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This paper looks at current projects in the field of Blockchain in education, their specific areas of application, possible advantages and weaknesses. Three examples developed by the team of authors are introduced in detail. First: Gallery-Defender a Serious Game, which was adapted to serve as a demonstrator in a stand-alone version to show the possibility to carry out exams directly from within the game and store the grades and meta-data on Blockchain. Second: Art-Quiz, an e-learning tool, which can be integrated into existing LMS systems and map exam results and further data using Blockchain technologies. Both were developed following an iterative design process. And third: The results of a focus group, which simulated the assignment of grades after an oral online exam. The three examples presented here are based on the Blockchain system Ardor/Childchain Ignis, but each demonstrator has a different set of features and approaches.
In addition, the integration of various Blockchain solutions was conceptually designed to make a Multi-Chain model possible.
Dieses Paper ist eine überarbeitete Kurzfassung der Bachelorarbeit, welche 2019 von der Autorin unter dem gleichen Titel geschrieben wurde. Sie setzt sich mit der Herausforderung, kleine Zahlungen effizient mithilfe der Blockchain umzusetzen, auseinander. Ziel ist dabei, verschiedene Ansätze vorzustellen und ihr Potenzial zu prüfen. Prinzipiell hat der Einsatz von Micropayment-Schemas das Ziel, (häufige) Zahlungen von Kleinbeträgen in der Abwicklung möglichst effizient zu gestalten. Das Ungleichgewicht, dass die Kosten einer Zahlung den zu zahlenden Betrag übersteigen, gilt es insbesondere auf der Blockchain zu vermeiden. In diesem Paper werden verschiedene Ansätze für Micropayments vorgestellt und nach verschiedenen Punkten untersucht werden. Dabei wird unter anderem Wert auf die Kostenminimierung, Sicherheit und dezentrale Umsetzbarkeit gelegt. Aber auch die Anwendbarkeit und Ressourcenanforderung der verschiedenen Schemata sollen in dieser Arbeit betrachtet werden.
With the increasing usage of blockchain technology, legal challenges such as GDPR compliance arise. Especially the right of erasure is considered challenging as blockchains are tamperproof by design. Several approaches investigated
possibilities to weaken the tamperproof aspect of blockchains in favor of GDPR compliance. This paper presents several approaches, then focuses on chameleon hash functions by evaluating the possibility to use these specific functions in a private blockchain. The goal of the built system is to take a step towards the digitization of the bill of lading used in international trade. This paper describes the developed software as well as the core considerations around the system such as network design or block structure.
Both cryptocurrency researchers and early adopters of cryptocurrencies agree that they possess a special kind of materiality, based on the laborious productive process of digital ‘mining’ [1]. This idea first appears in the Bitcoin White Paper [2] that encourages Bitcoin adopters to construct and justify its value in metaphoric comparison to gold mining. In
this paper, I explore three material aspects of blockchain: physical infrastructure, human language and computer code. I apply the concept of 'continuous materiality' [3] to show how these three aspects interact in practical implementations of blockchain such as Bitcoin and Ethereum. I start from the concept of ‘digital metallism’ that stands for ‘fundamental value’ of cryptocurrencies, and end with the move of Ethereum to ‘proof-of-stake’, partially as a countermeasure against ‘evil miners’. I conclude that ignoring material aspects of blockchain technology can only further problematize complicated relations between their technical, semiotic and social materiality.
In der Anfangszeit der Distributed Ledger Technologies (DLT) waren die hauptsächlichen Betrachtungswinkel die der Disruption des Bank- und Finanzwesens.
Mit dem Aufkommen des Systems Ethereum im Jahr 2015, hat die Auseinandersetzung mit der Anwendung von Blockchain in weiteren Branchen, an Bedeutung gewonnen. Eine davon ist die Logistik und das Supply Chain Management (SCM). Gerade in Deutschland spielt der Logistiksektor eine große Rolle, nach der Beschäftigtenzahl ist er die drittgrößte Branche und erzielt einen Umsatz von rund 258 Milliarden Euro. Im Beitrag werden konkrete Anwendungsfelder identifiziert und gezeigt welche potentiellen Vorteile sich dort, durch den Einsatz von DLT, erzielen lassen. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf der Einschätzung der Technologie hinsichtlich ihrer Sicherheitseigenschaften.
Im Beitrag wird den Fragen nachgegangen, ob Datensicherheit mithilfe von DLT verbessert werden kann und auf welchem Wege.
After creating a new blockchain transaction, the next step usually is to make miners aware of it by having it propagated through the blockchain’s peer-to-peer network. We study an unintended alternative to peer-to-peer propagation: Exclusive mining. Exclusive mining is a type of collusion between a transaction initiator and a single miner (or mining pool). The initiator sends transactions through a private channel directly to the miner instead of propagating them through the peerto-peer network. Other blockchain users only become aware of these transactions once they have been included in a block by the miner. We identify three possible motivations for engaging in exclusive mining: (i) reducing transaction cost volatility (“confirmation as a service”), (ii) hiding unconfirmed transactions from the network to prevent frontrunning and (iii) camouflaging wealth transfers as transaction costs to evade taxes or launder money. We further outline why exclusive mining is difficult to prevent and introduce metrics which can be used to identify mining pools engaging in exclusive mining activity.
Mehr als 50 Milliarden physische Objekte sollen bis 2020 mit dem Internet verbunden sein. Diese reichen von kleinen und rechenarmen RFID-Systemen bis zu komplexen Geräten wie Smartphones, intelligenten Geräten und Fahrzeugen.
Für dieses Internet of Things (IoT) bedarf es eines Systemvertrauens, da die Nutzung intelligenter Dienste über das Internet ohne menschliches Eingreifen geschieht. Heute vorhandene zentrale Vertrauensinstanzen für IoT verlieren aufgrund von Hacker- und Cyberangriffen ihr Vertrauen. Mit der Blockchain existiert eine Vertrauensarchitektur, die es dem Menschen erlaubt, einem System und seinen Komponenten, und nicht einer zentralen Instanz zu vertrauen. Kann die Symbiose von Blockchain und IoT Vertrauen generieren? Dieser Artikel präsentiert eine systematische Literaturübersicht zum Konzept Vertrauen im Kontext der Blockchain-Technologie für das IoT und deren Geschäftsmodelle.
Das Ziel dieses Beitrags ist die Darstellung der aktuellen Entwicklungen im Zusammenspiel von Blockchain und IoT, um diese als Blaupause für die Schaffung von Vertrauen in weiteren Anwendungsfeldern nutzen zu können.
The set of transactions that occurs on the public ledger of an Ethereum network in a specific time frame can be represented as a directed graph, with vertices representing addresses and an edge indicating the interaction between two addresses.
While there exists preliminary research on analyzing an Ethereum network by the means of graph analysis, most existing work is focused on either the public Ethereum Mainnet or on analyzing the different semantic transaction layers using
static graph analysis in order to carve out the different network properties (such as interconnectivity, degrees of centrality, etc.) needed to characterize a blockchain network. By analyzing the consortium-run bloxberg Proof-of-Authority (PoA) Ethereum network, we show that we can identify suspicious and potentially malicious behaviour of network participants by employing statistical graph analysis. We thereby show that it is possible to identify the potentially malicious
exploitation of an unmetered and weakly secured blockchain network resource. In addition, we show that Temporal Network Analysis is a promising technique to identify the occurrence of anomalies in a PoA Ethereum network.
Diese Arbeit befasst sich mit dem Prozess des Minings von Bitcoin. Dabei soll erklärt werden, wie elektrische Energie genutzt wird, um neue Blöcke zur Blockchain hinzuzufügen und welche Renditen dabei zu erwarten sind. Gleichzeitig soll geklärt werden, ob das Mining von Bitcoin ein Geschäftsmodell ist, mit welchem Anlagen zur Erzeugung erneuerbarer Energie auch ohne Förderung durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) wirtschaftlich betrieben werden können.
Es wird beschrieben, wie sich diverse Einflussgrößen auf die Wirtschaftlichkeit des Minings auswirken. Eine Auswahl an Mining-Hardware wird hinsichtlich ihrer zu erwartenden Erträge geprüft. Außerdem werden die Risiken dieses Geschäftsmodells näher betrachtet.
Decentralizing Smart Energy Markets - tamper-proof-documentation of flexibility market processes
(2020)
The evolving granularity and structural decentralization of the energy system leads to a need for new tools for the efficient operation of electricity grids. Local Flexibility Markets (or "Smart Markets") provide platform concepts for market based congestion management. In this context there is a distinct need for a secure, reliable and tamper-resistant market design which requires transparent and independent monitoring of platform operation. Within the following paper different concepts for blockchain-based documentation of relevant processes on the proposed market platform are described. On this basis potential technical realizations are discussed. Finally, the implementation of one setup using Merkle tree operations is presented by using open source libraries.
Procurement processes are deemed to lack supporting digital technologies that raise efficiency and automation.
Blockchain solutions are piloted in procurement in order to offer a decentralized IT infrastructure covering these needs. This paper aims at identifying current blockchain approaches in the field of procurement and presenting affected business processes. In order to get an overview of the current state of the art, a systematic literature mapping is conducted.
Moreover, the out-comes are gathered and categorized in a classification scheme. Based on the analysis, systematic maps are presented to showcase relevant findings. Within the findings, several blockchain use cases in the field of procurement are identified and information about addressed challenges, utilized blockchain frameworks and affected business processes are extracted.
The financial world of blockchains is mostly covered by Bitcoin, taking up about 210 billion dollars in market cap. Despite the huge security and independence which the technology offers to the users, it's not quite easy to adapt with upcoming applications due to the regulated infrastructure behind. For small-scale transactions, everyday use applications or the access to a variety of crypto technologies and projects, Bitcoin is relatively limited in future development. The compatibility for most of those applications is covering currencies from more development-driven blockchains like Ethereum. Those want to reach out for the user base that's already in hold of Bitcoins and offer them a seamless transition to new applications without the risk of losing their funds. Within the article, atomic swaps and tokenization are covered up and current approaches compared. Both mechanisms are used to fulfill this symbiosis between Bitcoin and Ethereum.
To get a more practical view, an example on how to implement such a tokenization within an app is shown. This will give deeper insights and offers inspiration for digital identity-based app development.
Dieses Paper beschreibt die Implementierung eines Live-Systems für die Erstellung von Cold Storage Wallets.
Ziel soll es sein, einen sicheren und einfachen Erstellungsprozess von Paper-Wallets unter hohen Sicherheitsansprüchen zu ermöglichen.
Der Quellcode ist abrufbar unter https://github.com/envake/vinktar-live
To enable smart devices of the internet of things to be connected to a blockchain, a blockchain client needs to run on this hardware. With the Trustless Incentivized Remote Node Network, in short Incubed, it will be possible to establish a decentralized and secure network of remote nodes, which enables trustworthy and fast access to a blockchain for a large number of low-performance IoT devices. Currently, Incubed supports the verification of Ethereum data. To serve a wider audience and more applications this paper proposes the verification of Bitcoin data as well, which can be achieved due to the modularity of Incubed. This paper describes the proof data that is necessary for a client to prove the correctness of a node’s response and the process to verify the response by using this proof data as well. A proof-object which contains the proof data will be part of every response in addition to the actual result. We design, implement and evaluate Bitcoin verification for Incubed. Creation of the proof data for supported methods (on the server-side) and the verification process using this proof data (on the client-side) has been demonstrated. This enables the verification of Bitcoin in Incubed.
Mathematics behind the Zcash
(2020)
Among all the new developed cryptocurrencies, Zcash comes out to be the strongest cryptocurrency providing both transparency and anonymity to the transactions and its users by deploying the strong mathematics of zk-SNARKs. We discussed the zero knowledge proofs as a building block for providing the functionality to zk-SNARKs. It offers schnorr protocol which is further used in Zcash transactions where the validation of sent transaction is proved by cryptographic proof. Further, we deploy zk-SNARKs following common reference string that allows sender to prove that she knows a secret such that the proof is succinct, can be verified and does not leak the secret. Non-malleability, small proofs and effective verification make zk-SNARKs a classic tool in Zcash. We deal with NP problems therefore we have considered the elliptic curve cryptography to provide the security. Lastly, we explain Zcash transaction, the corresponding transaction completely hides the sender, receiver and amount of transaction using zero knowledge proof.
This paper analyses the status quo of large-scale decision making combined with the possibility of blockchain as an underlying decentralized architecture to govern common pool resources in a collective manner and evaluates them according to their requirements and features (technical and non-technical). Due to an increasing trend in the distribution of knowledge and an increasing amount of information, the combination of these decentralized technologies and approaches, can not only be beneficial for consortial governance using blockchain but can also help communities to govern common goods and resources. Blockchain and its trust-enhancing properties can potenitally be a catalysator for more collaborative behavior among participants and may lead to new insights about collective action and CPRs.
Cryptocurrencies are characterized by high volatility, both in the short and long term. Experienced traders exploit this to make profits from price fluctuations by swing trading. However, this requires closely observing and analyzing the prices and trading positions at the right time. Only a few specialists, who spend time focusing on this, or optimized trading bots are able to actually make continuously profits. The autradix protocol is a selfoptimizing and self-learning parametric trading algorithm that analyzes price actions in real-time and adaptively optimizes the algorithm’s parameters to realize the user’s investment objective. Embedded in an adaptive genetic algorithm, possible parameterizations are simulated and the optimal for the investigated trading pairs are calculated. The generic trading protocol API enables coupling with various crypto exchanges and decentralized protocols. A smart contract based decentralized, trustless, and tokenized fund, controlled by a DAO, enables users to invest, operate trading agents, and to participate in the profits generated according to their share.
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.
With the advancement in cryptography and emerging internet technology, electronic voting is gaining popularity since it ensures ballot secrecy, voter security, and integrity. Many commercial startups and e-Voting systems have been proposed, but due to lack of trust, privacy, transparency, and hacking issues, many solutions have been suspended. Blockchain, along with cryptographic primitives, has emerged as a promising solution due to its transparent, immutable, and decentralized nature. In this paper, we summarized the properties that existing solutions should satisfy and explained some cryptographic primitives like ZKP, Ring signatures along with their security limitations. We gave a comprehensive review of some blockchain-based e-Voting systems and discussed their strengths and weaknesses based on the given properties with table of comparison.
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.
Abstract: Blockchain Technology has become an innovative, mature tool for digital transformation, disrupting more and more application areas in their business processes, values, or even economic models. This paper leverages more than 30 academic publications on prototypes and their Blockchain-based use cases to transact certificates in the context of public education. The conceptual design and guiding ideas are reflected in the practical application development for the Federal Ministry of Education and Research ECHT! project within the showcase region WIR! in Mittweida and are used for the research design. During this approach we applied agile methods and the current certificate process to propose a comprehensive disclosure of a new software prototype including a three-layered architecture with multi-stakeholder components. The artefact instantiation contributes to the practical knowledge base within Information System Research and specifically in digital certificate processes starting from creation, searching, and proofing up to revoking by consideration of an existing IT landscape as well as organizational hierarchy.
Over the last two decades, the rapid advances in digitization methods put us on the fourth industrial era’s cusp. It is an era of connectivity and interactivity between various industrial processes that need a new, trusted environment to exchange and share information and data without relying on third parties. Blockchain technologies can provide such a trusted environment. This paper focuses on utilizing the blockchain with its characteristics to build machine-to-machine (M2M) communication and digital twin solutions. We propose a conceptual design for a system that uses smart contracts to construct digital twins for machines and products and executes manufacturing processes inside the blockchain. Our solution also employs the decentralized identifiers standard (DIDs) to provide self-sovereign digital identities for machines and products. To validate the approach and demonstrate its applicability, the paper presents an actual implementation of the proposed design to a simulated case study done with the help of Fischertechnik factory model.
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.
Bitcoin's energy consumption and social costs in relation to its capacity as a settlement layer
(2021)
Bitcoin runs on energy. The decentralized network’s amount of energy consumption has resulted in multifaceted discussions about its efficiency and environmental impact. To put Bitcoin’s energy consumption into perspective, we propose to relate (a) the energy consumption in TWh and (b) resulting social costs in the form of carbon emissions to the Dollar value settled on the Bitcoin network. Both metrics allow to relate and quantify the capacity of Bitcoin as a settlement layer to the network’s energy consumption and resulting carbon missions, or social costs. We find that in early 2021 Bitcoin (a) settles between $2,333 and $7,555 for each Dollar spent on energy and (b) that, on average, a Dollar settled on the Bitcoin blockchain causes in social costs between 0.007% and 0.01%, depending on the estimated energy consumption converted into the costs of carbon emissions. These results help to assess the efficiency, cost and sustainability of Bitcoin and may allow a comparison of Bitcoin with existing settlement base layers such as Fedwire or gold
Blockchain and other distributed ledger technologies are evolving into enabling infrastructures for innovative ICT-solutions. Numerous features, such as decentralization, programmability, and immutability of data, have led to a multitude of use cases that range from cryptocurrencies, tracking and tracing to automated business protocols or decentralized autonomous systems. For organizations that seek blockchain adoption, the overwhelming spectrum of potential application areas requires guidance reducing complexity and support the development of blockchain-based concepts. This paper introduces a classification approach to provide design and implementation guidance that goes beyond current textbook classifications. As an outcome, a typology for management and business architects is developed, before the paper concludes with an instantiation of existing use cases and a discussion of their classes.
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.
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.
Mapping identities, digital assets, and people’s profiles on the internet is getting much traction in the blockchain cosmos lately. The new technology is currently forming architectures that will further pave new ways to reach fundamental mechanisms to interact in a decentralized, user-centered manner. These schemes are often declared as the next generation of the web. Within the article will be shown, how the internet has evolved in managing identities, what problems arose, and how new data architectures help build applications on top of privacy rights. Both technological and ethical perspectives are viewed to answer which guidelines should be considered to fulfill the upcoming branch of decentralized services and what we can learn from historical schemes regarding their privacy, accounting, and user data.
Global challenges like climate change, food security, and infectious diseases such as the COVID-19 pandemic are nearly impossible to tackle when established experts and upstart innovators work in silos. If research organizations, governments, universities, NGOs, and the private sector could collaborate on these challenges more easily, lasting solutions would certainly come more quickly. Aligned with the United Nations’ Sustainable Development Goals, SAIRA connects key players in different arenas: scientists and engineers at research and technology organizations (RTOs) looking to collaborate on sustainable development projects, companies seeking R&D support to tackle their most challenging problems, and startups with innovative ideas and a desire to scale. The platform is a blockchain-secured open innovation platform, anchored on Max Plank Digital Library's blockchain network bloxberg, that assures the authenticity and integrity of all user-generated content and collaboration processes.
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.
While blockchain technology is still in an early stage of its development, it is already of surging economic importance.
In the literature, blockchain is referred to as either being a disruptive, institutional, foundational, or general purpose technology. There is still no consensus about the economic theory that should apply for analyzing its economic effects. This article draws on use cases from the coffee supply chain to explore, which theories could potentially apply to an emerging blockchain economy.
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.
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.
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.
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.
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.
Smart ultrafast laser processing with rotating beam – Laser micro drilling, cutting and turning
(2021)
Current micro drilling, cutting and turning processes are mainly based on EDM, milling, stamping, honing or grinding. All these technologies are using a tool with a predefined geometry that is transferred to the working piece. In contrast the laser is a highly flexible tool, which can adapt its size very fast by changing only a software setting. Thanks to the efforts in laser development during the last years, stable ultrafast lasers with sufficient average power and high repetition rates became industrially available. For using as many pulses as possible, a cost-efficient production demands for innovative processes and machining setups with fast axes movement and special optics for beam manipulation. GFH has developed a helical drilling optics, which rotates the beam up to 30.000 rpm in a very precise circle and allows furthermore to adjust the diameter and the incidence angle. This enables the laser to be used for high precision drilling and cutting and also for micro turning processes.
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.
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.
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.
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.
The shape-memory Nitinol as a nickel-titanium alloy is widely used in actuator and medical applications. However, the connection of a flange to the rod is a critical point. Therefore, laser rod end melting enables material accumulations to generate a preform at the end of a rod, followed by die forming, so that the flange can be generated. This process has been successfully applied on 1.4301 steel. This study is aimed to investigate laser rod end melting of shape-memory Nitinol regarding the resultant surface quality of the preforms. The results showed that spherical preforms could be generated without visible surface discoloration due to oxidation. By using different scan rates, different solidification conditions occurred which led to significantly different surface structures. These findings show that laser rod end melting can principally be applied on Nitinol to generate preforms for flanges whereby the surface quality depends on the solidification conditions.
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.
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.
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.
Beam shaping and splitting with diffractive optics for high performance laser scanning systems
(2021)
Diffractive optical elements (DOEs) enable novel high performance and process-tailored scanning strategies for galvanometer-based scan heads. Here we present several such concepts integrating DOEs with laser scanners and the respective application use cases. Beam shaping DOEs providing a homogeneous fluence over a custom defined profile, such as a rectangular Top-Hat, enable increased process quality in Laser-Induced Forward Transfer (LIFT) compared to the Gaussian beam of the laser source. We show that aberrations which occur over the necessary large wafer-sized image field can be eliminated through the use of a synchronous XY-stage motion. Another application that benefits from the use of DOEs is laser drilling. Drilling in display and electronics manufacturing demands high throughput that can only be achieved through the use of beam splitting DOEs for parallel processing. To this end, the joint MULTISCAN project is developing a variable multi-beam tool capable of scanning and switching each individual beamlet for increased control.
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.
Increasing speed in laser processing is driven by the development of high-power lasers into ranges of more than 1 kW. Additionally, a proper distribution of these laser power is required to achieve high quality processing results. In the case of high pulse repletion rates, a proper distribution of the pulses can be obtained from ultrafast beam deflection in the range of several 100 m/s. A two-dimensional polygon mirror scanner has been used to distribute a nanosecond pulsed laser with up to 1 kW average power at a wavelength of 1064 nm for multi pass laser engraving. The pulse duration of this laser can be varied between 30 ns and 240 ns and the pulse repetition rate is set between 1 and 4 MHz. The depth information is included in greyscale bitmaps, which were used to modulate the laser during the scanning accordingly to the lateral position and the depth. The process allows high processing rates and thus high throughput.
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.
Pulsed laser processing of vacuum component surfaces is a promising method for electron cloud mitigation in particle accelerators. By generating a hierarchically structured surface, the escape probability of secondary electrons is reduced. The choice of laser treatment parameters – such as laser power, scanning speed and line distance – has an influence on the resulting surface morphology as well as on its performance. The impact of processing parameters on the surface properties of copper is investigated by Secondary Electron Yield (SEY) measurements, Scanning Electron Microscopy (SEM), ablation depth measurements in an optical microscope and particle release analysis. Independent of the laser wavelength (532nm and 1064nm), it was found that the surface morphology changes when varying the processing parameters. The ablation depth increases and the SEY reduces with increasing laser fluence. The final application requires the capability to treat tens of meters of vacuum pipes. The limiting factors of this type of surface treatment for the applicability in particle accelerators are discussed.
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.
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
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
We demonstrate a thulium-based fiber amplifier delivering pulses tunable between <120fs and 2ps duration at up to 228 μJ of pulse energy at a center wavelength of 1940 nm and 500-kHz repetition rate. Due to the excellent long-term stability, this system proves the ability of this technology to be integrated into ultra-fast material processing machines.
The wind energy sector is undergoing digitalization processes that span multi-tier supply chains of turbine components and wind farm maintenance, amongst others. In an industrial use case that includes Siemens Gamesa Renewable Energy, Vestas and APQP4Wind, the processes of producing, fastening, and servicing bolts in turbines are mapped to a digital model. The model follows the lifetime of turbine bolts from the manufacturing phase, to fastening in turbines and maintenance, until their replacement and recycling. The development of the digital model is iteratively addressed in a design science research approach, as the authors actively contribute to the project. Distributed ledgers (DLs) support the notary documentation of the bolts and turbines, from their registration phase to the assembly-, technical service verification- and recycling phases. The immutable and decentralized nature of DLs secures the data against tampering and prevents any changes taken unilaterally by engaging the service stakeholders and component providers in a blockchain consortium.
We propose a method for edge detection in images with multiplicative noise based on Ant Colony System (ACS). To adapt the Ant Colony System algorithm to multiplicative noise, global pheromone matrix is computed by the Coefficient of Variation. We carried out a performance comparison of the edge detection Ant Colony System algorithm among several techniques, the best results were found in the gradient and the coefficient of variation.
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.
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.
At a global level, different studies disclose that transport systems are responsible for 25% of CO2 emissions. In the context of sustainable mobility, one of the challenges in the short term is associated with the research and improvement of alternative fuels, which should allow a fast decrease in the generation of greenhouse gases due to sustainable transport means. In this sense, green hydrogen can play a fundamental role. Green hydrogen is the basis for producing synthetic fuels, which can replace oil and its derivatives. Synthetic fuels or e-fuel are hydrocarbons produced from carbon dioxide (CO2) and green hydrogen (H2) as the only raw materials. H2 or efuel could be used in many sectors (manufacturing, residential, transportation, mining and other industries). In this study, different applications of hydrogen are evaluated by techno-economic analysis. The main variable that affects the production of hydrogen and its derivatives is the cost of electricity. Considering the renewable energy potential of Chile, it is feasible to develop in Chile the green hydrogen production as an energy vector, which would be technically and economically viable, together with the environmental benefits
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.
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.
Ökologischer Wandel und Transformation: Neue Herausforderungen für die Hochschulkommunikation
(2021)
Die fortschreitende Digitalisierung, neue Wettbewerbssituationen und die Transformation zu nachhaltigen Organisationen stellen neue Herausforderungen für sämtliche Organisationsformen dar.
Dieser, sich stetig wandelnde Zustand ist längst Alltag für Unternehmen, die ihre Kommunikation mit integrierten Konzepten darauf angepasst haben.
Hochschulen dagegen fehlt es an einem integrierten Kommunikationskonzept, das der neuen Situation gerecht wird und dabei hilft, sich im zunehmenden Wettbewerbsumfeld nachhaltig zu platzieren. Der Beitrag diskutiert daher zunächst den Status quo der Hochschulkommunikation und untersucht, inwiefern Anknüpfungspunkte und Elemente zur Einführung eines integrierten Kommunikationskonzepts vorliegen. Die Untersuchung erfolgt durch eine Befragung der Verantwortlichen für Hochschulkommunikation mit dem Ziel,
Anknüpfungspunkte zu diskutieren, wie und mit welchem Konzept sich Hochschulen kommunikativ auf die stetig wachsenden Herausforderungen und die Transformation des Umfeldes einstellen können.
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
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.
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.
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.
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.