The work presented here supports the industrial use of natural fibre reinforced composite materials under mass production circumstances. Potentials for optimising the materials’ properties are offered and evaluated with regard to their effect on the process chain material – coupling agent – processing. The possibility to use these materials in mass production applications are improved by optimising each partial stage. Throughout the world there exists a great variety of suitable applications for this group of composites affecting the raw materials choice. The Europe’s market is stamped by the requirements of the automotive industry, the important markets of Japan and the USA are dominated by civil engineering and landscaping applications. A yearly increase of 18 % in Europe, 25 % in Japan and 14 % in the US is expected. The US market offers the largest market volume of more than 480000 t exceeding the European Market for nearly five times. To enhance the fields of application for natural fibre reinforced thermoplastics the common techniques of the film-stacking and the compression moulding process are used to manufacture optimised composites based on polypropylene and bast (hemp, flax) as well as leaf (sisal) and wood (spruce) fibres. Therefore new semi finished parts for the compression moulding process had to be developed. Within the manufacturing of natural fibre reinforced polypropylene using the filmstacking process material and process parameters were identified to transfer the gathered knowledge to the compression moulding process. It has been seen that most problems are caused by the organic origin of the fibres. Especially the addiction of the fibres to decompose when treated with higher temperatures under pressure hampers their use in thermoplastic composites. By investigating wood fibres as reinforcements, which differ from bast fibres in their chemical composition the influence of the process parameters temperature and pressure on the composite properties were evaluated and verified for hemp fibre reinforced polypropylene. The minimum process time was observed and in order to enhance the fibre-matrix-adhesion by using coupling agents the diffusion of the coupling agent molecules was determined theoretically. Therefore a model was evaluated dealing with the maximum mass flow of coupling agent being transferred in the fibre-matrix-interface because of mass transfer mechanisms. In order to optimise the wetting of the fibres with the matrix different possibilities to modify the fibres were investigated. Drying the fibres prior to the manufacturing of the composite is an easy and effective way to improve the fibre-matrix-adhesion. The tensile strength of all composites rose conspicuously. The removal of dust and water soluble substances by washing led to a higher tensile strength only with the sisal fibre reinforced composite. Washing the other fibres led to decreasing fibre wetting. Fibre substances like lignin and pectin were removed using the mercerisation technique. Composites made from these chemically retted fibres show the more disintegrated fibre structure and a worse wet ability of the fibre surface with the polypropylene. Hence the tensile and bending strength was not enhanced. The Charpy impact strength of the composite raised distinctly. The use of coupling agents based on maleic acid crafted polypropylene led to an increasing tensile strength up to 58 % compared to the composite manufactured with pre-dried fibres. The bending strength raised about 109 %. The Charpy decreased about 60 to 80 %. Flax fibre reinforced composites showed the highest tensile strength, sisal fibre reinforced composites offered the highest Charpy. No differences between copolymeric and homopolymeric polypropylene when using PP-MAH as coupling agents were determined. The kind of application of the coupling agent in the compound has an major effect on the amount of coupling agent to be added. The closer the coupling agent is brought to the fibres surface at the beginning of the impregnation step the less amount has to be used. If using an aqueous suspension the least amount had to be added as the coupling agent remains directly on the fibre surface after drying. Mixing the coupling agent with the polypropylene hinders the well dispersed PP-MAH to act in the fibrematrix- interface effectively, so the amount of coupling agent has to be increased. The comparison of coupling agent containing compounds which differ in the amount of coupling agent and the molar mass distribution showed the amount of coupling agent related to the mass of fibres to be the important parameter to dose the PPMAH. The mean molar mass distribution had no effect on the compounds’ properties.Transferring the knowledge gained from the film-stacked composites to the compression moulding process offered the possibility to use jute long fibre reinforced granules (LFT) under optimised processing conditions. The composites gained from the molten and pressed granules showed the highly dependency of the mechanical properties to the fibre direction in the part. If the fibres are able to flow along the cavity and direct themselves into parallelism the tensile and bending strength increases in the main flow direction and decreases perpendicular to this direction. The impact strength decreases with raising orientation of the fibres. The jute fibre surface presents a better adhesion to the polypropylene as the surfaces of the hemp, flax and sisal fibres, which could be improved by adding PP-MAH as coupling agent. A newly developed pelletised semi finished part with sisal fibre reinforcement and the development of a direct impregnation process using solely a horizontal plasticating unit completes the work. Using an established plasticating extruder offers the possibility for the compression moulding industry to process natural fibre reinforced polypropylene with less investment. The compression moulded sisal fibre reinforced polypropylene showed varying fibre directions and disproportionate fibre-matrixadhesion. As a result of the plasticating process in some parts bended fibres are still visible after compression moulding. Hence the used single-screw plasticator is not able to equalize the molten material. Increasing the compaction pressure was not possible as some parts showed beginning fibre degradation. Adding PP-MAH improved the fibre-matrix-adhesion but the positive effect of the materials’ strength was not as clear as found for the film-stacked composites. Regarding the additional expenditures for compounding and the coupling agent costs the use of PP-MAH in compression moulded parts seems not to be useful. Compared to the compression moulded glass fibre reinforced polypropylene from GMT and LFT-materials the natural fibre reinforced composites cannot reach the high level of material properties. Optimising the fibre-matrix-interface increases the properties but they are still lower than the properties of the glass fibre reinforced composites. Therefore the natural fibre reinforced materials are not able to substitute the traditional GMT and LFT, they rather should be used in new applications with lower demands.

Im Zentrum der Arbeit steht die Sicherung und Stärkung des Selbstbestimmungsrechts von Menschen mit Behinderung in Gesundheitsfragen. Dieses politisch und gesellschaftlich eingeforderte Recht soll in Einrichtungen der Behindertenhilfe durch Professionalisierung der Fachkräfte umgesetzt werden. Hier soll die vorliegende Masterarbeit ansetzen und die Lücke dieser Nachfrage schließen. Sie ist eine theoretische Ausarbeitung eines Kurskonzepts mit Blended Learning, das sich an Fachkräfte richtet und die Schulung zur Nutzung einer Handreichung zur ethischen Reflexion zum Ziel hat. Die Umsetzung des erarbeiteten Kurskonzepts und damit die Implementierung der Handreichung in die Institution ist Aufgabe der betrieblichen Weiterbildung. Dies soll in einem Theorie-Praxis-Transfer aufgezeigt werden. Die zentrale Frage lautet demnach: Wie kann die in der Diakonie Stetten entwickelte Handreichung zur Sicherung und Stärkung des Selbstbestimmungsrechts von Menschen mit Behinderung unter Berücksichtigung des aktuellen Forschungsstandes mit Blended Learning implementiert werden?

Entscheidungen und Entscheidungsprozesse der Legislative der Vereinigten Staaten von Amerika

In der modernen Hubschrauberfertigung werden neben Rotorblättern auch tragende Strukturteile aus kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen eingesetzt. Um dabei einen möglichst hohen Leichtbaugrad zu erreichen, werden immer neue Design- Konzepte entwickelt. Innovative Design-Lösungen sind aber nur dann in der Fertigung umsetzbar, wenn sie effizient, kostengünstig und fehlerfrei gefertigt werden können. Ein wichtiger Baustein für die Produktion sind die Fertigungsvorrichtungen, auf denen die Bauteile laminiert und ausgehärtet werden. Diese Vorrichtungen sind ein maßgeblicher Faktor zum Erreichen der geforderten Bauteilqualität. Das Augenmerk liegt hierbei auf der sogenannten tool-part-interaction, also der Interaktion zwischen Fertigungsvorrichtung und Faserverbundmaterial. Diese hat einen großen Einfluss auf das Aufheiz- und Verpressungsverhalten der Prepreg-Materialien und somit auch direkt auf fertigungsinduzierte Schädigungen wie Faltenbildung und Verzug. Aktuell kann der Vorrichtungsentwickler lediglich auf Erfahrungswerte zurückgreifen, um ein gutes Aufheiz- und Verpressungsverhalten der Vorrichtung zu erreichen. Zur Minimierung von Falten fehlt jedoch häufig sogar das nötige Hintergrundwissen über die grundlegenden Mechanismen der Faltenbildung. Nur ein langwieriger trial-and-error Prozess nach Produktion der Vorrichtung kann helfen, Faltenbildung zu eliminieren oder zumindest zu reduzieren. Zukünftig muss es ein primäres Ziel für den Vorrichtungsbau sein, Fertigungsmittel gezielt auslegen und bereits im Rahmen der Konzeptentwicklung Aussagen über die zu erwartende Bauteilgüte und das Fertigungsergebnis machen zu können. Einen möglichen Weg stellt die Einführung einer Herstellprozesssimulation dar, da sie bereits in einer frühen Entwicklungsphase das Aufheiz- und Verpressungsverhalten eines Bauteils sowie den Einfluss der Fertigungsvorrichtung auf die Bauteilqualität einschätzen kann. Fertigungsinduzierte Schädigungen, wie der prozessinduzierte Verzug, lassen sich bereits mit Hilfe von kommerziell erhältlichen Software-Tools vorhersagen. Um zukünftig auch die Faltenbildung bei der Prepreg-Autoklavfertigung vorhersagbar zu machen, müssen zwei übergeordnete Fragestellungen bearbeitet werden:Faltenbildung: Wie läuft die Faltenbildung in der Autoklavfertigung ab und welche Mechanismen bzw. Einflussfaktoren müssen besonders beachtet werden?  Simulation: Wie muss eine Herstellprozesssimulation geartet sein, um den Einfluss der Fertigungsvorrichtung auf die Faltenbildung vorhersagen zu können und Vorrichtungen auf diese Weise zukünftig auslegbar zu machen? Experimentelle Untersuchungen an Omega- und C-Profilen helfen, die Faltenbildung, ihren primären Mechanismus und vor allem die verschiedenen Einflussfaktoren zu verstehen und zu bewerten. Im Falle der vorliegenden Arbeit wurde besonders die Kompaktierung des Laminates über einem Außenradius und die daraus entstehende überschüssige Faser- bzw. Rovinglänge als primärer Faltenauslöser betrachtet. Es konnte aus den Experimenten abgeleitet werden, dass besonders der Verpressungsweg, die Bauteilgeometrie, das verwendete Faserhalbzeug (unidirektional oder Gewebe), die tool-part-interaction und das interlaminare Reibverhalten für den untersuchten Mechanismus von Bedeutung sind. Daraus lassen sich die Mindestanforderungen an eine Herstellprozesssimulation zusammenstellen. Eine umfassende Materialcharakterisierung inklusive der interlaminaren Reibung, der Reibinteraktionen zwischen Bauteil und Fertigungsvorrichtung sowie des Verpressungsverhaltens des Faserbettes sind der erste Schritt in der Entwicklung einer industriell einsetzbaren Simulation. Die Simulation selbst setzt sich aus einem thermo-chemischen und einem Kompaktiermodul zusammen. Ersteres ermittelt das Aufheizverhalten der Vorrichtung und des Bauteils im Autoklaven und stellt darüber hinaus Aushärtegrad und Glasübergangstemperatur als Parameter für das zweite Simulationsmodul zur Verfügung. Zur korrekten Bestimmung des Wärmeübergangs im Autoklaven wurde ein semi-empirisches Verfahren entwickelt, das in der Lage ist, Strömungseffekte und Beladungszustände des Autoklaven zu berücksichtigen. Das Kompaktiermodul umfasst das Verpressungsverhalten des Faserbettes inklusive des Harzflusses, der toolpart- interaction und der Relativverschiebung der Laminatlagen zueinander. Besonders das Erfassen der Durchtränkung des Fasermaterials mittels eines phänomenologischen Ansatzes und das Einbringen der Reibinteraktionen in die Simulation muss als Neuerung im Vergleich zu bisherigen Simulationskonzepten gesehen werden. Auf diese Weise ist die Simulation in der Lage, alle wichtigen Einflussfaktoren der Faltenbildung zu erfassen. Der aus der Simulation auslesbare Spannungszustand kann Aufschluss über die Faltenbildung geben. Mit Hilfe eines im Rahmen dieser Arbeit entwickelten (Spannungs-)Kriteriums lässt sich eine Aussage über das zu erwartende Faltenrisiko treffen. Außerdem ermöglicht die Simulation eine genaue Identifikation der Haupttreiber der Faltenbildung für das jeweilige Bauteil bzw. Fertigungskonzept. Parameter- und Sensitivitätsstudien können dann den experimentellen Aufwand zur Behebung der Faltenbildung deutlich reduzieren. Die hier vorliegende Arbeit erweitert damit nicht nur das Wissen über die Faltenbildung in der Prepreg-Autoklavfertigung und deren Einflussfaktoren, sondern gibt dem Vorrichtungsentwickler auch eine Simulationsmethodik an die Hand, die ihn in die Lage versetzt, Fertigungsvorrichtungen gezielt auszulegen und zu optimieren. In addition to rotor blades, primary structural parts are also manufactured from carbon fiber reinforced plastics in modern helicopter production. New design concepts are constantly developed in order to reach a maximum degree of lightweight design. However, innovative design solutions are only realizable, if they can be manufactured efficiently, economically, and free from defects. Molds for laminating and curing of composite parts are of particular importance. They are a relevant factor for achieving the required part quality. The attention is directed at the so-called tool-part-interaction, i.e. the interaction between tools and fiber composite materials, which has a great influence on the heating and compaction behavior of the prepreg materials and therefore also directly on manufacturing induced damage such as wrinkling and warping. At present, the tooling designer can only resort to his/her experience to achieve a good heating and compaction behavior of the molds. However, the necessary background knowledge about the fundamental mechanisms of wrinkling is often lacking and only a tedious trial-and-error process after the production of the mold can help eliminate or at least reduce wrinkling. In the future, the primary goal for tooling production must be to specifically design the manufacturing equipment and to be able to already make a statement about the expected part quality and production result during the conceptual stage. A possible solution is the introduction of a manufacturing process simulation, because at an early development stage it can estimate the heating and compaction behavior of a part as well as the influence of the manufacturing equipment on part quality. Commercially available software tools are already able to predict damage during production, as e.g. process induced deformation. In order to make wrinkling predictable also, two primary issues need to be dealt with: Wrinkling: How does wrinkling develop in autoclave manufacturing and which mechanisms or influencing factors need to be particularly considered?  Simulation: What must be integrated into a manufacturing process simulation, if it is to predict the influence of the mold on wrinkling and to ensure future tooling improvement? Experimental examinations of omega and c-profiles help to understand and evaluate wrinkling, its primary mechanism, and particularly the various influencing factors. In the case of the present paper, the compaction of the laminate over a convex radius and the resulting surplus roving length was especially examined as primary cause for wrinkling. From the experiments could be deduced that the compaction, the part geometry, the utilized semi-finished fabrics (unidirectional and woven), the tool-part-interaction and the interlaminar friction are of importance for the examined mechanism. These factors determine the minimum requirements for a manufacturing process simulation. A comprehensive material characterization including interlaminar friction, friction interaction between part and tool as well as the compaction behavior of the fiber bed are the first step toward the development of a simulation on an industrial scale. The simulation consists of a thermochemical and a compaction module. The former determines the heating behavior of the mold and the part in the autoclave and additionally provides the degree of cure and the glass transition temperature as parameters for the second simulation module. A semi-empirical method that is able to consider flow effects and loading conditions of the autoclave was developed for the correct determination of the heat transfer within the autoclave. The compaction module comprises the compaction behavior of the fiber bed including resin flow, tool-partinteraction and relative displacement of the layers. Especially the integration of the saturation phase by means of a phenomenological approach and the inclusion of friction interaction in the simulation must be seen as innovation in comparison to other simulation concepts. The simulation is thus able to capture all the important influencing factors of wrinkling. The state of stress that is retrieved from the simulation can provide information about the formation of wrinkles. Furthermore, the simulation enables an exact identification of the main drivers for the development of wrinkles in the respective part or manufacturing concept. Parameters and sensitivity analyses can then significantly reduce the experimental effort for the elimination of wrinkling. The present study does therefore not only expand the knowledge about wrinkling and its influencing factors in prepreg autoclave manufacturing, but also presents the tooling designer with a simulation methodology that enables him/her to systematically develop and optimize manufacturing equipment.

Diese Arbeit beinhaltet die Synthese zweier cyclischer Amidat-Liganden und die Untersuchung des Koordinationsverhaltens dieser Makrocyclen. Dabei wurden die strukturellen, elektrochemischen und spektroskopischen Eigenschaften der entstandenen Komplexverbindungen untersucht. Um höhere Oxidationsstufen am Metallion besser zu stabilisieren als durch neutrale Liganden, wurden die Liganden H\(_2\)L-Me\(_2\)TAOC und HL-TAAP-\(^t\)Bu\(_2\) hergestellt. Es sind zwölfgliedrige makrocyclische Ringe mit vielen sp\(^2\)-hybridisierten Atomen, die eine sterische Rigidität bedingen. Gleichzeitig besitzen sie zwei trans-ständige, sp\(^3\)-hybridisierte Amin-Donoratome, die eine Faltung entlang der N\(_{Amin}\)-N\(_{Amin}\)-Achse ermöglichen. Die äquatorialen Stickstoffdonoratome werden durch deprotonierte Amid-Gruppen bzw. durch das Stickstoffatom eines Pyridinrings zur Verfügung gestellt. Für beide Liganden konnte eine zufriedenstellende Syntheseroute, mit passablen Ausbeuten etabliert werden. In der Kristallstruktur des Makrocyclus HL-TAAP-\(^t\)Bu\(_2\) wird eine Wanne-Wanne-Konformation beobachtet. Die für eine cis-oktaedrische Koordination an Metallionen benötigte Konformation wird bereits im metallfreien Zustand des Liganden wegen der intramolekularen Wasserstoffbrückenbindungen verwirklicht. Die freie Rotation um die C-C-Bindungen ist bei diesem Liganden nur leicht gehindert, da die diastereotopen H-Atome der Methylengruppen im \(^1\)H-NMR-Spektrum als breite Singuletts in Erscheinung treten. Die Makrocyclen konnten erfolgreich mit Nickel(II)-, Kupfer(II)- und Cobalt(II)-Ionen komplexiert und kristallisiert werden. Dabei wurden zufriedenstellende Ausbeuten erhalten. Ohne weiteren zweifach koordinierenden Coliganden bildet der Ligand H\(_2\)L-Me\(_2\)TAOC stets fünffach koordinierte Mono-chloro-Komplexe. Der Ligand HL-TAAP-\(^t\)Bu\(_2\) bildet sechsfach koordinierte Verbindungen. Durch die Verwendung von zweizähnigen Coliganden wurde für den Makrocyclus H\(_2\)L-Me\(_2\)TAOC eine sechsfache Koordination erzwungen. Wie alle sechsfach koordinierte Verbindungen in dieser Arbeit liegen sie in einer cis-oktaedrischen Koordinationsumgebung vor. Um Vergleichskomplexe zu erhalten, wurden auch mit den Diazapyridinophan-Liganden L-N\(_4\)Me\(_2\) und L-N\(_4\)\(^t\)Bu\(_2\) die entsprechenden Kupfer- und Nickelkomplexe mit den jeweiligen Coliganden synthetisiert. In den Kristallstrukturen sind die entsprechenden Verbindungen der Diazapyridinophan-Liganden generell stärker gefaltet als die der Amidat-Liganden. Durch die starken \( \sigma\)-Donoreigenschaften der Amidatgruppen werden im Allgemeinen kürzere äquatoriale Bindungen zu den Metallionen verursacht. Durch den Vergleich der Bindungslängen mit ähnlichen bekannten high- und low-spin-Cobalt(II)-Komplexen hat sich gezeigt, dass für die Länge der Co-N\(_{Amid}\)-Bindung im high-spin-Zustand Werte von 1,95 bis 1,97 Å gefunden werden. Für den low-spin-Zustand werden Werte zwischen 1,92 und 1,95 Å gefunden. Durch die elektrochemischen Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass beim überwiegenden Teil der Verbindungen das Potential der Oxidationen deutlich in der Reihenfolge der Makrocyclen H\(_2\)L-Me\(_2\)TAOC < HL-TAAP-\(^t\)Bu\(_2\) < L-N\(_4\)Me\(_2\) < L-N\(_4\)\(^t\)Bu\(_2\) ansteigt. Das belegt eindeutig die leichtere Oxidierbarkeit der Komplexe mit den negativ geladenen Liganden, die damit höhere Oxidationsstufen besser stabilisieren. Durch die Energie der ersten Anregung in den UV/Vis-Spektren der Nickel(II)-Komplexe ergibt sich die Ligandenfeldstärke der makrocyclischen Liganden etwa in der Reihenfolge H\(_2\)L-Me\(_2\)TAOC ≈ L-N\(_4\)Me\(_2\) > L-N\(_4\)\(^t\)Bu\(_2\) ≈ HL-TAAP-\(^t\)Bu\(_2\).