ableitung der Belastungsfunktion aus realen Schienenbelastungen für die 3-Punkt-Biegung unter Wechsellast und die Versuchsbedingungen werden als Basis für die Validierung von Berechnungsverfahren hinreichend beschrieben.
Die Menge an genutztem, verarbeitetem und gelagertem Holz steigt von Jahr zu Jahr. In der Folge konnte in den letzten fünf Jahren eine deutlich gestiegene Zahl von Bränden in Holzlagern und -halden festgestellt werden. Viele dieser Brände sind durch Selbstentzündung des Materials verursacht worden. Sind die Ursachen der Selbstentzündung bekannt, kann die Brandentstehung durch geeignete Maßnahmen vermieden werden. Die Fachgruppe II.2 „Reaktionsfähige Stoffe und Stoffsysteme“ der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung hat in diesem Leitfaden das Thema aufgegriffen und die derzeit vorliegenden Erkenntnisse zusammenfassend dargestellt. Ziel des Leitfadens ist es, die Grundlagen der Selbstentzündung von Biomasse am Beispiel von Holz in übersichtlicher Form darzustellen und daraus praktische Hinweise zur Vermeidung der Selbstentzündung von Holzhalden abzuleiten, um so einen Weg für einen sicheren und nachhaltigen Umgang mit diesem Rohstoff zu ebnen. Dem Leitfaden liegen Ergebnisse des Forschungsvorhabens „Brandvermeidung bei der Lagerung von biogenen Brennstoffen“ zugrunde. Das Projekt wurde innerhalb der Fördermaßnahme „klimazwei – Forschung für den Klimaschutz und Schutz vor Klimawirkungen“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung finanziell gefördert (Förderkennzeichen 01LS05079). Für diese Förderung möchten die Autoren sich bedanken.
Pipelinetrassen weisen auf Grund ihrer erdgedeckten Verlegung und ihrer Aufgabe, weit entfernte Orte miteinander zu verbinden, einige sicherheitstechnische Besonderheiten auf. Anlagen der chemischen Industrie haben feste und sofort erkennbare Standorte. Pipelinetrassen müssen infrastrukturellen und topografischen Randbedingungen angepasst werden, unter Berücksichtigung des Umweltschutzes als auch der Möglichkeit, dass das Rohrsystem durch äußere Einwirkungen beschädigt werden kann. Selbst kleine Stofffreisetzungen können erhebliche Auswirkungen auf Gewässer und den Boden verursachen, in vielen Fällen sind auch Personenschäden zu beklagen. Zahlreiche Ereignisse aus dem Ausland belegen dies. In der jüngeren Vergangenheit ist auch Deutschland von plötzlichen Pipelineschäden nicht verschont geblieben. Ihnen wurde jedoch keine größere Aufmerksamkeit zuteil weil die Folgeschäden relativ gering ausfielen und keine Menschenleben zu beklagen waren. Im Nachhinein, bei der Suche nach den Schadensursachen, zeigt sich oftmals, dass der Bruch einer Pipeline mit bestimmten, immer wiederkehrenden Auffälligkeiten, verbunden war. Oftmals lag der Schadensort in der unmittelbaren Nähe von Verkehrswegen. Zwangsweise müssen Pipelines Straßen und Schienentrassen kreuzen oder werden zu ihnen parallel geführt. Diese Nähe kann infolge verkehrsinduzierter Schwingungen zu einem Bruch führen. Auch Unfälle auf den Verkehrswegen, d.h. auf der Straße oder der Schiene, können zu Belastungen führen, denen die Rohrleitung nicht gewachsen ist. Das Versagen einer Pipeline ist jedoch noch von vielen weiteren Ursachen abhängig, die sich nicht sicher vorhersagen lassen und sogar regionale Besonderheiten aufweisen. Im Interesse einer sicheren Verkehrswege- und Flächennutzungsplanung wäre es darum sinnvoll, zumindest die möglichen Schadensfolgen eines Pipelinebruches abschätzen zu können. Veröffentlichungen über Pipelineunfälle sind, zumindest im deutschsprachigen Raum, kaum vorhanden; meistens handelt es sich um Einsatzberichte von Feuerwehren. Diese sind zur Darstellung der Gesamtsituation jedoch nicht ausreichend. Aus diesem Grund hat die BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung viele internationale Untersuchungsberichte und Veröffentlichungen ausgewertet und hinsichtlich der Risiken, insbesondere der Schadensfolgen, eines Pipelineversagens zusammengestellt. Daraus ist dieser Forschungsbericht entstanden.
Ziel der Untersuchung ist, eine methodische Verbindung zwischen statischer Tragwerksanalyse und Messung am Bauwerk herzustellen. Die grundsätzlichen Beziehungen werden in Verbindung mit der zusätzlichen Einführung der Lagrange’schen Multiplikatoren hergeleitet; ebenso wird auf einen Sonderfall hingewiesen. Am Beispiel des Linientragwerkes - der Balkenbiegung - wird der Ansatz nach Bernoulli als Regressionsfunktion gewählt. Ein Vergleich zu Hermite-Polynomen wird gezogen, die hier keine optimale Lösung erbringen können. Für die 3 Messgrößen - Durchbiegung w sowie Winkelneigung w‘ und Krümmung w“ bzw. Dehnung ε – werden die grundsätzlichen Matrizen hergeleitet. Für die Forderung, dass die 3 Messgrößen grundsätzlich in jeder Messreihe auftreten, wird deren Kopplung ausgewiesen, ebenso die Berücksichtigung vorhandener statischer Randbedingungen. Die Kopplung geschieht mittels der Lagrange’schen Multiplikatoren. Für die Lösung des Gesamtsystems wird eine Gesamtschritt-Lösung und eine Zwischenschritt- Lösung definiert und deren Vor- und Nachteile kurz beleuchtet. Zusätzlich dürfen die Grundsätze zum Anordnen der Messpunkte und deren Messgröße nicht unberücksichtigt bleiben, da ansonsten keine sinnvolle Aussage vorgenommen werden kann. Hier darf das Prinzip von St. Vénant keineswegs unberücksichtigt bleiben. Bei Konstruktionen, die einer Zwängung unterliegen (können), sind mindestens 2 Dehnungsmessungen jeweils über eine Querschnittshöhe unumgänglich, damit eine Umrechnung der Messwerte in reine Biegemesswerte vorgenommen werden kann. An grundsätzlichen Beispielen wird der Lösungsweg und das erzielte Resultat angegeben. Hier wird noch einmal auf die eminent wichtige Rolle der Randbedingungen hingewiesen, die immer zur Stabilisierung des Ergebnisses beitragen. Des Weiteren wird die Bandbreite der Lagrange’schen Multiplikatoren untersucht [s. Anhang A]. Bei diesen Beispielen sollte die Größe der Lagrange’schen Multiplikatoren jeweils sehr klein sein, da diese immer die Größe der Korrektur anzeigt. --- Ferner wird eine Übersicht zum Formelapparat und der wesentlichste Weg der Abstandsminimierung in toto angegeben [s. Anhang B]. Der grundsätzliche Ansatz beinhaltet zunächst keine Aussage über die zu verwendenden Funktionen; d. h. es liegt per se keine Beschränkung auf ein linienhaftes Tragwerk vor. So kann das Procedere ohne weiteres auf andere Tragwerke – beispielsweise Flächentragwerke – ausgeweitet werden, für die ebenfalls vorzügliche Lösungs- und damit Ansatzfunktionen bekannt sind. Dass der messtechnische Aufwand entsprechend steigt, dürfte selbstverständlich sein. Eine Ausweitung auf die permanente Strukturüberwachung bietet sich von selbst an, so dass nach Auswertung der Messungen sofort eine Aussage zum Tragverhalten – im Vergleich zur vorliegenden statischen Berechnung – vorgenommen werden kann.
In der Bundesrepublik Deutschland ist die „BAM-Liste - Anforderungen an Tanks für die Beförderung gefährlicher Güter” die Grundlage für die stoffbezogenen Baumusterzulassungen für Tankcontainer und ortsbewegliche Tanks zur Beförderung gefährlicher Güter durch die BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung. Beständigkeitsbewertungen sowohl von ausgewählten metallischen Werkstoffgruppen als auch von polymeren Dichtungs- und Beschichtungswerkstoffen unter dem Einfluss von Gefahrgütern und wassergefährdenden Stoffen sind in der BAM-Liste enthalten. Sofern nicht anders angegeben, gelten die Werkstoffbeständigkeitsbewertungen für Betriebstemperaturen bis max. 50 °C und für handelsüblich technisch reine Stoffe. Entsprechend den gültigen Gefahrgutverordnungen für den Transport von Gefahrgütern auf der Straße, derSchiene und zur See wird eine innere Besichtigung der Tanks nach einer vorgegebenen Prüffrist der Tanks gefordert. Für die Dauer der Prüfintervalle ist die Werkstoffbeständigkeit zu gewährleisten. Unter den über 7000 in der BAM-Liste enthaltenen Stoffen ist ein großer Anteil von Gefahrgütern und wassergefährdenden Stoffen mit hohem Transportaufkommen enthalten, die nicht korrosiv auf die meisten metallischen Werkstoffe wirken und somit bestehen keine Unterschiede in der Bewertung der Beständigkeit zwischen den häufig im Tankbau eingesetzten austenitischen CrNi- oder CrNiMo-Stählen 1.4401 (X5CrNiMo17-12-2), 1.4404 (X2CrNiMo17-12-2) und 1.4571 (X6CrNiMoTi17-12-2) und dem Duplexstahl 1.4362 (X2CrNiN23-4, UNS S 32304). Es gibt nur eine sehr geringe Anzahl von Ergebnissen von Korrosionsversuchen mit diesem Werkstoff unter dem Einfluss von korrosiven Gefahrgütern. Zur Gewinnung von Korrosionsdaten wurden in Absprache mit dem Auftraggeber relevante Stoffe aus der BAMListe ausgewählt, in denen die im Transporttankbau gebräuchlichen CrNiMo-Werkstoffe unter Berücksichtigung stoffspezifischer und betrieblicher Auflagen einsetzbar sind. Die Korrosionstests sollen zeigen, inwieweit der betrachtete Duplexstahl in Analogie zu den austenitischen CrNiMo-Stählen bewertet werden kann. Aus den Versuchsergebnissen kann die Schlussfolgerung gezogen werden, dass der untersuchte Duplexstahl in alkalischen Medien eine Alternative zu austenitischen Stählen für den Transport von Gefahrgütern darstellt. Aufgrund des verringerten Legierungsgehaltes, insbesondere an Nickel (3,7 %) und Molybdän (0,15 %), wurde eine geringere Korrosionsbeständigkeit des untersuchten Duplexstahls 1.4362 im Vergleich zu den austenitischen CrNiMo-Stählen, insbesondere in „sauren“ Medien beobachtet. Die Beständigkeitsbewertungen dieses Werkstoffes werden in der 10. Auflage der BAM-Liste veröffentlicht und dem interessierten Anwenderkreis auch in Form von Beständigkeitslisten zur Verfügung gestellt.
Because they are laid underground and because their job is to connect widely distant places, pipelines have some particular technical safety features. Chemical industry installations have fixed and instantly recognisable sites. Pipeline routes must be adapted to the constraints of infrastructure and topography, and environmental protection must be taken into account, as well as the possibility that the pipe system may be damaged by external influences. Even minor leakages can have considerable effects on watercourses and the soil, and in many cases, people are also injured. Numerous incidents abroad have proved this. In the recent past, even Germany has not been spared from sudden damage to pipelines. However, not much notice was taken of these incidents, as the resulting damage was minor and there were no fatalities. With hindsight, when seeking the causes of the damage, it is often the case that the rupture of a pipeline is associated with certain recurring features. The scene of the damage is often located near traffic infrastructure. Pipelines must of necessity cross roads and railways or are laid in parallel to such lines of communication. As a result of vibrations caused by traffic, this proximity can lead to ruptures. Road or rail accidents can lead to stresses which pipelines are unable to withstand. But a pipeline failure can have many other causes which cannot be predicted with any certainty and which even show regional particularities. In the interests of safe transport and land planning, it would therefore be worthwhile to be able to evaluate at least the possible consequences in terms of damage that might result from a pipeline rupture. There are hardly any publications on pipeline accidents, at least in German speaking countries; most of what is available is in the form of reports by the fire services. However, these are not sufficient to provide an overview of the situation. For this reason, the Federal Institute for Materials Research and Testing has evaluated many international reports of investigations and publications and summarised what they have to say about the risks inherent in pipeline failures, particularly the damage that results. This report is the outcome of this work.
Die Notwendigkeit und Nachfrage von zerstörungsfreien Prüfverfahren für Beton, die schnell scannend automatisiert große Messflächen abtasten können, wird zunehmend größer. Ein großes Potential bietet das Ultraschallecho-Verfahren, mit dem sich eine Vielzahl von baupraktischen Fragestellungen bei der Überprüfung des Bauwerkszustandes beantworten lassen. Durch Verwendung luftgekoppelter Ultraschallprüfköpfe (ACU-Prüfköpfen), die berührungslos über das zu untersuchende Betonbauteil geführt werden, könnte dieses Ziel erreicht werden. In der vorliegenden Arbeit wird die Machbarkeit von luftgekoppeltem Ultraschallecho (ACU- Echo) an Betonbauteilen von 20 cm Dicke gezeigt. Um den Einfluss der Parameter auf die Wellenausbreitung zu studieren, werden experimentelle Untersuchungen von ACU-Echo an speziellen Plexiglas- und Betonprobekörpern durchgeführt. Dabei kommt auf der Empfangsseite auch ein Laservibrometer zum Einsatz. Mit dessen Hilfe wird die Wellenausbreitung des eingetragenen Luftultraschalls im Beton visualisiert. Durch eine besondere digitale Signalbearbeitung können verschiedene Wellenarten voneinander getrennt und interpretiert werden. Mit den gewonnenen Ergebnissen wird ein Scanner für ACU-Echo-Messungen aufgebaut, mit dem weitere wesentliche Erkenntnisse gewonnen werden und ein erstes praxisorientiertes Anwendungsbeispiel demonstriert wird.
Die Laser-induzierte Breakdown Spektroskopie ermöglicht eine bildgebende und quantitative Analyse der Ionenverteilung aller maßgeblichen Elemente auf mineralischen Baustoffoberflächen. Das Messsystem wurde durch verfahrenspezifische Untersuchungen an Proben aus Zementstein, -mörteln und Betonen charakterisiert, Transport- und Anlagerungsprozesse wurden visuell dargestellt. Zudem werden Ergebnisse für den Ionenhaushalt in der ungestörten oberflächenahen Randzone sowie bei deren Auslaugung bzw. Anreicherung vorgestellt. The Laser-Induced Breakdown Spectroscopy allows imaging and quantitative analysis of the ion distribution of all relevant elements on the surface of mineral building materials. The measuring system has been characterised by investigations on specimens of hardened cement paste, mortar and concrete. Transport and accumulation processes are visualised. Besides, results are introduced for the peripheral zone close to the surface and the extraction is shown.
Glaskeramische Komposite, deren Herstellung von Glas- und kristallinen Pulvern ausgeht, bieten vielfältige Möglichkeiten, Werkstoffeigenschaften, wie z.B. Sinterverhalten, thermische Dehnung, mechanische Eigenschaften, chemische Beständigkeit, dielektrische Eigenschaften und Oberflächenqualität für spezielle Anwendungszwecke gezielt einzustellen. Glaskeramische Kompositpulver können zu Folien verarbeitet werden, aus denen mittels der LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics)- Technologie keramische Multilayer hergestellt werden, die insbesondere für das Electronic Packaging von Mikrosystemen eingesetzt werden. Problematisch ist die beim freien Sintern der LTCC-Multilayer auftretende laterale Schwindung, die von relativ hohen Schwindungstoleranzen begleitet ist. Zur Vermeidung der lateralen Schwindung werden Zero Shrinkage-Techniken eingesetzt. Eine neue Möglichkeit Zero Shrinkage beim Sintern von LTCC-Multilayern zu erreichen, besteht in der Anwendung eines self-constrained Laminates. Hierbei wird ein Multilayer eingesetzt, der aus zwei unterschiedlichen Folienarten für innere und äußere Lagen mit deutlich verschiedenen Sintertemperaturen (ΔT > 50 K) aufgebaut wird. Die Entwicklung von LTCC -Werkstoffen, die als innere Lagen eines self-constrained Laminates zur Verringerung der lateralen Sinterschwindung auf nahezu Null eingesetzt werden können, war Gegenstand der vorliegenden Arbeit. Es wurden hierfür LTCC - Werkstoffe aus dem Stoffsystem CaOLa2O3-Al2O3-B2O3 untersucht, die bei Temperaturen unterhalb 800 °C dicht gesintert werden können. Ausgehend von der Entwicklung geeigneter Gläser auf der Basis von Calciumlanthanborat- sowie Calciumlanthanalumoboratgläsern wurden glaskeramische Komposite unter Zusatz von Korundpulver hergestellt. Die Komposite kristallisieren während des Brennprozesses nahezu vollständig. Aus der Glasphase kristallisiert Lanthanborat aus und aufgrund der festkörperchemischen Reaktion der calciumboratreichen Restglasphase mit dem Korund bilden sich vor allem Calciumalumoborat bzw. Calciumalumoboratoxid. Die Anteile an neuen Phasen bestimmen die thermischen und dielektrischen Eigenschaften der Werkstoffe. Die wichtigsten der sich bildenden kristallinen Phasen der Komposite, Lanthanborat und Calciumalumoboratoxid wurden separat hergestellt und charakterisiert. Das Sinter- und Kristallisationsverhalten sowie die thermischen und dielektrischen Eigenschaften der glaskeramischen Komposite wurden in Abhängigkeit von den entwickelten Gläsern, dem Volumenverhältnis von Glas- und kristalliner Komponente im Kompositpulver und der Brenntemperatur untersucht. Die entwickelten LTCC-Werkstoffe wurden bzgl. ihrer thermischen Eigenschaften an einen zuvor ausgewählten LTCC-Werkstoff für die äußeren Lagen eines self-constrained Laminates angepasst. Erzielt wurden die Eigenschaftswerte: TEC: ca. 5 x 10-6/K, εr: ca. 7 und tan δ: ≤ 1 x 10-3. Zur Überprüfung der Anwendbarkeit wurde der entwickelte LTCC- Werkstoff als innere Lagen in einem LTCC-Multilayer verarbeitet. Dadurch konnte die laterale Schwindung des Multilayers beim Sintern auf < 0,4 % verringert werden.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Niedertemperatur Sol-Gel Spin-Coating Verfahren entwickelt, mit dem sich Metalloxide und -fluoride in Form von Nanometer-dicken Schichten abscheiden lassen. Ziel dieses Verfahrens ist die Herstellung von anti- (AR) und hoch reflektierenden (HR) Schichtsystemen, die aus einem alternierenden Aufbau von niedrig brechenden und hoch brechenden Materialien bestehen. Zur Darstellung der Metallfluoride wurde dabei eine neuartige nichtwässrige Sol-Gel Synthese ausgehend von Metallalkoxiden und in Alkoholen einkondensiertem Fluorwasserstoff angewendet. Die abgeschiedenen Schichten, die bei 100 °C getrocknet wurden, sind mit REM, TEM und AFM auf ihre morphologische Struktur, mit EDX und XPS auf ihre chemische Zusammensetzung und mit Ellipsometrie und UV-vis Transmissionsspektroskopie auf ihre optischen Eigenschaften hin untersucht worden. Mit diesem Verfahren gelang die Präparation von homogenen Magnesiumfluorid- und Titandioxidschichten mit geringen Rauheiten (Ra < 2,0 nm) auf Silicium- und Quarzglassubstraten. Die Magnesiumfluoridschichten sind amorph bis teilkristallin, bestehen aus 2 nm bis 10 nm großen Partikeln und haben einen Brechungsindex von n500 = 1,36. Die Titandioxidschichten sind amorph und weisen einen Brechungsindex von n500 = 2,05 auf. Die Schichtdicken der Magnesiumfluorid- und Titandioxidschichten sind zwischen 25 nm und 500 nm einstellbar. Durch einen alternierenden Aufbau von Magnesiumfluorid- und Titandioxidschichten gelang außerdem erstmalig die Herstellung von Metallfluorid- und Metalloxid-basierten Schichtsystemen über einen Niedertemperatur Sol-Gel Prozess. Mit Hilfe der bestimmten optischen Eigenschaften der Magnesiumfluorid- und Titandioxideinzelschichten wurden einfache AR und HR Designs entwickelt und aufgebaut. Die Transmissionsspektren der Designs und der jeweiligen Schichtsysteme zeigten dabei gute Übereinstimmungen, gleiches galt für die mit Hilfe der Spektralellipsometrie aufgenommenen Reflexionsspektren. In dieser Arbeit konnte erstmals gezeigt werden, dass sich das Niedertemperatur Sol-Gel Verfahren prinzipiell zur Herstellung von einfachen AR und HR Schichtsystemen eignet.
Transportbehälter für radioaktive Stoffe mit einer Typ-B-Versandstückzulassung müssen auch bei schweren Unfallbeanspruchungen sicherstellen, dass das radioaktive Inventar sicher umschlossen, eine unterkritische Anordnung gewährleistet und ionisierende Strahlung ausreichend abgeschirmt ist. Bei der Bewertung von Transportbehältern für radioaktive Stoffe im Rahmen der Bauartprüfung sowie für Risikoanalysen beim Transport radioaktiver Stoffe ist eine Simulation des Verhaltens holzgefüllter, stoßdämpfender Bauteile von Transportbehältern von großem Interesse, da diese in einer Unfallsituation einen Großteil der Aufprallenergie aufnehmen und damit die maximale Stoßkraft deutlich verringern. Damit haben die stoßdämpfenden Bauteile maßgeblichen Einfluss auf die Einhaltung der vom Versandstück zu gewährleistenden Schutzziele. Das Verhalten stoßdämpfender Bauteile wird von einer Vielzahl von Parametern wie Stoßdämpferkonstruktion, Materialeigenschaften und Beanspruchungsrandbedingungen beeinflusst. Es bestehen Unsicherheiten bei der Anwendung von vereinfachten numerischen Verfahren zur Berechnung derartiger Bauteile. Für die Simulation mit Hilfe von komplexen numerischen Verfahren wie dynamische Finite-Elemente-Methoden (FEM) ist bisher keine Modellbildung für die Kompression von Holz in axialer Richtung bei großen Deformationen erfolgt. Die in dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungen haben sich daher auf die Modellbildung sowie die Untersuchung der Anwendbarkeit verschiedener Modellierungsformen konzentriert. Auf Basis von Erkenntnissen aus der Analyse stoßdämpfender Bauteile von Prototypen von Brennelementtransportbehältern nach einer 9-m-Fallprüfung auf ein unnachgiebiges Fundament und von in dieser Arbeit durchgeführten Stoßversuchen auf Holzproben wurde ein Modell für das Verhalten von Holz bei axialer Beanspruchung und großen Deformationen entwickelt. Das Modell beschreibt die bei der axialen Druckbeanspruchung von Holz auftretende Entfestigung als Funktion der seitlichen Dehnungsbehinderung. Die Energie, die vom Holz absorbiert werden kann, ist umso größer, je größer die seitliche Dehnungsbehinderung ist. Für das stoßdämpfende Bauteil resultiert daraus, dass die Energieabsorptionsfähigkeit des Stoßdämpfers von der Fähigkeit der äußeren Blechstruktur, ein Ausweichen der hoch belasteten Holzpakete zu verhindern, abhängt. Damit wurde ein Modell für das Verhalten von holzgefüllten Stoßdämpfern abgeleitet. Holz muss, um signifikant Energie zu absorbieren, durch starre Behälter- oder Stoßdämpferstrukturen lagestabilisierend abgedeckt sein. Für einen realistischen Vergleich zwischen gemessener und berechneter Stoßdämpferdeformation ist zu der gemessenen Verformung noch eine elastische Rückfederung des stoßdämpfenden Bauteils nach dem Aufprall zu addieren. Das optische, zur Vermessung von dreidimensionalen Objekten entwickelte Messverfahren der Streifenprojektion wurde erstmalig für die Vermessung von stoßdämpfenden Bauteilen von Transportbehältern für radioaktive Stoffe eingesetzt. Das Verfahren ermöglicht die Aufnahme der genauen Objektgeometrie vor und nach dem Versuch und eignet sich somit sehr gut für eine Schadens- und Verformungsdokumentation der stoßdämpfenden Bauteile von in Fallversuchen untersuchten Prüfmustern. Es wurde gezeigt, dass für Behälter mit großen, relativ zueinander beweglichen Massen das verbreitete Bewertungsschema der Begrenzung der Starrkörperverzögerung für eine Beanspruchungsermittlung an den Komponenten des Versandstücks nicht geeignet ist, da das System nicht mehr als Starrkörper aufgefasst werden kann. Es wurde das vereinfachte numerische Verfahren „ImpactCalc“', mit dem Starrkörperverzögerungen und Stoßdämpferdeformationen ermittelt werden können, entwickelt und bewertet. Das Verfahren kann für mechanische Nachweise der Einhaltung der Schutzziele für Versandstücke mit radioaktiven Stoffen in der Bauartprüfung zielführend eingesetzt werden, wenn das Versandstück exklusive der Stoßdämpfer als Starrkörper betrachtet werden kann und ein entsprechender Sicherheitsfaktor angewendet wird. Für die Risikoanalyse können auf einfache und kostengünstige Weise Beanspruchungen durch verschiedene Unfallsituationen, beispielsweise der Aufprall auf reale Fundamente, abgeschätzt und mit dem Aufprall auf das unnachgiebige Prüfstandsfundament verglichen werden. Für Finite-Elemente-Verfahren wurde aufbauend auf den Schlussfolgerungen zum Verhalten von Holz bei Kompression unter großen Deformationen ein kontinuumsmechanisches Ersatzmodell vorgeschlagen, das die seitliche Dehnungsbehinderung als Mehrachsigkeit des Spannungszustandes im Ersatzkontinuum in Betracht zieht. Mit Hilfe des kommerziellen Finite-Elemente-Programms LS-DYNA wurde die Anwendbarkeit verschiedener Materialmodelle auf dieses Ersatzmodell sowie weitere vorgeschlagene Modellierungsformen untersucht. Mit keiner der untersuchten Kombinationen ist es gelungen, global das Verhalten von Holz im Nachbruchbereich inkl. Entfestigung zu modellieren. Durch Simulation eines Fallversuchs mit einer behälterähnlichen Ersatzmasse und stoßdämpfenden Bauteilen wurden verschiedene Modellierungsformen und Detaillierungsgrade für stoßdämpfende Bauteile von Transportbehältern für radioaktive Stoffe untersucht und bewertet. Kann eine weitreichende Verifikation mit experimentellen Methoden vorausgesetzt werden, lässt sich die FEM in Bauartprüfung und Risikoanalyse zielführend für die Beanspruchungsermittlung anwenden. Durch eine experimentelle Verifikation muss das Simulationsmodell an die im Versuch herrschenden Randbedingungen bezüglich der seitlichen Stützung des Holzes angepasst werden.
Die Ultraschallfalle bietet eine besondere Möglichkeit zur Handhabung von Proben im Mikrolitermaßstab. Durch die akustische Levitation wird die Probe kontaktfrei in einer gasförmigen Umgebung positioniert und somit dem Einfluss fester Oberflächen entzogen. In dieser Arbeit werden die Möglichkeiten der Ultraschallfalle für den Einsatz in der Analytik experimentell untersucht. Durch die Kopplung mit typischen kontaktlosen Analysemethoden wie der Spektroskopie und der Röntgenstreuung werden die Vorteile dieser Levitationstechnik an verschiedenen Materialien wie anorganischen, organischen, pharmazeutischen Substanzen bis hin zu Proteinen, Nano- und Mikropartikeln demonstriert. Es wird gezeigt, dass die Nutzung der akustischen Levitation zuverlässig eine berührungslose Probenhandhabung für den Einsatz spektroskopischer Methoden (LIF, Raman) sowie erstmalig Methoden der Röntgenstreuung (EDXD, SAXS, WAXS) und Röntgenfluoreszenz (RFA, XANES) ermöglicht. Für alle genannten Methoden erwies sich die wandlose Probenhalterung als vorteilhaft. So sind die Untersuchungsergebnisse vergleichbar mit denen herkömmlicher Probenhalter und übertreffen diese teilweise hinsichtlich der Datenqualität. Einen besonderen Erfolg stellt die Integration des akustischen Levitators in die experimentellen Aufbauten der Messplätze am Synchrotron dar. Die Anwendung der Ultraschallfalle am BESSY konnte im Rahmen dieser Arbeit etabliert werden und bildet derzeit die Grundlage intensiver interdisziplinärer Forschung. Außerdem wurde das Potential der Falle zur Aufkonzentration erkannt und zum Studium verdunstungskontrollierter Prozesse angewendet. Die wandfreie und konzentrationsabhängige Untersuchung über einen Volumenbereich von drei Größenordnungen an derselben Probe ist eine einzigartige Möglichkeit. So konnte wesentlich zur Aufklärung von Fragestellungen der unterschiedlichen Forschungsgebiete beigetragen werden. Diese Untersuchungen sind die ersten in situ Studien der Agglomeration in einem akustisch levitierten Tropfen, angefangen von kleinen (an)organischen Molekülen über Proteine bis hin zu Nanopartikeln. Zusammenfassend eröffnen die Ergebnisse dieser Arbeit einen breiten Anwendungsbereich zur Benutzung der Ultraschallfalle als analytisches Werkzeug.
Für die Sanierung von Bauwerken werden meist Informationen über die innere Struktur und den Aufbau, Belastungszustände, Feuchte- und Salzgehalte benötigt. Die Untersuchung mit zerstörungsarmen und -freien Methoden minimieren die dazu nötigen Eingriffe. Ebenfalls bieten die ZfP-Verfahren die Möglichkeit, den Erfolg einer Maßnahme zu kontrollieren sowie Prozesse über einen langen Zeitraum zu beobachten (Monitoring). Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der zerstörungsfreien Untersuchung von inneren Strukturen und des Aufbaus von Mauerwerk mittels Ultraschall und Radar. Der untersuchte Querschnitt wird tomografisch rekonstruiert. Diese Darstellungsart bietet den Vorteil der Tiefenbestimmung von Objekten und der besseren Visualisierung für Auftraggeber und/oder Laien. Es wurden die Laufzeiten der Longitudinalwellen rekonstruiert. Die Frequenzen der Ultraschalluntersuchungen lagen bei 25 kHz sowie 85 kHz und der Radaruntersuchungen bei 900 MHz sowie 1,5 GHz. Die Rekonstruktion erfolgte mit dem Tomografieprogramm “Geo- Tom“, welches auf der Grundlage des SIRT-Algorithmus arbeitet. Die untersuchten Querschnitte beinhalteten Anomalien bestehend aus Luft, Granit, Holz und Mörtel. Die Abmaße der Anomalien lagen zwischen 10-27 cm bezogen auf einen Querschnitt von 0,76 x 1,0 m. Eine Ortung der Anomalien war möglich, wenn diese eine Laufzeitveränderung von mindestens der Größe des Messfehlers bewirken. Die Größe dieser Laufzeitdifferenz ist abhängig von den Abmaßen der Anomalie und dem Kontrast der elektromagnetischen bzw. akustischen Eigenschaften zwischen Anomalie und umgebenden Material. Eine Aussage über die Größe der Anomalie ist möglich, jedoch kann auf die Form nur bedingt geschlussfolgert werden. Des Weiteren kann durch den Vergleich der beiden Verfahren ein Rückschluss auf die möglichen Materialien der Anomalie gezogen werden.
Selektiv funktionalisierte Oberflächen von Polyolefinen sind für verschiedenste Einsatzgebiete wie Adhäsions-, Chemie-, Medizin- und Biotechnik von großem Interesse. Eine Möglichkeit Polymeroberflächen effizient zu funktionalisieren ist, diese durch eine plasmaphysikalisch angeregte Gasphase unter Einsatz geeigneter Präkursoren chemisch zu modifizieren. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die Wirkung bromhaltiger Gasphasenplasmen, die Bromoform, Allybromid oder tert-Butylbromid enthielten, auf Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP) untersucht. Überraschenderweise wurde hierbei eine hochselektive und hochdichte monosortige Br-Funktionalisierung beobachtet. Um die für diese hohe Selektivität verantwortlichen Prozesse zu untersuchen, wurden analoge halogenhaltige Plasmen, die Tetrafluormethan, Fluoroform, Chloroform, Bromoform und Diiodmethan enthielten, auf ihre chemische Selektivität, ihre Funktionalisierungseffizienz und ihr Ionisationspotential und Elektronentemperatur charakterisiert. Es wurde untersucht, ob die Halogenidfunktionalität als CX oder als C-CXn-Gruppe an der Oberfläche gebildet wird. Für die Bewertung der Langzeitstabilität der Funktionalisierung wurde die Nachoxidation der plasmamodifizierten Polymeroberflächen kontrolliert. Im Anschluss wurde die Umsetzbarkeit mit systematisch variierten organischen Verbindungen bestimmt. Ziel hierbei war zu untersuchen, wie gut sich die Bromidfunktionalität als universelle Abgangsgruppe zur Kopplung flexibilisierender Spacer- Moleküle in der Metall-Polymer-Grenzfläche eignet. Es wurden dazu Kopplungsreaktionen mit unterschiedlich langen und steifen endständigen Alkohol-, Amin- und Glykol- Verbindungen durchgeführt. Darüber hinaus wurden Umfunktionalisierungsreaktionen an bromierten Oberflachen durchgeführt. Auf diese Weise konnte gezeigt werden, dass es möglich ist, die C-Br- Funktionalität gegen eine andere auszutauschen. Spezielles Augenmerk wurde auf die Umfunktionalisierung zu primären Aminogruppen gelegt. Diese wurden über einfache Substitutionsreaktionen mit konzentriertem oder verflüssigtem Ammoniak erzeugt. Auch oberflachengebundene Hydroxylgruppen konnten erzeugt werden. Dazu wurden Bromidfunktionen durch Substitution mit Kalium- und Natriumhydroxid in geeigneten Lösungsmitteln umgesetzt. Polypropylenoberflächen, die mit verschiedenen Spacern ausgerüstet worden waren, wurden im Vakuum mit dünnen Filmen aus Aluminium und Kupfer bedampft. Die Haftfestigkeit dieser Beschichtung wurde anschließend durch Schalfestigkeitsmessungen untersucht.
With increasing environmental awareness and the general need to economise on the use of fossil fuels, there is growing pressure for industry to produce lighter, more efficient, gas turbine engines. One such material that will help to achieve these improvements is the intermetallic gamma titanium aluminide (γ-TiAl) alloy. At only half the density of current nickel-based superalloys its weight saving capability is highly desirable, however, its mechanical properties have not yet been fully explored especially, when it is to be considered for structural components in aeronautical gas turbine engines. Critical components in these engines typically experience large variations in temperatures and multiaxial states of stress under non-isothermal conditions. These stress states are known as tri-axial thermo-mechanical fatigue (TMF). The work presented here investigates the effects these multi-axial stresses, have on a γ- TiAl, (Ti-45Al-5Nb-0.2B-0.2C) alloy under TMF conditions. The uniaxial, torsional and xialtorsional TMF behaviour of this γ-TiAl alloy have been examined at 400 – 800oC with strain amplitudes ranging from 0.15% to 0.7%. The tests were conducted at both thermomechanical in-phase (IP) and out-of-phase (OP). Selected tests additionally contained a 180 seconds hold period. Fatigue lifetimes are strongly influenced by the strain amplitude, a small increase in amplitude reduces the lifetime considerably. The uniaxial IP tests showed significantly longer fatigue lifetimes than of all the tests performed. Torsional loading although have shorter fatigue lifetimes than the uniaxial IP loading they have longer fatigue lifetimes than the uniaxial OP loading. The non-proportional axial-torsional 90 degree OP test is most damaging which resulted in a shorter lifetime than the uniaxial OP test with the same Mises equivalent mechanical strain amplitude. A hold period at maximum temperatures reduced the lifetime for all tests regardless of the temperature-strain history. The effects of TMF on the microstructure were also investigated. For all types of tests intergranular fracture is predominant. Failure is strongly influenced by environmental conditions. This study compares TMF results of TiAl with previous TMF investigations on the nickelbased alloys IN 738 and Nimonic 90. IN 738 shows similar TMF behaviour to γ-TiAl in that uniaxial IP loading has the longest fatigue lifetimes. Nimonic 90 shows the opposite behaviour to both of these alloys. A lifetime model developed for this near-γ-TiAl alloy, successfully describes all temperaturestrain TMF loading conditions over the test temperature range, with the use of a single loading parameter. The loading parameter is based on the plastic work per cycle, and is not only dependant on the mean tensile stress but also on the maximum principal stress. The loading parameter responds to various strain-temperature-paths differently. It describes the lifetime relation between uniaxial IP and OP loading, axial and torsional loading and the hold period effect.
Die Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) ist ein Standardverfahren in der zerstörungsfreien Elementanalyse. Die Entwicklung von Polykapillaroptiken und von SDD-Halbleiterdetektoren, die ohne Stickstoff-Kühlung auskommen, ermöglicht eine breite Anwendung dieses Verfahrens z. B. in der Kunst- und Kulturgutanalyse. Die dafür entwickelten Spektrometer sind mobil und bieten die Möglichkeit der Analyse von kleinen Strukturen, da Untersuchungs- flächen mit Durchmessern von 10-70 ¹m erzeugt werden. Für quantitative RFA-Ergebnisse werden in den meisten Anwendungsfällen referenzprobenbasierte Auswertungsverfahren eingesetzt. Aufgrund von Absorptionsprozessen in der Probenmatrix ist die Genauigkeit und Verlässlichkeit der ermittelten Konzentrationen dabei stark von der Ähnlichkeit von Referenz- und Untersuchungsprobe abhängig. Liegen keine geeigneten Referenzmaterialien vor, stellt die „Fundamental Parameter (FP) Methode“ eine Alternative dar. Dabei werden die bei der Erzeugung und Detektion auftretenden Wechselwirkungen mit Hilfe geeigneter Datenbanken mathematisch beschrieben. In einem Iterationsverfahren können auf diese Weise die Elementkonzentrationen ermittelt werden. Voraussetzung ist eine genaue Kenntnis der Spektrometerparameter, u. a. der spektralen Verteilung der Anregungsstrahlung. Da durch die Transmissionseigenschaften der Polykapillaroptiken die gut beschriebenen Röntgenröhrenspektren erheblich verändert werden, war eine Anwendung der FP-Methode für die Mikro-RFA bisher nicht möglich. Ziel dieser Arbeit ist es, die Transmission dieser Optik in einer Weise zu beschreiben, die eine routinemäßige Quantifizierung auf Basis der fundamentalen Parameter möglich ist. Die notwendigen Untersuchungen erfolgten an einem kommerziellen Mikro-RFA-Spektrometer, das für die Analyse im Kunst- und Kulturgutbereich entwickelt wurde. Zum einen wurden im Rahmen der Arbeit umfangreiche Charakterisierungsmessungen an der zum Spektrometer gehörenden Linse durchgeführt, um die grundsätzlichen Prozesse bei Strahlungstransport in Polykapillarlinsen besser zu verstehen. Dabei wurde besonders auf den Einfluss messungsbedingter Artefakte bei der Bestimmung der Linsenparameter geachtet. Zusätzlich wurden an Polykapillarhalblinsen Charakterisierungsuntersuchungen am Rasterelektronenmikroskop und mit Synchrotronstrahlung durchgeführt. Die Ergebnisse ergänzen die Erkenntnisse der Volllinsencharakterisierung, insbesondere den starken Einfluss der Messbedingungen auf die ermittelten Parameter. Zum anderen wurde ein neues Kalibrierungsverfahren entwickelt, welches die Beschreibung der Linsentransmission ohne vorherige Linsencharakterisierung ermöglicht. Das Verfahren wurde an zertifizierten Referenzmaterialien getestet. An verschiedenen Anwendungen aus dem Bereich der Archäometrie werden schließlich Quantifizierungsergebnisse präsentiert, so z. B. die Analyseergebnisse antiker römische Kupfermünzen, die im Rahmen eines Methodenvergleiches auch mit PIXE und Synchrotron- RFA untersucht wurden sowie Untersuchungsergebnisse historischer Pergamente und Schreibmaterialien.
Untersuchungen zur Nassaufbereitung von Betonbrechsand unter Verwendung der Setzmaschinentechnik
(2009)
Gegenwärtig wird Altbeton hauptsächlich durch Zerkleinerung und Klassierung zu rezyklierten Gesteinskörnungen verarbeitet. Dabei fällt bis zu 50 % des Ausgangsmaterials als Betonbrechsand an. Während gröbere Körnungen wieder in der Betonproduktion eingesetzt werden können, ist dieser Verwertungsweg für Betonbrechsande aufgrund ihrer vergleichsweise ungünstigeren Materialeigenschaften nicht möglich. Die schlechtere Baustoffqualität der feinen Körnungen beruht dabei maßgeblich auf ihrem höheren Altzementsteingehalt. In der vorliegenden Arbeit wurde die Verbesserung der Materialeigenschaften von Betonbrechsanden durch ein Nassaufbereitungsverfahren in Hinblick auf eine Wiederverwertung als Gesteinskörnung in der Betonproduktion untersucht. Das Verfahren beinhaltete eine Abrasionsbehandlung zur Abtrennung der Zementsteinmatrix vom Natursteinkorn, einen Klassierungsschritt zur Entfernung der Fraktion < 100 μm und als Hauptverfahrensstufe eine Dichtesortierung mittels Setzmaschinentechnik. Die Evaluierung der Baustoffeigenschaften von Ausgangsmaterial und aufbereiteten Körnungen erfolgte sowohl an den Gesteinskörnungen als auch an den daraus hergestellten Mörteln und Betonen. Dazu wurden verschiedene chemisch-physikalische und mikroskopische Untersuchungsmethoden eingesetzt. Die Analysenergebnisse zeigten, dass es möglich ist, maßgebliche Baustoffeigenschaften wie Porosität, Wasseraufnahme und Zementsteingehalt mit dem untersuchten Aufbereitungsverfahren deutlich zu verbessern. Die Untersuchungen der RC-Betone mit einem Anteil von bis zu 50 % Betonbrechsand an der gesamten Gesteinskörnung wiesen die positiven Auswirkungen der Nassaufbereitung eindeutig nach. Dies wurde besonders an den Messungen des dynamischen Elastizitätsmoduls und an den Schwindmessungen deutlich. Die Qualität von Natursanden konnte jedoch nicht erreicht werden. Für sämtliche durchgeführten Betonuntersuchungen konnten signifikante Korrelationen zum Altzementsteingehalt nachgewiesen werden. Dieser konnte als eindeutiger und die tatsächlichen Wirkmechanismen berücksichtigender Güteparameter für rezyklierte Gesteinskörnungen identifiziert werden. Auf dieser Basis wurde ein neuer Bemessungs- ansatz für Recyclingbeton unter Einbeziehung des Altzementsteingehaltes formuliert. Anhand einer Modellanlage im industriellen Maßstab wurden ergänzend eine ökobilanzielle Bewertung des Verfahrens und eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung durchgeführt. Die Bewertungen ergaben, dass das untersuchte Verfahren – in Abhängigkeit von den Rahmenbedingungen – sowohl ökologisch vorteilhaft als auch wirtschaftlich sinnvoll durchgeführt werden kann.
Die Nachfrage nach zerstörungsfreien Prüfungen an Bäumen steigt stetig. Dank neuer Methoden und Messgeräte, entwickelten sich die Möglichkeiten zur Baumdiagnostik in den letzten Jahren immer weiter. Seit kurzem werden auch tomographische elektrische Widerstandsverfahren eingesetzt. Das Ziel dieser Arbeit war es, die Anwendungsmöglichkeiten und Grenzen der Messung des komplexen elektrischen Widerstands an stehenden Bäumen aufzuzeigen und weiterzuentwickeln. Die zusätzliche Erfassung der Phasenverschiebung bietet dabei neue Möglichkeiten zur Detektion von Materialarten und -zustand. Nach vorbereitenden, systematischen Untersuchungen an einem künstlichen, zylindrischen Probekörper wurden spektrale Labormessungen durchgeführt. An Eichenholzproben wurde gezeigt, dass sich die Anisotropie des Holzes stark auf die elektrischen Messungen auswirkt, ebenso wie die Holzfeuchte. Auch Pilzbefall, der in zwei Langzeitversuchen an Eichenkernholz untersucht wurde, zeigte gravierende Auswirkungen auf das elektrische Verhalten, insbesondere auf die Phasenverschiebung. Dadurch war es im Labor möglich, Pilzbefall durch Messungen des komplexen elektrischen Widerstands an Holz nachzuweisen. Bei der tomographischen Anwendung des Verfahrens an stehenden Eichen konnte zunächst gezeigt werden, wie sich der Aufbau gesunder Eichen in den Tomogrammen des spezifischen Widerstands und der Phasenverschiebung widerspiegelt. Dabei wurde eine Abhängigkeit von der Messfrequenz, der Jahreszeit und des Baumalters festgestellt. Bei den anschliessenden Messungen an pilzbefallenen Eichen konnte dann nachgewiesen werden, dass die Detektion von Fäuleschäden an Bäumen mit dem komplexen elektrischen Widerstandsverfahren möglich ist. Allerdings ist die zusätzliche Information der Phasenverschiebung nur bei sehr niedrigen Frequenzen < 1 Hz nutzbar, da dort die im Labor nachgewiesenen Phasenkontraste am größten sind. Die Messungen bei niedrigen Frequenzen haben jedoch eine Erhöhung der Messdauer zur Folge. Das Nutzen-Zeit-Verhältnis für diese zusätzliche spektrale Erfassung der Phase ist gegenüber dem spezifischen Widerstand derzeit jedoch noch gering. Um das Verfahren als alleinstehende Untersuchungsmethode zur Baumdiagnostik zu nutzen, sind weitgehende Untersuchungen für andere Baumarten nötig. In Kombination mit weiteren Verfahren, wie die in dieser Arbeit ebenfalls genutzten Schalltomographie, kann es jedoch bereits jetzt sinnvoll eingesetzt werden.
Jahresbericht 2008
(2009)