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Das Idealbild der europäischen Stadt mit ihrer dicht gewachsenen Baustruktur und ihren öffentlichen Räumen steht als Synonym für 'Urbanität' und beeinflußt bis zum heutigen Tag das planerische Denken und Handeln. Eng verbunden damit tauchen immer wieder Assoziationen zu Agora und Forum auf, die als Archetypen des 'Öffentlichen' schlechthin, den Mythos einer sich dort artikulierenden und konstituierenden, idealen und demokratischen Stadtgesellschaft transportieren. Zu Beginn des 21. Jahrhunderts stellt sich jedoch die Frage, ob sich die tradierten und erprobten Denkmodelle und Bilder des öffentlichen Raumes aufgrund der rasanten gesellschaftlichen und informationstechnologischen Veränderungen, überlebt haben. Haben die typischen Ideen von Stadt, die auf dem öffentlichen Raum beruhen nur noch rein symbolische Bedeutung? Verlagern sie sich mehr und mehr in den virtuellen Raum? 'Die Stadt der kurzen Wege' mit ihrer räumlichen Mischung ist als 'Marktplatz' für den Austausch von Informationen und Waren nicht mehr in der bekannten Weise relevant und gesellschaftlich bestimmend. Die Stadt als einheitliches und homogenes Gebilde existiert nicht mehr. Stattdessen ist sie durch Fragmentierung und Zersplitterung gekennzeichnet, wie u.a. die Diagnosen von Touraine ['Die Stadt - ein überholter Entwurf', 1996], Koolhaas ['Generic City', 1997], Sieverts ['Die Zwischenstadt', 1999] und Augé ['Orte und Nicht-Orte', 1998] zeigen. Synchron dazu entstehen mit dem Cyberspace oder 'Virtual Cities' [Rötzer, 1997] neue Formen von öffentlichem Raum und Öffentlichkeit - Parallelräume zur realen Welt. Welche Auswirkungen diese neuen Räume auf das Leben der Menschen und die Stadt haben werden, kann noch nicht abgesehen werden. In der realen Welt werden die Planungsspielräume der Kommunen immer kleiner; die Wechselwirkungen, die u.a. durch Globalisierung, Privatisierung und Deregulierung öffentlicher Aufgaben ausgelöst werden, immer komplexer. Neben den international zu beobachtenden Entwicklungen [Shopping-Mall, New Urbanism, Gated Community], die sich länderübergreifend in leicht abgewandelten Varianten durchzusetzen scheinen, üben auch soziokulturelle Gesellschaftstrends großen Einfluß auf den öffentlichen Raum aus. Der öffentliche Raum als Bindeglied zwischen dem 'Öffentlichen' und dem 'Privaten' ist zunehmend dem Druck der 'Erlebnis- und Konsumgesellschaft' ausgesetzt und kann deshalb seine gesamtgesellschaftliche Funktion für die Stadt nur noch eingeschränkt wahrnehmen. Die individualisierte und mobile Gesellschaft mit ihren gewandelten und diversifizierten Lebensentwürfen und Wertvorstellungen stellt das tradierte Verständnis des öffentlichen Raums zusätzlich in Frage. Das Bild des öffentlichen Raumes als ein Bereich der Gesellschaft des 21. Jahrhunderts kann nicht mehr mit einem mythisierenden Agora-Begriff begegnet werden. Neue Wege und eine Überprüfung der aktuellen Entwicklungen sind dafür unerlässlich. Gleichzeitig müssen jedoch auch die geschichtlichen Gegebenheiten berücksichtigt werden, um aus ihnen zu lernen.
Das europäische Mobilfunksystem der dritten Generation heißt UMTS. UTRA - der terrestrische Funkzugang von UMTS - stellt zwei harmonisierte Luftschnittstellen zur Verfügung: Das TDD-basierte TD-CDMA und das FDD-basierte WCDMA. Das Duplexverfahren TDD bietet gegenüber FDD erhebliche Vorteile, z.B. können TDD-basierte Luftschnittstellen unterschiedliche Datenraten in der Aufwärts- und Abwärtsstrecke i.a. effizienter bereitstellen als FDD-basierte Luftschnittstellen. TD-CDMA ist Gegenstand dieser Arbeit. Die wichtigsten Details dieser Luftschnittstelle werden vorgestellt. Laufzeit und Interferenz sind wesentliche Gesichtspunkte beim Verwenden von TDD. Diese wesentlichen Gesichtspunkte werden eingehend für den Fall des betrachteten TD-CDMA untersucht. In UMTS spielen neben der Sprachübertragung insbesondere hochratige Datendienste und Multimediadienste eine wichtige Rolle. Die unterschiedlichen Qualitätsanforderungen dieser Dienste sind eine große Herausforderung für UMTS, insbesondere auf der physikalischen Ebene. Um den Qualitätsanforderungen verschiedener Dienste gerecht zu werden, definiert UTRA die L1/L2-Schnittstelle durch unterschiedliche Transportkanäle. Jeder Transportkanal garantiert durch die vorgegebene Datenrate, Verzögerung und maximal zulässige Bitfehlerrate eine bestimmte Qualität der Übertragung. Hieraus ergibt sich das Problem der Realisierung dieser Transportkanäle auf physikalischer Ebene. Dieses Problem wird in der vorliegenden Arbeit eingehend für TD-CDMA untersucht. Der UTRA-Standard bezeichnet die Realisierung eines Transportkanals als Transportformat. Wichtige Parameter des Transportformats sind das verwendete Pooling-Konzept, das eingesetzte FEC-Verfahren und die zugehörige Coderate. Um die Leistungsfähigkeit unterschiedlicher Transportformate quantitativ zu vergleichen, wird ein geeignetes Bewertungsmaß angegeben. Die zur Bewertung erforderlichen Meßwerte können nur durch Simulation auf Verbindungsebene ermittelt werden. Deshalb wird ein Programm für die Simulation von Transportformaten in TD-CDMA entwickelt. Bei der Entwicklung dieses Programms wird auf Konzepte, Techniken, Methoden und Prinzipien der Informatik für die Software-Entwicklung zurückgegriffen, um die Wiederverwendbarkeit und Änderbarkeit des Programms zu unterstützen. Außerdem werden wichtige Verfahren zur Reduzierung der Bitfehlerrate - die schnelle Leistungsregelung und die Antennendiversität - implementiert. Die Leistungsfähigkeit einer exemplarischen Auswahl von Transportformaten wird durch Simulation ermittelt und unter Verwendung des Bewertungsmaßes verglichen. Als FEC-Verfahren werden Turbo-Codes und die Code-Verkettung aus innerem Faltungscode und äußerem RS-Code eingesetzt. Es wird gezeigt, daß die untersuchten Verfahren zur Reduzierung der Bitfehlerrate wesentlichen Einfluß auf die Leistungsfähigkeit der Transportformate haben. Des weiteren wird gezeigt, daß die Transportformate mit Turbo-Codes bessere Ergebnisse erzielen als die Transportformate mit Code-Verkettung.
Diese Arbeit beschreibt die Untersuchung der Korrelationen zwischen den optischen Eigenschaften und den laserspezifischen Parametern von laseraktiven Festkörpermaterialien. Ein Schwerpunkt dieser Arbeit lag auf der Entwicklung von zweidimensionalen Meßverfahren zur Bestimmung der optischen und laserphysikalischen Eigenschaften von kristallinen Festkörpermaterialien mit einer räumlichen Auflösung zwischen 30 und 100 microm. Dazu wurden bekannte Methoden wie Messung der Absorption, Bestimmung der Fluoreszenzlebensdauer, die Schlierenmethode, das Polariskop und das Absorptionskalorimeter hinsichtlich Genauigkeit und räumlicher Auflösung verbessert, um für die zweidimensionalen Messungen eingesetzt werden zu können. Darüber hinaus müssen die Meßverfahren langzeitstabil sein, einen vollautomatischen Ablauf und eine quantitative Auswertung erlauben. Um die großen Datenmengen von maximal 2,8*10^6 Werten je Meßparameter und Probe handhaben zu können, wurde eine umfangreiche Softwarebibliothek zur Automatisierung der Messungen und zur Auswertung der Daten entwickelt. Die Auswertungsprogramme erlauben dabei beliebige Verknüpfungen zwischen den gemessenen Parametern. Voraussetzung hierfür war die Einführung eines kalibrierten Koordinatensystems für alle Meßverfahren. Mit den entwickelten Meßverfahren wurde eine Vielzahl verschiedener Proben und Materialien charakterisiert, um im ersten Schritt einen Überblick über mögliche Kristallfehler und deren Auswirkungen auf den Laserprozeß zu erhalten. Eine derart umfassende Charakterisierung von laseraktiven Materialien mit den dargestellten Genauigkeiten ist bisher noch nicht publiziert worden. Die präzise Charakterisierung der optischen Parameter und der laserphysikalischen Eigenschaften war in Verbindung mit der selbst entwickelten Software die Voraussetzung zur Untersuchung der Korrelationen zwischen diesen Parametern. Insbesondere die Untersuchung der Boulequerschnitte mit großem Durchmesser von bis zu 50 mm war sehr wichtig, da hier in derselben Probe Bereiche sehr unterschiedlicher Kristallqualität gemeinsam auftreten. Aus den Untersuchungen der Boulequerschnitte konnten Hinweise auf eine Korrelation zwischen den oben genannten Parametern abgeleitet werden, welche im Anschluß in einer quantitativen Analyse untersucht wurden. Daher war eine quantitative Bestimmung aller Parameter der Proben unabdingbar. Es konnte, wie theoretisch abgeleitet, ein linearer Zusammenhang zwischen den durch mechanische Spannungen induzierten Verlusten und den Laserparametern differentieller Wirkungsgrad und Schwelle nachgewiesen werden. Der Regressionskoeffizient der Korrelation zwischen diesen Parametern betrug für 3100 untersuchte Meßpunkte im Mittel r=0,76. Ebenso wurde der lineare Zusammenhang zwischen dem Betrag des Brechungsindexgradienten, der ein Maß für die optische Homogenität darstellt, und den gleichen Laserparametern gezeigt. Der mittlere Regressionskoeffizient ist mit r=0,65 etwas kleiner als im vorigen Fall, allerdings wurde der komplette Boulequerschnitt mit 265.000 Meßpunkten betrachtet, was kleinere Werte für r bei gleichstarker Korrelation erlaubt. In Einklang mit der Theorie wurde die Abhängigkeit der Korrelation der Parameter von der Transmission des Auskopplungsspiegels gezeigt. Eine Abhängigkeit des Brechungsindex von der Konzentration der Dotierung wurde qualitativ an einer ND:YAG Probe gezeigt. Die Verfahren wurden erfolgreich zur Charakterisierung von Czochralski-Nd:YAG, das erstmals mit einer Dotierungskonzentration von 2 at.% hergestellt werden konnte, angewandt. Der Vergleich mit dem sehr gut bekannten Nd:YAG mit einer Konzentration von 1 at.% zeigte keine Verschlechterung der Kristallqualität durch die Verdopplung der Dotierungskonzentration. Die Variationen im Betrag des Brechungsindexgradienten sind für beide Konzentrationen gleich groß. Diese Ergebnisse der optischen Charakterisierung konnten in Laserexperimenten auch bei hohen Ausgangsleistungen von 12 W bestätigt werden. Es wurde für das 2 at.% dotierte Material ein differentieller Wirkungsgrad von 56,6% und für 1 at.% dotiertes mit 53,8% nahezu der gleiche Wert bestimmt. Gegenüber einem Vergleichskristall aus Nd:YVO lieferte der 2 at.% Nd:YAG die höhere Ausgangsleistung, wobei zusätzlich berücksichtigt werden muß, daß der Nd:YVO Kristall bei 60% seiner Bruchgrenze und der 2 at.% Nd:YAG Kristall bei 39% seiner Bruchgrenze betrieben wurde. Mit der gleichen Systematik wurde die Qualitätskontrolle am Beispiel von Nd(0,9%):YAG Stäben aus der industriellen Fertigung demonstriert. Das Ausgangsmaterial wurde nach dem Zuchtvorgang einer Vorabprüfung unterzogen, um Defekte frühzeitig erkennen zu können. In Form einer Endkontrolle wurden die optischen Eigenschaften von fünf Stäben nach Durchlaufen des letzten Produktionsschrittes untersucht. Die Ergebnisse der Charakterisierung lieferten die kleinsten im Rahmen dieser Arbeit bestimmten Werte für den Betrag des Brechungsindexgradienten. Weiterhin demonstrierte die Untersuchung der Doppelbrechung, daß die vom Kern verursachten Spannungen, die sich über den ganzen Kristallboule ausbreiten, in den einzelnen Stäben nicht mehr vorhanden sind. Durch die hervorragenden Werte der optischen Homogenität und der Doppelbrechung sowie der sehr homogenen Verteilung der Dotierung konnte auf eine ausgezeichnete Kristallqualität geschlossen werden, was durch die Messung der Laserparameter bestätigt werden konnte. Es wurde im Multimodebetrieb ein differentieller Wirkungsgrad von maximal 68% erreicht, was sehr nahe an der theoretischen Obergrenze von 72% liegt. Mit der vorliegenden Arbeit wurde gezeigt, daß eine verläßliche Vorhersage der Lasereigenschaften aus optischen und spektroskopischen Daten möglich ist. Damit ist eine wichtige Vorbedingung zur Klassifizierung von laseraktiven Materialien nach bestimmten Qualitätsmerkmalen erfüllt. Eine Einführung von Qualitätsnormen mit definierten Prüfverfahren für laseraktive Materialien ist nun möglich. Die Umsetzung der in dieser Arbeit vorgeschlagenen Verfahren kann für die Laserindustrie der entscheidende Durchbruch von der Einzelfertigung in den Massenmarkt bedeuten.
Mit der vorliegenden Veröffentlichung soll der Versuch unternommen werden, mathematischen Schulstoff aus konkreten Problemen herzuentwickeln. Im Mittelpunkt der vorliegenden Arbeit stehen betriebswirtschaftliche Planungs- und Entscheidungsprobleme, wie sie von fast allen Wirtschaftsunternehmen zu lösen sind. Dabei wird im besonderen auf folgende Optimierungsprobleme eingegangen: Berechnung des Rohstoffbedarfs bei gegebenen Bestellungen, Aufarbeitung von vorhandenen Lagerbeständen und das Stücklistenproblem.
Das Crashverhalten energieabsorbierender Strukturen aus faserverstärkten
Kunststoffen, die während ihres Gebrauchs wechselnden Temperaturen ausgesetzt
sind, wurde bislang nur wenig erforscht. Typische Anwendungstemperaturen in der
Automobilindustrie, ausgenommen Bauteile, welche direkt mit dem Motor verbunden
sind, bewegen sich zwischen -40 und 100 °C. Da ein polymeres Matrixsystem in
diesem Temperaturbereich stark veränderliche Festigkeiten und Steifigkeiten
aufweist, variieren auch die mechanischen Eigenschaften eines Faser-Kunststoff-
Verbundes (FKV). Dies gilt insbesondere bei Druckbelastungen, da gerade hier die
Fasern auf die Stützwirkung der Matrix angewiesen sind.
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der experimentellen Untersuchung des
Crashverhaltens gewebeverstärkter Thermoplaste und deren numerischer Simulation
unter dem Einfluss der Umgebungstemperatur. Da Faser-Kunststoff-Verbunde beim
Crashvorgang ein stark von der Belastungsgeschwindigkeit abhängiges Kraftniveau
aufweisen, muss die Crashprüfung im relevanten Geschwindigkeitsbereich oberhalb
ca. 4 km/h durchgeführt werden können. Hierzu wird die Crashanlage der Institut für
Verbundwerkstoffe GmbH (IVW) um eine Klimatisierungseinrichtung für Crashversuche
erweitert.
Die Versuche werden erstmals an Strukturen aus glas- und kohlenstoffgewebeverstärkten
technischen Thermoplasten (verschiedene Polyamide und Polycarbonat)
im Temperaturbereich zwischen –30 und 90 °C durchgeführt. Dabei zeigt sich, dass
die Umgebungstemperatur einen deutlichen Einfluss auf das Crashverhalten hat und
bei der Auslegung energieabsorbierender Strukturen berücksichtigt werden muss.
Die hierfür verantwortlichen Materialparameter werden identifiziert, um eine Aussage
über geeignete Faser-Matrix-Kombinationen für temperaturbelastete Bauteile treffen
zu können.
Die wesentlichen Ergebnisse dieser Arbeit sind:
• Die Temperaturabhängigkeit des Schubmoduls der Matrix und die Crashkennwerte des Verbundes (Mittelkraft und spezifisch absorbierte Energie) stehen
in direktem Zusammenhang. Dies gilt insbesondere beim Versagen des FKV im
Laminatbiegemode.
• Teilkristalline Thermoplaste, auch hochtemperaturbeständige Thermoplaste wie
PEEK, eignen sich wegen der starken Abhängigkeit des Schubmoduls von der
Temperatur nur begrenzt als Matrixsystem für crashbelastete Strukturen.
• Amorphe Thermoplaste, deren Glasübergangstemperatur über der Einsatztemperatur
des Absorbers liegt, zeigen nur einen geringen Abfall des Kraftniveaus
bei zunehmender Temperatur und sind daher zu bevorzugen.
Die derzeit in FE-Programmen implementierten Materialmodelle ermöglichen nicht
die gewünschte Prognosefähigkeit bei der Crashsimulation von Strukturen aus
gewebeverstärkten Thermoplasten, da die komplexen Versagensmechanismen nicht
erfasst werden. Am Beispiel von kohlenstoffgewebeverstärktem Polyamid 12 wird
das Versagensverhalten der experimentell untersuchten Crashabsorber analysiert
und die erforderlichen crashrelevanten Kennwerte ermittelt. Dabei ist das Nachversagensverhalten
unter Druckbelastung von besonderer Bedeutung. Um dieses zu
untersuchen, wurde im Rahmen dieser Arbeit ein Druckversuch definiert und eine
Vorgehensweise zur Bestimmung der erforderlichen Versagensparameter vorgestellt.
Die erzielten Simulationsergebnisse korrelieren mit den experimentell ermittelten
Werten im untersuchten Temperaturbereich sehr gut.
Fragestellungen der Standortplanung sollen den Mathematikunterricht der Schule bereichern, dort behandelt und gelöst werden. In dieser Arbeit werden planare Standortprobleme vorgestellt, die im Mathematikunterricht behandelt werden können. Die Probleme Produktion von Halbleiterplatinen, Planung eines Feuerwehrhauses und das Zentrallagerproblem, die ausnahmlos real und nicht konstruiert sind, werden ausführlich durchgearbeitet, so dass es schnell möglich ist, daraus Unterrichtseinheiten zu entwickeln.
In der vorliegenden Arbeit werden die Synthesen neuer Imidovanadium(V)-Verbindungen vorgestellt. Die analytischen Daten werden diskutiert und die Komplexe charakterisiert. Ergänzt werden diese Untersuchungen durch Reaktivitätsstudien, die wiederum die Charakterisierung der Produkte erfordert. Die Umsetzung von Phosphaalkinen mit Imidovanadium-Komplexen stellt einen Schwerpunkt der Arbeit dar. Die erhaltenen organischen bzw. anorganischen Produkte werden isoliert und charakterisiert. Mögliche Reaktionsmechanismen werden diskutiert und anhand nachgewiesener Neben- bzw. Zwischenprodukte untermauert. Ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit ist das Studium des Reaktionsverhaltens der Imidovanadium(IV)-Verbindung tBuNVCl2 DME. Das Disproportionierungsverhalten bei den Substitutionsreaktionen mit Nukleophilen der 14., 15., und 16. Gruppe wird untersucht; neue Komplexe werden isoliert und charakterisiert.
Die Arbeit entstand vor dem Hintergrund, daß bestehende Verschleißmodelle sich nicht
beliebig auf jedes tribologische System übertragen lassen. Aus diesem Grund sollte auf Basis
der finiten Elemente ein Werkzeug zum grundlegenden Verständnis der Gleitverschleißmechanismen
geschaffen werden, welches systemunabhängig einsetzbar ist.
Zur Gleitverschleißmodellierung mit Hilfe der Methode der finiten Elemente (FE) mußte
vorab eine genaue Bestimmung der Verschleißmechanismen sowie der Materialkennwerte zur
Charakterisierung der Kontaktverhältnisse von Faser-Kunststoff-Verbund (FKV) / Stahl
Reibpaarungen durchgeführt werden. Die Reibungs- und Verschleißeigenschaften des
genannten tribologischen Systems wurden mittels Modellverschleißversuchen nach dem Stift-
Scheibe-Verfahren innerhalb eines Temperaturbereiches von Raumtemperatur bis T=180°C
bestimmt. Eine mechanische Charakterisierung erfolgte anhand von Zug-, Druck- und
Scherversuchen auf einer statischen Prüfmaschine. Die verschlissenen Probenoberflächen
wurden anschließend mit verschiedenen mikroskopischen Verfahren charakterisiert.
Wichtigstes Ergebnis dieser Untersuchungen war die starke Abhängigkeit des
Verschleißbetrages und der wirkenden Verschleißmechanismen von der Faserorientierung
und der Prüftemperatur.
Zur Berechnung der Spannungszustände im Reibkontakt wurde ein dreidimensionaler
anisotroper Kontaktalgorithmus entwickelt. Zur Überprüfung dieses Kontaktalgorithmus
wurden Kugeleindruckversuche an endlos kohlenstoffaserverstärktem PEEK durchgeführt. Es
konnte gezeigt werden, daß die Modellierung sehr gut mit den experimentellen Ergebnissen
übereinstimmte.
Im weiteren Verlauf der Arbeit wurde dieser Algorithmus zur Modellierung der wahren
Kontaktverhältnisse herangezogen. Eine mikromechanische Charakterisierung der Materialien
sowie die Bestimmung der Verschleißmechanismen unter Einzelrauhigkeitsspitzenkontakt wurde mit Hilfe von Mikrohärteversuchen bzw. Kratzversuchen durchgeführt. Die Ergebnisse
der Spannungsanalyse bestätigen die experimentell ermittelten Versagens- bzw.
Verschleißmechanismen unter Belastung einzelner Rauhigkeitsspitzen. Im Falle normaler
Faserorientierung fanden Spannungsüberhöhungen in den Fasern und im Faser/Matrix-
Grenzbereich statt, welche zu Faserbruch und Faser/Matrix-Delamination führen können. Unter paralleler und antiparalleler Faserorientierung wurden die Fasern hauptsächlich
Biegung ausgesetzt. Weiterhin herrschten im Faser/Matrix-Grenzbereich Scherspannungen,
die zu Faser/Matrix-Delamination führen.
Eine Modellierung des thermischen Verhaltens einer CF/PEEK - Stahl - Reibpaarung zeigte,
daß im Kontaktbereich Schmelztemperaturen vorliegen können. Weiterhin war eine starke
Abhängigkeit des Wärmeflusses von der Faserorientierung zu verzeichnen. Anhand der
Definition von Peclet-Nummern für anisotrope Verbundwerkstoffe konnte, abhängig von der
Faserorientierung, zwischen langsam und schnell gleitenden Reibpaarungen unterschieden
werden.
Es konnte gezeigt werden, daß sich mit Hilfe der Methode der finiten Elemente über
herrschende Spannungszustände in sehr guter Annäherung die Gleitverschleißmechanismen
von CF/PEEK - Stahl - Reibpaarungen beschreiben lassen. Letze Aufgabe bleibt nun die
Bestimmung einer Kenngröße zur Abschätzung des Materialverschleißes in Abhängigkeit von
den Spannungszuständen im Mikrobereich.
Der Variantenreichtum der Pentaphosphaferrocene konnte unter Verwendung von trimethylsilyl-substituierten CpR-Liganden erweitert werden. Neben den einfach und zweifach Tms-substituierten Cp- und Cp= Liganden kommt auch der gemischt substituierte Cp-'-Ligand zum Einsatz. Bei der Cothermolyse von [CpRFe(5-P5)] und [CpRCo(CO)2] entstehen eine Reihe von neuartigen und bekannten Cobalt und Eisen Mehrkernclustern mit unsubstituierten Pn-Liganden. Die Verbindungen [{Cp=Co}4P10], [{Cp=Co}4P4] und [{Cp-Co}4P4] fungierten ebenfalls in ausgewählten Reaktionen als Phosphorquelle mit einer erstaunlichen Produktpalette.
Untersucht wurden eine Reihe von alpha,beta-ungesättigten Carbonylverbindungen, die im Hinblick auf ihr Vorkommen in Lebensmitteln, ihrer zum Teil noch nicht hinreichend bekannten toxikologischen Wirkungen und Hinsichtlich möglicher Struktur-Wirkungsbeziehungen ausgewählt wurden: (E)-2-Hexenal (HEX), (E)-2-Octenal (OCTE), (E)-2-Nonenal (NONE), (2E,4E)-2,4-Hexadienal (HEXDI), (2E,6Z)-2,6-Nonadienal (NONDI), (E)-2-Zimtaldehyd (CA) und 2-Cyclohexen-1-on (CHX). Mit Hilfe der gewonnen Daten sollte eine Abschätzung des toxischen (gentoxischen) Potentials der Verbindungen ermöglicht werden. Neben Cytotoxizität und Wachstumshemmung wurde vor allem auf Induktion von DNA-Schäden mittels Comet-Assay geprüft, für einige Substanzen auch auf Induktion von Mutationen mittels HPRT-Test. Weiterhin wurden Veränderungen des zellulären Glutathionspiegels und oxidative DNA-Modifikationen mittels modifiziertem Comet-Assay erfaßt. In orientierenden Versuchen wurde auf Induktion von Apoptose mittels Durchflußcytometrie geprüft. Die Untersuchungen wurden an V79 Zellen, einer Lungenfibroblastenzellinie des Chinesischen Hamsters, Caco-2 Zellen, einer humane Adenocarcinomzellinie, und an primären humanen Colonzellen durchgeführt. Ergänzend wurde auf Gentoxizität an Bakterien im UMU-Test geprüft. Die Ergebnisse zeigen, daß alle untersuchten alpha,beta-ungesättigten Carbonylverbindungen außer NONE in nicht cytotoxischen Konzentrationen konzentrationsabhängig DNA-Schäden in den verschiedenen Säugerzellen induzieren. Eine DNA-schädigende Wirkung von NONE konnte aufgrund der starken cytotoxischen Wirkung der Verbindung nicht beobachtet werden. Induktion von Apoptose, die für HEX in V79 Zellen untersucht wurde, konnte nicht nachgewiesen werden. Somit kann für die beobachteten DNA-Schäden eine gentoxische Wirkung angenommen werden. Mutagenität war für HEX, nur in der Nähe des cytotoxischen Grenzbereichs nachweisbar. Im Vergleich zur DNA-Schädigung in geringeren Konzentrationen depletierten alle untersuchten Verbindungen den Glutathionspiegel. Erstmals konnte unter diesen Bedingungen eine erhöhte Empfindlichkeit der Zellen gegenüber induziertem oxidativem Streß (H2O2) nachgewiesen werden. Weiterhin wurde erstmals für HEX eine erhöhte oxidative DNA-Schädigung im Verlauf einer mehrstündigen Postinkubation (ohne Zugabe eines Oxidans) gezeigt. Die Bedeutung dieser oxidativen DNA-Schäden für die gentoxische Wirkung der 2-Alkenale/CHX ist derzeit noch nicht abschätzbar. Für den UMU-Test wurde belegt, daß er zum Nachweis gentoxischer Wirkungen von 2-Alkenalen ungeeignet ist, aufgrund einer durch die Substanz bedingte Beeinflussung der beta-Galactosidase-Aktivität. Am wirksamsten waren NONDI und NONE in den verwendeten Testsystemen. Das geringe Vorkommen dieser Verbindungen in der Umwelt/Nahrung und ihre starke Cytotoxizität relativieren jedoch das gentoxische Gefährdungspotential. HEX war in der Regel entweder gleich stark (GSH-Depletion; Induktion oxidativer Schäden) oder leicht schwächer (Induktion von DNA-Schäden) wirksam als NONDI/NONE. Die Verbindungen (OCTE, HEXDI und CHX) sind schwächer wirksam und/oder kommen in deutlich geringeren Mengen vor, so daß für sie von einem zu vernachlässigenden Gefährdungspotential ausgegangen werden kann. CA besitzt ebenfalls eine geringere gentoxische Wirkung als HEX, da aber keine Daten zur täglichen Aufnahme vorliegen, ist eine Riskoabschätzung nicht möglich. Aufgrund der deutlich geringeren cytotoxischen Wirkung von HEX im Vergleich zu NONE/NONDI (Faktor 14) und des relativ hohen Vorkommens (geschätzte mittlere tägliche Aufnahme pro Person: ca. 6 mg) ist das mögliche Gefährdungspotential durch HEX höher einzuschätzen.
Lineare Optimierung ist ein wichtiges Aufgabengebiet der angewandten Mathematik, da sich viele praktische Probleme mittels dieser Technik modellieren und lösen lassen. Diese Veröffentlichung soll helfen, Schüler an diese Thematik heranzuführen. Dabei soll der Vorgang des Modellierens, also die Reduktion des Problems auf die wesentlichen Merkmale, vermittelt werden. Anschließend an den Modellierungsprozeß können durch Einsatz der Simplex-Methode die linearen Optimierungsprobleme gelöst werden. Verschiedene praktische Beispiele dienen der Veranschaulichung des Vorgehens.
In der vorliegenden Arbeit wird die methodische Anwendung der Harzinjektionssimulation
beschrieben. Hierzu werden drei Hauptaspekte betrachtet.
Zunächst werden die im verwendeten Simulationsmodell getroffenen Vereinfachungen
auf ihre Auswirkung auf die Anwendung der Simulation untersucht. Für geringe
Fließgeschwindigkeiten bis zu 3 cm/s konnte das Gesetz von D’Arcy als grundlegendes
Fließmodell in kommerziell verfügbaren Simulationsprogrammen verifiziert werden.
Die Vereinfachung eines Punktangusses als ein Ein-Knoten-Modell ist hingegen
nicht zulässig, da dadurch eine Singularität im Modell entsteht. Durch ein vierknotiges
Angussmodell kann dieses Problem beseitigt werden.
Im zweiten Teil wird die Beschaffung der Eingabeparameter für die Simulation diskutiert.
Für die besonders schwierig zu messende ungesättigte Permeabilität in Dickenrichtung
wurde ein Modell entwickelt, um diese Permeabilität aus den gesättigten
Werten zu bestimmen, die in der Regel wesentlich einfacher zu ermitteln sind.
Der dritte Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der methodischen Modellauswahl zur
Optimierung des Zeit- und Kostenaufwandes bei der Simulation. Es werden Kriterien
für die Modellauswahl entwickelt und diese anhand zweier sehr unterschiedlicher
Beispiele angewendet. Hierfür wird an einer PKW-Stirnwand für das RTM-Verfahren
und einem Hilfsspant eines Flugzeuges für das RFI-Verfahren die methodische Vorgehensweise
bei einer Harzinjektionssimulation demonstriert.
In this thesis the methodical application of liquid composite molding simulation is
discussed. The main focus is on three aspects: In the first part simplifications of the
simulation model and its influence on the application of the simulation will be shown.
The determination of the input parameters is the topic of the next part. The third section
deals with the methodical choice of simulation models to optimize cost and time
schedule. Using two quite different examples the proceeding in liquid composite
molding simulation is explained.
Basically the simulation could be verified. For both the unidirectional and the two
directional flow for lower and middle flow velocities a good correlation of simulation
and experiment was found. At velocities above 3 cm/s the fit of the simulation results
is significantly reduced. It can be assumed that increasing inertia and friction effects
influence the experimental results and therefore the creeping flow assumption in
D’Arcys law cannot be assumed to be valid. At higher flow velocities of the injected
fluid the simulation model has only a limited validity.
An interesting field was identified modeling an injection point in flow simulation. Using
the FEM it should not be described by a single node as one will obtain a singularity
and therefore unstable simulation results. To avoid this problem the injection port can
be modeled by using four nodes. This description of the injection gate provides sufficient
results.
A challenge in simulation technique is the determination of input parameters. Beside
some very easily obtained parameters such as injection pressure, viscosity of resin
or thermal properties of the used components the permeability of the reinforcement is
a key value. Especially in through thickness direction the for simulation very important
unsaturated permeability of the fiber preform is very difficult to measure due to
the short flow length and the complicated access to the flow front. However, the saturated permeability is comparatively easy to determine.
For unidirectional preforms a model was developed which is able to predict unsaturated
permeability derived by its saturated value. The model is based on an simple
parallel and serial set-up of single permeabilities of flow channel and fiber tows. The
different values of permeabilities in a saturated as well as an unsaturated case are resulting thereby from a compression of the fiber tow due to the surrounding liquid
pressure which leads to an expansion of the inter tow space. In order to describe this
effect a dimensionless compression factor κ is introduced which relates the volume of
the compressed tow to the initial state. When the flow occurs in fiber direction this
effect leads to a raising permeability due to the dominance of the flow channels in the
total permeability while in the case of flow in the perpendicular direction a reduction
can be observed because of the overall reduction of the permeability caused by the
reduction of the fiber tow permeability due to compression. This is due to the fact that
in this case the flow channels do not help the spread of the fluid in flow direction. The
model prediction for saturated and unsaturated flow could be verified in the experiment.
Under the assumption that for the flow in thickness direction we have a similar
flow mechanism as for the in-plane flow of the material perpendicular to the fiber
direction, the values for the unsaturated permeability can be calculated from the
values for the saturated permeability with this model.
A critical parameter of this model is the compression factor κ, which is a function of
the fiber volume fracture and the fluid pressure. For further developments of the
model this dependence has to be analyzed. The aim is here to find a model for the
compression of the fiber tow, so that the experimental determination can be replaced
by a calculation model.
In order to simplify the decision for the dimension of the Finite-Element-Model, an
analytic formula has been developed for the approximated error between the used
2D model and the 3D model. As parameters in this formula we have the relative flow
path (flow path related to the part thickness) and the ratio of the in-plane permeability
and the permeability in thickness direction. The formula is valid for an injection line
with impregnation in thickness direction of the perform.
In further works these results will have to be verified and adjusted for injection points.
A problematic aspect is the computation time as a complete three dimensional model
is required.
Finally the methodical optimization of two injection processes will be demonstrated
on two examples taken from practice. In the first one (front wall of a car) the aspect of
an error tolerant simulation will be discussed. While the simulation seemingly yields an optimal solution under the assumption of constant input values, significant short
comings can be shown for the necessary variation of the parameters due to measurement
errors or qualitative oscillations. Only when the range of all input parameters
is considered in simulation a reliable statement about the stability of the process can
be made. Furthermore, the possibilities of the injection system layout and of the
process optimization by adjustment of the process control will be discussed.
In the second example possibilities are shown to make statements about process
optimization via simulation despite unfavorable boundary conditions. The filling behavior
of a center fuselage side skin of a plane, which was produced with the RFItechnique,
was calculated with the use of a 2D calculation. For this a customized
algorithm was programmed which takes into account a simplified model of RFI. With
the help of this optimization the filling time could be reduced from 168 s to 5.3 s.
All in all the process simulation of resin injection techniques will be able to contribute
fundamentally to process optimization. The major shortcomings still exist in the determination
of parameters, especially in the determination of the permeability. In
order to establish the simulation in industry it will be necessary to do more research
on methods for determination of permeabilities without experiments in the preliminary
stages of the simulation. Only under these requirements the simulation will be attractive
for the user.
Ziel dieser Arbeit ist es, einen Beitrag zur Steigerung der Nutzung von SMC als Werkstoff für Strukturbauteile in Pkw zu leisten. Zunächst wird der Stand des Wis- sens der SMC-Technologie dargestellt. Ebenso sind der aktuelle Stand der Crashsi- mulation aufgearbeitet und die verfügbaren Tools zur Berechnung des Verhaltens von Faserverbundkunststoffen beschrieben.
Aus diesem Zusammenhang erfolgt die Ableitung des Entwicklungsbedarfs zur Nut- zung von SMC als Werkstoff für Strukturbauteile. Zunächst werden das Crashver- halten und das Energieabsorptionsvermögen von SMC-Materialien verschiedener Hersteller und unterschiedlicher Konfiguration untersucht: Standard-SMC- Materialien, SMC mit unidirektionaler Faserverstärkung, Leicht-SMC, Recyclat-SMC, flexibles SMC. Dabei werden verschiedene Probengeometrien (Rechteckrohr mit/ohne Flansch) bei unterschiedlichen Aufprallgeschwindigkeiten geprüft und die Ergebnisse analysiert. Diese Untersuchungen belegen, dass sich mit SMC Energie- absorptionskennwerte erreichen lassen, die über den Kennwerten klassischer Stähle liegen.
Als Fügeverfahren ist für Faserverbundstrukturen die Klebetechnik anzustreben. Aufgrund der Empfindlichkeit von Klebeverbindungen gegen schlagartige Beanspru- chung und der Bestätigung dieses Sachverhaltes bei den durchgeführten Crashver- suchen wurden die Klebeverbindungen der Rechteckrohrproben mit Flansch detail- liert untersucht. Da das Crashverhalten einer solchen Probe in starkem Maße von der Festigkeit der Verbindung abhängt, wurde eine Methode entwickelt, um die Crashtauglichkeit mit einem einfachen Versuch zu prüfen. Das Gesamtsystem (Fü- gepartner und Klebstoff) wurde hinsichtlich seiner Crasheignung bewertet.
lm Rahmen der Arbeiten zur Erstellung eines Modells zur numerischen Beschrei- bung des Materialverhaltens von SMC wurde ausgehend von Materialmodell MT54 in LS-DYNA ein modifiziertes Materialmodell für diesen Werkstoff entwickelt. Dazu erfolgte die Anpassung sowohl des Versagenskriteriums als auch des Nach- versagensverhaltens für SMC. Die Modellierung der Proben geschah nach Richtli- nien, die auch zukünftig bei größeren Strukturen Anwendung finden können. Die Va- lidierung des Materialmodells erfolgte anhand einfacher Rohrproben unter axialer Crashbelastung durch den Vergleich mit experimentellen Ergebnissen. ln den typi- schen Energieabsorptionskennwerten wurde eine gute Übereinstimmung zwischen Experiment und Simulation erreicht. lm Folgenden wurden die Anwendbarkeit des Modells im Rahmen der Crashanalyse eines SMC-Längsträgers getestet und Richtli- nien zur Auslegung von crashoptimierten Bauteilen aus SMC abgeleitet. Im letzten Kapitel werden die Ergebnisse der Arbeit zusammengefasst.
The aim of this thesis is the experimental investigation and numerical simulation of the crash behaviour of Sheet Moulding Compound (SMC) structures. The report is organised in three sections. The first section focuses on the experimental investiga- tion of the crash behaviour of rectangular SMC tubes with and without flange. The second section presents a test method to estimate the crash performance of adhe- sive joints of SMC. The third section deals with the development and use of a mate- rial model established for the crash simulation of SMC structures. All aspects focus on the fulfilment of typical requirements expected for materials with use in structural application of vehicles.
The experimental investigation included the measurement of standard material prop- erties and crash properties of eleven different SMC materials: six standard types with different fibre content, SMC with unidirectional reinforcement, flexible SMC, low den- sity SMC, natural fibre SMC and SMC with included recycled material. The crash specimen were rectangular tubes with and without flange with the following geomet- ric data: length 250 mm, wall thickness 3 mm, cross section of the tube 50x50 mm (with flange) or 50x25 mm (without flange). Both parts of each specimen were bonded with two different adhesives: a flexible PUR and a brittle EP adhesive. These adhesives were chosen in accordance with the pre-testing results. All crash speci- men were tested in quasistatic (100 mm/min) and dynamic (10 m/s) experimental set-up. All of them failed by progressive crushing with very homogeneous force- deformation curves. The energy absorption reached values up to 30 kJ/kg, which is a higher level than standard metals are able to provide. Special tests with an non axial impact demonstrated the crash capability of a non-optimised specimen up to a slope of 10°. Temperature and humidity reduce the crash performance with an maximum amount of about 17 % compared to vehicle specific boundary conditions.
The crash tests demonstrated the importance of a high quality bonding. The pro- gressive crushing of the rectangular tubes with flange is mainly influenced by the quality of the bonding areas. Some tests of this tubes - performed with other adhe- sives - led to a global and sudden failure of the whole bonding area. This experience led to the development of a new testing method for bonded fibre reinforced polymers (FRP). Literature study led to a transfer of the double cantilever beam testing of FRP to bonding testing of SMC. The state-of-the-art focuses on quasistatic testing. The method is extended to dynamic testing in a drop tower in experimental and theoreti- cal aspects, which allows to observe the crack growth in the adhesive joint while the specimen is under load. The analysis of the test results led to information about the crack-growth velocity, crack initiation energy and energy release rate. The compari- son of test results allows a ranking of adhesives concerning their capability for crashapplication. Different adhesives were included in this investigation. The results sup- ported the former choice of the fixed adhesives.
As mentioned before, today's design process requires the use of standard CAE methods such as crash simulation. The available simulation tools were not capable to consider any FRP-typical material properties. They focus on FRP laminates and need an alignment for each application of the tool. To improve the SMC crash simu- lation a standard material model (MT54 of LS-DYNA) was modified and adapted to SMC. The material is considered to be isotropic in plane. The maximum stress crite- rion proved to be valid for SMC failure in an axial loaded crash structure. The post failure behaviour is adapted to SMC under consideration of numerical based element deletion. The simulation results correspond very well with the test data from experi- ments with rectangular tube with and without flange. The force-deformation curves are quite similar. The used input parameters gave the same accuracy of results for all SMC with randomly distributed glass fibres. The modified simulation tool was veri- fied by the simulation of a longitudinal crash member made of SMC. This conical structure showed in the experiment an increase of the load level during progressive crushing. For the crash simulation of this structure the identical material set up was used as for the rectangular tubes. The results correspond very well with the experi- mental data. To support future development of crash loaded SMC parts an overview of rules to optimise such structures is given in a short summary.
A final conclusion in relation to the requirements for structural SMC parts leads to the following statements: SMC reaches a specific energy absorption level higher than standard metals. The developed test method allows the ranking of bonded SMC specimen concerning their crash performance. The new material model for the crash simulation of axial loaded SMC structures leads to a high level of conformity to ex- perimental data and appears to be very useful to design realistic structures.
In der empirischen, fragebogengestützten Analyse wurde die Nutzung von zweck- und prozeßbezogenen Unterstützungspotentialen des Internet von umweltberichterstattenden Unternehmen in Deutschland untersucht. Die Analyse ist in drei Kapitel gegliedert: Zur thematischen Einführung wird die Umweltberichterstattung von Unternehmen im Internet skizziert (Kapitel 2). Als Systematik von internetbasierten Unterstützungspotentialen zur Umweltberichterstattung wird eine vierteilige Gliederung zugrunde gelegt. Sie enthält inhalts-, darstellungs-, zweck- und prozeßbezogene Unterstützungspotentiale. An die Systematik schließt sich eine Darstellung der Forschungssituation zur Umweltberichterstattung, insbesondere zu der im In-ternet, an (Kapitel 3). Damit ist die Basis für die eigens in 2000 durchgeführte empirische Analyse gelegt (Kapitel 4). Die Untersuchungsergebnisse umfassen - neben der Darlegung der Untersuchungsmethodik (Abschnitt 4.1) - die empirischen Befunde zu folgenden spezifischen Fragenbereichen: Allgemeines zu Internet-Umweltberichten (Abschnitt 4.2), Information der Öffentlichkeit (Abschnitt 4.3), Kommunikation mit Zielgruppen (Abschnitt 4.4), Integration von Internet-Umweltberichten in die Unternehmenskommunikation (Abschnitt 4.5), Transparenz durch Internet-Umweltberichte (Abschnitt 4.6) sowie Erstellung von Internet-Umweltberichten (Abschnitt 4.7).
30 Jahre sind seit Aufnahme der Bibliotheksarbeit an der Universität Kaiserslautern vergangen. Galt es in den ersten Jahren den Literaturversorgungsauftrag für die ersten Fächer der 1970 gegründeten Universität zu erfüllen und eine dafür brauchbare Bibliotheksstruktur zu finden, so wurde die Arbeit in den letzten Jahren durch die tiefgreifende Entwicklung im Informations- und Kommunikationsbereich nachhaltig geprägt. Der technologische Wandel bei Mikroelektronik und Software-Entwicklung beeinflusst die bibliothekarische Arbeit ebenso wie die elektronischen Medien selbst und die stärkere Einbindung in Informations- und Versorgungsnetze die Benutzungsdienstleistungen der Bibliotheken umgestalten. Umstrukturierungsprozesse auf der Anbieterseite verlangen schnelles Reagieren der Bibliotheken auf der Abnehmer- und Vermittlerseite und den zügigen Auf- und Ausbau der lokal erforderlichen Infrastruktur. Der Rückblick auf die Aufbau- und Entwicklungsphase der Universitätsbibliothek Kaiserslautern soll im Rahmen der eit 1972 jährlich erscheinenden Geschäftsberichte (Bericht über das Geschäftsjahr ...) zusammenfassend erfolgen, wobei keine alles umfassende Darstellung beabsichtigt ist, sondern dem Muster früherer Berichte folgend nur partielle Rückblicke gegeben werden. Es sollte keine Festschrift, die oft aus solchen Anlässen erstellt wird, entstehen.
Endliche Gruppen
(2001)
Eine Einführung mit dem Ziel der Klassifikation von Gruppen kleiner Ordnung. Skript zum Proseminar im WS 2000/01. Inhalt: Satz von Lagrange, Normalteiler, Homomorphismen, symmetrische Gruppe, alternierende Gruppe, Operieren, Konjugieren, (semi-)direkte Produkte, Erzeuger und Relationen, zyklische Gruppen, abelsche Gruppen, Sylowsätze, Automorphismengruppen, Klassifikation, auflösbare Gruppen.
Demizellisierung Die isotherme Titrationskalorimetrie ist eine leistungsfähige, schnelle und einfache Methode, die den großen Vorteil bietet, aus ein und demselben Experiment die CMC und die Demizellisierungsenthalpie eines Tensids in einem weiten Temperaturbereich zu bestimmen [48,51,102,103]. Die in dieser Arbeit verwandten Detergentien Octylglucosid und Dodecylmaltosid zeichnen sich durch ihre milden Eigenschaften beim Herauslösen von Proteinen aus bakteriellen Membranen und bei deren Rekonstitution in definierten Lipidmatrizen aus [104-106]. Diese nichtionischen Tenside besitzen eine relativ hohe Aggregationszahl, woraufhin die Näherungen des Phasenseparationsmodells gemacht werden können. Die CMC ist eine Funktion der Temperatur, der Neutralsalzkonzentration und der Alkylkettenlänge. Bei Prozessen, die durch den hydrophoben Effekt bedingt sind kehrt sich mit steigender Temperatur das Vorzeichen der Enthalpie um; dort besitzt DHDemiz eine Nullstelle. Die entsprechende Temperatur wird TH genannt. Ebenso weist die Entropie eine Nullstelle bei TS auf. Im Bereich von TH ist es schwierig wenn nicht sogar unmöglich die CMC und die Demizellisierungsenthalpie auf titrationskalorimetrischem Wege genau zu bestimmen. Mit Hilfe der van t Hoff schen Reaktionsisobare lassen sich DHDemiz und die CMC aus den experimentell zugänglichen Werten mathematisch anpassen [51,55]. Die starke Temperaturabhängigkeit der Enthalpie und Entropie kompensieren sich weitgehend und es resultiert nach Gibbs-Helmholtz eine nur schwache Temperaturabhängigkeit der freien Enthalpie. Die Ableitung der Enthalpie nach der Temperatur ergibt die Wärmekapazität. Diese ist ein Maß inwieweit hydrophobe Oberfläche durch die Mizellbildung vom Einfluß des Wassers abgeschirmt wird. Solubilisierung Mit Hilfe der ITC lassen sich, für den Prozeß der Solubilisierung, die Phasengrenzen des Koexistenzbereichs einfach bestimmen. Sie sind aus den Kalorigrammen zugänglich als Wendepunkte des intermediären Extremwertes. Als Erste setzten Heerklotz et al. die Titrationkalorimetrie im Zusammenhang mit dieser Problemstellung ein [66]. Desweiteren läßt sich aus dieser Art von Experiment die Solubilisierungskraft verschiedener Tenside bestimmen. So besitzt Dodecylmaltosid eine deutlich höhere Solubilisierungskraft als Octylglucosid. Dies ist zu ersehen aus den für DM niedrigeren Re sol -Werten. Die Solubilisierung der synthetischen Lezithine in pH 6 Phosphatpuffer bei 70 °C zeigen einen linear ansteigenden Verlauf mit Zunahme der Acylkettenlänge des Lipids. Im Gegensatz dazu zeigt OG eine sprunghafte Änderung zwischen DPPC und DSPC. Dies deutet darauf hin, daß die Form und oder Größe der entstehenden Aggregate in der gemischtmizellaren Phase differieren. Die Werte in Pufferlösung liegen leicht unter denen in reinem Wasser. Dies wird verursacht durch die Verringerung der Hydratation der Kopfgruppen in den Aggragaten. Die Reihenfolge der Solubilisierung in Abhängigkeit der Kopfgruppe des Lipids nimmt sowohl für DM als auch für OG in der Richtung PA>PC>PG ab. Ursache hierfür sind die in dieser Richtung abnehmenden intermolekularen H-Brückenbindungen. Gleichzeitig nehmen in dieser Richtung die intramolekularen H-Brückenbindungen zu. Deshalb läßt sich PG leichter als die anderen Lipide solubilisieren. Die temperaturabhängigkeit des Gesamtverhältnisses Rt # des Beispiels OG/P90g in Wasser zeigt analog der temperaturabhänigigkeit der Demizellisierung ein Minimum zwischen 42 und 46 °C (quadratisch angepaßt). Die typische, auf den hydrophoben Effekt basierende Umkehr der Reaktionsenthalpie findet hier bei 42 °C statt. Das effektive Molverhältnis Re # zeigt für die Solubilisierung einen leichten und für die Saturierung einen stärkeren Anstieg mit steigender Temperatur. Der Einfluß der Größe der ursprünglich eingesetzten Vesikel wurde bei dem System OG/DMPC in Wasser bei 27 °C untersucht. Es konnte kein Einfluß der Vesikelgröße festgestellt werden. Die Solubilisierung des Gemisches DMPC/DMPG mit OG wurde in pH 6 Phosphatpuffer bei 70 °C untersucht. Die Solubilisierungsgrenze der DMPC-Membran wird durch beimischung von DMPG bis zu einem Molenbruch XMG = 0,4 erhöht. Die DMPG-Membran wird durch den DMPC-Anteil bis XMC = 0,2 destabilisert. Verteilungsexperimente Die Experimente, bei denen Lipid zu einer Detergensvorlage titriert wurde, wurden mit konstantem Verteilungskoeffizienten P angepaßt. Der Verteilungskoeffizient und die Transferenthalpie nehmen mit zunehmendem OG-Gehalt in der DMPC-Membran bei 30 °C ab. Es scheinen anfängliche Fehlstellen abgesättigt zu werden. Gleiches Verhalten zeigt sich bei 70 °C. Lediglich die Transferenthalpie nimmt betragsmäßig leicht zu. Die Abhängigkeit von der Kopfgruppe des Lipids zeigt eine Zunahme des Verteilungskoeffizienten von DPPA<DPPC<DPPG bei 70 °C in pH 6 Phosphatpuffer. Dies läßt sich verstehen durch die bereits vorher erwähnte Abnahme der intermolekularen H-Brückenbindungen. Dadurch wird die Membran flexibler und der Detergenseinbau erleichtert. Die Konstanz des Verteilungskoeffizient P war zu erwarten, da der Vorgang sich innerhalb eines kleinen Konzentrationsbereichs abgespielt hat und immer derselbe Prozeß stattgefunden hat, nämlich der Einbau von wenig Detergens in die reine Lipidmembran. Die Experimente, bei denen Detergens zu einer Lipidvorlage titriert wurde, konnten, wegen des nichtidealen Mischungsverhaltens, nicht mehr mit einem konstanten Verteilungs-koeffizienten P angepaßt werden. Die Anpassung wurde mit dem athermischen Mischungsmodell von Guggenheim realisiert. Dabei enthält die Gibbs sche freie Mischungs-enthalpie einen Exzeßterm. Der Verteilungskoeffizient P0 nimmt mit steigendem Vesikeldurchmesser ab. Die Krümmung der Vesikel hat somit großen Einfluß auf die Fehlstellen in der Membran. Die Werte der Fit-Parameter schwanken leider sehr stark mit dem Intervall der Schrittweite für die Anpassung. Die Ursache hierfür liegt an der Qualität der experimentellen Werte. Bei der in dieser Arbeit durchgeführten Verteilungsexperimenten ist das Signal/Rausch Verhältnis recht klein und am Rande der Auflösung des Kalorimeters. Es ergeben sich somit schon bei der Integration und Basislinienkorrektur grobe Toleranzen. Für die mathematische Anpassung stehen desweiteren nur eine relativ geringe Datenmenge von ca. 20 - 40 Meßpunkten zur Verfügung. Es lassen sich somit bei Experimenten in diesem meßtechnischen Grenzbereich eher nur eine Abschätzung als genaue Absolutwerte bestimmen. Die Signale dieser Art von Experimenten sind deshalb so gering weil zu der geringen Verdünnungsenthalpie nur noch die Transferenthalpie weniger Detergensmoleküle beiträgt. Das nichtideale Mischungsverhalten dieses Verteilungsexperimentes ist zu verstehen, aus der Unteschiedlichkeit beider Amphiphile hinsichtlich Ihrer Strukturformel und ihrem physikalischen Verhalten. DSC Die Solubilisierung wurde auch mit der DSC-Methode untersucht. Der Einbau von OG in DPPC zeigt schon bei geringen Detergensmengen ein Verschwinden der Vorumwandlung (Lb' -> Pb' ). Die Hauptumwandlung verschiebt sich mit steigender Detergenskonzentration zu niedrigeren Temperaturen. Beim Überschreiten der Saturierungsphasengrenze geht die Kooperativität der Umwandlung zunehmends verloren und die anfänglichen Umwandlungspeaks werden zu Umwandlungsbereichen. Sogar noch in der mizellaren Phase sind Umwandlungsbereiche zu erkennen, was darauf hindeutet, daß selbst dort noch Domänen mit kooperativem Umwandlungsverhalten existieren müssen, da in reinen OG-Mizellen keine Umwandlung detektiert werden konnte. Die Verschiebung der Umwandlung und die Schärfe der Bereiche ist reversibel. Der Einfluß von 150 mM NaCl-Puffer bewirkt lediglich eine Verschiebung der Umwandlungstemperaturen um ca. 5 °C zu niedrigeren Werten, was sicherlich auf die Änderung der Hydratation im Kopfgruppenbereich der Aggregate zurückzuführen ist. Lichtstreuung Mit Hilfe der dynamischen und statischen Lichtstreuung lassen sich die Grenzen des kalorimetrisch bestimmten Koexistenzbereichs bestätigen. Außerdem konnte ein kleiner lokaler Extremwert im Titrationskalorigramm als Ende der makroskopischen Phasenseparation identifiziert werden. Beim synthetischen Lipid DMPC reicht diese Mischungslücke vom Koexistenzbereich bis in den mizellaren Bereich. Bei dem natürlich vorkommenden SojaPC liegt diese Mischungslücke innerhalb des kalorimetrisch bestimmten Koexistenzbereich. Das anionische DMPG weist keine Mischungslücke auf. Rheologie Das Anionische Lipid DMPG weist beim titrieren mit OG in pH 6 Phosphatpuffer bei 30 °C eine starke Basislinienverschiebung auf. Die Ursache hierfür ist eine sprungartige Zunahme der Viskosität beim Überschreiten der Saturierungsphasengrenze. Diese Basislinienverschiebung nimmt mit steigender Temperatur ab bedingt durch die Zunahme der thermischen Energie. Die rheologischen Eigenschaften des Systems OG/DMPG wurden mit einem Rotationsviskosimeter näher untersucht. Im Koexistenzbereich zeigt sich scherverdünnendes, anti-thixotropes Verhalten. Dies läßt sich erklären durch die Bildung von würmchenähnlichen Mizellen. Vor Beginn der Scherung sind die Würmchenmizellen durch die Brown sche Molekularbewegung völlig ungeordnet. Mit eintretender Scherung findet eine Orientierung der Mizellfäden statt. Durch besseres aneinander Vorbeigleiten tritt eine Viskositätserniedrigung ein. Bei weiterer Erhöhung von & g kommt es verstärkt zu Rheo-destruktion und die Moleküle müssen sich neu assoziieren. Erniedrigt man die Scherrate wieder, kommt es durch die Reassoziation zu verstärkten Wechselwirkungen zwischen den verzweigten, fadenförmigen Mizellen. Dadurch ist die Viskosität beim Reduzieren der Scherrate höher und die Kurve verläuft linksherum (anti-thixotrop).
Within Fibre Reinforced Plastics (FRP) manufacturing technologies, Liquid Composite
Moulding (LCM) describes a group of cost efficient processes that provide an outstanding
variety of possibilities for the manufacture of parts of virtually any size and
complexity. In addition to the classic pressure supported Resin Transfer Moulding
(RTM) process, techniques such as the VARTM (Vacuum Assisted RTM), the ARTM
(Advanced RTM) and the SCRIMP® (Seeman Composite Resin Infusion Molding Process)
are well established. Each of the different techniques utilizes the same method – a
thermoset resin is injected into a mould containing the reinforcement. The impregnation
of the reinforcing structure by a resin in a closed mould permits the combination of a
wide range of matrix systems and reinforcing materials. With the gelation and curing of
the resin after the completed injection, the finished part is ready to be demoulded.
The overall process is influenced by many parameters including:
• the reinforcing structure,
• the viscosity and curing properties of the thermoset resin,
• the position of inlet and outlet,
• the pressure distribution throughout the mould and
• the geometry and size of the part.
Though the process chain has to be analysed as one – from the raw materials to the
finished part – the key step within that chain is the injection and impregnation of the porous
reinforcing structure within the closed mould. An inherent property of any porous
material characterized by its ability to let a fluid flow through under the driving force of a
pressure gradient, is the material’s permeability. Because it controls the propagation
velocity of the resin system in the mould, the permeability of the reinforcing material is
crucial for both understanding and modeling the RTM-process. Consequently, measurement and determination of the flow front propagation is necessary to further the development
of the LCM-process and to maximize high volume productions while maintaining
overall quality and process control.
The importance of the reinforcing structure and the effects on the RTM-process make it
clear that a separate evaluation of key characteristics such as permeability is the best way to understand the process. As such, characterizing the permeability of fibre structures
can offer valuable information about the general design of the preform structure as
well as the preform structure’s influence on permeability alterations.
Though the importance of an online control of the in-mould flow propagation processes
is recognized as an important tool, existing efforts to describe and control the flow front
position on a continuous basis have severe problems. Apart from others, the high temperatures
and pressures occurring, the thermosetting materials and their chemistry, as
well as the high geometrical complexity of moulds are issues to be taken into account
during the development of new mould integrated sensor systems.
A customized Capacitive Condensator Reading System (CCRS) provides the ability to
incorporate the above features with a continuous online determination of the flow-front
position in closed moulds. The condensator is integrated within the mould surface and is
able to measure the spreading of the resin by the differentiation of the complex dielectric
constant of air and resin. This system resolves the particularly difficult problem of
gathering data concerning the permeability of conductive fabrics (i.e. of carbon fibre
fabrics), which cannot be measured by a standard capacity sensor. Investigation and
experimental work lead to the result that (although exhibiting a ‘Faraday’s cage’) by
using an insulated sensor and a newly developed and customized electronic data
acquisition system the propagation of a fluid can be determined.
As a result, the newly developed capacitive sensor system allows the online determination
of the flow front propagation of liquid systems in both non electric conducting and
conducting reinforcing structures throughout the injection processes in closed moulds.
When compared to existing measurement methods, the benefits of the Capacitive Condensator
Reading System are:
• online continuous determination of flow front propagation,
• online data acquisition for permeability calculations,
• online fibre volume fraction control,
• online cavity height control,
• online curing documentation
and the ability to • allow high volume fractions and injection pressures,
• withstand high tool and resin temperatures,
• allow any geometry within the tool.
With the understanding that the process chain is a complex production cycle with its
various interacting elements and the possibility to document these completely in an
overall quality and process control, the realization of the potentials of the LCMtechnologies
will perform even more outstanding manufacturing possibilities for high
quality and high volume productions in the future.