621 Angewandte Physik
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Laser ablation from solid fullerene pellet and textured graphite targets has been probed for deposition of thin fullerite and diamond-like carbon (DLC) films by means of a pulsed C02 laser. Ablation of fullerene material does not yield fullerite films, but results in amorphous pregraphitic carbon structures. At very low laser flux structural transformations are observed with increasing exposure time. These thermal effects cannot completely decompose the fullerenes without increase of the laser power density. Thermal evaporation is a suitable method to deposite fullerite fllms of high quality, thus epitaxial fullerite films are grown on mica. Sandwich C60/DLC structures are produced by laser deposition which show a sharp interface as can be deduced from the superposition of the characteristic Raman spectra of the fullerite and the DLC.
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.
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.
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.
C60 and amorphous diamond-like carbon (DLC) films have been grown by thermal evaporation and laser ablation techniques at different substrate temperatures and on various substrates. The elastic modulus and the hardness of the films have been investigated by surface acoustic waves and nanoindentation. Both methods are completely new and designed for investigations of very thin films. For homogeneous C60 films the Young's modulus was found to be 14 GPa and the Poisson's ratio of 0.2. The measured nanohardness of 167 MPa corresponds with the microhardness value of 130 MPa. There is a correlation between deposition techniques and hardness as well as Young's modulus for DLC films.
Laserbearbeitungsverfahren wie Präzisionschneiden und Bohren erfordern den Einsatz von Laserimpulsen mit angepasster Impulsleistung (10 kW) und Impulsdauer (10 μs bis zu einigen 100 μs).
Transversal elektrisch (TE) angeregte Impuls-CO2 -Laser werden bei Gasdrücken bis zu einigen 100 kPa betrieben. In diesem Bereich begrenzen jedoch einsetzende Plasmainstabilitäten die mögliche elektrische Anregungsdauer für ein homogenes nichtthermisches Entladungsplasma auf einige 100 ns [1].
Eine Verlängerung der Laserimpulsdauer ist durch Veränderung der Energietransportzeit im Lasermedium möglich. In [2,3] wurde dies durch eine Herabsetzung des CO2 -Anteils im Gasgemisch sowie durch Herabsetzung des Gasdrucks erreicht. Mit der zusätzlichen Verminderung des Heliumanteils [4] kann die Laserimpulsdauer bis zu 1000 μs ausgedehnt werden.
In Schaltanlagen des Niederspannungsnetzes können Störlichtbögen zu erheblichen Schäden führen. Die Ursache der Lichtbögen ist vielfältig und reicht von Überschlägen an Isolationsstrecken über Blitzeinschläge in das Netz bis zu Kurzschlüssen, die bei Wartungs- oder Montagearbeiten verursacht werden können. Die Wirkungen von Störlichtbögen sind erheblich und können die Zerstörung der Schaltanlage zur Folge haben. Die Klöckner-Moeller GmbH hat ein Störlichtbogenschutzsystem (ARCON) entwickelt, das in die Schaltanlagen integriert wird. Da das Auftreten der Störlichtbögen nicht vorhersehbar ist, wird die gesamte Schaltanlage von Sensoren auf der Basis von Lichtwellenleitern überwacht. Für diesen Einsatzzweck sind die Sensoren so konzipiert, dass das Licht des Bogens nicht über die Stirnfläche des Lichtleiters, sondern seitlich über den Mantel in den Kern eingekoppelt wird. Die Leuchterscheinungen jedes sich bildenden Lichtbogens können von dem Sensor erfasst und an einen Detektor weitergeleitet werden, dessen Signal die Schutzmaßnahmen einleitet. Dadurch kann der Strom noch während der ersten Halbwelle abgeschaltet und der Schaden begrenzt 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.
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.