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Projektbegleitende Forschung | Ingenieur*innen für die nachaltige Produktentwicklung befähigen
No full textIn this study, students were surveyed repeatedly to track changes in their knowledge and perceived competence regarding sustainability and product development throughout a structured teaching module. In parallel, the evaluation also targeted a newly introduced teaching method for developing digital twins, focusing on how students understood the concept and how confident they felt applying it. Data were collected at three time points aligned with key milestones of the module: (1) at the beginning, to capture baseline knowledge and expectations; (2) mid-way through, immediately after the methodological content had been taught, to assess short-term learning gains and initial acceptance of the new method; and (3) at the end, to measure overall learning outcomes and students’ reflections after completing the module activities. This repeated-measures design enabled a more fine-grained view of learning progress over time than a single end-of-course survey
Studio-based pedagogy and student-led empirical research on hybrid spaces and hybrid spatial practices
No full textUnderstanding and designing hybrid urban spaces—environments where digital and physical spheres continuously remix—poses challenges for spatial research, urban planning practice, and planning education. Drawing on a bachelor-level studio course in urban and regional planning, this paper investigates how research-led teaching and research by design empower students to engage critically and creatively with such complex spatial phenomena. The course employed a diverse methodological toolkit, including literature analysis through infographic creation, empirical research via narrative mapping with a dedicated app, subcam video recordings, and interviews. Students synthesized their findings into typologies of hybrid spatial practices and hybrid spaces, deepening our understanding of the dynamic interplay between physical and digital environments. Building on these insights, they developed prototypical design proposals that reflect on planning practice amid increasing spatial hybridization. Retrospective interviews reveal how students navigated methodological ambiguity and critically reflected on their dual roles as researchers and designers. The findings highlight how studio pedagogy can connect theory with lived experience, while integrating empirical research and design practice. The paper concludes with reflections on the multimodal research approach, studio pedagogy as a catalyst for epistemic engagement, and practical implications of spatial hybridization for planning.TU Berlin, Open-Access-Mittel – 2025DFG, 290045248, SFB 1265: Re-Figuration von Räume
Hochauflösende Simulation und Analyse von komplexen Energiesystemen
No full textThe task of developing effective public energy policy is becoming increasingly difficult. Economic liberalization favors competitive markets, private interests, and light regulation, while climate protection and sustainable land usage have created new public interests. Decentralized technologies have added to the analytical challenge and include weather-dependent energy sources, embedded generation and cogeneration, end-use efficiency, and status-aware demand. Smart grids and intelligent control look likely to radically alter system architectures over the coming decades. These new circumstances also offer opportunities for innovative public policy responses to motivate and guide the transition toward more sustainable and effective energy systems.
This thesis presents a new energy systems framework that combines a range of technical and microeconomic processes at high resolution within the one simulation. A class library provides modelers with a coherent set of energy technologies, plant operations, dispatch methods, supply agreements, commodity types, and differentiated surroundings. These entities can then be used to populate a systems model that then evolves sequentially in fixed steps of between 5 min and 24 h and over one year typically. Structural change, including new capital works, is necessarily exogenous, but can be investigated via scenarios.
Scenarios are run against some selected reference case and the resulting public interest performances are then reported by difference. Sets of scenarios can be interactively screened for Pareto dominance to assist with ranking and assessment.
High-resolution models are data intensive but are indicated whenever fine-grained network effects and intertemporal dynamics are potentially present and need capturing and/or operator-level decisioning requires portrayal. The method itself draws on topics from graph theory, dynamical systems theory, multi-agent systems, engineering design, mixed-integer programming, project finance, and object-oriented software development.
These ideas are encapsulated in the command-line application xeona, conceived and written as part of this project. Revision 9218 contains 58000 source lines of C++. The program was tested with a proof-of-concept model based on a simplification of the New Zealand national energy system. Although limited to 24 technical assets, 18 operators, 6 commitment domains, 5 commodities, and 6 environmental contexts, the nine scenarios deployed produced interesting and subtle results.
A key motivation behind the development of xeona was the need to better understand end-user options and responsiveness in relation to the status of the system at large. The customer-side-of-the-meter is not well represented by mainstream policy analysis and high-resolution modeling applied to this area may well reveal untapped and worthwhile public interest opportunities.Eine effektive Energiepolitik zu entwickeln, wird immer schwieriger. Die wirtschaftliche Liberalisierung begünstigt wettbewerbsorientierte Märkte, privatwirtschaftliche Interessen und einen zurückhaltenden Einsatz von Ordnungsrecht, während der Klimaschutz und die nachhaltige Landnutzung neue öffentliche Interessen bedingen. Dezentrale Technologien wie wetterabhängige Energiequellen, Industriekraftwerke und Kraft-Wärme-Kopplung, Endverbrauchereffizienz und flexibilisierte Nachfrage haben die analytische Herausforderung erhöht. Intelligente Netze und intelligente Steuerung werden die Systemarchitekturen in den kommenden Jahrzehnten voraussichtlich radikal verändern. Diese neuen Umstände bieten auch Chancen für innovative politische Maßnahmen, um den Übergang zu nachhaltigeren und effektiveren Energiesystemen zu motivieren und zu steuern.
In dieser Arbeit wird eine neue Modellierungsumgebung für Energiesysteme vorgestellt, die eine Reihe von technischen und mikroökonomischen Prozessen mit hoher Auflösung in einer einzigen Simulation kombiniert. Eine Klassenbibliothek bietet den Modellierenden ein kohärentes Set von Energietechnologien, Anlagenbetrieb, Dispatch-Methoden, Liefervereinbarungen, Commodities und regionalen Umgebungsbedingungen. Diese Einheiten können dann verwendet werden, um ein Systemmodell zu bevölkern, das sich dann sequentiell in festen Schritten von 5 min bis 24 h und typischerweise über ein Jahr entwickelt. Strukturelle Veränderungen, einschließlich neue Investitionen, sind zwangsläufig exogen, können aber über Szenarien untersucht werden. Die Fahrweise einer Anlage kann nach dem Prinzip der geringsten kurzfristigen Kosten, nach dem Prinzip der geringsten Emissionen, nach Spotmarktauktionen oder nach vordefinierter Einsatzreihefolge erfolgen. Die Einsatzentscheidung wird in jeder Domäne von einem eigenen Domain Controller getätigt. Angrenzende Domänen können über tarifbasierte Gateways und einen neuartigen Algorithmus, der das daraus resultierende Käufer-Verkäufer-Netzwerk-Problemlösen kann, Commodities importieren. Die Anforderungen der Endverbraucher werden, wenn möglich, als Energiedienstleistungen und nicht als reine Endenergie-Nachfrage angegeben.
Die Szenarien werden mit einem ausgewählten Referenzfall verglichen und die sich daraus ergebenden Vor- und Nachteile für das Gemeinwohl werden dann als Differenz ausgewiesen. Verschiedene Szenarien können interaktiv auf Pareto-Dominanz geprüft werden, um die Einstufung und Bewertung zu erleichtern.
Hochauflösende Modelle sind datenintensiv, aber immer dann angezeigt, wenn feinkörnige Netzwerkeffekte oder intertemporale Dynamiken vorhanden sein könnten und/oder Entscheidungen auf Betreiberebene erfasst und dargestellt werden müssen. Die Methode selbst stützt sich auf Themen aus der Graphentheorie, der Theorie dynamischer Systeme, Multi- Agenten-Systeme, ingenieurstechnische Anlagenplanung, gemischt-ganzzahlige Programmierung, Projektfinanzierung und objektorientierte Softwareentwicklung.
Diese Ideen sind in der Anwendungssoftware xeona gekapselt, die im Rahmen dieses Projekts konzipiert und geschrieben wurde. Die Version 9218 enthält 58 000 Zeilen C++ Quellcode. Das Programm wurde mit einem Proof-of-Concept-Modell getestet, das auf einer Vereinfachung des nationalen Energiesystems Neuseelands basiert. Obwohl die neun Szenarien auf 24 technische Anlagen, 18 Betreiber, 6 Commitment Domains, 5 Commodities und 6 exogene Faktoren beschränkt waren, lieferten sie interessante und differenzierte Ergebnisse.
Eine der Hauptmotivationen für die Entwicklung von xeona war die Notwendigkeit, die Optionen und die Reaktionsfähigkeit der Endverbraucher in Bezug auf den Zustand des Gesamtsystems besser zu verstehen. Die Kundenseite des Zählers ist in den gängigen politischen Analysen nicht gut abgebildet, und eine hochauflösende Modellierung in diesem Bereich kann durchaus ungenutzte und lohnende Möglichkeiten im öffentlichen Interesse aufzeigen
Ein Format für Co-Exploration mit Design Thinking im Rahmen von #Berlinforschtmit des TD-Lab — Labor für transdisziplinäre Forschung der Berlin University Alliance
No full textHow can children's everyday experiences be made accessible for research? With the tinkering workshops, the TD-Lab of the Berlin University Alliance has developed an adapted Design Thinking method to integrate children's experiences into transdisciplinary research. This workshop report describes how the TD-Lab conducted the tinkering workshops, what challenges were involved, what results were achieved and what further adaptations are conceivable for a broader application of the format.Wie können Alltagserfahrungen von Kindern für die Forschung erschlossen werden? Mit dem Tüfel-Workshops hat das TD-Lab der Berlin University Alliance eine adaptierte Design-Thinking-Methode entwickelt, um Erfahrungen von Kindern in die transdisziplinäre Forschung einfließen lassen zu können. Der vorliegende Werkstattbericht beschreibt, wie das TD-Lab Tüftel-Workshops durchgeführt hat, welche Herausforderungen damit verbunden waren, welche Ergebnisse erzielt wurden und welche weiteren Adaptionen zur breiteren Anwendung des Formats denkbar wären
Optimizing microgrid composition for sustainable data centers
No full textAs computing energy demand continues to grow and electrical grid infrastructure struggles to keep pace, an increasing number of data centers are being planned with colocated microgrids that integrate on-site renewable generation and energy storage. However, while existing research has examined the tradeoffs between operational and embodied carbon emissions in the context of renewable energy certificates, there is a lack of tools to assess how the sizing and composition of microgrid components affects long-term sustainability and power reliability.
In this paper, we present a novel optimization framework that extends the computing and energy system co-simulator Vessim with detailed renewable energy generation models from the National Renewable Energy Laboratory’s (NREL) System Advisor Model (SAM). Our framework simulates the interaction between computing workloads, on-site renewable production, and energy storage, capturing both operational and embodied emissions. We use a multi-horizon black-box optimization to explore efficient microgrid compositions and enable operators to make more informed decisions when planning energy systems for data centers.TU Berlin, Open-Access-Mittel – 2025DFG,414984028, Carbon-aware Multi-Site Workflow Scheduling Under Uncertainty (B01
Development of Cu particle sintering as die attach solution for high temperature electronics applications
No full textThis PhD thesis, “Development of Cu Particle Sintering as Die Attach Solution for High Temperature Electronics Applications”, submitted to TU Berlin, investigates innovative copper (Cu) sintering techniques for die-attach applications in high-temperature electronics, particularly for wide bandgap semiconductors like silicon carbide (SiC). The increasing demand for reliable interconnects in power electronics, driven by rapid electrification, necessitates materials that operate above 200°C. Conventional lead-free solders, with melting points of 220–230°C, are limited to below 150°C, prompting exploration of alternatives such as high-temperature solders, transient liquid phase (TLP) bonding, and silver (Ag) sintering. While Ag sintering is widely adopted, its high cost, susceptibility to electromigration, and environmental impact highlight the need for sustainable alternatives. Cu emerges as a promising candidate due to its comparable thermal, mechanical, and electrical properties, though challenges like oxidation and high sintering temperatures must be addressed.
The research develops a novel Cu sintering approach utilizing micro-scale brass flakes engineered for nano-scale sintering behaviour. This is achieved through selective wet chemical etching of zinc (Zn) from α-brass flakes using hydrochloric acid (HCl), a process known as dezincification, which creates surface modifications that enhance material transport during sintering. Polyethylene glycol 600 (PEG600) is incorporated as an organic binder to reduce Cu and Ag oxides in-situ, enabling effective sintering in an open bond chamber under nitrogen flow. This method yields a Cu sinter paste that achieves a shear strength exceeding 50 MPa under industrially viable conditions: 275°C, 10 MPa bonding pressure, and 5 minutes of sintering time.
The study provides a comprehensive analysis of sintering theory, covering mechanisms such as surface diffusion, grain boundary diffusion, and densification, supported by models like Herring’s scaling law and the Mackenzie-Shuttleworth equation. Material characterization, including X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), thermogravimetric analysis (TGA), and die shear strength testing, confirms the enhanced sinterability of the etched brass flakes. A review of current Cu sintering methods underscores the advantages of this approach over alternatives like Cu nanoparticles or reducing atmospheres.
Results demonstrate that the etched brass flakes, with residual Zn, produce a sintered microstructure and mechanical performance comparable to commercial Ag sinter pastes, but at significantly lower cost. The PEG600 binder ensures process stability by mitigating oxidation, while the low-temperature, low-pressure sintering process aligns with existing Ag sintering equipment, facilitating industrial integration. The thesis concludes by outlining prospects for process scalability and paste optimization for broader applications in power electronics packaging. This work establishes a cost-effective, high-performance Cu-based die-attach solution that addresses the economic and environmental limitations of Ag sintering, contributing to the advancement of sustainable high-temperature electronics packaging.Deutsche Zusammenfassung der Dissertation Diese Dissertation, „Entwicklung des Cu-Partikelsinterns als Die-Attach-Lösung für Hochtemperaturelektronikanwendungen“, eingereicht an der TU Berlin, untersucht neuartige Kupfer(Cu)-Sintertechniken für Die-Attach-Anwendungen in der Hochtemperaturelektronik, insbesondere für Wide-Bandgap-Halbleiter wie Siliciumcarbid (SiC). Die wachsende Nachfrage nach zuverlässigen Verbindungsmaterialien in der Leistungselektronik, angetrieben durch die fortschreitende Elektrifizierung, erfordert Materialien, die über 200°C zuverlässig funktionieren. Herkömmliche bleifreie Lote mit Schmelzpunkten von 220–230°C sind auf unter 150°C beschränkt, was die Erforschung von Alternativen wie Hochtemperaturloten, Transient Liquid Phase (TLP)-Bonding und Silbersintern (Ag) notwendig macht. Obwohl Ag-Sintern weit verbreitet ist, schränken hohe Kosten, Anfälligkeit für Elektromigration und Umweltbelastungen seine Anwendung ein. Cu stellt eine vielversprechende Alternative dar, da es vergleichbare thermische, mechanische und elektrische Eigenschaften bietet, jedoch Herausforderungen wie Oxidation und hohe Sintertemperaturen überwunden werden müssen.
Die Arbeit entwickelt einen innovativen Cu-Sinteransatz, der mikroskalige Messingflocken mit nanoskaligem Sinterverhalten nutzt. Dies wird durch selektives chemisches Ätzen von Zink (Zn) aus α- Messingflocken mit Salzsäure (HCl) erreicht, ein Prozess, der als Dezinkifizierung bekannt ist und Oberflächenmodifikationen erzeugt, die den Materialtransport während des Sinterns fördern. Polyethylenglykol 600 (PEG600) wird als organisches Bindemittel verwendet, um Cu- und Ag-Oxide in- situ zu reduzieren, was ein effektives Sintern in einer offenen Bondkammer unter Stickstofffluss ermöglicht. Die entwickelte Cu-Sinterpaste erzielt eine Scherstärke von über 50 MPa unter industriell praktikablen Bedingungen: 275°C, 10 MPa Bonddruck und 5 Minuten Sinterzeit.
Die Studie bietet eine umfassende Analyse der Sintertheorie, einschließlich Mechanismen wie Oberflächen- und Korngrenzendiffusion sowie Verdichtung, unterstützt durch Modelle wie das Herring’s Skalierungsgesetz und die Mackenzie-Shuttleworth-Gleichung. Materialcharakterisierungen durch Röntgendiffraktion (XRD), Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS), thermogravimetrische Analyse (TGA) und Scherstärketests bestätigen die verbesserte Sinterfähigkeit der geätzten Messingflocken. Ein Überblick über aktuelle Cu-Sintermethoden hebt die Vorteile dieses Ansatzes gegenüber Alternativen wie Cu-Nanopartikeln oder reduzierenden Atmosphären hervor.
Die Ergebnisse zeigen, dass die geätzten Messingflocken mit Rest-Zn eine gesinterte Mikrostruktur und mechanische Leistung liefern, die mit kommerziellen Ag-Sinterpasten vergleichbar ist, jedoch zu deutlich geringeren Kosten. Das PEG600-Bindemittel gewährleistet Prozessstabilität durch Reduktion von Oxiden, während der Sinterprozess bei niedriger Temperatur und Druck mit bestehender Ag- Sinterinfrastruktur kompatibel ist, was die industrielle Integration erleichtert. Die Arbeit schließt mit Perspektiven zur Skalierung des Prozesses und Optimierung der Pastenformulierungen für breitere Anwendungen in der Leistungselektronik. Diese Arbeit etabliert eine kostengünstige, leistungsstarke Cu-basierte Die-Attach-Lösung, die die wirtschaftlichen und ökologischen Einschränkungen des Ag- sintern überwindet und zur Weiterentwicklung nachhaltiger Hochtemperaturelektronikverpackungen beiträgt
Einfluss von Legierungselementen und Verarbeitung auf die Degradationseigenschaften von Mg-Dy-Zn-Legierungen unter physiologischen Bedingungen
No full textAlloying and processing are critical strategies for enhancing the mechanical properties of Mg-based biomaterials. However, the intermetallics can precipitate during these procedures and subsequently introduce the galvanic corrosion, which may accelerate the degradation of Mg alloys. To investigate the types, amounts and distributions of intermetallics and their effects on the degradation behavior, Dy and Zn were selected as alloying elements, which have been reported to have good cytocompatibility and improve mechanical properties. Three Mg-xDy-1.5Zn (x = 5, 10, and 15 wt. %) alloys were prepared via permanent mold casting, followed by two distinct post-processing routes: direct extrusion and extrusion with a 48 h preheating treatment. The degradation behavior was investigated through immersion tests in DMEM + 10% FBS under cell culture conditions.
In the as-cast alloys, Mg-5Dy-1.5Zn contained only small amount of intermetallics which were composed of W, γʹ and 18R LPSO phases and acted as galvanic cathodes, accelerating the degradation of the Mg matrix. With the Dy content increasing to 10 and 15 wt. %, large amounts of intermetallics including 18R LPSO and dense γʹ phases were formed, which can instead serve as a continuous network barrier to retard degradation propagation. It was revealed that the existence of intermetallics exhibited different effects on the degradation behavior of the alloys. At the early stage of immersion, the Mg-10Dy-1.5Zn alloy suffered the most serious degradation among these three alloys, owing to its more severe micro galvanic corrosion. With the immersion proceeding, the degradation rate of the Mg-5Dy-1.5Zn alloy continuously increased because of the scattered distribution of a small number of intermetallics. In contrast, the continuous network structure of intermetallics and a compact degradation layer provided protection from further degradation for the Mg-10Dy-1.5Zn and Mg-15Dy-1.5Zn alloys.
In the extruded as-cast alloys, the Mg-5Dy-1.5Zn alloy primarily contained a small amount of fragmented W and LPSO phases, both acting as galvanic cathodes. With the Dy content increasing to 10 and 15 wt. %, the fragmented and extrusion-aligned 18R LPSO, 14H LPSO and γʹ phases were formed. The fragmented W phase, contained in the Mg-5Dy-1.5Zn alloy, exhibited a significantly higher volta potential difference than the LPSO phase in the Mg-10Dy-1.5Zn and Mg-15Dy-1.5Zn alloys, leading to a more severe galvanic corrosion. Consequently, its degradation rate continuously increased from 1 day to 14 days and remained significantly higher than those of Mg-10Dy-1.5Zn and Mg-15Dy-1.5Zn alloys. In comparison, the Mg-10Dy-1.5Zn alloy exhibited a lower degradation rate than the Mg-15Dy-1.5Zn alloy, primarily due to its lower intermetallic content, which decreased the extent of galvanic corrosion.
In the alloys extruded with a 48 h preheating treatment, the volume fraction of intermetallics increased with increasing Dy content. The Mg-5Dy-1.5Zn alloy consisted of precipitated γʹ phase, both nano-size and micro-size W phases. In contrast, the intermetallics in the Mg-10Dy-1.5Zn alloy were composed of LPSO phase, W phase and precipitated γʹ phase, which were more densely distributed within dynamic recrystallized grain than in the Mg-5Dy-1.5Zn alloy. The 18R and 14H LPSO phases formed during the 48 h heat treatment in the Mg-15Dy-1.5Zn and showed a fragmented and extrusion-aligned distribution in corresponding extruded alloy. Attributed to the high volta potential of the W phase, the Mg-5Dy-1.5Zn alloy exhibited the highest degradation rate among the three alloys. Meanwhile, the W phase in the Mg-10Dy-1.5Zn alloy did not trigger severe local corrosion. It could be attributed to the denser compact degradation layer on the surface of the γʹ phase, which retarded the corrosive ions for further penetration into the Mg matrix. In addition, such γʹ phase could act as cathode that accelerates the degradation of the Mg matrix; therefore, the Mg-10Dy-1.5Zn exhibited a higher degradation rate than Mg-15Dy-1.5Zn alloy.
From the as-cast to extruded as-cast alloy, the intermetallics were fragmented during the extrusion, which could play two roles in influencing the degradation rate. On the one hand, the contact area between the intermetallics and the Mg matrix could be increased, which can provide more corrosion sites, thus accelerating the degradation of Mg. On the other hand, the network structure could be destroyed during the extrusion for the Mg-10Dy-1.5Zn and Mg-15Dy-1.5Zn alloy, leading to decreased corrosion resistance. The extruded as-cast alloys showed more detrimental degradation behavior compared with their as-cast counterparts.
Furthermore, in the alloys extruded with a 48 h preheating treatment, the dissolution of intermetallic could lead to the decreased galvanic corrosion thus enhancing corrosion resistance. In addition, the homogenized distribution of alloying elements effectively decreased galvanic corrosion between the segregation region and the Mg matrix, thereby increasing the corrosion resistance. Mg-5Dy-1.5Zn alloy and Mg-15Dy-1.5Zn alloy displayed decreased degradation rates compared to their extruded as-cast counterparts. Especially, nano-size fragmented W phase in the Mg-5Dy-1.5Zn alloy had a minimal effect on the galvanic corrosion. In addition, the Mg-10Dy-1.5Zn alloy displayed a slightly increased degradation rate, which could be attributed to the precipitation of dense γʹ phase within dynamic recrystallized grains, accelerating the degradation of the Mg matrix.Legieren und Verarbeitung sind entscheidende Strategien zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften Mg-basierter Biomaterialien. Während dieser Prozesse können jedoch intermetallische Phasen ausscheiden und anschließend eine galvanische Korrosion hervorrufen, die die Degradation von Mg-Legierungen beschleunigen kann. Zur Untersuchung der Art, Menge und Verteilung intermetallischer Phasen sowie ihres Einflusses auf das Degradationsverhalten wurden Dy und Zn als Legierungselemente ausgewählt, über die berichtet wurde, dass sie eine gute Zytokompatibilität aufweisen und die mechanischen Eigenschaften verbessern. Drei Mg-xDy-1,5Zn-Legierungen (x = 5, 10 und 15 Gew.-%) wurden mittels Kokillenguss hergestellt, gefolgt von zwei unterschiedlichen Nachverarbeitungsrouten: Direktstrangpressen und Strangpressen mit einer 48-stündigen Vorwärmebehandlung. Das Degradationsverhalten wurde durch Immersionsversuche in DMEM + 10 % FBS unter Zellkulturbedingungen untersucht.
In den gegossenen Legierungen enthielt Mg-5Dy-1,5Zn nur eine geringe Menge intermetallischer Phasen, die aus W-, γʹ- und 18R-LPSO-Phasen bestanden und als galvanische Kathoden wirkten, wodurch die Degradation der Mg-Matrix beschleunigt wurde. Mit zunehmendem Dy-Gehalt auf 10 und 15 Gew.-% bildeten sich große Mengen intermetallischer Phasen, darunter 18R-LPSO- und dichte γʹ-Phasen, die stattdessen als kontinuierliches Netzwerkbarriere dienen konnten, um die Ausbreitung der Degradation zu verzögern. Es wurde festgestellt, dass das Vorhandensein intermetallischer Phasen unterschiedliche Auswirkungen auf das Degradationsverhalten der Legierungen zeigte. In der frühen Phase der Immersion erlitt die Mg-10Dy-1,5Zn-Legierung unter diesen drei Legierungen die schwerste Degradation, bedingt durch eine ausgeprägtere mikrogalvanische Korrosion. Mit fortschreitender Immersion nahm die Degradationsrate der Mg-5Dy-1,5Zn-Legierung aufgrund der verstreuten Verteilung einer geringen Anzahl intermetallischer Phasen kontinuierlich zu. Im Gegensatz dazu boten die kontinuierliche Netzwerkstruktur der intermetallischen Phasen und eine kompakte Degradationsschicht Schutz vor weiterer Degradation für die Mg-10Dy-1,5Zn- und Mg-15Dy-1,5Zn-Legierungen.
In den stranggepressten gegossenen Legierungen enthielt die Mg-5Dy-1,5Zn-Legierung hauptsächlich eine geringe Menge fragmentierter W- und LPSO-Phasen, die beide als galvanische Kathoden wirkten. Mit zunehmendem Dy-Gehalt auf 10 und 15 Gew.-% bildeten sich fragmentierte und in Extrusionsrichtung ausgerichtete 18R-LPSO-, 14H-LPSO- und γʹ-Phasen. Die fragmentierte W-Phase in der Mg-5Dy-1,5Zn-Legierung zeigte ein signifikant höheres Volta-Potentialgefälle als die LPSO-Phasen in den Mg-10Dy-1,5Zn- und Mg-15Dy-1,5Zn-Legierungen, was zu einer stärkeren galvanischen Korrosion führte. Folglich nahm ihre Degradationsrate von 1 Tag bis 14 Tage kontinuierlich zu und blieb signifikant höher als die der Mg-10Dy-1,5Zn- und Mg-15Dy-1,5Zn-Legierungen. Im Vergleich dazu zeigte die Mg-10Dy-1,5Zn-Legierung eine geringere Degradationsrate als die Mg-15Dy-1,5Zn-Legierung, hauptsächlich aufgrund ihres geringeren Gehalts an intermetallischen Phasen, wodurch das Ausmaß der galvanischen Korrosion verringert wurde.
In den mit einer 48-stündigen Vorwärmebehandlung stranggepressten Legierungen nahm der Volumenanteil intermetallischer Phasen mit zunehmendem Dy-Gehalt zu. Die Mg-5Dy-1,5Zn-Legierung bestand aus ausgeschiedener γʹ-Phase sowie aus W-Phasen in Nano- und Mikrometergröße. Im Gegensatz dazu setzten sich die intermetallischen Phasen in der Mg-10Dy-1,5Zn-Legierung aus LPSO-Phase, W-Phase und ausgeschiedener γʹ-Phase zusammen, die innerhalb der dynamisch rekristallisierten Körner dichter verteilt waren als in der Mg-5Dy-1,5Zn-Legierung. In der Mg-15Dy-1,5Zn-Legierung bildeten sich während der 48-stündigen Wärmebehandlung 18R- und 14H-LPSO-Phasen, die in der entsprechenden stranggepressten Legierung eine fragmentierte und in Extrusionsrichtung ausgerichtete Verteilung zeigten. Aufgrund des hohen Volta-Potentials der W-Phase zeigte die Mg-5Dy-1,5Zn-Legierung unter den drei Legierungen die höchste Degradationsrate. Inzwischen löste die W-Phase in der Mg-10Dy-1,5Zn-Legierung keine ausgeprägte lokale Korrosion aus. Dies konnte auf die dichtere und kompaktere Degradationsschicht auf der Oberfläche der γʹ-Phase zurückgeführt werden, die das weitere Eindringen korrosiver Ionen in die Mg-Matrix verzögerte. Darüber hinaus konnte eine solche γʹ-Phase als Kathode wirken, die die Degradation der Mg-Matrix beschleunigte; daher zeigte die Mg-10Dy-1,5Zn-Legierung eine höhere Degradationsrate als die Mg-15Dy-1,5Zn-Legierung.
Vom gegossenen Zustand zur stranggepressten gegossenen Legierung wurden die intermetallischen Phasen während der Extrusion fragmentiert, was zwei Rollen bei der Beeinflussung der Degradationsrate spielen konnte. Einerseits konnte die Kontaktfläche zwischen den intermetallischen Phasen und der Mg-Matrix vergrößert werden, was mehr Korrosionsstellen bereitstellte und somit die Degradation beschleunigte. Andererseits konnte die Netzwerkstruktur während der Extrusion in der Mg-10Dy-1,5Zn- und der Mg-15Dy-1,5Zn-Legierung zerstört werden, was zu einer verringerten Korrosionsbeständigkeit führte. Die stranggepressten gegossenen Legierungen zeigten ein schädlicheres Degradationsverhalten im Vergleich zu ihren gegossenen Ausgangszuständen.
Darüber hinaus konnte in den mit einer 48-stündigen Vorwärmebehandlung stranggepressten Legierungen die Auflösung intermetallischer Phasen zu einer Verringerung der galvanischen Korrosion führen und dadurch die Korrosionsbeständigkeit erhöhen. Zusätzlich verringerte die homogenisierte Verteilung der Legierungselemente wirksam die galvanische Korrosion zwischen den segregierten Bereichen und der Mg-Matrix, wodurch die Korrosionsbeständigkeit erhöht wurde. Die Mg-5Dy-1,5Zn- und Mg-15Dy-1,5Zn-Legierungen zeigten im Vergleich zu ihren stranggepressten gegossenen Gegenstücken verringerte Degradationsraten. Insbesondere hatte die nanoskalig fragmentierte W-Phase in der Mg-5Dy-1,5Zn-Legierung nur einen minimalen Einfluss auf die galvanische Korrosion. Darüber hinaus zeigte die Mg-10Dy-1,5Zn-Legierung eine leicht erhöhte Degradationsrate, was auf die Ausscheidung dichter γʹ-Phasen innerhalb dynamisch rekristallisierter Körner zurückgeführt werden konnte, die die Degradation der Mg-Matrix beschleunigten
Theoriearchitekturen für die Diagnose des gegenwärtigen sozialen Wandels
No full textTU Berlin, Open-Access-Mittel – 202
Stochastic-heuristic process quality assessment of fouling-critical boiler systems
No full textThis work develops and tests a stochastic–heuristic method for assessing the process quality of boiler systems used in energy conversion from heterogeneous fuels (in particular waste and bio-mass). The approach combines an internal, inverse thermodynamic boiler balance with an external, data-driven state estimation, explicitly addressing underdetermination, measurement uncertainty, and the verification of stationary operating phases. Methodologically, classical mass and energy balances are coupled with optimization algorithms (including Nelder–Mead); measurement data are standardized, confidence-checked, and processed in a two-layer evaluation framework.
In the research context, the thesis systematically situates calorific value determination and plant balancing of energy generation systems—especially waste incineration plants (e.g., Behrendt; Morf/Brunner; Reimann, Pohl)—highlighting strengths and limitations of indirect calorific value es-timation based on plant parameters and inverse combustion calculations, and demonstrating the need for robust, detailed methods.
The proposed method is validated on a northern German waste incineration plant. The application shows that reliable information on boiler condition, heat surface fouling, residence times (according to the 17th BImSchV), and plant-specific performance indicators can be derived from continuous operational data. At the same time, systematic deviations (e.g., in flue gas flow rates) are identi-fied, whose knowledge improves the reliability of state diagnostics.
The central contribution is a practical coupling of balancing and optimization, enabling the determi-nation of critical parameters—previously known only approximately—such as the current calorific value of unknown fuels, directly from process data. This supports transparent evaluation and oper-ational optimization. Limitations arise from the availability and quality of certain measurements and from the handling of inhomogeneous fuels; the work demonstrates how these limitations can be methodically addressed and turned into opportunities for future applications.Die Arbeit entwickelt und erprobt eine stochastisch-heuristisch gestützte Methode zur Prozessgüteüberprüfung von Kesselsystemen, wie sie bei der Energieerzeugung aus heterogenen Brennstoffen (insb. Abfall, Biomasse) eingesetzt werden können. Der Ansatz verbindet eine innere, inverse wärmetechnische Dampferzeuger-Bilanzierung mit einer äußeren, datengetriebenen Zustandsabschätzung und adressiert explizit Unterbestimmtheit, Messunsicherheit sowie die Prüfung stationärer Betriebsphasen. Methodisch werden klassische Massen- und Energiebilanzen mit Optimierungsverfahren (u. a. Nelder-Mead) verknüpft; Messdaten werden vereinheitlicht, auf Vertrauensgüte geprüft und in ein zweischichtiges Auswerteverfahren überführt.
Im Forschungsstand ordnet die Arbeit die Heizwertbestimmung und Bilanzierung von Energieerzeugungsanlagen, insbesondere Müllverbrennungsanlagen systematisch ein (u. a. Behrendt; Morf/Brunner; Reimann, Pohl), zeigt Stärken und Grenzen indirekter Heizwertschätzung aus Anlagenparametern und inverse Verbrennungsrechnungen auf und erarbeitet die Notwendigkeit robuster detaillierter Verfahren.
Die vorgeschlagene Methode wird an einer norddeutschen MVA validiert. Die Anwendung belegt, dass sich aus umlaufenden Betriebsdaten belastbare Aussagen zu Kesselzustand, Heizflächenverschmutzung, Verweilzeiten (17. BImSchV) und anlagenbezogenen Kennwerten ableiten lassen. Zugleich werden systematische Abweichungen (z. B. bei Rauchgasmengen) identifiziert, deren Kenntnis die Zuverlässigkeit der Zustandsdiagnose verbessert.
Zentraler Beitrag ist eine praxistaugliche Kopplung von Bilanzierung und Optimierung, die die Bestimmung kritischer, bislang nur näherungsweise bekannter Größen (insbesondere des momentanen Heizwerts unbekannter Brennstoffe) aus Prozessdaten ermöglicht und so eine transparente Bewertung sowie operative Optimierung unterstützt. Grenzen liegen in der Verfügbarkeit und Qualität bestimmter Messgrößen sowie im Umgang mit inhomogenen Brennstoffen; die Arbeit zeigt, wie diese Einschränkungen methodisch adressiert und für künftige Anwendungen fruchtbar gemacht werden können
Globale Essgeschichten. Esskultur in Zeiten der Transformation
No full textFood cultures have rarely been considered for a sustainable transformation of current food systems. How can we start this conversation in an action-oriented way in our diverse contexts? Answers were compiled with alumni from 30 countries in the DAAD-funded SUSTAINABLE FOOD CULTURES project and are presented in this book.
This book is an extension to the SUSTAINABLE FOOD CULTURES project, which explores meanings of sustainable food cultures. The book provides a research basis on sustainable food cultures, a collection of recipes and food stories from the project participants, and reflections on the complexities of food culture and sustainability.Für eine gelingende Transformation unserer gegenwärtigen Ernährungssysteme werden esskulturelle Anteile noch zu wenig berücksichtigt. Wie kann dieser Diskurs handlungsorientiert und unter Berücksichtigung diverser Kontexte vorangebracht werden? Gemeinsam mit Alumni aus 30 Ländern wurden im Rahmen des DAAD-geförderten Projekts ESSKULTUR NACHHALTIG GESTALTEN Antworten erarbeitet, die in diesem Buch vorgestellt werden.
Das Buch ist eine Erweiterung des Projekts ESSKULTUR NACHHALTIG GESTALTEN, das sich mit Bedeutungen nachhaltiger Esskulturen befasst. Das Buch bietet eine Forschungsgrundlage zu nachhaltigen Esskulturen, eine Sammlung der Projektteilnehmenden von Rezepten und Essgeschichten sowie Reflexionen zu den Komplexitäten von Esskultur und Nachhaltigkeit.BMZ/57700801/Esskultur nachhaltig gestalte