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Jugendbeteiligung in Bremen. Grundlagen, Formen und Lebensbereiche.
No full textDie Publikation gibt einen praxisorientierten Überblick über Grundlagen, Formen und Ansätze von Jugendbeteiligung in Bremen. Im Fokus steht besonders die Frage, wie es gelingen kann, eine möglichst große Zahl und ein möglichst breites Spektrum von Jugendlichen zu beteiligen. Wie kann der Anspruch einer inklusiven Beteiligung aller Jugendlichen in der Praxis eingelöst werden? Welche (neuen) Ideen gibt es dazu in Bremen? Was wurde ausprobiert und wie sind die Erfahrungen damit? Und welche Themen sind für die höchst diversen Gruppen von Jugendlichen wichtig? In Bremen hat sich im Laufe der Jahrzehnte eine breite und gut vernetzte Jugendbeteiligungslandschaft entwickelt. Der Sammelband bringt unterschiedliche Perspektiven, Ansätze und Akteur:innen zusammen und lässt dabei auch Jugendliche selbst in verschiedenen Interviews zu Worte kommen.
Isolation, structure elucidation and testing of secondary metabolites from fungi of the genus Lactarius and Mycena
No full textThis thesis is about the isolation and structure elucidation of so far uninvestigated secondary metabolites from fruiting bodies of the mushrooms Lactarius circellatus, Lactarius trivialis and Mycena zephirus.
In the Spiteller group L. circellatus has already been investigated before for its content of sequiterpenoids and five unknown and several known sequiterpenoids have been identified and their structures have been elucidated. However, their stereo configuration, the proton and carbon resonances in their NMR spectra have not been fully assigned so far. Therefore, NMR spectra of the previously isolated sequiterpenes were recorded again. Moreover, fruiting bodies of L. circellatus were extracted again and investigated for the presence of new compounds, resulting in the isolation of the so far unknown sequiterpenoid 12-hydroxy-15-carboxyblennin A (19) together with hydroxyblennin A (34). A careful analysis of the coupling constants in the 1H NMR, the analysis of the NOE correlations in the NOESY spectra, and a detailed analysis of the correlations in the HMBC spectra in respect to their dihedral angle according to the Karplus relationship allowed to determine the relative configuration of all isolated sequiterpenoids, including the so far unpublished new sequiterpenoids 12-hydroxy-15-carboxyblennin A (19), 7,15-dihydroxyblennin A (20), 2,3-epoxylactarorufin A (21),14-carboxy-deoxylactarorufin A (22), and 13-hydroxy-14-carboxy-deoxylactarorufin A (23). To determine the absolute configuration of the isolated sequiterpenoids, CD spectra were recorded and compared with the corresponding calculated CD spectra. By these means the absolute stereochemistry of the sequiterpenoids 19 to 23 could be determined. However, the measured and calculated CD spectra of 22 and 23 were not matching perfectly.
So far, there have been no reports about pigments from L. circellatus, despite the fact that it exhibits on the surface of its cap a grayish green color similarly to L. blennius. Consequently, the pigment was isolated and its structure elucidated to be blennione (35), the same pigment that is present in L. blennius. Blennione (35) was found to be much more abundant in L. circellatus than in L. blennius, the mushroom it was originally isolated from. Some biological tests were performed but blennione (35) displayed no activity. In addition, tiny amount of a pink pigment from L. blennius was found related to lilacinone (37), a pink pigment that was isolated and structurally elucidated before from L. lilacinus.
Fresh fruiting bodies of Lactarius trivialis display an intensive violet color on the cap surface that is fading away upon ageing of the fruiting bodies. The responsibe pigments have not been investigated so far. Therefore, fruiting bodies of L. trivialis were subjected to a comprehensive investigation of their secondary metabolites with a focus on their pigments.
Not entirely unexpectedly, the isolation of the pigments from the skin cap turned out to be difficult due to the low stability of the pigments, especially when methanol was used as a solvent. However, an extraction with acetone with subesquent column chromatography on Sephadex LH20 with acetone as a solvent followed by purification of the pigments with semi-preparative HPLC resulted in the isolation of five colored compounds, that were named trivialines A (47), B, C, D, and E. Due to their HR-ESI-MS data, the compounds five pigments are closely related to each other and show a high degree of unsaturation. Only in the case of trivialine A (47) and trivialine B the isolated amount was sufficient to record a full set of one and two dimensional NMR spectra. Consequently, the structure elucidation focussed on these two compounds, both exhibiting a molecular formula of C32H20N4O6. Due to the high degree of unsaturation, the low number of unexchangable protons, leading to a lack of corellations in the HMBC, the structure elucidation turned out to be very challenging. Nevertheless, for trivialine A (47) a tentative structure was proposed.
Moreover, fruiting bodies of L. trivialis were investigated for the presence of new sesquiterpenoids. Thus, the new compound 14-hydroxylactarorufin B (53) was isolated and its structure elucidated. In addition, the lactarorufin B (27) and 14-hydroxyblennin A (52), both known from other mushrooms, were also identified to be present in L. trivialis.
So far, 14-hydroxyblennin A (52) was reported only from Russula sanguinea, but the published NMR data fit perfectly to 15-hydroxyblennin A (34), while the NMR data from the corresponding sesquiterpene from L. trivialis fit very well to the structure of 14-hydroxyblennin A (52). Consequently, the structure in the above mentioned manuscript about R. sanguinea has to be revised to 15-hydroxyblennin A (34).
Apart from mushrooms of the genus Lactarius, in this thesis also fruiting bodies of Mycena zephirus were investigated in respect to their secondary metabolite content and the structures of two compounds were elucidated to be N5-isopentylglutamine (54) and N5-2-methylbutylglutamine (55), respectively
The Health Care System in Rwanda
No full textThis country report provides a description of the emergence of a health care system under public responsibility in Rwanda. The inception of the health care system refers to the first legislation stipulating entitlements to medical care. The report also includes a brief description of major health care reforms, and the current organization of the health care system in Rwanda. This report is part of the CRC 1342 Social Policy Country Briefs Series.Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)3
Elektroniker:in - Arbeitsprozesse des Beruflichen Handlungsfelds „Installieren und Inbetriebnehmen von Standard-Elektroanlagen“
No full textDie Umsetzung von Arbeitsprozess- und Kompetenzorientierung in der Berufsbildung ist zu einer zentralen Herausforderung für Ausbildungspersonal und Lehrkräfte geworden. In Ausbildungsrahmenplänen wird darauf verwiesen, dass Kompetenzen unter Einbeziehung selbstständigen Planens, Durchführens und Kontrollierens zu fördern sind, und die Lernfelder der Rahmenlehrpläne sollen als Lernsituationen umgesetzt werden, die sich an beruflichen Arbeitsprozessen orientieren. Auch die Prüfungen sind mittlerweile arbeitsprozessorientiert zu gestalten: Auszubildende sollen zeigen können, dass sie Arbeitsaufträge umfassend bearbeiten können.
Gründe genug also, sich eingehend mit Arbeitsprozessen auseinanderzusetzen.
Was genau aber ist eigentlich ein Arbeitsprozess und wie lässt sich ein Arbeitsprozess so analysieren und beschreiben, dass sich die gewonnenen Erkenntnisse wiederum für die Gestaltung beruflicher Lehr-Lernprozesse gewinnbringend nutzen lassen?
Auf diese Fragen gibt das vorliegende Handbuch "Elektroniker:in - Arbeitsprozesse des Beruflichen Handlungsfelds „Installieren und Inbetriebnehmen von Elektroanlagen“" für das Berufsfeld der Elektrotechnik beispielhaft Antworten. Es wird das Instrument der Arbeitsprozessmatrix vorgestellt, mit dem Ausbildungs- und Lehrpersonal einen leichten, strukturierten Zugang zur beruflichen Praxis von Facharbeiter:innen und Gesell:innen finden. Mithilfe der Arbeitsprozessmatrix können der Ablauf eines Arbeitsprozesses, die Arbeitsgegenstände, mit denen sich eine Fachkraft konfrontiert sieht, die Hilfsmittel, denen sie sich bedient, und die Anforderungen, denen sie gerecht werden muss, übersichtlich dargestellt werden.
Das vorliegende Handbuch beschäftigt sich exemplarisch mit dem Beruflichen Handlungsfeld „Installieren und Inbetriebnehmen von Elektroanlagen“ des Elektrohandwerks. Zu diesem Handlungsfeld wurden drei Arbeitsprozessanalysen nach dem Konzept der Kompetenzwerkstatt durchgeführt und dokumentiert. In einem anschließenden Schritt wurden diese Arbeitsprozessanalysen zu einer Beschreibung des Beruflichen Handlungsfelds zusammengeführt
Designing for Diverse Needs: Technology-supported Well-being and Empowerment of Children and their Care Ecosystem
No full textIn our increasingly digitised society, children interact with technologies from a young age, leading to both benefits, e.g. learning opportunities, and risks, e.g. increased anxiety. Many of these technologies are not designed for children, necessitating an investigation into their impact on children's well-being and their design. Power dynamics between adults and children are critical, particularly for neurodivergent children like those with ADHD, whose interactions with technology are influenced by their diagnoses and adults' perceptions.
This thesis advocates for creating technologies that empower both neurotypical and neurodivergent children, incorporating their perspectives to shape the technologies they use and enhancing their agency to support their well-being. Contributing to the evolving narrative in HCI of designing meaningful interactions, it examines how to design for both the well-being and empowerment of children and their care ecosystem, considering diverse interests and needs, focusing particularly on children with ADHD, the most prevalent neurodevelopmental diagnosis in children. This work designs a range of technologies and investigates the interactions of children and their care ecosystems with them. The primary research question guiding this thesis is: How can technologies be designed to empower and support the well-being of both ADHD and neurotypical children and their care ecosystems?
Overall, this thesis enhances understanding of strategies and aspects technologies can use to empower and support the well-being of ADHD and neurotypical children and their care ecosystems. It presents the design and evaluation of prototypes using these strategies and proposes a new agenda for ADHD technology research that designs "beyond symptoms," advocating for the active inclusion of multiple care ecosystem stakeholders. It also offers a refined understanding of technology-supported emotional expression and reflection processes to foster children's well-being
An engagement-aware recommender system for people with dementia
No full textWith the number of people with dementia (PWD) growing worldwide and no cure available, there is an urgent need for tertiary prevention strategies to reduce symptoms, slow disease progression, and improve patients' quality of life. Technology-driven approaches, such as tablet-based activation systems, are well-suited for this purpose as they are portable and can offer diverse contents to meet different capabilities, needs, and interests. However, for these systems to benefit cognitive functioning, well-being, and quality of life, they must engage users effectively, which varies greatly among individuals. Thus, tablet-based systems should be able to monitor and interpret users’ engagement levels to personalize the sessions. This thesis examines a tablet-based system called I-CARE which aims to promote cognitive, social, and physical activation for PWD. It analyzes interactions between PWD and their caregivers (CGs) using a multimodal dataset gathered in a semi-supervised care setting, with engagement levels annotated by human raters for detailed analysis. The dissertation explores the recognition of PWD's affective states, including engagement and activation preferences, based on their verbal and non-verbal responses. Moreover, recognized engagement levels are used as feedback for a recommender system designed to support PWD and CGs in selecting appropriate contents, enabling beneficial activation sessions. A study conducted in a real-world setting evaluated the system's effectiveness and identified challenges in dynamic scenarios. Last, this thesis investigates the automatic detection of spontaneous emotional tears, a key social signal, based on facial and postural behaviors in healthy individuals, which could enhance perceptive abilities across various applications
Applications of cavity ring-down Sspectroscopy in environmental physics: Rayleigh scattering cross-sections and airborne measurements of peroxy radicals
No full textThis doctoral thesis aims at the improvement of the airborne measurement of peroxy radicals by focusing on two applications of cavity ring-down spectroscopy (CRDS): the determination of the EM radiation extinction cross-section of gas molecules, and the determination of gas molecule concentrations with the knowledge of the EM radiation extinction and the EM radiation extinction cross-sections. The experimental part of the work is based on the use of the Peroxy Radical Chemical Enhancement and Absorption Spectrometer (PeRCEAS) instrument which combines the peroxy radical chemical amplification (PERCA), for the amplified conversion of peroxy radicals in NO2, with a sensitive NO₂ detection by CRDS.
For the first CRDS application, three setups were used for the determination of Rayleigh scattering cross-sections σ_(Rayl.)of atmospheric gases at 408 nm. Thus, the EM radiation extinction by N₂, O₂, Ar, CO, CO₂, N₂O, CH₄, and synthetic air (SA) was measured using step pressure changes and pressure ramps in optical cavities. The experimentally determined σ_(Rayl.) were compared with calculated values based on literature refractive index (n) and King correction factors. The calculated and measured σ_(Rayl.) agreed within 0.6 %, 2.4 %, 1.2 %, 2.2 %, and 1.5 % for CO₂, N₂, O₂, SA, and Ar, respectively, at ~ 408 nm. The measured σ_(Rayl.) for N₂O and CH₄ confirmed the improved accuracy of the most recently published determinations of their refractive indexes. The CO σ_(Rayl.) experimentally determined for the first time in this work at 408 nm, is 4.1 % higher than the calculated value resulting from extrapolation, suggesting the need for improved knowledge of the refractive index and King correction factors in the blue spectral region.
The second CRDS application is a pre-requisite for the acquisition of airborne peroxy radical data and involves the deployment of PeRCEAS on an airborne platform for the measurement of the total sum of peroxy radicals which react with NO (RO_2^*) during the EMeRGe (Effect of Megacities on the transport and transformation of pollutants on the Regional and Global scales) project. The retrieved RO_2^* were then compared with the results of four atmospheric models and with calculations based on photostationary steady state (PSS) assumptions. The box model and the PSS calculations are constrained to the airborne measurements. Three case studies/scenarios were investigated: 1) close to Rome and Manila's major population centres, 2) long-range transported air masses from megacities in the Western Pacific, and 3) over a very populated area in Taiwan during different take-off and landing scenarios.
Generally, models agree with measurements within their uncertainties, but they face difficulties with short-term variations. Notably, in Rome, models underestimated measurements by up to 80% at lower altitudes close to the boundary layer, while in Manila the box model underestimated 30% of the observations. In the Taiwan cases, the models showcased a 2 to 5 times underestimation in capturing short-term RO_2^* variability in more polluted, aerosol-rich conditions. A re-evaluation method, adjusting the ratio of different peroxy radicals in the RO_2^* calculations, reduced differences between the box model and PSS results by up to 40%. Overestimations by the PSS calculations were linked to high NO levels, organic nitrate formation, and aerosol-induced radical losses unaccounted for in current calculations. The findings underscore the capabilities of the models investigated and highlight the necessity for the speciation of radical measurements to improve the understanding of the short-term variability of RO_2^* in complex polluted areas
Ein diskreter differentialgeometrischer Ansatz zur Simulation von gekoppelten mehrphasigen mesoporösen Systeme
No full textA myriad of processes and systems in Chemical- and other fields of Engineering Science are multiphase. Applications that involve processes containing multiple phases of increasing geometric complexity have become increasingly common in recent years. Attempts to model and simulate systems with a large number of interfaces with complex geometries is often limited by the interface tracking and accuracy of the curvature computation which is a large source of error of the numerical method. This work resolves the long standing difficulty in computing the curvature of interfaces accurately and efficiently.
In this work a new practical tool was developed that can be implemented in a wide array of state-of-the art methods. It is shown that the rigorous derivation of the curvature of interfaces allows for an accurate, or near-exact computation of curvature for simulation of three-phase systems. Additionally, it is demonstrated that a special trapezoidal integration error can be used to provide an estimate of continuity of the interface, which is useful for ensuring dynamic accuracy in three-phase simulations by controlling the refinement of a numerically captured fluid-fluid interface that is manifold.
It is further shown that the method for computing curvatures developed herein can be computed exactly for arbitrary fluid-fluid interfaces that are manifold. The extent to which an interface is manifold can be tracked by computing the topology of the simplicial complex using computationally efficient methods developed especially for this application. Since the method for computing curvatures are near-exact and mesh independent, a very large tolerance can be used in large scale simulation of complex three-phase materials. In principle, it is only necessary to track that the interface is continuous. Therefore, the complex can be refined in such a way that the error matches the desired tracking of non-solid volume due to porosity and asperities in three-phase systems. The result of this work can be implemented in any formulation where the underlying geometry of the model is manifold, and is especially useful in the fields of multiphase flow, thermodynamics, materials engineering and surface energy minimisation
In-situ time resolved x-ray diffraction study of microstructural evolution during low pressure carburization of steels
No full textDie Niederdruckaufkohlung ist ein thermochemisches Einsatzhärtungsverfahren, bei dem die Werkstoffoberfläche durch Erhöhung des Kohlenstoffgehalts verfestigt wird. Es wird in einem Vakuumofen unter Verwendung von Kohlenwasserstoffgasen bei sehr niedrigem Druck und erhöhten Temperaturen durchgeführt, um eine harte, verschleißfeste Oberfläche in Verbindung mit einem zähen Kern zu erhalten. Der Prozess wird im Allgemeinen in zwei Schritte unterteilt, die als Boost und Diffusion bezeichnet werden. Im Boost-Schritt wird Kohlenwasserstoffgas bei hoher Temperatur und niedrigem Druck in den Ofen eingeleitet, wodurch der Kohlenstoff von der Stahloberfläche absorbiert wird. Im folgenden Diffusionsschritt wird die Probe bei hoher Temperatur im Vakuum gehalten, damit der Kohlenstoff in die Tiefe des Werkstoffs diffundieren kann.
Obwohl die Niederdruckaufkohlung in der Industrie etabliert ist, fehlt es noch an detaillierten Mechanismen der Gefügeentwicklung und an grundlegendem Verständnis. Insbesondere sind die detaillierten Kenntnisse über die Kinetik der lokalen Kohlenstoffanreicherung, die zu einer sukzessiven Karbidbildung und -auflösung während der verschiedenen Prozessschritte führen könnte, noch unvollständig. Ziel dieser Dissertation ist es daher, den aktuellen Stand des Wissens und des Verständnisses über das Niederdruckaufkohlen zu erweitern.
Um dieses Ziel zu erreichen, wurden während des gesamten Niederdruck-Aufkohlungsprozesses in-situ-Synchrotron-Röntgenexperimente an der Hochenergie-Synchrotron-Beamline P07-EH3 von PETRA III am Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY) in Hamburg durchgeführt. Eine spezielle Kammer und ein Prozesskontrollsystem wurden entwickelt, um industriell relevante Experimente während kontinuierlicher Röntgenbeugungsmessungen durchführen zu können.
Während der gesamten Experimente wurden insgesamt etwa 150.000 einzelne 2D-Beugungsbilder aufgenommen. Die 2D-Bilder wurden mithilfe der leistungsfähigen PyFAI-Software der European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) integriert und nach der Rietveld-Methode ausgewertet. Dabei kam eine automatische Auswertung mit selbst entwickelten Auswertemakros zum Einsatz, die in die kommerziell erhältliche Software TOPAS von Bruker und MATLAB integriert wurden. Daraus wurden zeit- und temperaturabhängige Informationen über vorhandene Phasen, Phasenanteile und Gitterkonstanten gewonnen. Der Kenntnisstand über mikrostrukturelle Veränderungen und die Entstehung von Spannungen während aller Behandlungsschritte konnte erheblich verbessert werden.
Darüber hinaus wurden die Gefügeveränderungen während der Aufkohlungsversuche, die mit verschiedenen Prozessparametern durchgeführt wurden, untersucht und diskutiert. Bei diesen Parametern handelt es sich um die Prozesstemperatur, die Acetylenmenge und die Anzahl der Boost-Diffusionszyklen.
Des Weiteren wurden die Ergebnisse der Änderung des Spannungszustandes während der verschiedenen Schritte der Aufkohlungsversuche aufgezeigt und diskutiert.
Schließlich wurden die experimentellen Daten und die durch die bestehende Simulation
vorhergesagten Daten verglichen. Aufgrund neuer Erkenntnisse wurden die Berechnungen der Simulation verbessert, indem die neuen Parameter angewendet wurden. Für diesen Vergleich wurde eine spezielle Simulation gewählt, da sie viele Phänomene berücksichtigt, die während der Niederdruckaufkohlung auftreten, wie z. B. Karbidbildung und -auflösung, und somit präzise Ergebnisse für industriell relevante Prozessparameter vorhersagt.
Die Sättigungsgrenze des Austenits wurde innerhalb von Sekunden nach dem Aufheizen erreicht, weil der Kohlenstoff sehr schnell aus der Atmosphäre in die Probe aufgenommen wurde. Dieser schnelle Anstieg wurde unabhängig von den Prozessparametern beobachtet. Die Kohlenstoffatome sammelten sich an der Oberfläche an und es kam zu einer raschen Ausscheidung von Karbiden. Daher wurde die Kohlenstoffdiffusion aus der Atmosphäre an die Oberfläche verlangsamt. Unterstützende Experimente im Reflexionsmodus zu den Hauptexperimenten im Transmissionsmodus ergaben, dass der im Austenit gelöste Kohlenstoffgehalt nach 20 Sekunden Boost-Schritten den Spitzenwert erreicht und dann aufgrund der Diffusion von Kohlenstoff abnimmt, obwohl in der Atmosphäre noch Acetylen vorhanden war. Dies wurde als starker Beweis für die Verlangsamung der Kohlenstoffaufnahme durch die Karbidschicht, hauptsächlich Zementit, gewertet, die sich auf der Oberfläche des Materials gebildet hatte. Diese Karbidschicht wurde auch durch Zementit-Peaks in der Röntgenbeugung während der Boost-Schritte und sowie durch metallographische Analysen von Proben bestätigt, die unmittelbar nach der Boost-Schritte abgeschreckt wurden.
Die Karbide, die sich in den ersten Sekunden der Boost-Schritte an der Oberfläche des Materials bildeten, begannen sich in den folgenden Diffusionsschritten aufzulösen. Die Bildungs- und Auflösungskinetik der Karbide hing stark von der Menge der Karbide und dem Grundkohlenstoffgehalt in der austenitischen Matrix ab. Mit zunehmender Anzahl der Boost- Aufladeschritte nahm auch die Stabilität des Zementits zu. So blieb die Menge des im ersten Verstärkungsschritt Boost gebildeten Zementits konstant, während der im zweiten und dritten Verstärkungsschritt gebildete Zementit sogar bis zum Ende der ersten Minute der folgenden Diffusionsschritte weiter anstieg.
In den ersten Minuten aller Diffusionsschritte blieb der im Austenit gelöste Kohlenstoffgehalt nahezu unverändert. Diese Stabilität des Kohlenstoffgehalts wurde bereits am Ende der Boost-Schritte erreicht. Während dieses Zeitraums wurde beobachtet, dass der Zementitgehalt beim zweiten und dritten Boost-Schritt weiter anstieg, obwohl kein weiteres Kohlenstoffspendergas in die Kammer eingeführt wurde.
Während des Abschreckens hatte der früh gebildete Martensit ein niedrigeres c/a-Verhältnis als der später gebildete. Dieser Unterschied wurde auf die frühe Phasenumwandlung von Austenitkörnern mit geringerem Kohlenstoffgehalt zurückgeführt. Andererseits wurden auch sofortige selftempering, zweiter Art Eigenspannungen zwischen Austenit und Martensit und eine Umverteilung/Ordnung des Kohlenstoffs erwartet, was zu einer geringeren Tetragonalität führt.
Um die Auswirkungen der Temperatur zu untersuchen, wurden zwei Versuche mit denselben Prozessparametern bei 960 °C und 920 °C durchgeführt. Eine höhere Temperatur führte zu einer höheren Kohlenstoffabsorption während des Boost-Schrittes. Die Auswirkung der hohen Temperatur war in den frühen Stadien des Prozesses dominanter und nahm in jedem folgenden Schritt ab.
Um die Auswirkung der Acetylenmenge auf die Prozessschritte zu untersuchen, wurden zwei Experimente mit unterschiedlichen Acetylenflussraten und unterschiedlicher Dauer der Boost-Schritte durchgeführt. Die Dauer der Boost-Schritte wurde um das Zweifache und die Acetylen-Durchflussmenge um das Achtfache erhöht. In der ersten Minute der Boost-Schritte wurden deutliche Unterschiede im Kohlenstoffgehalt, der im Austenit gelöst war, beobachtet. Das Experiment mit der höheren Durchflussrate hatte einen höheren Kohlenstoffgehalt. Nach der ersten Minute blieb der Kohlenstoffgehalt bei der Probe mit der höheren Acetylen-Durchflussrate jedoch fast konstant, während bei der anderen Probe ein geringer Anstieg zu beobachten war, was darauf hindeutet, dass die Kohlenstoffzufuhr zur Oberfläche dieser Probe noch immer langsam erfolgt. Am Ende der Erhöhungsschritte für zwei Proben lagen die endgültigen Kohlenstoffgehalte an der Oberfläche trotz sehr unterschiedlicher Durchflussraten und -dauern sehr nahe beieinander. Quantitative Karbidanalysen wurden auch für den zweiten Boost-Schritt der Probe mit der höheren Acetylenmenge durchgeführt. Die Zunahme des Zementitgehalts war ähnlich der Zunahme des im Austenit gelösten Kohlenstoffs. In der Anfangsphase nahm der Zementitgehalt stark zu, dann verlangsamte sich die Zunahme und nach etwa 100 Sekunden war die Zementitmenge konstant. Es wurde festgestellt, dass Karbide je nach Prozessparameter einen erheblichen Beitrag zum endgültigen Kohlenstoffgehalt leisten, der bei den Berechnungen berücksichtigt werden sollte.
Um die Auswirkungen der Boost- und Diffusionszyklen zu untersuchen, wurden Versuche mit 3 und 4 Zyklen durchgeführt. Die Probe mit der höheren Anzahl an Boost-Diffusionszyklen hatte einen niedrigeren Oberflächenkohlenstoffgehalt, aber eine höhere Kohlenstoffeindringtiefe, da auch die Diffusionsdauer höher war. Bei dieser Probe wurde auch die Bildung von Zementit während der Boost-Schritte anhand der Röntgenbeugungspeaks beobachtet.
Die Entwicklung sowohl der abweichenden als auch der mittleren Spannung in eine Richtung wurde bei jedem Schritt der Niederdruckaufkohlung-Behandlung beobachtet. Wie erwartet, gab es vor den Boost-Schritten keine Eigenspannungen bei hohen Temperaturen. Das Hauptaugenmerk fiel auf die Eigenspannungen während des Abschreckens, infolgedessen drei Proben mit unterschiedlichen Kohlenstofftiefenprofilen wurden mit derselben Abschreckrate untersucht. In der Anfangsphase des Abschreckens traten bis etwa 420 °C thermische Spannungen in Zugrichtung auf. Über etwa 420 °C nahmen die Zugspannungen aufgrund der martensitisch-bainitischen Umwandlung des Kerns zu.
Bei Erreichen der martensitischen Umwandlungstemperatur der Oberfläche begannen die Zugspannungen zu sinken und änderten dann irgendwann ihre Richtung in Richtung Druck. Bei den meisten Proben war die Druckeigenspannung im Restaustenit am Ende des Abschreckens umgekehrt proportional zum Kohlenstoffgehalt der Probe. Zusätzlich wurden bei allen Proben höhere Druckspannungen im zuerst gebildeten Martensit erzeugt, die im weiteren Verlauf der martensitischen Umwandlung abgebaut wurden.
Im letzten Teil der Arbeit wurden die Ergebnisse aus den Versuchen mit den Ergebnissen der von Steinbacher und Hunkel entwickelten Simulation verglichen. Es wurden neue Randbedingungen vorgeschlagen, um genauere Vorhersagen zu treffen. In-situ-Untersuchungen zeigten, dass einer der Hauptunterschiede zwischen dem berechneten Gradienten des Kohlenstoffgehalts und der Simulation durch die Variation der Temperatur verursacht wird, da diese sowohl die Diffusionsgeschwindigkeit des Kohlenstoffs im Material als auch die Karbidbildungs- und - auflösungskinetik beeinflusst. Daher wurden Proben mit unterschiedlichen Prozesstemperaturen und auch unterschiedlichen Härtetemperaturen untersucht und die berechneten Kohlenstoffprofile mit den Simulationswerten verglichen. Darüber hinaus wurden auch Prozesspläne mit unterschiedlichen Boost-Schrittdauern untersucht. Es zeigte sich, dass kürzere Boost-Schritte von weniger als einer Minute zu einer Unterschätzung des Kohlenstoffgehalts in der Simulation geführt haben. Als Grund hierfür wird angenommen, dass die Hauptkohlenstoffaufnahme aus der Atmosphäre in der Probe in den ersten Sekunden der Boost-Schritte abgeschlossen ist. Das Simulationsprogramm geht jedoch von einer gleichmäßig verteilten Kohlenstoffaufnahme über die gesamte Boost-Schrittdauer aus, was zu einer Unterschätzung führt. Wird die Dauer des Boost- Schritts verlängert, wird der Kohlenstoffgehalt überschätzt. Dieses Phänomen wird auf die Bildung von Karbiden an der Oberfläche zurückgeführt, die die Kohlenstoffaufnahme verlangsamen. Das Simulationsprogramm berücksichtigt zwar die Karbidbildung jedoch nicht vollständig deren negative Auswirkungen auf die Acetylenzersetzung, wodurch es wiederum zu einer Überberechnung des Kohlenstoffgradienten kommt
How adhesives should flow during manufacturing
No full textThis thesis proposes a methodology to optimize the application pattern of adhesively bonded joints, so that the liquid adhesive automatically flows into the desired bond shape during manufacturing — leaving no spots over- or underfilled, thus the adhesive is used in the most efficient way. Besides preventing adhesive excess and waste that eliminates the need for cleaning and reworking steps after joining, this optimization approach ultimately leads to a more ecological and economic adhesive manufacturing processes.
To achieve this goal, an optimization algorithm is developed that iteratively modifies the shape of adhesive application pattern until it flows into the desired bond shape. Established methods from topology optimisation for solids are used, re-interpreted, and applied in the context of fluid mechanics in a new way. At each iteration, the resulting distribution obtained after squeezing an initial adhesive application pattern is calculated. The resulting distribution is then compared to the desired adhesive distribution, and overflown adhesive is traced back to its origin in the initial pattern (using the calculated velocity and direction). These overflown areas are then removed from the initial pattern and the iteration loop continues until the resulting distribution matches the desired bond geometry within an acceptable tolerance.
This optimization strategy relies on the accurate simulation of squeeze flow processes for which a special numerical model was chosen. This model was extensively validated in a comprehensive experimental study in advance, to prove its suitability. By combining the Hele-Shaw approach, a method to investigate squeeze flow processes, with Particle Image Velocimetry, a method to measure fluid flows, it is demonstrated that the simulation model is sufficiently accurate and can be implemented to calculate the quantities that are required by the optimization algorithm. Further, the surface structure has proven to be of secondary importance and doesn't need to be considered in the optimization.
The algorithm was applied to optimize a variety of different application patterns. It was found that the optimized shapes have recurring shapes such as pointy fingers which flow into corners and bays that flow into straight edges. Furthermore, quantities like the degree of compression, number of cells and considered flow-laws were varied to investigate their influence on the algorithms results. However, it was found that the algorithm is mesh and flow-law independent, which highly improves its applicability and simplicity for practical use. It is capable to identify optimal patterns for frequently used adhesive layer thicknesses and degrees of compression.
Finally, the optimized patterns obtained by theoretical analysis were validated through real world experiments, that confirmed their ability to flow into the desired shapes. Overall, this thesis presents an innovative approach to optimize adhesive application patterns. Due to the performed optimization, the environmentally questionable adhesive waste and costly post-cleaning work can be eliminated — thus, a more ecological and economical manufacturing process is achieved