621 Angewandte Physik
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Der technische Fortschritt hat dazu geführt, dass die Kosten für das automatisierte Drucken von Emblemen, Anhängern sowie allgemein gedruckten Prototypen stark gefallen sind. Dies geschah insbesondere auch vor dem Hintergrund eines Wandels der Industrie hin zu einer modernen Industrie 4.0. In dieser Arbeit wird ein neuer Ansatz für das automatische 3D-Drucken eines Logos präsentiert, welches als Pixelgrafik vorliegt. Die vorgeschlagene Prozesskette erzeugt hierbei final den G-code zum Drucken. Dabei sind seitens des Users wenige Eingaben erforderlich.
Es wird anhand des Förderprojekts „Wasserstoff-Netzersatzanlagen der Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben (BOS) des Landes Brandenburg“ des Zentraldienstes der Polizei des Landes Brandenburg die Praxistauglichkeit von Brennstoffzellen-Netzersatzanlagen untersucht. Marktreife und kommerziell verfügbare Brennstoffzellen wurden in 115 sicherheitsrelevanten Digitalfunkstationen im Flächenland Brandenburg als Ersatz von wartungsintensiven und umweltproblematischen Dieselgeneratoren für die (Not-)Stromversorgung installiert. Diese Netzersatzanlagen sind für eine Überbrückungszeit von 72 h unter realen Bedingungen ausgelegt und wurden im Feldtest, parallel zum realen Betrieb, über einen längeren Einsatzzeitraum (ca. 2 Jahre) auf ihre Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit hin untersucht. Die Anforderungen an und die Realisierung der Brennstoffzellen-Netzersatzanlagen sowie die Feldtest-Versuchsplanung und deren Ergebnisse werden beschrieben und diskutiert. Die Praxistauglichkeit wird mit einer hohen Verfügbarkeit über 97 % und einer Funktionszuverlässigkeit von mehr als 95 % erfolgreich bestätigt. Die Entwicklung weiterer Komponenten wird empfohlen.
Die Modenlinienspektroskopie kann zur hochpräzisen Charakterisierung von Polymerschichten bezüglich des Brechungsindex verwendet werden. Das vorliegende Manuskript behandelt die Theorie der Modenlinienspektroskopie und beginnt dabei mit den theoretischen Grundlagen eines planaren Wellenleiters, die zum Verständnis der Modenlinienspektroskopie notwendig sind. Die hier präsentierten expliziten Herleitungen können genutzt werden, um die Modenlinienspektroskopie so zu modifizieren, dass auch die Messung des Pockelseffektes möglich ist. Eine Anwendungsmöglichkeit soll in der zukünftigen Bestimmung des Pockelskoeffizienten bestehen, der für die Weiterentwicklung von polymerbasierten elektrooptischen Modulatoren benötigt wird. Zudem werden der Aufbau und die experimentelle Herangehensweisen beschrieben und die Brechungsindexbestimmung wird exemplarisch am Beispiel einer Wirt-Gast-Polymerschicht demonstriert.
In unserer hochtechnologisierten Gesellschaft spielt die optische Datenübertragung aufgrund der stetig wachsenden Informationsvielfalt eine immer bedeutendere Rolle. In den Anfängen der Nachrichtentechnik waren Datenraten von wenigen bit/s realisierbar. Heute werden mittels optischer Technologien Übertragungsraten von mehreren Gbit/s umgesetzt. Möglich wird dies durch neue Entwicklungen in der Chip-integrierten Photonik. Beispiele dafür sind Chip-integrierte elektrooptische Modulatoren und Schalter. In diesem Artikel werden neue Entwicklungen in der Chip-integrierten Photonik diskutiert und die experimentelle Charakterisierung der Bauelemente in Form eines Ringresonators beschrieben. Für die Experimente wird exemplarisch ein photonisches Bauelement genutzt, das aus einem hybriden Silizium-Polymer-Materialsystem besteht. Die Ergebnisse zeigen, dass diese Materialkombination vielversprechend für zukünftige Chip-integrierte photonische Bauelemente mit extrem geringem Energiebedarf ist.
Bislang gibt es keine einheitliche Theorie, um den Wärmeübergang beim Blasensieden in freier Konvektion für binäre Gemische ohne experimentelle Daten und mit ausreichender Genauigkeit vorauszuberechnen. In der Literatur gibt es jedoch zahlreiche Korrelationsgleichungen bzw. Modelle für die praktische Berechnung des Wärmeübergangskoeffizienten (WÜK). Diese Modelle oder Gleichungen sind empirische oder halbempirische Ansätze, die nur auf spezielle Stoffpaare anwendbar oder auf niedrige Siededrücke beschränkt sind oder nicht alle Einflussparameter enthalten.
Das Sieden und besonders das in dieser Arbeit ausschließlich behandelte vollausgebildete Blasensieden ist immer dann die bevorzugte Form der Wärmeübertragung an Flüssigkeiten, wenn hohe Wärmeströme pro Heizflächeneinheit und pro K Heizwandüberhitzung übertragen werden sollen. In vielen Fällen werden dabei nicht reine Stoffe, sondern Stoffgemische eingesetzt, z. B. bei der Kühlung von Chemiereaktoren oder bei der thermischen Trennung von Stoffgemischen (Destillation, Rektifikation und Eindampfung zwecks Kristallisation). Dabei ist zu berücksichtigen, dass der Wärmeübergangskoeffizient beim Blasensieden von Gemischen wegen des kombinierten Wärme- und Stoffübergangs in der Regel kleiner als bei reinen Stoffen ist. Besonders bei hohen Wärmestromdichten, hohen Drücken und hohen relativen Flüchtigkeiten der beteiligten Stoffkomponenten kann dieser „Gemischeffekt“ den Wärmeübergangskoeffizienten um Faktor 10 und mehr herabsetzen, was in der Apparateauslegung berücksichtigt werden muss.
Am 31.12.1996 endete das Wissenschaftler-Integrations-Programm (WIP) in den neuen Ländern. Es war angelegt worden, um Teilen der in der Akademie der Wissenschaften der DDR arbeitenden (und mehrfach positiv evaluierten) Wissenschaftlern eine Übergangsphase zu finanzieren, in der sie einerseits ihre Arbeit kontinuierlich fortsetzen konnten und andererseits die Integration in einer Hochschule erfolgen sollte, da die Forschungslandschaft der DDR an die bundesdeutschen Strukturen anzupassen waren. Das vorab auf zwei Jahre angelegte, 1992 gestartete Programm konnte bis 1996 verlängert werden, wenn es gelang, eine Hochschule zu finden, die bekundete, an einer Integration dieser Wissenschaftler in ihrer Einrichtung interessiert zu sein.
Zielhochschule der Wissenschaftler in der von Prof. Dr. sc. H. Gündel gegründeten Gruppe, die sich in Fortführung ihrer langjährigen Forschungstätigkeit auf dem Gebiet der nichtthermischen Plasmen (auch Niedertemperaturplasmen), insbesondere zur Erzeugung von Laserlicht beschäftigte und auch noch beschäftigt, war die TFH Wildau.
Dies war für eine Berliner Einrichtung einerseits ungewöhnlich, andererseits auch nahe: In der Gründungsphase der TFH Wildau lag ein besonderes Schwergewicht auf den modernen Technologien, was sich auch dadurch ausdrückte, daß es einen Fachbereich Physikalische Technik gab, der heute im Fachbereich Ingenieur- und Wirtschaftsingenieurwesen als Studienrichtung weiter besteht. Da sich für die Zukunft eine immer breitere, auch ingenieurmäßige Anwendung der Plasma- und Lasertechnik abzeichnet und an den Deutschen Fachhochschulen dieses Gebiet (insbesondere die Plasmatechnik) kaum in der Lehre vertreten wird, wurde von beiden Seiten - der TFH Wildau auf der einen und der sich damals noch als WIP AG Niedertemperaturplasmen bezeichnenden Gruppe aus Berlin auf der anderen - eine Integration in einem Institut für Plasma- und Lasertechnik (IPLT) der TFH Wildau im Fachbereich Physikalische Technik angestrebt.
Wegen ihrer Wellenlänge im ultravioletten Spektralgebiet gehören Eximerlaser (z. B. KrF, ArF, XeCI) zu den am vielseitigsten eingesetzten Lasern in der Forschung und zunehmend auch in der industriellen Anwendung. Alle am Markt erhältlichen Excimer-Laser weisen jedoch einen wesentlichen Nachteil auf, der ihre Einsatzmöglichkeiten begrenzt.
Bedingt durch konstruktive Besonderheiten ist ihre Strahlqualität unbefriedigend. Sie weisen einen rechteckförmigen Strahlquerschnitt auf mit einem komplizierten Gemisch verschiedener transversaler Moden (Multimodenstruktur). Diese Eigenschaft wirkt sich negativ auf die Fokussierbarkeit der Strahlung aus, wodurch der positive Einfluß der kurzen Wellenlängen z.T. wieder zunichte gemacht wird. Besonders störend ist dieser Effekt z. B. beim Bohren feinster Löcher oder beim Einkoppeln der Strahlung in Lichtleiter.
Das Ziel der Arbeiten besteht daher darin, einen Eximerlaser zu entwickeln, der die Vorteile der kurzen Wellenlänge mit einer guten Strahlqualität verbindet. Anzustreben ist ein kreisrunder Strahlquerschnitt mit nur einer Strahlungsmode und Gauß-Profil. Dabei sollen die Erfahrungen genutzt werden, die im Institut für Plasma- und Lasertechnik der TFH Wildau bei der Entwicklung von Stickstofflasern mit gauß-ähnlichem Strahlprofil gewonnen wurden. Ein solches Gerät würde die Einsatzgebiete von Eximer-Lasern erweitern und hätte voraussichtlich gute Marktchancen.
In vielen Maschinen und Geräten bilden komplexe Bewegungsabläufe einzelner Arbeitsorgane und deren Zusammenspiel das Kernstück für die Erfüllung der geforderten technischen Funktion. Die technisch-wirtschaftlich optimale Realisierung von Bewegungsabläufen und die Beherrschung ihrer Dynamik sind damit oft entscheidende Voraussetzungen für den Erfolg des Gesamtproduktes. Typische Beispiele dafür sind Maschinen zur Herstellung und Verarbeitung von Textilien, Druck- und Papiermaschinen, Verpackungsmaschinen aller Art sowie Handhabungseinrichtungen, Fördereinrichtungen und Industrieroboter.
Zur mechanischen Lösung solcher Bewegungsaufgaben dienen die ungleichmäßig übersetzenden Kurven- und Gelenkgetriebe, die in vielfältigen Bauformen und Kombinationen mit oft geringem Aufwand sicher und zuverlässig präzise Bewegungsabläufe erzeugen, und das auch bei hohen Geschwindigkeiten und Kräften.
In nachfolgenden Ausführungen sollen einige Zusammenhänge zwischen der Getriebestruktur und dem zwangsläufigen Bewegungsablauf mechanischer Getriebe beschrieben werden.
Die Plasmatechnik gehört mittlerweile zu den Schlüsseltechnologien des nachhaltigen Wachstums und der Bewältigung des Strukturwandels der deutschen Wirtschaft. Plasmaverfahren sind zur Voraussetzung für die Herstellung von Chips für Hochleistungscomputer geworden. Mit Plasmatechnologien werden Werkstoffoberflächen veredelt und Materialien mit neuen Eigenschaften erzeugt. Es gibt Plasmalampen, die ohne Verwendung von Quecksilber hohe Lichtausbeuten und gute Farbwiedergabe erreichen. Auch bei der Entsorgung toxischer Stoffe und von Abfällen kommen Plasmatechnologien zum Einsatz. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) hat in einer Broschüre die Anwendung und Forschung auf dem Gebiet der Plasmatechnik in Deutschland zusammengestellt. In Deutschland wird jährlich eine Industrieproduktion von 45 Mio. € durch die Plasmatechnologie erst ermöglicht. Vor diesem Hintergrund soll die Entwicklung der Forschung und Ausbildung auf dem Gebiet der Plasmatechnik an der TFH Wildau beschrieben werden.