Verkündungsblatt der TU Kaiserslautern Nr. 8/27.09.2018

Untersuchungsgegenstand dieser Arbeit ist die Darstellung von wissenschaftlichen Erkenntnissen der Organisationstheorie und der educational governance Forschung über das Entstehen von öffentlichen Verwaltungen sowie deren Ansätze zur Reformierung. Die öffentliche Bildungsverwaltung in Niedersachsen wird an diese Erkenntnisse angelehnt und der Stand der Bildungsreform an den theoretischen Erkenntnissen gemessen. Ebenso wird das Geflecht der unterschiedlichen behördlichen Ebenen näher beleuchtet sowie deren Funktionalitäten bzw. Dysfunkionalitäten analysiert.

Verkündungsblatt der TU Kaiserslautern Nr. 7/17.09.2018

In der vorliegenden Arbeit wird die Entwicklung und Beurteilung einer alternativen kontinuierlichen Preform-Technologie zur Vorstabilisierung von trockenen Kohlenstofffaserhalbzeugen unter Verwendung der Ultraschall-Schweiß-Technologie für Kunststoffe präsentiert. Aktuell verwendete Technologien für Großbauteile in der Luftfahrt sind in der Regel diskontinuierlich und wenig produktiv. Zudem weisen sie Probleme hinsichtlich des gewünschten Kompaktierungsgrades und der Oberflächenqualität auf. Diesen Nachteilen soll durch den Einsatz des kontinuierlichen Ultraschall-Preformens begegnet werden. Innerhalb der Ausarbeitung wurde eine neue Funktionseinheit, die für die Anforderungen in einem kontinuierlichen Preform-Prozess geeignet ist, entwickelt und mit passender Sensorik und Steuerung in einen Versuchsstand integriert. Durch statische Versuche konnte das halbzeugabhängige Aufheizverhalten untersucht werden. Es zeigte sich, dass der Erwärmungsprozess durch Reibung zwischen den Filamenten bestimmt wird und somit einen homogenen Prozess unterstützt. Untersuchungen der Parameter führten zu diskreten und materialabhängigen Prozessfenstern und einem tieferen Verständnis für die Einflüsse des Schweiß-Prozesses auf das Preform-Verhalten. Durch die Betrachtung von Prozessgrenzen konnten unerwünschte Strukturdefekte ausgeschlossen und das Potenzial für die Nutzung verschiedener Materialien sowie für den Einsatz an komplexeren Bauteilen aufgezeigt werden. Weiterhin wurde durch Permeabilitätsuntersuchungen gezeigt, dass es einen materialabhängigen Einfluss des Prozesses auf die Infusionierbarkeit gibt, der sich sowohl als eine Verbesserung als auch eine als Verschlechterung darstellen kann. Durch vibrationsinduzierte Verdichtungsprozesse konnten höhere Faservolumengehalte bei einer gesteigerten Produktivität erzielt werden. Auch eine partielle Verbesserung der mechanischen Eigenschaften ist durch die Anwendung des Ultraschall-Prefom-Verfahrens möglich. Für die Herstellung komplexerer Strukturen eignet sich das Verfahren ebenso, wie an einem Demonstrator gezeigt werden konnte. Geometrische Restriktionen grenzen die Anwendbarkeit allerdings ein. Durch die Entwicklung der Technologie konnte eine vielversprechende Alternative dargelegt werden, die Kosten sparen und Bauteileigenschaften verbessern kann.

Im Rahmen dieser Dissertation wurden nachhaltige Konzepte zur selektiven C-C, C-N, und C-S Bindungsknüpfung erarbeitet. Der Fokus lag dabei auf der Entwicklung katalytischer und ressourcenschonender Prozesse, die auf leicht zugänglichen und kostengünstigen Startmaterialien beruhen. Im ersten Teilprojekt gelang es, eine abfallminimierte Eintopfsynthese von Amiden ausgehend von den entsprechenden Ammoniumcarboxylaten und einem niedermolekularen Alkin als Aktivator zu entwickeln. Entscheidend hierbei war die Identifikation eines hochaktiven und stabilen Rutheniumkatalysators, mit dem die Addition des Carboxylates an das Alkin selbst in Gegenwart von Aminen möglich ist. Eine Aminolyse der intermediär gebildeten Enolester liefert im Anschluss die gewünschten Amide zusammen mit einer niedermolekularen und leicht abtrennbaren Carbonylverbindung als einzigem Nebenprodukt. In einem weiteren Projekt gelang es eine carboxylatdirigierte ortho-Arylierung von Benzoesäuren mit kostengünstigen und breit verfügbaren Arylhalogeniden zu entwickeln. Der bei diesem Verfahren eingesetzte Rutheniumkatalysator besticht dabei nicht nur durch seine hohe Aktivität, sondern ist im Vergleich zu bisher genutzten Katalysatoren um ein vielfaches günstiger und erlaubt selbst die Umsetzung von unreaktiveren Arylchloriden. Durch Kombination dieser neu entwickelten Methode mit einer Protodecarboxylierung bzw. einer decarboxylierenden Kreuzkupplung konnte weiterhin die Carboxygruppe als Ankerpunkt für weitere Funktionalisierungsschritte genutzt und so deren Überlegenheit im Vergleich zu anderen dirigierenden Gruppen demonstriert werden. Daneben gelang in einem dritten Teilprojekt, welches zwei thematisch sehr verwandte Unterprojekte umfasst, die Einführung der pharmakologisch bedeutsamen Trifluormethylthiolgruppe in aliphatische Substrate unter Verzicht auf stöchiometrische Mengen an präformierten Metallspezies. Unter Verwendung der lagerstabilen Me4NSCF3 Vorstufe, welche aus den kommerziell erhältlichen Reagenzien Me4NF, elementarem Schwefel und TMS-CF3 zugänglich ist, konnten -Diazoester erstmals mit katalytischen Mengen eines Kupfersalzes zu den entsprechenden trifluormethylthiolierten Produkten umgesetzt werden. Zusätzlich hierzu gelang es, über eine indirekte Reaktionsführung aliphatische Kohlenstoffelektrophile, wie Halogenide oder Mesylate, in einer Eintopfreaktion zunächst zu thiocyanieren und anschließend über einen Langlois-Austausch mit kostengünstigem TMS-CF3 in die entsprechenden trifluormethylthiolierten Spezies umzuwandeln. Beide Verfahren bestechen mit einer hohen Toleranz gegenüber funktionellen Gruppen und einer deutlichen Reduktion der gebildeten Abfallmengen im Vergleich zu etablierten Verfahren. Im letzten Teilprojekt dieser Arbeit konnte eine abfallfreie Hydroxymethylierung terminaler Alkine unter Nutzung von CO2 als nachhaltigem C1-Baustein realisiert werden. Durch den Einsatz der organischen Base 2,2,6-6-Tetramethylpiperidin werden Phenylacetylenderivate in einem sequentiellen Eintopfverfahren zunächst carboxyliert und im Anschluss daran zu den entsprechenden Alkoholen hydriert, wobei die Base nach der Sequenz wieder freigesetzt und als einziges Nebenprodukt Wasser gebildet wird. Analog dazu gelang es durch die Nutzung von Kaliumphosphat als Base dieses Konzept auch auf die anspruchsvolleren aliphatisch substituierten Alkine zu übertragen. Als Schlüsselschritt dieser Reaktionssequenz gilt eine Veresterung der intermediär gebildeten Kaliumcarboxylate in Methanol unter CO2 Druck. Das zusammen mit dem Produkt gebildete Basengemisch aus Kaliumhydrogencarbonat und Dikaliumhydrogenphosphat kann anschließend durch thermische Behandlung wieder in Wasser, Kohlendioxid und die eingesetzte Base Kaliumphosphat umgewandelt werden, sodass in der Gesamtsequenz lediglich Wasser als Nebenprodukt anfällt.