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- Sonstige (26)
Untersuchungen zu den Belastungsgrenzen des Polygonscansystems
durch die genutzte Laserstrahlung
(2023)
Um die immer weiterwachsenden Laserleistungen der Lasergeräte auf dem Markt effektiv auf der Werkstoffoberfläche umsetzen zu können, werden extrem schnelle Laserstrahlablenksysteme benötigt. Zu diesem Zweck
wurde in der Vergangenheit an der Hochschule Mittweida ein komplett neuartiges Polygonscannersystem entwickelt. Durch den steigenden Bedarf von immer kürzeren Laserpulsen und höheren Spitzenintensitäten der Industrie sollte das System hinsichtlich der Zerstörschwelle charakterisiert werden, um die Grenzen der optischen Schichten und somit des Scannersystems auszuloten. In der folgenden Arbeit wurde jedes optische Bauteil hinsichtlich der optischen Belastungsgrenze untersucht und charakterisiert. Augenmerk hierbei lag vornehmlich auf der Verwendung ultrakurzer Laserpulse aber auch thermale Belastungstests mittels kontinuierlichen Hochleistungslasern wurden durchgeführt.
Das Selektive Laserschmelzen ist einer der vielen pulverbettbasierten Fertigungsverfahren, die in vielen Industriebereichen ihren Einsatz findet. Vorallem in der Luftfahrtbranche werden vermehrt Bauteile aus Titanlegierungen
mit diesem Verfahren hergestellt. Hohe Sicherheitsanforderungen zwingen daher, die Pulverqualität stets zu gewährleisten, weswegen die Auswirkungen bei Verunreinigungen in diesem Beitrag Untersuchungsgegenstand waren
Die Mikrostrukturierung mittels Fluorlaser ermöglicht die Herstellung von Mikrooptiken in Gläsern und anderen Materialien mit großer Energiebandlücke. Für die Strukturierung von Mikrolinsen haben wir eine neue Herstellungsmethode und den dafür benötigen Experimentaufbau entwickelt. Der Prozess basiert auf dem Maskenprojektionsverfahren und nutzt eine Vielzahl unterschiedlicher Kreismasken, die nacheinander im Laserstrahlengang platziert werden, um einen ringförmigen Ablationsbereich zu formen. Durch die Verwendung eines
entsprechend konzipierten Maskensatzes ist es möglich, eine Oberfläche mit einer definierten sphärischen Form herzustellen. Es werden der gesamte Prozess, der Experimentaufbau sowie die Ergebnisse vorgestellt
Anwendungen im Bereich smarte Textilien gewinnen in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung. Häufig ist die elektrische Leitfähigkeit der textilen Strukturen die Grundvorrausetzung für sensorische und aktuatorische
Aufgaben. Leitende Strukturen, die mit momentan existierenden Technologien erzeugt werden, erfüllen jedoch nicht das hohe textile Anforderungsprofil an Widerstandsfähigkeit wie Waschbarkeit und Flexibilität. Bisherigen Lösungen, wie leitfähigen Garnen mangelt es an Knickbruchbeständigkeit und bei der Verwendung von leitfähigen Tinten ist die elektrische Leitfähigkeit zu gering. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Generierung elektrisch leitfähiger Strukturen mit Hilfe einer laserbasierten Pulverbeschichtungstechnologie. Dabei werden zwei möglich industriell einsetzbare Varianten vorgestellt und bewertet. Für die Beschichtung wird ein Gemisch aus TPU Pulver und Silberpartikeln verwendet. Dieses wird durch CO2-Laserstrahlung auf dem Textil fixiert. Die entstehenden Strukturen werden mit analytischen und mikroskopischen Methoden ausgewertet.
Die additive Verarbeitung der Titanlegierung Ti-6Al-4V mittels pulverbettbasiertem Laserstrahlschmelzen (LPBF) ist gut erprobt und in der Luftfahrt bereits im Serieneinsatz. Dabei gibt es erhebliche Einschränkungen hinsichtlich
Bauteilgestaltung und erzielbarer Maßhaltigkeit. Die Ursache dafür findet sich im thermischen Eigenspannungsprofil des Legierungssystems, was zu einem erheblichen Bauteilverzug infolge der additiven Fertigung führen kann. Daher müssen derartige Komponenten sehr steif ausgeführt werden oder es ist ein hoher Einsatz von zusätzlichem Stützmaterial erforderlich. Zur Lösung dieses Problems können metastabile Titanlegierungen, wie etwa Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr, herangezogen werden. Der vorliegende Beitrag umfasst die LPBF-Verarbeitung der Legierung Ti-5553 mit robusten Prozesskenngrößen, resultierender Oberflächengüte sowie die Untersuchung geeigneter Wärmebehandlungen mit zugeordneten mechanischen Eigenschaften
Die bei der Laserprozessierung freigesetzten Laserrauche bzw. Partikelemissionen zählen zu den Sekundärgefährdungen
durch Laserstrahlung und können für den Personenkreis im Laserarbeitsraum als auch für die Anlagentechnik im Umfeld ein Sicherheitsrisiko darstellen. Die dazu innerhalb eines Forschungsvorhabens an ausgewählten Werkstoffen durchgeführten Untersuchungen zeigten, dass Laserrauche größtenteils als alveolengängiger Ultrafeinstaub mit Partikelgrößen im Bereich 100 nm vorliegen. Mit einem neuartigen Abscheidesystem konnte ein hoher Abscheidegrad > 99,99 % erreicht und selbst große Mengen an Laserrauchen verlässlich erfasst und abgeschieden werden. So gelang es, die bzgl. Staubbelastung und Gefahrstoffe geltenden Arbeitsplatzgrenzwerte auch für großvolumige Laserablationsprozesse nachweislich einzuhalten. Die Überprüfung der laserinduzierten Partikelemissionen auf Zünd- und Explosionsfähigkeit ergab ein niedriges Gefahrenpotenzial für Aluminium; die untersuchten Stahlsorten wurden als nicht explosionsfähig eingestuft.
Das Mikro-SLM ermöglicht die Herstellung von Präzisionsbauteilen mit sehr geringen Abmessungen. Eine wesentliche Rolle für den Prozess spielt die in das pulverförmige Ausgangsmaterial eingebrachte Energie. Durch die Nutzung verschiedener Bestrahlungsregime mit kontinuierlicher und gepulster Bestrahlung kann der Energieeintrag variiert werden. In vergleichenden Untersuchungen konnten mit beiden Betriebsarten hohe Bauteildichten sowie hohe Strukturauflösungen generiert werden. Für beide Bestrahlungsregime wurden limitierende Faktoren für den Aufbau von Volumenkörpern festgestellt, welche nutzbare Prozessparameter einschränken. Unter Verwendung von kontinuierlicher Bestrahlung konnten höhere Aufbauraten erreicht werden.
Es wird das selektive Laserentschichten und die Detektion von Oberflächenmaterialien wie Partikelrückständen auf Glasträgern demonstriert, die für das Handling von Bauteil-Wafern benötigt werden. Durch die Evaluierung des Systems mittels systematischer Parameterreihen kann gezeigt werden, dass Schichten selektiv abgetragen werden können und somit der Einsatz von chemischen Prozessen vermieden werden kann. Darüber hinaus wurde im Rahmen der Prozessentwicklung eine kamerabasierte und spektrale Überwachung implementiert. Die Ergebnisse werden hinsichtlich des Abtrag-Erfolgs und der spektrometrischen Analyse der Partikelrückstände mittels Laser induced breakdown spectroscopy (LIBS) dargestellt.
Die Autoren dieser Arbeit berichten über die Erzeugung und Nutzung von hochfrequenten kombinierten MHz - und GHz - Bursts aus ultrakurzen Laserpulsen, um eine Oberflächenlegierung auf dem Verbundwerkstoff WC - Co zu bilden. Die resultierenden Topographien, Abtragtiefen und chemischen Zusammensetzungen der bestrahlten Materialoberflächen wurden im Hinblick auf die Modifikation der Oberfläche des gewählten Verbundwerkstoffes
charakterisiert, dessen Elemente Wolframkarbid (WC) und Kobalt (Co) die Bildung einer Oberflächenlegierung nur in einer gemeinsamen metastabilen flüssigen Phase zulassen. Die Ergebnisse dieser Fallstudie zeigen, dass mit hochfrequenten Bursts ultrakurzer Laserpulse im untersuchten Parameterbereich die Bildung einer Oberflächenlegierung möglich ist, ohne dass sich die chemische Zusammensetzung von WC und Co tendenziell ändert.
Fokussierte ultrakurz gepulste Laserstrahlung ermöglicht die Bearbeitung von transparenten Dielektrika, wie Glas, obwohl die Photonenenergie geringer als die Energiebandlücke des Materials ist. Die dabei zugrundeliegenden physikalischen Prozesse Multiphotonen-, Tunnel- und Avalancheionisation wurden bereits in zahlreichen experimentellen und theoretischen Studien untersucht und sind unter anderem stark von den transienten optischen Eigenschaften des Materials während der Bestrahlung sowie der Elektron-Elektron Stoßfrequenz abhängig. In diesem Beitrag wird ein Pump-Probe Setup vorgestellt, welches mit einem abbildenden Ellipsometer kombiniert wurde und so den transienten komplexen Brechungsindex des angeregten Materials zeitlich, spektroskopisch und örtlich aufgelöst bestimmen kann. Die damit gemessenen transienten optischen Eigenschaften von Glas werden mit verschiedenen Modellen aus der Literatur verglichen, um diese zu überprüfen und so die nichtlinearen Anregungsprozesse besser verstehen zu können.
Ziel dieser Untersuchungen war die Charakterisierung der laserinduzierten Signalerzeugung auf Asphaltkörpern, welche speziell für die Entwicklung und Anwendung einer neuartigen opto-akustischen Messtechnologie für eine mobile, berührungslose, zerstörungsfreie Bestimmungsmethode des strukturellen Zustands von Asphaltfahrbahnen von Bedeutung ist. Diese Art der Messtechnologie basiert auf der Impulseinkopplung hochenergetischer Laserpulse, die in die Fahrbahnoberfläche eingetragen werden und aus der Auswertung der Ausbreitungs- und Reflexionsmustern der so generierten Körperschallwellen. Notwendig hierfür waren Versuche in
Abhängigkeit von verschiedenen Laserparametern (Pulsenergie, Fluenz und Strahlradius) zur Generierung von Schockwellensignalen mit ausreichend hoher Signalstärke für die Anwendung einer MASW-Vermessungsmethode (MASW – „Multichannel Analysis of Surface Waves), welche so für die anschließende Signalzuordnung in einem horizontal geschichteten Medium (Asphaltfahrbahn) umgesetzt werden kann.
Die Oberflächenrauheit beeinflusst wesentlich die Eigenschaften, Funktionalität und die visuelle Erscheinung von Werkstücken. Deshalb wurde das Hochrate-Laserglätten an Edelstahl X5CrNi18/10 (1.4301) untersucht. Die Stahlbleche wurden vor der Bearbeitung sandgestrahlt, dadurch konnte eine homogene, raue Oberfläche erzeugt werden. Die Oberflächenrauheit des Ausgangsmaterials betrug Sa = 0.42 μm. Durch die Kombination eines 5 kW Multimode Faserlasers mit einer ultraschnellen Strahlablenkung mittels Polygonscanner können sehr hohe Geschwindigkeiten und damit hohe Flächenraten umgesetzt werden. Durch das Laserglätten konnte eine minimale Oberflächenrauheit von Sa = 0.11 μm erzielt werden, was einer Verbesserung der Oberflächenrauheit von 74% entspricht. Die Flächenrate für die Bearbeitung betrug dabei 800 cm²/min
Die Bestrahlung einer dünnen Goldschicht (Schichtdicke 𝑑𝑑𝑧𝑧 = 150 nm, 25 nm Haftvermittlerschicht aus Chrom, Substrat: Quarzglas) mit Einzel- und Doppelpulsen von ultrakurz gepulster Laserstrahlung (Pulsdauer 𝜏𝜏𝐻𝐻 = 40 fs, Wellenlänge 𝜆𝜆 = 800 nm, zeitlicher Pulsabstand 𝛥𝛥𝛥𝛥 = 400 ps, Spitzenfluenz pro Puls 𝐻𝐻0 = 1,5 𝐻𝐻𝑡𝑡ℎ𝑟𝑟 , 𝐻𝐻𝑡𝑡ℎ𝑟𝑟 − Ablationsschwelle) ergibt signifikante Unterschiede zwischen der Topologie der Ablationsstrukturen des Einzel- und des Doppelpulses. Durch Simulationen mit Hilfe des Zwei-Temperatur-Modells in Kombination mit der Hydrodynamik (TTM-HD) können diese unterschiedlichen Topologien erklärt werden. Die Ursache stellt dabei die Wechselwirkung des zweiten Pulses mit der durch den ersten Puls erzeugten Ablationswolke, deren Erhitzung durch die Absorption des zweiten Pulses und die anschließende allseitige Expansion des entstehenden Gas-Flüssigkeits-Gemisches dar. Die berechneten Ergebnisse werden durch ultraschnelle abbildende
Reflektometrie bestätigt und validiert.
Als berührungsloses Werkzeug hat sich der Laser seit vielen Jahren in der Bearbeitung unterschiedlichster Materialien etabliert. Nicht nur, weil durch Lasertechnologien herkömmliche Fertigungsprozesse effizienter und
ressourcenschonender gestaltet werden können, sondern auch, weil die Herstellung neuer Produkte erst möglich wurde. Insbesondere Kurzpuls- und Ultrakurzpulslaser erlauben die Mikrobearbeitung in den Verfahren Mikrobohren, Mikrostrukturieren und Mikroabtragen und die reproduzierbare Herstellung technischer Produkte, u.a. Membranen, Düsen, Matrizen oder medizinischer Instrumente. Werkstoffe und Legierungen, wie Edelstähle, rostbeständige Chromstähle, Titan, Nitinol, aber auch Kunststoffe und Borosilikatglas lassen sich mit dem Laser bearbeiten. An verschiedenen Beispielen wird gezeigt, wie ultrakleine und ultragenaue Geometrien prozesssicher mit Produktionsanlagen made by SITEC in Großserie gefertigt werden.
Die Nachfrage und Innovation bei der Batterieherstellung steigt zunehmend mit dem wachsenden Bedarf an e-Mobilität. Da mechanische Verfahren bei der Produktion von Batteriezellen oft an ihre Grenzen stoßen, kann der Laser als präzises kontaktloses Werkzeug viele Vorteile bieten gegenüber klassischen mechanischen Bearbeitungsverfahren.
Die Wahl der passenden Laser-Technologie gestaltet sich jedoch aufgrund der Komplexität der Folienmaterialien und Elektrodenzusammensetzungen als herausfordernd. Während das Schneiden mit kontinuierlichen Lasern oft zu großen Wärmeeinflusszonen führt, insbesondere bei beschichteten Folien, sind gepulste Laser in der Lage, in der Regel eine bessere Qualität beim Schneiden zu erzielen. Der Beitrag gibt einen Überblick über die Herausforderungen des Laser-Schneidens von Batteriefolien und untersucht die Vor- und Nachteile von Nanosekunden- und Pikosekunden-Lasern für eine Vielzahl von verschiedenen Materialien.
In der aktuellen Forschung werden die Eigenschaften und Anwendungen von ultrakurzgepulster Laserstrahlung im selektiven Lasersintern von keramischen Pulvern untersucht. Die hohe Verschleißfestigkeit und Biokompatibilität
prädestinieren Keramiken für vielfältige technische und medizinische Anwendungen. Hohe Rissneigung durch Temperaturgradienten im Sinterprozess, sowie die hohen Schmelztemperaturen sind dabei Herausforderungen und stehen im Fokus der Technologieentwicklung. Die Nutzung einer inversen Schichterzeugungskinematik ermöglicht einen effizienten Pulverauftrag. Kerninnovation ist die Anwendung des Ultrakurzpulslasers. Mit diesem gelingt es, sowohl Zirkonoxid als auch Aluminiumoxid in verschiedenen stofflichen Konfigurationen zu sintern, wobei stabile und teilweise glasierte Oberflächen sowie stapelbare Sinterschichten erfolgreich erzeugt werden.
Wir verglichen die Reib- und Verschleißeigenschaften von verschieden beschichteten CoCrMo-Proben unter Belastungen, wie sie typischerweise im Knie auftreten. Es wurden verschiedene ta-C-Beschichtungen und die in der Medizin verbreiteten TiNbN-Beschichtungen verglichen. Dabei wurden die bei Ball-on-Disk-Tribometerversuchen an der Tribometerspitze entstehenden Kalotten ausgewertet. Wir konnten feststellen, dass unsere strukturierten ta-C-Oberflächen, gegenüber den üblichen Beschichtungen, weniger als 1/40 des Verschleißes zeigen, bei einer gleichzeitigen Reibwertreduzierung um bis zu 80%.
Ziel des Projektes war es, Implantate zu entwickeln, welche langlebiger als bisher übliche Knieimplantatslösungen sind, besonders in Bezug auf Verschleiß der artikulierenden Flächen. Hierfür sollten Verschleiß mindernde
Hartstoffschichten aus biokompatiblen Kohlenstoff (ta-C) und reibungsmindernde laserinduzierte Strukturen auf neuartigen CoCrMo-Implantaten aufgebracht werden. Wir konnten in angepassten tribologischen Untersuchungen zeigen, dass unsere Schicht-Struktur-Systeme, gegenüber TiNbN-Schichten auf gleichem Substrat, deutlich verbesserte mechanische Eigenschaften aufweisen. So zeigten diese einen auf 1/40 reduzierten Reibungsverschleiß bei gleichzeitiger Reibwertreduzierung ~1/5
Infolge der raschen Entwicklung in der Lasertechnik werden in modernen Laserbearbeitungsmaschinen immer öfter Ultrakurzpulslaser (UKPL) verwendet. Die vielseitigen Einsatzmöglichkeiten eröffnen industrielle Anwendungen
in den Bereichen der Oberflächenfunktionalisierung, Medizin und vielen mehr. Durch die Eigenschaften der UKPL-Strahlung können neben der Primärgefährdung durch die Laserstrahlung auch Sekundärgefährdungen wie die laser-induzierte Röntgenstrahlung entstehen. Um diese meist weiche Röntgenstrahlung abzuschirmen und die Reglementierung nach §17 StrlSchV einzuhalten, wird die Abschwächung der Röntgenstrahlung von verschiedenen Materialien berechnet, validiert und an spektralen Verteilungen aus der Literatur angewendet. Dadurch soll es ermöglicht werden, die Schutzfunktion der UKPL-Maschineneinhausung an verschiedene Szenarien anzupassen und zu optimieren.
Im Rahmen der vorgestellten Ergebnisse wird das Potential von dünnen Borkarbid-Schichten (B4C) hinsichtlich tribologischer Anwendungen untersucht. Dafür werden stöchiometrische B4C-Schichten mit verschiedenen mechanischen Eigenschaften mittels Laserpulsabscheidung auf Stahl mit Schichtdicken von 1 μm abgeschieden. Diese teils superharten Schichten werden anschließend durch Lasermikrostrukturierung mit Mikrostrukturen versehen, deren Einflüsse auf die tribologischen Eigenschaften anschließend mittels ball-on-disc-Verfahren im Tribometerversuch bestimmt werden. Die Charakterisierung sowohl der unstrukturierten als auch der strukturierten Bereiche erfolgt neben Rasterelektronenmikroskopie und Atomkraftmikroskopie insbesondere durch Ultrananoindentation zur Bestimmung der mechanischen Eigenschaften.
Entwicklung eines SLM-Prozesses für die Fertigung eines
topologieoptimierten Aufbohrwerkzeuges
(2023)
Mittels des additiven Pulverbettverfahrens Selective Laser Melting (SLM) können schichtweise Bauteile mit gleichwertigen Werkstoffeigenschaften des Vollmaterials generiert werden, wodurch sich viele Vorteile gegenüber den traditionellen Fertigungsprozessen ergeben. So können Features wie innenliegende Bohrungen für Kühlschmiermittel, bionische Strukturen zur Gewichtsreduktion oder Verstärkungen entsprechend mechanischer Belastungen in das Bauteil integriert werden. Ein weiterer Ansatz ist Gegenstand des ZIM-Projektes „FlexROUND“ und wird hier dargestellt. Durch Einbringung von filigranen Strukturen bzw. Gitternetzen in Bauteile soll eine definierte elastische Verformung unter Vorgabe einer konkreten Belastung ermöglicht werden. Dies geschieht durch Variation der Elementarzellengeometrie und der Anpassung der Gitterkonstante um eine gewünschte Nachgiebigkeit zu erhalten. Durch gezielte Veränderung der Füllstrategie können somit elastische Wände aus nur einer einzelnen Laserspur generiert werden. Erste Prüfkörper aus Werkzeugstahl 1.2709 wurden im orthogonalen Drehversuch am Material AW-2007 und C45 getestet und deren Verformung über entsprechende Sensorik erfasst. Die aufgenommenen mechanischen Kennwerte wurden in einer Werkstoffdatenbank
zusammengetragen und dienen als Basis für die simulationsbasierte Auslegung neuer Gitternetze für eine definierte Verformung bei entsprechender Belastung. Die gezeigten Ergebnisse fließen später in die Entwicklung eines Bohr- und Reibwerkzeuges für die CFK-Bearbeitung ein, um die Prozessstabilität zu steigern, die Werkzeugstandzeit zu erhöhen und die Bohrlochqualität zu verbessern
Der Einsatz von Polygonspiegelscannern zur ultraschnellen Strahlablenkung im Mikro-SLM besitzt das Potential, die Effizienz dieses Fertigungsverfahrens um ein Vielfaches zu steigern. Durch die hohen Scangeschwindigkeiten von bis zu 100 m/s kann die Bestrahlungszeit deutlich reduziert werden, ohne dabei die hohe Auflösung des Verfahrens zu beeinträchtigen. In ersten Untersuchungen zeigte sich, dass aufgrund der kurzen Wechselwirkungszeiten im Bereich einiger 100 ns und der Verwendung von hohen mittleren Laserleistungen die Verdampfung von Pulvermaterial den für die Schichtbildung maßgeblichen Prozess darstellt. Die so entstehenden Schmelzspuren weisen eine inhomogene Oberflächenstruktur sowie eine hohe Porosität auf. Durch die Anpassung der Prozessparameter konnten dennoch Strukturbreiten kleiner 100 μm und relative Dichten größer 94 % erzeugt werden.
Stahl ist nach wie vor einer der wichtigsten metallischen Werkstoffe unserer Zeit. Ein großer Vorteil gegenüber anderen Metallen ist die temperaturabhängige Mehrphasigkeit des Gefüges. Bei Temperaturen von ca. 800 °C kann ein Gittertyp dichterer Packung eingestellt werden und durch eine rasche Abschreckung auch im festen Aggregatzustand erhalten bleiben. Die Härte und die Verschleißbeständigkeit des Bauteils steigen erheblich an. In der vorliegenden Veröffentlichung wird die Steigerung der Einhärtetiefe im Bereich des Laserstrahlhärtens durch die Anpassung der Strahlgeometrie und Intensitätsverteilung an die Beschaffenheit der zu härtenden Zone des Bauteils dargelegt. Hierbei werden speziell dünnwandige, verzugsgefährdete Bauteile wie Dorne oder Messerschneiden betrachtet. Durch die Kombination aus angepasster Intensitätsverteilung und großem Aspektverhältnis kann der geometriebedingte Wärmestau für den Härteprozess nutzbar gemacht werden. Im Rahmen
der Charakterisierung des Laserstrahlhärteprozesses konnten Einhärtetiefen von bis zu 8 mm erreicht werden.
Nach Angaben der Vereinten Nationen haben mehr als 2 Milliarden Menschen keinen direkten Zugang zu sicherem Trinkwasser [1]. Da konventionelle Kläranlagen und bestehende dezentrale Systeme derzeit nicht in der Lage sind, die zunehmende Menge an Spurenstoffen anthropogenen Ursprungs wie Arzneimittelrückstände sicher und zuverlässig zu entfernen oder zurückzuhalten, droht die Anzahl weiter zu steigen. Photokatalytisch aktive Keramikfilter könnten diese Lücke schließen und damit die Wasserqualität verbessern. Das selektive Lasersintern bietet hierbei die Möglichkeit, Filterelemente aus photokatalytisch aktiver Vollkeramik herzustellen, die eine lange Lebensdauer und eine große aktive Oberfläche gewährleisten. Da die photokatalytisch aktive Phase der Keramik bei zu hohen Temperaturen schnell zerstört wird, werden die Keramikpartikel in eine Duroplast-Matrix eingehüllt, die mit niedrigen Laserleistungen aufgeschmolzen werden kann. Die damit hergestellten Grünkörper können nachträglich bei definierten Temperaturen ausgehärtet, entbindert und gesintert werden und sollen damit ihre photokatalytische Aktivität behalten
Die Kohärenztomographie im eXtremem Ultraviolettbereich (XCT) ist eine neue Methode zur 3D-Vermessung von Nanostrukturen mit Nanometer-Auflösung. Sie verwendet das interferometrische Prinzip der optischen Kohärenztomographie
(OCT) um mittels Fourier-Transformation Strukturinformationen zu extrahieren. Ein speziell entwickelter Phasenrekonstruktionsalgorithmus (PR-XCT) ermöglicht artefaktfreie XCT. Experimentell wurden axiale Auflösungen von 24 nm erreicht, laterale Auflösungen von etwa 23 μm und hohe Materialempfindlichkeit. Der PR-XCT-Algorithmus erlaubt quantitative Informationen und markierungsfreie Identifizierung vergrabener Strukturen im Nanometerbereich. Optimierung der Modellparameter ermöglicht zusätzliche Erkenntnisse über Oberflächenrauhigkeit und Schichtdicken.
Wir präsentieren erste Ergebnisse mit einem Prototyp der nächsten Ausbaustufe unseres kommerziellen Spektralverbreiterungs- und -komprimierungssystems basierend auf der Multipasszellentechnologie. Er ist für 2,0 mJ Eingangsenergie bei 0,9 ps Impulsdauer ausgelegt und soll komprimierte Ausgangsimpulse von unter 100 fs liefern. Bei der vollen Eingangsenergie wurde eine spektrale Verbreiterung auf 30 nm Bandbreite bei -10 dB mit einem Fourier-Transformlimit von 0.11 ps erzielt wurde. Die Transmission der Durchschnittsleistung betrug dabei 90,5 %
Das Makro-SLM ist eine Weiterentwicklung des etablierten laser-pulverbettbasierten 3D-Drucks von Metallbauteilen (auch SLM oder L-PBF). Durch die Steigerung von Laserleistung, Spotdurchmesser, Schichtdicke und Pulverkorngröße werden Strukturauflösung im Millimeter- statt wie üblich im Mikrometer-Bereich erzeugt. Dies wiederum ermöglicht eine enorme Steigung der Aufbaurate bis aktuell 1.300 cm³/h. Es ähnelt damit den Strukturauflösungen und Aufbauraten beim Auftragschweißen. Das stützende Pulverbett bietet jedoch den Vorteil komplexere Geometrien zu realisieren. Makro-SLM vereint damit die Vorteile beider Welten: hohe Gestaltungsfreiheit bei gleichzeitig hoher Produktivität. Ziel ist es, mit dem Makro-SLM komplexe, endkonturnahe Metallbauteile in Kubikmeter-Dimensionen herstellen. In der vorliegenden Veröffentlichung werden das neue Anlagenkonzept erläutert und prozesstechnische sowie mechanische Kennwerte benannt. Abschließend werden verschiedene aktuelle Anwendungen vorgestellt und ein Ausblick zu den geplanten Entwicklungen gegeben.
Das Fügen von gesinterter technischer Keramik ist eine Herausforderung, insbesondere, wenn die Fügezone die gleichen Eigenschaften wie die Keramik ausweisen soll. Am ifw Jena werden daher Schweißversuche an intransparenten Keramiken mit Ultrakurzpulslasern durchgeführt. Aufgrund der schmalen Schweißnähte (< 100 μm) und der kurzen Prozesszeit können Risse sowie Poren vermieden und eine signifikante Erwärmung des Grundkörpers ausgeschlossen werden. Potentiell soll es dadurch ermöglicht werden auch thermisch empfindliche Komponenten in der Keramik versiegeln zu können.
Entwicklung eines CO2-Laser Bearbeitungsprozesses für die Herstellung optischer Faserendflächen
(2023)
In der Medizintechnik, insbesondere in der minimal invasiven Chirurgie, wird der Laser häufiger als ein ideales Werkzeug genutzt, um operative Eingriffe mit kleinstmöglichem Trauma sehr effizient durchzuführen. Dabei muss die Strahlung des Lasers in der minimal invasiven Laserchirurgie in eine medizinische Lasersonde eingekoppelt und zumeist mithilfe eines Katheters zum Ort der Behandlung geführt werden. Mit der Entwicklung von Laserquellen hin zu höheren Ausgangsleistungen, besserer Laserstrahlqualität und stärkerer Fokussierbarkeit ist auch die Entwicklung neuer Lichtwellenleiter notwendig. Im Rahmen eines geförderten ZIM-Projektes wurden neuartige Verfahrensprinzipien zur Herstellung von proximalen Endflächen durch Laserpolieren und die Realisierung unterschiedlicher End-Cap-Formen zur Laserstrahlformung am distalen Faserende entwickelt. Positive Begleiterscheinungen der neuentwickelten Lasertechnologien sind u.a. die Verbesserung der Oberflächenrauheit, der Abbau mechanischer Spannungen an den Endflächen und eine hohe Reproduzierbarkeit.
Die Kontrolle von Zutrittsberechtigungen für Labore, Gebäude oder Standorte ist für viele Firmen und Einrichtungen von essenzieller Bedeutung, mit zunehmender Größe aber auch mit erheblichem Aufwand und größeren Kosten verbunden. Die Überprüfung und Aktualisierung der Berechtigungen erfordert außerdem eine umfangreiche Logistik und Vertrauen in die korrekte Arbeitsweise der zentralen Verwaltungseinrichtungen.
Durch die hier vorgestellte Kombination von elektronischem Schließsystem mit dezentraler Blockchaintechnologie ist sowohl eine Vereinfachung und Dezentralisierung der Berechtigungsverwaltung als auch die Vermeidung singuläre Fehlerstellen möglich. Gleichzeitig kann ohne größere Aufwende auch eine Offlinefähigkeit der Schlösser realisiert werden.
Das Ziel des vorliegenden Papers ist die Darstellung eines Konzepts zur Lösung des Oracle Problems im Kontext der Wasserstoffproduktion mit erneuerbaren Energieproduktionsformen. Der vorgeschlagene Ansatz setzt auf die Authentifizierung des Stroms, der für die Produktion des Wasserstoffs verwendet wird, durch eine Vielzahl an umliegenden Akteuren mit gleichen Stromgewinnungsanlagen, welche die Authentizität der Stromproduktion bezeugen. Das Konzept setzt auf einen Authenticity-Score, welchen jedes Zertifikat erhält, sowie einen Trust-Score, der jedem Zeugen zugeschrieben wird. Jedes Zertifikat muss von verschiedenen Akteuren mit ausreichenden Trust-Score bezeugt werden, um einen Authenticity-Score zu erhalten, der über einer festgelegten Schwelle liegt und somit nachweist, dass der produzierte Wasserstoff tatsächlich „grün“ ist.
Im Rahmen des Projektes „PerspektiveArbeit Lausitz (PAL) - Kompetenzzentrum für die Arbeit der Zukunft in Sachsen und Brandenburg“ wird ein datenbasiertes Assistenzsystem zur Ergonomiebewertung entwickelt. Hohe Produktvarianz und flexibel wechselnde Arbeitsaufgaben fordern die Mitarbeitenden der Montage immer stärker heraus. Der Digitale Wandel bietet Möglichkeiten, die Menschen bei ihren Tätigkeiten zu unterstützen und somit dem Fachkräftemangel und der demographischen Entwicklung entgegenzuwirken. Durch Analyse und Bewertung ergonomischer Aspekte der Arbeitstätigkeit und ein Echtzeit-Feedback zur Körperhaltung soll der Mensch bei seinen Tätigkeiten entlastet werden. Hierbei kommen auch Methoden und Techniken der Künstlichen Intelligenz (KI) zum Tragen. Die Attraktivität der Arbeit wird gesteigert und die Arbeitsfähigkeit der Arbeitenden bleibt länger erhalten. Der Beitrag zeigt den Ansatz für diese dynamische Ergonomiebewertung und stellt den Einsatz und die Kombination der Hardware sowie die Anforderungsspezifikationen und die geplante
Softwarearchitektur vor
Intuitives, nutzerzentriertes Roboter-Teaching am Beispiel des
Fertigungsverfahrens Entgraten
(2023)
Hilfsmittel zur Entlastung der Menschen, welche täglich monotone Tätigkeiten in spanenden Fertigungssystemen durchführen, werden aus Sicht der menschengerechten Arbeitsgestaltung, fehlender Arbeitskräfte und hoher Lohnkosten vor allem in den Strukturwandelregionen, welche vom Braunkohleausstieg betroffen sind, immer wichtiger. Aufgaben wie das Handentgraten, als monotone Tätigkeit mit Gefährdungspotential, führen häufig zu Fehlern an den Produkten. Kleine Losgrößen (im betrachteten Unternehmen zwischen 20 und 100 Stück) lassen den unterstützenden oder auch ablösenden Einsatz von Industrierobotern zur Durchführung solcher Tätigkeiten bisher unwirtschaftlich erscheinen. Auch die kognitive und motorische Anpassungsfähigkeit des Menschen an unterschiedliche Entgrataufgaben konnte bisher nicht zufriedenstellend auf Roboter adaptiert werden. Daher ist die Entwicklung von effizienten und intuitiven Einlernprozessen von Robotern auf variierende Bauteile durch den Menschen notwendig. Der Beitrag befasst sich mit dem intuitiven, nutzerzentrierten Roboter-Teaching am Beispiel des Fertigungsverfahrens Entgraten für ein KMU aus der Lausitz.
Gerade bei kognitiven Tätigkeiten, bei denen viele Informationen aufgenommen, verarbeitet und daraus adäquate Entscheidungen abgeleitet werden müssen, kommt es drauf an, den Menschen optimal mit KI-Technik zu unterstützen und nicht zu überlasten. So spielen Systemtransparenz, Plausibilität der vorgeschlagenen Lösungen, Entscheidungsgewalt, beanspruchungsoptimale Informationsdarbietung und die Wahrnehmungsadäquatheit eine sehr bedeutsame Rolle. Phänomene und negative Effekte, wie zum Beispiel Technikstress, können als unterwünschte Beanspruchungsfolge auftreten. Gerade bei Umstrukturierungen und Veränderungsprozessen muss ein besonderes Augenmerk auf eine mögliche Doppelbelastung durch Parallelstrukturen (z.B. gleichzeitig verwendete Softwaresysteme neu und alt) gelegt werden. Somit stellt sich die Frage nach den Gelingensbedingungen für einen erfolgreichen Technikeinsatz. Es gilt, die Verantwortung für den Menschen in diesen Prozessen zu übernehmen. Der Artikel stellt die Herangehensweise und Lösungsansätze im Rahmen der PAL-Schwerpunkte an der BTU Cottbus-Senftenberg dar
Kleine und mittlere Unternehmen (KMU) werden durch den demografischen Wandel und dem damit verbundenen Fachkräftemangel vor neue Herausforderungen gestellt. Um die Wettbewerbsfähigkeit zu sichern, bedarf es flexibler Automationslösungen in der Produktion, die kostengünstig und intuitiv beherrschbar sind. Dies wirkt personellen Engpässen bei der Werkstückbeschickung von Werkzeugmaschinen entgegen. Im ZIM-geförderten
FuE-Kooperationsprojekt „AuRo-Toolbox“ (16KN091730) wird eine digital konfigurierbare und anschließend vom Anwender selbst zu installierende Roboterautomation entwickelt, die Pick & Place Aufgaben sicher und effizient umsetzen kann. Dafür werden Standardmodule entworfen, die im Plug & Play - Prinzip mit anwendungsspezifischen Zusatzmodulen erweitert werden können. Eine Besonderheit ist die Entwicklung einer neuartigen Kommunikationsschnittstelle zwischen Roboter und Werkzeugmaschine, welche die Modernisierung älterer Bestandsmaschinen einspart und somit einen CE-konformen Weiterbetrieb dieser Anlagen mit bereits bestehender
Zertifizierung ermöglicht.
Digitale Arbeitsmittel können die mit ihrer Einführung angestrebten Effekte nur erzielen, wenn sie von den Beschäftigten in Unternehmen wie intendiert genutzt werden. Barrieren, die einer intendierten Nutzung entgegenstehen,
können in allen Anwendungsphasen und auf allen Ebenen von Unternehmen auftreten. Die erfolgreiche Bearbeitung von Barrieren setzt das Wissen um deren Existenz und Ausgestaltung voraus. Die Existenz und die Ausgestaltung von Barrieren sind kontextspezifisch und variieren zwischen Unternehmen, weswegen die Barrierenanalyse ergebnisoffen und unternehmensspezifisch erfolgen sollte. Der Aufgabenbezogene Informationsaustausch stellt als zeitweilige partizipative Kleingruppenarbeit einen methodischen Ansatz dar, unternehmensspezifisch und ergebnisoffen Barrieren des intendierten Einsatzes digitaler Arbeitsmittel in Unternehmen zu Identifizieren und Lösungsansätze zu erarbeiten.
Einsatz datenbasierter Assistenzsysteme in Wertschöpfungsprozessen ist sowohl mit Chancen als auch mit Risiken für diese Prozesse bzw. für die Arbeitskräfte verbunden. Studien zeigen gegenwärtig noch Defizite im Entwicklungs-/ Implementationsprozess der Assistenzsystem auf, z. B. bei der Auswahl der Datengrundlage, der Modellerstellung und dem Trainieren von Modellen. Eine erfolgreiche Implementation von Assistenz-Lösungen erfordert ein systematisches Vorgehen, um alle relevanten Gestaltungsaspekte und deren Abhängigkeiten der Gestaltungsdimensionen Mensch – Technik – Organisation voneinander zu berücksichtigen. Zu diesem Zweck wird eine Vorgehensweise entwickelt, die der notwendigen Interdisziplinarität Rechnung trägt. Diese wird in den nächsten Jahren anhand von Fallbeispielen erprobt und bewertet.
Hybride Arbeitssysteme kombinieren idealerweise die Stärken von Menschen und Technik. Sie ermöglichen attraktive, nachhaltige Arbeitsgestaltung und präzise, wettbewerbsfähige Fertigungs- und Logistikprozesse. Der Beitrag zeigt deren systematischen Entwurf unter Nutzung klassischer Mittel sowie digitaler Techniken wie Virtual und Augmented Reality. Die Anwendungsbeispiele weisen auf die intensive Verschränkung der Gestaltungselemente Arbeitstätigkeit, Fertigungsverfahren, Betriebsmittel, Ablauf und Interaktion hin. In interdisziplinärer Zusammenarbeit entstehen sie derzeit im Rahmen des Forschungs- und Transferverbundes "PerspektiveArbeit Lausitz (PAL) – Kompetenzzentrum für die Arbeit der Zukunft in Sachsen und Brandenburg“ und des ZIM-Netzwerk-Verbundvorhabens „AuRo-Toolbox – Automations-Baukasten für flexibel einsetzbare Bauteilhandhabung zur digitalen Inbetriebnahme und digitalem Training“.
„PerspektiveArbeit Lausitz (PAL)“ als Kompetenzzentrum für die Arbeit der Zukunft in Sachsen und Brandenburg entwickelt Einführungsstrategien von datenbasierten Assistenzsystemen für Unternehmen in der Strukturwandelregion Lausitz. Der gemeinsame Anspruch des transdisziplinären Verbundes ist es, Arbeit in den beteiligten Unternehmen der Region nachhaltig, menschengerecht und wettbewerbsfähig zu gestalten. Wissens- und Technologietransfer haben dabei sowohl die Aufgabe, die unterschiedlichen Kompetenzen der beteiligten Forschungspartner, Unternehmen und Netzwerkpartner zu erschließen und weiterzuentwickeln als auch die Öffentlichkeit zu informieren und in den digitalen Transformationsprozess der Wirtschaft einzubinden. Das umfasst neben der Aufbereitung von Wissen für unterschiedliche Zielgruppen im Verbund und in der Öffentlichkeit auch die Organisation von Settings zum Austausch von Wissen. In diesem Artikel werden beispielhaft ausgewählte Transferformate und die bisher damit gesammelten Erfahrungen vorgestellt.
Die nutzerorientierte Arbeitsplatzgestaltung der Zukunft erfordert auf Grund großer Diversität von Tätigkeitsfeldern sowie individuell geprägten Voraussetzungen jedes Arbeitnehmers die exklusiv auf jede Person angepasste Bewertung von psychischen und physischen Beanspruchungslagen. Als Grundlage dafür dienen in den vorliegenden Untersuchungen die in der Gesellschaft mittlerweile weit verbreitete Wearables. Diese erfassen
Vitaldaten in Echtzeit, welche anschließend in einer eigens entwickelten Applikation unter Einhaltung der geltenden Datenschutzvorgaben verarbeitet werden. Über diese Daten sind, wie die in Durchführung befindlichen Versuche zeigen, Rückschlüsse auf physischer und psychischer Fehlbeanspruchungen des Nutzers möglich. Weiterhin werden mittels maschinellen Lernens erstellte Trendauswertungen, beispielsweise zur Darstellung von Erholungsfähigkeit oder vitaler Arbeitsfähigkeit, dargestellt. So wird der Arbeitnehmer im Bereich der Gesundheitskompetenz sensibilisiert und kann somit das persönliche Wohlbefinden steigern. Weiterhin können Vorgesetzte oder Arbeits- bzw. Prozessplaner pseudonymisierte und anonymisierte Gruppenauswertungen, beispielweise aus einer Abteilung, einsehen. Durch resultierende prospektive Arbeitsgestaltung können lern- und persönlichkeitsförderliche Arbeitsbedingungen gestaltet aber auch die Motivation für Leistung und Lernen erhöht werden.
Gesundheit hat sich vor allem durch die Corona-Pandemie in unserem Bewusstsein verankert und ist für viele Menschen zum Lebensziel geworden. Damit einhergehend rückten auch die Potenziale von digitalen Assistenzsystemen und KI-Algorithmen auf Basis des Maschinellen Lernens in den Fokus der Wahrnehmung. Eine sichere Mensch-Roboter-Kollaboration mit einem guten Safety Engineering sowie der Einbezug motivationaler Aspekte von Kreativität und Mitgestaltung können nachhaltige Arbeitsplatzstrategien unterstützen. Vor diesem Hintergrund stellt sich die Frage, wie sich der Wandel von Arbeit in der Zukunft auswirken wird und wie dieser Wandel gesundheitsförderlich in einer hybriden Arbeitsgesellschaft gelingen kann?
Bisher gibt es keine einwandfreie manipulationssichere Nachweisführung für klimafreundlichen „grünen“ Wasserstoff und der damit möglichen Nachverfolgung der Herkunft vom Erzeuger erneuerbarer Energien bis zum Endverbraucher, sodass die gesamte Supply Chain des „grünen“ Wasserstoffs nicht im Sinne einer ökonomischen, ökologischen und sozialen Nachhaltigkeit dargestellt und in einem sicheren und transparenten Markt abgebildet werden kann. Mit einer geeigneten Blockchain kann dieses Problem gelöst werden, die darüber hinaus weitere noch nie dagewesene Mehrwerte für die Supply Chain des „grünen“ Wasserstoffmarktes und für den nachhaltigen Strukturwandel insgesamt bietet und deren Entwicklung demnächst im Rahmen des Förderaufrufs „Technologieoffensive Wasserstoff“ innerhalb der Forschungsförderung des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz im 7. Energieforschungsprogramm der Bundesregierung startet.
Diese Studie analysiert die Verwendung von Narrativen in drei Blockchain-Projekten im Hinblick auf institutionellen Wandel. Es wird aufgezeigt, wie Blockchain-Projekte Cyberpunk-Narrative nutzen, um einen institutionellen Wandel herbeizuführen. Ein kontrastierender Fall ohne Cyberpunk-Narrative verdeutlicht die interpretative Offenheit der institutionellen Eigenschaften von Blockchain-Technologien im Wettbewerb um Deutungshoheit. Die Untersuchung vertieft das Verständnis der Rolle fiktionaler Erzählungen für das Framing von Innovationen im Kontext institutionellen Wandels und zeigt, dass Greimas' Aktantenmodell für die Frame-Analyse geeignet ist.
In dieser Forschungsarbeit wird ein Überblick darüber gegeben, wie Grafikdaten eines NFT auf der Blockchain gespeichert werden können. Es werden verschiedene Ansätze untersucht und vorhandene Projekte analysiert. Dabei werden vor allem die Aspekte Sicherheit, Ressourcen und Anwendbarkeit betrachtet. Mithilfe einer Testumgebung werden die recherchierte Ansätze vergleichbar, wobei sich in der Arbeit auf skalierbare Vektorgrafiken (SVG) konzentriert wird. Letztendlich zeigt sich, dass es für simple SVG sinnvoll ist, ihren Code als String oder auch in Base64 codiert im NFT selbst abzulegen. Für komplexere Grafiken wird ein Ansatz mit einem Smart Contract empfohlen, um die Kosten pro NFT zu reduzieren. Die Vorgehensweise, die Grafikdaten durch eine Funktion wiederherzustellen, eignet sich außerdem auch für Ansätze, die nicht auf Vektor Grafiken bauen. Es zeigt sich, dass durch einen gewissen Mehraufwand durchaus NFT und Grafikdaten auf der Blockchain abgelegt werden können und kein Risiko durch die Trennung zwischen On- und Off-Chain eingegangen werden muss.
Blockchain-Governance wird immer wieder mit der Führung von Unternehmen oder von Nationalstaaten verglichen, obwohl diese sich oft eher als Decentralized Autonomous Organizations (DAOs) definieren. In diesem Beitrag werden rechtliche Konzepte, die den Rahmen für die Entscheidungsfindung in Unternehmen und Staaten bilden, sowie die Grundlagen einer DAO mit der Governance von Polkadot verglichen. Im Ergebnis weist der Staat aufgrund der starken Prägung durch die physische Sphäre und der Selektion seiner Bürger die größten Unterschiede zur Polkadot-Governance auf. Von den Unternehmen ist die Genossenschaft in ihrem Ziel der Förderung der Mitglieder und Verwaltung gemeinsamer Infrastruktur, die sich jeweils auch in den Rechten der Mitglieder und der Besetzung der Organe niederschlägt, am nächsten. Die höchste Übereinstimmung hat die Polkadot-Governance jedoch mit der DAO, insofern als sie über die Zeit immer stärker den Gedanken der dezentralen und autonomen Entscheidungsfindung umsetzt.
Anhand von verschiedenen Vergleichskriterien werden in diesem Beitrag dezentrale Börsen mit dem traditionellen Wertpapierhandel verglichen. Der Text basiert auf der Bachelorarbeit des Autors, die im Wintersemester 2022/23 an der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf geschrieben wurde. Im Laufe des hier vorgelegten Beitrags werden die Funktionsweisen der Börsen erläutert. Daraufhin werden die Vergleichskriterien in einer verkürzten Schlagwort-Tabelle aufgelistet. Abschließend werden die Chancen und Risiken dezentraler Börsen gegenüber traditionellen Börsen herausgestellt.
Im Zuge der Erneuerung der Dammdichtung am Staudamm Roßhaupten wurde ein neues – in Deutschland erstmalig eingesetztes – faseroptisches Temperaturüberwachungssystem implementiert. Der Einbau, der im sogenannten Retrofit-Verfahren durchgeführt wurde, erfolgte schon vor Beginn der Dichtungserneuerung, so dass bereits der Erfolg des Einbaus der Dichtwand überwacht werden konnte. Durch diesen frühen Einsatz des Systems konnten die vermuteten Zonen erhöhter Durchlässigkeit innerhalb der natürlichen Kerndichtung, während der Herstellung des neuen Dichtungselements, eindeutig nachgewiesen werden. Nach Abschluss der Sanierungsmaßnahme wurde das faseroptische Leckortungssystem in den Regelbetrieb übergeführt. Um eine optimale Dammüberwachung zu gewährleisten, werden permanent Messungen in Echtzeit durchgeführt und diese automatisch evaluiert, so dass mögliche Durchsickerungsbereiche frühzeitig erkannt und entsprechend Alarme ausgelöst werden können. Die aktuellen Messwerte und allfällige Alarme können in einem Onlineportal visualisiert werden.
Im Projekt „HoWa-innovativ“ ist ein Demonstrator eines neuartigen niederschlagsbasierten Hochwasserfrühwarnsystems
unter Verwendung von Dämpfungsdaten kommerzieller Mobilfunknetze entwickelt worden. Dabei sind Daten einer weltweit vorhandenen Infrastruktur durch künstliche Intelligenz (KI) opportunistisch für eine völlig neue Anwendung, hier für die Daseinsvorsorge, in Wert gesetzt worden.
In den vergangenen Jahren wurde die Bauwerksüberwachung an Stauanlagen der EnBW Energie Baden-Württemberg AG auf eine digitale Plattform umgestellt. Mit den im System vorhandenen umfangreichen Daten wachsen die Herausforderungen, die Vollständigkeit und Konsistenz zu überwachen. Weiter ergeben sich mit dem nun vorliegenden heterogenen Datensatz neue Möglichkeiten der übergreifenden Datenanalyse und der Bewertung von Abhängigkeiten von Einwirkungen und Reaktionen sowie verschiedener Messstellen untereinander. Parallel dazu haben sich die Anwendungen zur Analyse umfangreicher Daten deutlich weiterentwickelt und von reinen IT-Expertensystemen zu Endanwenderprodukten gewandelt. Dadurch können heute selbst Fachexperten relativ einfach und schnell Auswertungen erstellen, die ein tieferes Verständnis der Datenbasis ermöglichen. In diesem Beitrag werden die Überwachung der Datenübertragung und -qualität mittels Microsoft Power BI
sowie die visuelle Analyse von Korrelationen umfangreicher Datenreihen mithilfe von Visplore vorgestellt.
TaMiS ist ein webbasiertes Informationssystem, welches einen gesamtheitlichen Blick auf Stauanlagensysteme erlaubt und deren Berichtswesen und Datenfortführung unterstützt. Hierfür bündelt TaMiS entscheidungsrelevante aktuelle sowie historische Messdaten aus den fachspezifischen Softwareprodukten der Bereiche Bauwerksüberwachung,
Hydrologie, Limnologie und Meteorologie. TaMiS ist modular aufgebaut und erlaubt eine Erweiterung auf weitere Anlagen und fachliche Anwendungen. Um der Anforderung einer bestmöglichen Kompatibilität und Datentransparenz gerecht zu werden, basieren die Module soweit möglich auf offenen, standardisierten Webschnittstellen zur Datenübertragung.
TaMiS optimiert das Sicherheitsmonitoring von Stauanlagen durch die Zusammenführung aller relevanten Daten. Das Stauanlagenpersonal erhält mit diesem Informationssystem somit eine wertvolle Entscheidungsunterstützung zum sicheren Betreiben von Stauanlagen.
Die am Liebensteinspeicher zur Datenübertragung eingesetzte LoRa-Funktechnik ist seit Juni 2020 im Dauerbetrieb. Durch die Funktechnologie war eine schnelle, zuverlässige und kostengünstige Automatisierung der Wasserstandsmessung möglich. Durch Verwendung von zwei Frequenzbereichen werden sichere Verbindungen auch unter erschwerten Bedingungen ohne externe Sendeantennen ermöglicht. Dies erhöht die Sicherheit gegen Vandalismus. Das Übertragungsverfahren wurde auf eine besonders stromsparende Betriebsweise optimiert. Durch die Kombination von modernen Sensoren und Funkdatenübertragung hat sich die Zuverlässigkeit der Wasserstandsmessung gegenüber dem früheren System erhöht, der Wartungsaufwand verringert. Die Aussagekraft der Messergebnisse verbesserte sich durch die Kombination mit Temperatursensoren
An den Talsperren des Ruhrverbands herrschen unterschiedlichste Anforderungen an die Messtechnik und die Datenübertragung. Während die Automatisierung von Messungen voranschreitet, sind manche entfernte Messstellen nur mit großem Aufwand an eine Datenfernübertragung anzuschließen. Als Alternative zu Standleitungsverbindungen über Kupfer bzw. LWL-Kabel oder zur Datenübertagung über das GSM-Netz bietet sich die Technologie eines LoRaWAN an. Die besondere Eignung von LoRaWAN für die Übertragung von Messdaten der Bauwerksüberwachung wird vorgestellt und über die Erfahrungen mit einer prototypischen Realisierung an der Fürwiggetalsperre berichtet.
IoT Lösungen mit LoRaWAN lassen sich in vielfältiger Art und Weise für Aufgaben zur Übermittlung von Parametern und Messwerten im breiten Feld der Talsperren- / Damm- und Stauanlagen-Überwachung einsetzen. Der nachfolgende Beitrag gibt Orientierung welche Möglichkeiten bestehen und wie diese für die Talsperrenanwendung umgesetzt werden.
Die Überwachung von Staubauwerken stellt Stauanlagenbetreiber vor viele Herausforderungen. Insbesondere aufgrund der Kosten und des Zeitaufwandes werden Staubauwerke oft nur ein- bis zweimal im Jahr durch trigonometrische Messungen überwacht. Seit einigen Jahrzehnten liefern jedoch Radarsatellitendaten nützliche Informationen zum Infrastrukturmonitoring. Satellitendaten der Copernicus Sentinel-1 Mission erlauben es, mittels der Technik der Persistent Scatterer Interferometrie (PSI), Deformationsmessungen von Staubauwerken im Millimeterbereich mit einem zeitlichen Abstand von 6 bis 12 Tagen durchzuführen. In einem Verbundprojekt zwischen der Friedrich-Schiller-Universität Jena und dem Ruhrverband soll ein Dienst entwickelt werden, der bisherige Überwachungsstrategien der Anlagen durch Nutzung der PSI Technik verbessert. Zudem sollen neuartige Geräte genutzt werden, die die Sichtbarkeit der Stauanlagen im Satellitenbild erhöhen sowie Methoden der künstlichen Intelligenz genutzt werden, um Deformationen im Falle von Extremwetterereignissen besser vorhersagen zu können.
Überwachung der Möhnestaumauer durch satellitengestützte Persistent Scatterer Interferometrie
(2022)
Im Bereich der Infrastrukturüberwachung gewinnen Methoden der Radarfernerkundung mittels Satellitendaten an Bedeutung. Insbesondere die Technik der Persistent Scatterer Interferometrie (PSI) hat sich in diversen Studien als kostengünstige und genaue Ergänzung zu traditionellen Vermessungstechniken etabliert. Sie berechnet für relativ stabile Objekte auf der Erdoberfläche über einen zu bestimmenden Zeitraum Deformationen. Hierfür bieten sich besonders die seit 2014 frei verfügbaren Sentinel-1 Satellitendaten des europäischen Copernicus-Programms an. Da Staumauern in der bisherigen Forschung kein wesentlicher Bestandteil waren, untersucht diese Studie die Anwendbarkeit der PSI-Technik am Beispiel der Möhnestaumauer. Zudem werden Aussagen über die Genauigkeit durch Vergleiche mit geodätischen in-situ Messungen getroffen. Durch die Anwendung der PSI-Technik konnten Deformationen berechnet werden, die im Vergleich mit den in-situ Daten hohe Genauigkeiten aufweisen, wodurch gezeigt wird, dass die Technik an Staumauern anwendbar ist.
Sitowise hat für die Landestalsperrenverwaltung (LTV) Sachsen eine Untersuchung der Talsperre Cranzahl durchgeführt um den Zustand des Damms, des völlig unter Wasser liegenden Vordamms und des Staubeckens zu ermitteln. Dabei wurde ein kombiniertes Verfahren aus Sonar und Laserscan eingesetzt, um zunächst ein digitales Abbild des Untersuchungsareals zu erstellen. Im Anschluss wurden die Daten ausgewertet und das Ergebnis war, dass an Damm und Staubecken keine Schäden bzw. kritischen Auffälligkeiten festgestellt und der Zustand des Vordamms ermittelt werden konnte.
Autonome Vermessungstechnik
(2022)
Der Einsatz von autonomen Messsystemen wird immer mehr nachgefragt und es etablieren sich Systemkonfigurationen, die für bestimmte Aufgabenstellungen verwendet werden. Dieser Beitrag erklärt, wie die autonome Steuerung in den Grundzügen funktioniert und welche Komponenten erforderlich sind. Des Weiteren wird an Beispielen darauf eingegangen, welche Sensorik für die Vermessung bislang in autonomen Fahrzeugen integriert wurde und worin sich Oberflächen- und Unterwasserfahrzeuge unterscheiden
Als § 2 Abs 3 des elektronischen Wertpapiergesetzes (eWpG) in Kraft getreten am 10. Juni 2021 eine Sachfiktion die für elektronische Wertpapiere – worunter Kryptowertpapiere auch zu verstehen sind – eingeführt hat, stellte sich die Frage nach der zivilrechtlichen Rechtsnatur von Token. Ausgehend von einer eingehenden und rechtsvergleichenden Analyse der Grundlagen des deutschen Sachenrechts, das eine engere Auffassung des Sachbegriffes vornimmt, und des italienischen Sachenrechts, welches einen weiteren Interpretationsspielraum des Sachbegriffes zulässt, befasst sich die vorliegende Arbeit mit dieser Fragestellung und versucht eine Antwort zu finden.
Mit der zunehmenden Vernetzung von Unternehmen wächst auch das Potenzial für Cyberangriffe, Spionage und Sabotage in Produktionsnetzwerken. Netzwerke, die auf Blockchain-Technologien aufbauen, können einige dieser Risiken abmildern, insbesondere solche, die Datenmanipulation betreffen. Dieses Paper befasst sich mit der Architektur und Implementierung eines unternehmensübergreifenden Blockchain-Netzwerks zur manipulationssicheren und ausfallsicheren Speicherung von produktionsbezogenen Daten und deren Verteilung innerhalb eines globalen Netzwerks. Dazu werden zunächst die Anforderungen an ein solches System erläutert. Darauf aufbauend wird die Architektur eines Blockchain-Knotens beschrieben und der Nutzen des Systems anhand eines Anwendungsfalls dargestellt.
Das vorliegende Paper untersucht die Einlage von Kryptowährungen bei der Gründung einer liechtensteinischen Aktiengesellschaft. Es wird aufgezeigt, dass Liechtenstein einen sehr liberalen Weg geht und zudem das liechtensteinische Gesellschaftsrecht die Einlage von Kryptowährungen als Sacheinlage ohne Sachverständigenbericht zulässt.
Dezentrale Kreditplattformen ermöglichen Nutzern die Aufnahme sowie die Bereitstellung von Liquidität in Form von Krypto-Token gegen Verzinsung. Dieser Teil des dynamisch wachsenden Bereichs dezentraler Anwendungen erweist sich zwar als sehr innovativ, birgt jedoch auch Risiken. Dazu zählen insbesondere Kreditrisiken, Liquiditätsrisiken, Marktrisiken und operationelle Risiken. Um diesen Risiken entgegenzuwirken existieren vereinzelt Absicherungsmechanismen. Diese Mechanismen haben durchaus Potenzial die genannten Risiken zu verringern, wenngleich dadurch keine vollumfängliche Risikobewältigung erfolgen kann. Somit verbleiben immer Restrisiken, die letztlich vor allem von den Nutzern zu tragen sind.
Während Blockchain großes Potenzial bietet und erste Anwendungen bereitstehen, ist eine der größten Nut-zungsbarrieren von Blockchain-Anwendungen, dass Novizen Blockchain nicht verstehen. In der vorliegenden Onlinestudie (N = 68) wurden daher unterschiedliche Lernmaterialien (neutral vs. interessant) genutzt, um No-vizen Blockchain näher zu bringen. Weiterhin wurde untersucht, ob das Interesse am Thema, der Bildungsstand, das Alter oder das Geschlecht einen Einfluss auf die Nutzungsintention, das subjektiv eingeschätzte oder das objektive Verständnis haben. Interesse, Alter und Bildung standen im Zusammenhang mit dem Verständnis, die Nutzungsintention unterschied sich hingegen nur bei unterschiedlichem Interesse. Zudem kommt die Studie zu dem Schluss, dass ein mangelndes subjektives Verständnis die eigentliche Nutzungsbarriere darstellt, nicht jedoch ein mangelndes objektives Verständnis. Des Weiteren weist die Studie auf Personengruppen hin, die einen anderen Informationsbedarf aufweisen, um von Blockchain bzw. der Digitalisierung allgemein zu profitieren.
Rollen und Aufgaben Interdisziplinärer Projektteams zur Blockchain-Integration im Unternehmensumfeld
(2021)
Bei der Einführung von Blockchain-Lösungen im Unternehmensumfeld sind zahlreiche Unternehmensfunktionen und Mitarbeiter unterschiedlicher Disziplinen involviert, deren Zusammenarbeit zum einen notwendig sind, zum anderen jedoch auch zahlreiche Herausforderungen hervorrufen. Relevante Rollen und Disziplinen werden in diesem Paper identifiziert und beschrieben, um Handlungsempfehlungen für die interdisziplinäre Zusammenarbeit und somit zur erfolgreichen Integration von Blockchain-Lösungen in Unternehmen und insbesondere unternehmensübergreifenden Geschäftsbeziehungen zu entwickeln. Auf Basis existierender Blockchain-Projekte werden die Rollen „Management und Finanzen“, „Supply Chain Management“ und „IT und IT-Sicherheit“ fokussiert und entlang eines Vorgehensmodells zur Integration mit konkreten Rollenbeschreibungen und Aufgaben beschrieben.
Ziel dieser Untersuchungen war die Erforschung und Entwicklung einer neuartigen opto-akustischen Messtechnologie für eine mobile, berührungslose, zerstörungsfreie Bestimmungsmethode des strukturellen Zustands von Asphaltfahrbahnen, speziell der dafür notwendigen laserinduzierten Signalerzeugung. Diese Messtechnologie basiert auf der Impulseinkopplung hochenergetischer Laserpulse, die in die Fahrbahnoberfläche eingetragen werden und auf der Auswertung der Ausbreitungs- und Reflexionsmuster der so generierten Körperschallwellen.
Hierfür wurden Versuche zur Bestimmung der generellen Einflussparameter hinsichtlich der laserinduzierten Signalgenerierung vorgenommen. Ziel war die Generierung von Schockwellensignalen mit Frequenzen von 1 Hz bis 20 kHz mit ausreichender Signalstärke & -reichweite für die Anwendung einer MASW-Vermessungsmethode (MASW – „Multichannel Analysis of Surface Waves), welche für die anschließende Signalzuordnung in einem horizontal geschichteten Medium (Asphaltfahrbahn, notwendig ist.
Exzellentes Prozessverständnis und ständige Prozesskontrolle sind der Schlüssel zum Erfolg in der Lasermaterialbearbeitung.
Ein neues Konzept für das Offline- und Online-Fokustracking der PRIMES GmbH soll ständige Prozessüberwachung ermöglichen. Verbesserte Prozesskontrolle führt zu weniger Ausschuss, steigender Verfügbarkeit, macht Service planbar und reduziert unter dem Strich die Gesamtkosten der Produktion.
Hochkontrast-Ultrakurzpulsmessungen für fortgeschrittene Industrieanwendungen und Laserentwicklung
(2021)
Femtosekunden-Ultrakurzpulslaser haben eine immer größere Bedeutung für eine Vielzahl von Materialbearbeitungsprozessen.
Dabei adressieren auch immer mehr Untersuchungen die Abhängigkeit der Prozessqualität von der Laserpulsdauer [1-3], welche im Allgemeinen durch die Halbwertbreite des Pulses beschrieben wird. Über die Annahme einer Gauss- oder Sech2-förmigen Pulsform lässt sich dann die Spitzenleistung und Spitzenintensität eines Laserpulses bestimmen. Bei dieser Betrachtung wird jedoch meist vernachlässigt, dass Femtosekunden-Laserquellen auch Pulsenergien im Untergrund des Hauptpeaks im Picosekunden-Bereich haben können, welche mit herkömmlichen Pulsmessmethoden, wie z.B. kommerziellen, kollinearen SHG-Autokorrelatoren nur schwer zu identifizieren sind. Hier zeigen wir unterschiedlichste Messungen mit dem neuen Hochkontrast-Autokorrelator der APE GmbH und demonstrieren deren Nutzen zum Identifizieren der tatsächlichen Pulsenergie im Femtosekunden-Hauptpeak.
Die unerwünschte Emission von Röntgenstrahlung zählt nach Technischer Regel Optischer Strahlung zu den Gefährdungen durch indirekte Auswirkungen von Laserstrahlung und führt bei bestimmten Bestrahlungsbedingungen dazu, dass UKP-Laseranlagen als Anlage zur Erzeugung ionisierender Strahlung unter das Strahlenschutzgesetz (StrlSchG) fallen. Aus Grundlagenuntersuchungen ist bekannt, dass in Laserprozessen mit hochintensiven Laserpulsen gefährliche Röntgenstrahlung mit Photonenenergien > 5 keV freigesetzt werden kann. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass eine Vielzahl von Bestrahlungskenngrößen sowie die Prozessführung sowohl die spektrale Verteilung als auch die Höhe der Röntgenemissionen beeinflussen. So entstehen bei hochrepetierenden Laserprozessen durch die Wechselwirkung zwischen einfallendem Laserstrahl und Laserplasma so hohe Dosisleistungen, die eine gesundheitliche Gefahr darstellen. Damit ist insbesondere beim Einsatz leistungsstarker Laserstrahlquellen in der industriellen Produktion oder im offenen Anlagenbetrieb zu Forschungszwecken der Schutz vor ungesunden Röntgenstrahlen von hoher Bedeutung.
Das Ziel dieser Arbeit ist es bei der Materialbearbeitung mit Ultrakurzpulslasern und Galvo-Scansystemen sowohl die Prozesszeit zu minimieren als auch die Bearbeitungsqualität zu maximieren. Unter Betrachtung des Gesamtsystems aus Laser und Scanner wird unter Variation der zeitlichen und räumlichen Energieeinbringung die Bearbeitungsstrategie optimiert. Anhand von Simulationen werden Einflüsse auf die Prozesszeit wie Scangeschwindigkeit, Regelungsstrategie des Scannersystems, Position Synchronized Output (PSO) analysiert. Weiterhin wird durch reale Applikationsversuche die Bearbeitungsqualität bestimmt und komplexe Zusammenhänge dargestellt.
Das Laserauftragschweißen (LMD) wird heutzutage als etabliertes Verfahren der Oberflächentechnik betrachtet. Das LMD ist eine häufig verwendete Technologie für hochwertige Reparaturen, Verschleiß- und Korrosionsschutz sowie Modifikationen an bestehenden Teilen. Eine neue Variante des bekannten LMD-Prozesses ist das Hochgeschwindigkeitslaserauftragschweißen (HS-LMD). Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass der Laserstrahl die Metallpartikel schon vor dem Auftreffen auf das Werkstück aufschmilzt und nicht erst auf dessen Oberfläche. Durch die Nutzung der einzigartigen Prozessmerkmale werden neue und in ihren Eigenschaften maßgeschneiderte Beschichtungssysteme möglich. Das HS-LMD kann in einem breiten Anwendungsspektrum eingesetzt werden: verschleißfeste Schichten auf Ventilen, Veredelung von Bremsscheiben, korrosionsbeständige Beschichtungen für Wellen. In der Präsentation werden aktuelle Ergebnisse unter Verwendung neuer Systemtechnologien und Prozessparameter vorgestellt.
Die Oberflächenrauheit beeinflusst wesentlich die Eigenschaften und Funktionalität von Werkstücken. Außerdem hat die Rauheit einen entscheidenden Einfluss auf die visuelle Erscheinung von Oberflächen. Deshalb wurde das Laserglätten von Edelstahl X5CrNi18/10 (1.4301) untersucht. Durch die Kombination eines 10 kW – Monomode Faserlasers mit einer ultraschnellen Strahlablenkung mittels Polygonscanner können sehr hohe Geschwindigkeiten und damit sehr hohe Flächenraten umgesetzt werden. Damit konnten industrierelevante Prozesszeiten erreicht werden. Durch die Oberflächenbehandlung wurde die Ausgangsrauheit von Sa = 0,22 μm auf ~0,10 μm um ~ 55% reduziert. Es wurde eine Flächenrate von bis zu 14.190 cm²/min erreicht.
In Zusammenarbeit mit dem Laserinstitut Hochschule Mittweida und gefördert im InnoTeam Programm der Sächsischen Aufbaubank wurde der Einfluss der Pulsdauer und des Burstmodus auf die Effizienz und Oberflächenqualität bei der Gravur von Werkzeugmaterialien mittels ultrakurzer Laserpulse erforscht und optimale Bearbeitungsregime gefunden. Die Kombination geeigneter Gravur- und Glättungsparameter sowie die Verwendung des Burstmodus im optimalen Fluenzbereich ermöglicht einen hochproduktiven Materialabtrag bei minimaler Anlagerung von Debris und minimaler Rauheit des Gravurbodens. Ebenfalls wurden Untersuchungen zu den bei der Ultrakurzpulslaserbearbeitung emittierten Röntgenstrahlung durchgeführt. Daraus resultiert eine gesteigerte Verantwortung für die Betreiber von Laseranlagen mit Ultrakurzpulslaser und den
Lasermaschinenbau.
Ultrakurzpuls-Laser haben sich in den vergangenen Jahren weit verbreitet, um hochpräzise Mikrostrukturen direkt in nahezu jedem Material zu realisieren. Trotz der derzeitigen Verfügbarkeit von UKP-Hochleistungslasern (bis zu mehreren hundert Watt) ist es immer noch eine Herausforderung, große Flächen, wie sie für Prägezylinder für Rolle-zu-Rolle Anwendungen benötigt werden, in einer für die industrielle Produktion akzeptablen Bearbeitungszeit zu strukturieren. In diesem Beitrag wurde ein hochkompakter ps-Laser mit Repetitionsraten von bis zu 8 MHz und einer mittleren Leistung von 500 W durch ein diffraktives optisches Element (DOE) auf 16 parallele Strahlen verteilt. Die Leistung wurde durch einen akusto-optischen Modulator pro Strahl moduliert.
Integriert in ein ultrahochpräzises Zylindergravursystem wurden die 16 Spots mit einer Genauigkeit von < 1 μm synchronisiert. Auf der Zylinderoberfläche wurden in einem Spot-zu-Spot Abstand von 20 μm Einzelspotdurchmesser von 13 μm erreicht. Verschiedene funktionale Mikrostrukturen wurden als Master realisiert.
Die Entwicklung von smarten Devices und Wearables erfordert individuelle Leiterstrukturen und leichte Elektronikbauteile. Die Schaffung von leitfähigen Strukturen auf bisher ungenutzten Flächen wie Gehäuseteilen ist ein wichtiger Entwicklungsschritt zur Reduzierung von Gewicht und Bauraumgröße. Der Inhalt dieses Artikels beschäftigt sich mit einem laserbasierten Verfahren, dass für spritzgegossene Kunststoffe verwendbar ist. Die jeweilige Oberfläche wird laserstrukturiert, danach in wässriger Lösung bekeimt und im Anschluss stromlos verkupfert. Für eine erfolgreiche und homogene Verkupferung sind die Laserparameter und die Parameter der Nasschemie von entscheidender Bedeutung.
Wir stellen einen kommerziellen Prototyp eines auf Multipasszellen basierenden Spektralverbreiterungs- und -komprimierungssystems vor. Er ist in der Lage 40 fs-Impulse von einem 250 fs-Treiberlaser mit hervorragender Effizienz von 92 % zu erzeugen, was zu einer Verfünffachung der Spitzenleistung führt. Bei der maximalen Eingangsleistung (10 W) ist die Stabilität so hoch wie die Stabilität des Treiberlasers.
Die Laserablation als Verfahren der Präzisionsbearbeitung gewinnt sowohl in den Bereichen der Forschung als auch der industriellen Fertigung an Bedeutung. Insbesondere für industrielle Anwendungen stellt neben den erreichbaren Genauigkeiten die Prozesseffizient einen wichtigen Faktor dar. Meist werden für Untersuchungen in der Forschung polierte Oberflächen für die Untersuchung des Ablationsprozesses verwendet. Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung der Ablationseffizienz von Metallen bei der Bearbeitung mit gepulster Laserstrahlung in Abhängigkeit der Oberflächenrauheit. Erste Ergebnisse zeigen Unterschiede zwischen der Bearbeitung mit kurzen Pulsen und ultrakurzen Laserpulsen. Während bei der Bearbeitung mit kurzen Laserpulsen die Ablationseffizienz mit zunehmender Oberflächenrauheit steigt, zeigen ultrakurze Laserpulse ein anderes Verhalten. Es konnten zwei Regime identifiziert werden. So wurde in einem ersten Bereich eine Abnahme der Ablationseffizienz bis zu einer gewissen Rauheit festgestellt, bevor wieder eine Zunahme der Effizienz stattfindet. Weiterhin lässt sich eine Abhängigkeit der Ablationseffizienz von der Einzelpulsenergie bzw. der mittleren Leistung bei konstanter Repetitionsrate erkennen.
Mikrolinsenarrays aus Glas sind optische Bauelemente, die durch ihre Komplexität die Funktion vieler größerer Linsen gleichzeitig übernehmen können. Damit lassen sich optische Anordnungen miniaturisieren und leichter machen. Die Herstellung solcher Elemente ist aber insbesondere bei mittleren und kleinen Stückzahlen eine Herausforderung. Am ifw Jena werden daher zwei direkte Herstellungsmethoden solcher Elemente untersucht: Der Laserabtrag mit Ultrakurzpulslasern sowie der Abtrag und die Politur mit CO2-Lasern. Die Experimente zeigen eine gute Homogenität der Linsen sowie eine hohe Prozessgeschwindigkeit.
Herstellung von Mikrostrukturen zur Beeinflussung des Bahndrehimpulses elektromagnetischer Strahlung
(2021)
Am Laserinstitut Hochschule Mittweida wird seit mehreren Jahren zur laserbasierten Herstellung mikrooptischer Bauelemente geforscht. Mit dem verwendeten Maskenprojektionsverfahren können, je nach Maskenform und Bewegungsregime, unterschiedliche optisch wirksame Strukturen erzeugt werden. Durch die Entwicklung zweier neuer Verfahrensvarianten der Fluorlaser-Mikrostrukturierung wird die Herstellung von sogenannten Mikro-Spiralphasenplatten und Fork-Gittern ermöglicht. Die Verfahrensvarianten sind dabei sehr flexibel bezüglich der realisierbaren Strukturgeometrie. Mit einem Satz Masken können Spiralphasenplatten mit unterschiedlichen Konfigurationen hergestellt werden. Für die Erzeugung von Fork-Gittern, dem beugungsoptischen Pendant der Spiralphasenplatten, müssen spezielle Kalziumfluorid-Masken angefertigt werden, was ebenfalls mittels Fluorlaser-Mikrostrukturierung erfolgt.
Durch den Einsatz eines Lasers mit einer grünen Wellenlänge von 515 nm, können stark reflektierende Materialien verarbeitet werden. Dies ermöglicht auch die additive Fertigung von Kupfer und Kupferlegierungen, die mit Infrarotwellenlänge nur schwer zu verarbeiten sind. In diesem Vortrag wird der Fortschritt bei der Herstellung von Kupfer und Kupferlegierungen mit dem grünen Laser, der durch die Erforschung von Prozessparametern erzielt wurde, präsentiert, es wird auf die einzigartigen Herausforderungen der Laserbearbeitung von hochreflektierenden, hochleitfähigen Materialien eingegangen und es wird ein direkter Vergleich zur Bearbeitung mit infrarotem Laser vorgenommen. Dabei werden Eigenschaften wie das Gefüge, die Dichte sowie die Härte untersucht. Dabei werden die folgenden beiden Verfahren betrachtet: das pulverbettbasiertes Laserschmelzen und das Laserauftragschweißen. Zum Schluss wird eine Übersicht mit möglichen Applikationen und Anwendungen, die für diese Verfahren geeignet sind, dargestellt.
In diesem Beitrag wird die Herstellung von Hybridbauteilen vorgestellt, welche aus konventionellem Al-Guss und additiv gefertigten Halbzeugen bestehen und mit Hilfe des Laserstrahlschweißens gefügt werden. Der Schwerpunkt
der Untersuchungen lag auf der Bestimmung der Schweißeignung der L-PBF Komponenten (laser powder bed fusion), da hierbei auf die mechanische Vorbereitung der Halbzeuge (Drehen/Fräsen) vor dem Schweißen verzichtet wurde. In diesem Zusammenhang wurde der Einfluss der Prozessparameter auf das Gefüge und die Porenbildung beim Laserstrahlschweißen von AlSi10Mg untersucht, um das Prozessfeld einzugrenzen.
In den letzten Jahren haben sich für die additive Fertigung von metallischen Werkstoffen mit pulver- und drahtbasierten Schmelzverfahren Hochenergiestrahlverfahren mittels Laser- und Elektronenstrahl durchgesetzt. Dabei eröffnet die additive Herstellung z.B. durch Laser powder bed fusion (LPBF), auch als Selective Laser Melting (SLM) bekannt, vollkommen neue Designmöglichkeiten und Fertigungsstrategien. Zur wirtschaftlichen Herstellung größerer Bauteile bietet sich die Hybridbauweise unter Nutzung von Fügeverfahren, wie z.B.das LB- und EB-Schweißen, an. Der vorliegende Beitrag beschäftigt sich mit vergleichenden Untersuchungen zur Schweißbarkeit von aus Pulver additiv gefertigtem Material und der konventionellen Gusslegierung aus AlSi10Mg als Referenz. Unabhängig von der verwendeten Energiequelle (10 kW Monomode Faserlaser; 15 kW Elektronenstrahl) kam es beim pulverbasierten LPBF-Material zu einer ausgeprägten Porenbildung in den Schweißnähten, die beim Elektronenstrahlschweißen durch Nutzung einer Mehrspot-Technik reduziert werden konnte.
Das pulverbasierte Multi Jet Fusion Verfahren (MJF) hat sich seit der Einführung 2016 in der additiven Serienfertigung etabliert. Einige Anwendungsfelder von MJF-Bauteilen werden jedoch durch eine prozessbedingt körnige Oberfläche mit Rauheiten von Ra > 5 μm eingeschränkt. Ziel dieser Forschungsarbeit ist daher die Identifikation und Charakterisierung von Methoden zur Reduzierung der Rauheit sowie zur Anpassung der optischen und haptischen Oberflächeneigenschaften. Im Mittelpunkt steht die Glättung durch Laserstrahlpolieren (LSP). Damit ist es möglich, den PA12-Kunststoff lokal aufzuschmelzen und die Rauheit auf Ra < 1 μm zu reduzieren. Anschließend können zusätzlich Verfahren wie Metallisieren oder Pulverbeschichten eingesetzt werden, um funktionelle Eigenschaften der Bauteiloberflächen anzupassen.
Ziel dieser Untersuchungen war die Erforschung der Grundlagen für die Entwicklung einer neuartigen optoakustischen Messtechnologie für eine mobile, zerstörungsfreie Bestimmungsmethode des strukturellen Zustands von Asphaltfahrbahnen. Diese basiert auf der Impulseinkopplung hochenergetischer Laserpulse, die in die Fahrbahnoberfläche eingetragen werden und auf der Auswertung der Ausbreitungs- und Reflexionsmuster der so generierten Körperschallwellen. Hierfür wurden in einem ersten Schritt Laborversuche zur generellen Signalgenerierung durch laserinduzierte Schockwellen in Asphaltkörpern vorgenommen und deren potenzielle Ausbreitungsreichweite für die Anwendung auf realen Asphaltfahrbahnen untersucht. Für die Untersuchung an den Asphaltprobekörpern wurde eine Laboranlage mit einem integrierten KrF-Excimerlaser LPX Pro 305F (Wellenlänge 248 nm, Pulsdauer 30 ns, Pulswiederholfrequenz 1-50 Hz & maximale Pulsenergie 1,2 J) verwendet
Moderne Hochleistungslaser mit ultrakurzen Pulsdauern benötigen angepasste Prozessregime zum effizienten Umsatz der hohen bereitgestellten optischen Leistungen bei der Materialbearbeitung. Eine Möglichkeit ist die Aufteilung des Laserstrahles in mehrere Teilstrahlen zur simultanen Bearbeitung. Erste Ergebnisse in diesem Regime zeigten spezielle Anordnungen des sich wieder abgelagerten Materials auf der Materialoberfläche. Diese Anordnungen wurden bei verschiedenen geometrischen Pulsabständen, Pulsenergien und Pulsanzahlen reproduzierbar erzeugt. In Abhängigkeit der Parameter der Multispot-Ablation und der resultierenden unterschiedlichen Interaktionen konnten neben runden Debris-Anordnungen auch Materialjets aus agglomerierten Partikeln oder Anhäufungen des Debris zwischen den Laserspots erzeugt werden. Die Materialjets erreichen Ausdehnungen von bis zu mehrerer Hundert Mikrometer.
Ein übergeordnetes Ziel ist es, neue Untersuchungs- und Simulationsmethoden zu entwickeln, die es gestatten, bereits in einer frühen Produktentwicklungsphase ganzheitlich quantitative und prädiktive Aussagen hinsichtlich der physikalischen und thermomechanischen Eigenschaften des Produktes vorherzusagen bzw. treffen zu können. Im Mittelpunkt stehen dabei die thermisch induzierten Störgrößen, die zu Fokus-Shift, Strahllageinstabilitäten
oder aber Änderungen der Strahlungsintensität führen, welche besonders kritisch bei der Verwendung von hochbrillanten Laserstrahlquellen sind. Diese Einflussgrößen sind derzeit nicht realistisch vorhersagbar bzw. höchstens auf eine Domäne, als optimierte Vorhersage in der Entwicklung von neuen Lasermaterialbearbeitungsanlagen möglich. Hierzu soll eine Kopplung von optischer, thermischer und mechanischer Simulation (gekoppelte Multiphysikmodelle) zur Auslegung von Strahlführungs- und Strahlformungselementen für eine Lasermaterialbearbeitungsanlage durchgeführt werden.
Al-Si-Legierungen werden bevorzugt zur Fertigung von Druckgusserzeugnissen eingesetzt. Die Einsatzbereiche für diese sind sehr vielschichtig und erstrecken sich über viele Branchen, wie bspw. die Automobil- und Luftfahrtindustrie. Wegen der komplexen Prozessführung und der Vielzahl an Einflussgrößen unterliegt der Gussprozess mittleren Ausschussraten von ca. 10 %. Dabei führen kleinste Defekte, wie Poren oder Gestaltabweichungen im Bereich von Dichtflächen dazu, dass die Funktionalität des Bauteils nicht mehr gegeben ist. In diesem Fall wird das Bauteil wieder der Schmelzebeschickung zugeführt und erneut gegossen. Daraus resultieren Leerzeiten in nachgelagerten Prozessschritten oder eine Überproduktion. Ein Ansatz um dies zu umgehen, stellt die Instandsetzung der Defektstellen mittels automatisiertem Laserauftragschweißen dar. In der vorliegenden Veröffentlichung erfolgte dazu eine umfassende Prozesscharakterisierung. Prozessgrenzen, die Optimierung
des Aufmischungsgrades und die Adaption des Energieeintrages beim Volumenaufbau wurden untersucht.
Das am LHM etablierte Verfahren des Mikro-SLM ist eine Weiterentwicklung des bereits seit mehreren Jahren in der Industrie etablierten „makroskopischen“ Selektiven Laserschmelzen (SLM). Unter Verwendung von idealen Parametern wurden unter Zuhilfenahme der VDI3405 Bauteile, Teststrukturen unterschiedlicher Art und Struktur und ein Demonstrator aus den Edelstahlpulvern 316L und 17-4PH angefertigt. Die Besonderheiten des Verfahrens sind der geringe Fokusdurchmesser von <30 μm und die geringen Pulverkorngrößen von <10 μm. Dadurch können Bauteile mit extrem kleinen Strukturauflösungen realisiert werden.
Durch Anwendung von Röntgenbeugung (XRD) unter Verwendung von Synchrotronstrahlung konnte der erste direkte Nachweis lokaler Kristallisation dünner Co-Fe-B-Schichten (10 nm), hervorgerufen durch Laserbestrahlung (λ = 1064 nm), erbracht werden. Untersucht wurde die Abhängigkeit der Kristallisation von verschiedenen Bestrahlungsparametern, wie Scangeschwindigkeit und Intensität (cw). Zudem wurde ein Vergleich mit dem herkömmlichen Verfahren des Heizens im Vakuumofen durchgeführt, wobei hier Heiztemperatur und –dauer variiert wurden. Eine systematische Untersuchung dünner Co-Fe-B-Schichten mit unterschiedlicher Stöchiometrie und zusätzlichen verschiedenen benachbarten Schichten aus Ru, Ta und MgO mit Hilfe von XRD und SQUIDMagnetometrie ermöglichte die detaillierte Aufklärung der Kristallisationszusammenhänge.
Beim Schnellladen von Elektrofahrzeugen über die CCS-Schnittstelle kommt es zu sporadischen Abbrüchen der Ladevorgänge.
Eine Störung der sicherheitsrelevanten Ladekommunikation zwischen Ladestation und Fahrzeug ist ein häufiger Grund. In der Arbeit werden die Einflussgrößen für einen erfolgreichen Ladevorgang aus Sicht der EMV erläutert.
Ziel der aufgeführten Untersuchungen ist es, die Ursachen zu ermitteln und Abhilfemaßnahmen zu entwickeln, welche möglichst einfach technisch zu realisieren sind. Der Fokus wird dabei auf Bereiche der Ladesysteme gelegt, die bisher noch nicht ausreichend spezifiziert sind.
Die vorliegende Arbeit behandelt den Aufbau und die Charakterisierung von Prüfzubehör für das Aufladen von Elektrofahrzeug-Batterien an einem Wechselstrom-Anschluss. Die gemessenen Störspannungspegel dieses Prüfzubehörs zeigen die Eignung für Zulassungs-Messungen nach der internationalen Vorschrift UN ECE – R 10. Der modulare Aufbau ermöglicht die Anpassung an zukünftige Anforderungen oder an das Laden am Gleichstromanschluss.
Die Industrie fordert verstärkt die mobile Einsetzbarkeit von ERP-Systemen, verbunden mit einer hohen Daten und Informationssicherheit [1]. Zur räumlich und zeitlich flexiblen Erfassung und Nutzbarmachung digitaler Daten mittels mobiler Endgeräte erfolgte im Eerbundforschungsprojekt Framework Enriched
Data Assembly – FrEDA die webbasierte Entwicklung eines praxistauglichen und industrieorientierten Frameworks. Dieses Framework ist verantwortlich für den Datenaustausch zwischen Mini- oder Kleinanwendungen (Apps) und datenbankbasierter Software (ERP-System) und findet Anwendungen in Montageprozessen und der dazugehörigen Logistik. Der Beitrag zeigt Möglichkeiten, wie an manuellen Montagearbeitsplätzen die Daten aus dem ERP-System über das Framework direkt mit den digitalen Etiketten (Electronic Shelf Label - ESL) verknüpft und visualisiert werden können. Ein Beispiel ist die Applikation der Auftragsbegleitkarte aus dem ERP-System, um damit die Prozessschritte auf den Electronic Shelf Labels am Montagearbeitsplatz automatisiert anzuzeigen.
Autonome, fahrerlose Einzelfahrer bei der Bahn können ein Ansatz sein, um wieder mehr insbesondere Güterverkehr von der Straße auf die Schiene zu holen. Hintergrund, Probleme und Lösungsansätze werden aufgezeigt. Dann erfolgt eine Vorstellung der in den letzten Jahren an der Hochschule Mittweida vor allem im Rahmen studentischer Projekte entwickelten Modellanlage zu ATLAS – „Asynchroner Transport-, Logistik- und Automatisierungsmodus auf der Schiene“. Das System wurde bereits auf der IWKM 2018 vorgestellt, seitdem gibt es signifikante Weiterentwicklungen insbesondere im Rahmen studentischer Arbeiten. Diese werden auch im Bezug zur realen Technik des autonomen und vernetzten Fahrens beschrieben und Perspektiven aufgezeigt.
In ländlichen Räumen bestehen große sowie wachsende Herausforderungen bei der Versorgung mit öffentlichen Verkehrsangeboten. Zugleich besitzt ländliche Mobilität große Potenziale in allen drei Nachhaltigkeitsdimensionen. Im Projekt „Smarte Mobilitätsketten im ländlichen Raum“ entwickelt ein interdisziplinäres Team aus Wissenschafts- und Praxispartnern bis Ende 2021 komplementäre Lösungen für den ÖPNV im Erzgebirge auf Basis vernetzter, multimodaler Angebote. Die Betrachtung reicht über neue Service-, Wege- und Wertschöpfungsketten bis hin zur Bewertung der Umsetzbarkeit und Vorteilhaftigkeit. Im Beitrag werden das Projektdesign, der angewendete Methodenmix und die Schnittstellen zwischen Gesellschaft/Nutzern, Technologie, Markt sowie Recht aufgezeigt und erste Zwischenergebnisse zu identifizierten Innovationsbarrieren, Verbesserungsmöglichkeiten sowie zu neuen Denkansätzen und Modulbausteinen für ländliche Mobilität präsentiert.
Mit diesem Beitrag wollen wir Ihnen einen Einblick zum gezielten Einsatz der Blockchain-Technologie für Mobilitätsanwendungen geben.
Im Fokus steht dabei die Entwicklung der digitalen Identität für verschiedene Mobilitätsträger. Dabei werden heutige und zukünftige Anforderungen aufgezeigt und aktuelle Entwicklungen betrachtet. Mit der dezentralen Blockchain-Technologie soll beispielsweise ein Fahrzeug in der Lage sein, seine digitale Identität selbst zu verwalten, ohne von einem zentralen Identitätsdienstleister abhängig zu sein. Am Beispiel einer dezentralen Plattform für Sharing Mobility im ländlichen Raum wird die Bedeutung digitaler Identitäten für Mobilitätsträger erforscht und ein Ausblick auf zukünftig in der Geschäftswelt autonom handelnde Fahrzeuge gegeben. Es wird praxisnah gezeigt, wie die Blockchain-Technologie helfen kann, die Anforderungen an eine digitale Identität für Mobilitätsträger zu erfüllen und wie diese in einem nachhaltigen Geschäftsmodell Anwendung finden kann
Der Technologiesprung zum autonomen Fahren steht kurz bevor – und damit auch die Umsetzung im öffentlichen Straßenverkehr. Was technisch bereits in greifbare Nähe gerückt ist, stellt juristisch aber eine große Herausforderung dar. Wie soll autonomes Fahren reglementiert werden? Haftungs- und Strafbarkeitsfragen müssen vollkommen neu gedacht werden – und sind vermutlich nicht rechtssicher lösbar. Gleichzeitig gerät der deutsche Gesetzgeber unter internationalen Umsetzungsdruck.
Automatisierte und vernetzte Fahrfunktionen sind bei vielen Herstellern / OEMs bereits verbaut.
Dabei ändert sich der Charakter dieser Funktionen von der reinen Anzeige über unterstützende Eingriffe hin zur automatisierten Bewältigung von Fahraufgaben. Wir zeigen wie diese Fahraufgaben durch die Vernetzung der Fahrzeuge mit der Infrastruktur, aber auch mit anderen Verkehrsteilnehmern zur Steigerung der Effizienz und Verkehrssicherheit beitragen kann. Dafür werden bestehende und in der Entwicklung befindliche Nachrichtentypen untersucht und deren Beiträge zur Mobilität der Zukunft herausgearbeitet. Abschließend werden die Testkorridore
in verschiedenen sächsischen Städten betrachtet, die speziellen Arbeitsinhalte dargestellt und ein Ausblick auf weitere Entwicklungen und den Betrieb solcher Testfelder am Beispiel Sachsen vorgenommen.
Das Themenfeld Bauen trägt wesentlich zum Klimawandel bei. Bisher wird versucht, mit Effizienz- und Konsistenzmaßnahmen in Erstellung und Betrieb gegen eine weitere Aufheizung zu wirken. Die Nachhaltigkeitsstrategie der Suffizienz wird bisher kaum verfolgt, ein vor kurzem begonnenes Fallbeispiel zur Erhöhung von Wohnflächeneffizienz wird nachfolgend dargelegt.
Das Projekt „Flächennutzung optimieren – Neubaudruck mindern (OptiWohn)“ untersucht kommunale Handlungsmöglichkeiten, um in wachsenden Städten dem Wohnraumbedarf nicht (nur) mit Neubau, sondern vor allem im Bestand zu begegnen. Denn auch in den beteiligten Projektstädten Göttingen, Köln und Tübingen finden sich leerstehende oder mindergenutzte Gebäude und Wohnungen. Im Rahmen einer Online-Umfrage haben rund 2.500 Teilnehmende auf Fragen zu ihrer Wohnsituation und der wahrgenommenen Wohnqualität geantwortet. Trotz recht überwiegender Zufriedenheit zeigt die Auswertung eine weit verbreitete Bereitschaft auf Seiten der Wohnenden, weniger Wohnraum in Anspruch zu nehmen. Der Beitrag stellt ausgewählte Ergebnisse und mögliche Handlungsoptionen vor, um das Potenzial einer optimierten Wohnflächennutzung zu erschließen.
Suffizientes Wohnen erfordert eine Architektur-,
Gebäude- und Freiraumplanung, bei der die Befriedigung der individuellen Wohnbedürfnisse unter Einhaltung lokaler und globaler ökologischer Belastungsgrenzen im Mittelpunkt steht. Schlüsselelemente bilden hierbei die absolute Produktion der Wohnfläche pro Kopf, die bedürfnisorientierte Anpassungsfähigkeit der Wohn- und Nutzflächen sowie weiterer energie- und ressourcenverbrauchsrelevanter Eigenschaften des Gebäudes, die Bereitstellung multifunktionaler Flächen und Räume für suffiziente Alltagspraktiken und der Einbezug von Freiflächen mit Nutz- und Aufenthaltsqualität. Darüber hinaus sind Standort, Eigentumsverhältnisse und Organisation der Objekte wichtige Randbedingungen für die Umsetzung von Suffizienz. Zugleich bedarf es der Vermittlung kultureller Praktiken für einen sachgerechten, wertschätzenden und maßvollen Umgang mit Ressourcen, Infrastrukturen und der Umwelt. Diese Aspekte werden anhand eines Bauprojektes vorgestellt, welches das ifeu wissenschaftlich begleitet.
Um den ökologischen Wandel zu ermöglichen, ist eine Energie- und Ressourcenwende nötig. Der bürgerschaftliche Protest gegen den Bau von erneuerbaren Energieumwandlungsanlagen sowie heimische Rohstoffgewinnung hat allerdings zugenommen. Teile der Bevölkerung sind sowohl mit neuen Vorhaben per se, als auch den Informations- und Beteiligungsmöglichkeiten unzufrieden. Unternehmen können auf Basis von StakeholderInnenanalysen sowie angepassten Kommunikationsmaßnahmen die projektbezogene Akzeptanz erhöhen. Die Befragung sächsischer UnternehmensvertreterInnen zeigt jedoch, dass die UnternehmerInnen sich der Vielzahl der StakeholderInnengruppen nicht bewusst sind und sie das Akzeptanzniveau der sächsischen Bevölkerung besser einschätzen, als es in Wirklichkeit ist. Zudem fehlen Unternehmen personelle und finanzielle Ressourcen für Analysen und die Umsetzung akzeptanzsteigernder Maßnahmen