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Fakultätsübergreifendes Institut für Werkstofftechnik


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INHALTE

Studienabschlussarbeiten

im Institut für Werkstofftechnik

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Erstellt: Tue, 17 Oct 2017 23:04:53 +0200 in 0.0138 sec


Kok, Lars
Entwicklung einer Laser-Auftragsschweißschicht für Großkolbenringe. - 123 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2016

Das Thema der vorliegenden Arbeit ist die Beschichtung von Kolbenringen mittels Laserauftragsschweißen. Dabei sollen verschiedene Schichtkonzepte getestet und evaluiert werden. Ziel ist es Eigenschaften zu erreichen, die den bestehenden Schichtsystemen, vor allem in Bezug auf ihre Verschleißfestigkeit, in nichts nachstehen. Im theoretischen Teil der Arbeit soll ein kurzer Einblick in die Funktionsweise des Dieselmotors gegeben werden. Die Aufgaben und Anforderungen an die Kolbenringe stehen dabei im Vordergrund. Zusätzlich wird auf das Eisen-Kohlenstoff-Diagramm eingegangen, da es Grundlage für die verwendeten Substrate ist. Weiterhin soll das verwendete Lasersystem sowie das Laserauftragsschweißen erklärt werden. Zusätzlich werden die grundlegenden thermodynamischen Prozesse erläutert. Außerdem wird auf bestehende Schichtsysteme eingegangen. In den praktischen Versuchen kamen sowohl ein Dioden-Faser-Laser, als auch ein CW-Laser zum Einsatz. Ziel war es geschlossene Schichten, mit guter Oberflächenqualität, guter Anbindung zum Substrat und Härte zu erzeugen. Zu Beginn musste dabei die Anlage optimal eingestellt und von Fehlern befreit werden. Diese äußerten sich in der Form von Poren, Rissen und schwankenden Wirkungsgraden. Es wurde zuerst versucht Schichten aus der galvanischen Verchromung und dem thermischen Spritzen zu reproduzieren. Das Spritzen von Chrompulver konnte keine guten Schichten erzeugen und die thermischen Spritzschichten hatten mit Rissen zu kämpfen. Anschließend wurden verschiedene Matrixmaterialien erprobt. Insbesondere Metcoclad 625, Metcoclad 6, Diamalloy 1002 und XPT-512 zeigten hervorragende Eigenschaften, beispielsweise hohe Wirkungsgrade und homogene Schichten. In weiteren Versuchen wurden zusätzlich Hartstoffe in die Matrix eingebracht. Diese Versuche waren nur teilweise erfolgreich. Die hohe Reaktivität mit Sauerstoff wurde hier als Hauptproblemfeld indentifiziert. Wolframcarbid allerdings hatte dieses Problem nicht. Die Verwendung von bereits agglomerierten Pulvern zeigte gute Ergebnisse. Es konnten homogene Schichten ohne Fehler erzeugt werden. Die Untersuchung der Schichten erfolgte hauptsächlich mit dem Lichtmikroskop. Für ausgewählte Systeme wurden weiterhin REM-Aufnahmen und EDX-Analysen durchgeführt. In der Arbeit konnte gezeigt werden, dass das Laserauftragsschweißen für Kolbenringe möglich ist. Es konnten verschiedene Schichten erzeugt werden, die eine gute Anbindung an das Substrat hatten und fehlerfreie Gefüge aufweisen.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/875721613kok.txt
Kerk, Thomas
Grundlagenuntersuchung zur Anwendung einer Sandwichstruktur - cermetische Schicht/Aluminium/Aluminium-Schaum/Aluminium - im Bereich Schutz. - 101 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2016

Im Zuge internationaler Friedensmissionen werden deutsche Streitkräfte mittlerweile weltweit eingesetzt. Bei diesen Friedensmissionen werden unter anderem geschützte Fahrzeuge eingesetzt, die das höchste Gut - das Leben der Soldatinnen und Soldaten - schützen sollen. Ein derartiger Schutz wird oftmals durch massive und dicke Stahlplatten oder mehrschichtige Hybridsysteme realisiert. Diese genutzten Systeme haben den Nachteil einer hohen Masse, was wiederum die Mobilität der geschützten Fahrzeuge reduziert. Um den damit verbundenen logistischen Aufwand und die Mobilität bei gleichbleibendem Schutz zu reduzieren bzw. zu steigern, werden für alternative Schutzsysteme neue Werkstoffentwicklungen, neue Fertigungstechnologien und alternative Bauweisen untersucht und eingesetzt. Eine Möglichkeit, ein alternatives Schutzsystem zu realisieren, ist die Verwendung von cermetischen Schichten. Diese cermetischen Schichten können beispielsweise auf Stahlplatten, unter Verwendung der thermischen Spritztechnik, aufgebracht werden. Der Einsatz von beschichteten Stahlplatten hat den Vorteil, dass sie im Vergleich zu reinen Stahlplatten dünner ausgelegt werden können und somit Gewicht gespart werden kann. Diese Leichtbaulösung neigt allerdings aufgrund der dünneren Plattendicke beim Einwirken einer definierten Masse mit hoher kinetischer Energie zur elastischen Ausbeulung. Als Folge dieser elastischen Ausbeulung kann es zum globalen Abplatzen der cermetischen Beschichtung kommen, wodurch das Schutzpotenzial reduziert wird. Durch die in dieser Masterarbeit untersuchte Sandwichstruktur cermetische Schicht/Aluminium/Aluminium-Schaum/Aluminium - soll aufgrund der hohen Energieabsorption der geschäumten Kernlage das elastische Ausbeulen der Grundplatte und somit das globale Abplatzen der cermetischen Beschichtung reduziert bzw. verhindert werden. Der Einschlag einer definierten Masse mit hoher kinetischer Energie wurde in dieser Masterarbeit durch einen eigens hierfür aufgebauten Fallversuch realisiert. Auf Basis der durchgeführten Arbeiten und Untersuchungen werden die ausgewählten thermisch beschichteten und geschäumten Sandwischstrukturen für die Anwendung im Bereich Schutz analysiert und bewertet. In dieser Masterarbeit konnte gezeigt werden, dass die cermetische Schicht, welche mittels des thermischen Flammspritzens aufgebracht wurde, beim Einschlag einer definierten Masse aus einer festgelegten Fallhöhe nur in unmittelbarer Umgebung des Einschlagslochs abplatzt. Das bei massiven Stahlplatten auftretende globale Abplatzen konnte demnach verhindert werden. Zudem konnte gezeigt werden, dass das Deformations- und Energieabsorptionsverhalten der Sandwichstruktur von der Dicke der Beschichtung, der Dicke der Sandwichstruktur und von der Anzahl und Position von Defekten innerhalb der geschäumten Kernlage entscheidend beeinflusst wird.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/875721095kerk.txt
Platz, David
Aufbau und Charakterisierung von thermoelektrischen Modulen auf der Basis von Mg- und Mn-Silizid. - 76 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2016

Thermoelektrische Module (TEM) aus n- und p-dotierten Halbleitermaterialien können als Folge einer Temperaturdifferenz direkt elektrische Energie erzeugen und stellen eine vielversprechende Technologie zur Energierückgewinnung aus Abwärme dar. In diesem Zusammenhang zeichnen sich Silizide durch ihre geringen Kosten, die hohe Verfügbarkeit sowie ihre Umweltverträglichkeit aus, sodass sie ein hohes Potential für die Verwendung in TEM bieten. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem experimentellen Aufbau und der Leistungscharakterisierung von TEM auf der Basis von n-Mg2Si0,4Sn0,6 und p-MnSi1,81. Zur Herstellung der Proben wurden pulvermetallurgische Verfahren unter Ar-Atmosphäre angewendet. Die Synthese und Kompaktierung der Proben erfolgte im Spark Plasma Sinterverfahren (SPS). Um die thermoelektrischen Eigenschaften (elektrische Leitfähigkeit , Seebeck-Koeffizient S und Wärmeleitfähigkeit ) zu optimieren und die Effizienz der Energiewandlung zu erhöhen, wurden die Silizide dotiert. Das Multidrahtsägen konnte erfolgreich zur Produktion von thermoelektrischen Schenkeln eingesetzt werden. Eine Herausforderung bei der Konstruktion eines TEM stellte hingegen die Wahl eines geeigneten Lötmaterials dar, welches die hohe elektrische Leitfähigkeit aufrechterhalten soll und keine Reaktionen mit dem thermoelektrischen Material hervorrufen darf. Daher wurden unterschiedliche metallische Folien als mechanisch und thermisch stabile Diffusionsbarrieren eingesetzt. Die Untersuchung der Reaktionsschichten erfolgte mittels REM- und EDX-Analyse. Charakterisiert wurden die TEM an einem am Fraunhofer IFAM Dresden entwickelten Prüfstand unter statischen Temperaturbedingungen. Einen der wesentlichen Aspekte dieser Arbeit stellte die Senkung des Innenwiderstandes Ri durch eine geeignete Kombination von Silizid, Diffusionsbarriere und Lötmaterial dar. Die generierte elektrische Leistung eines Moduls wurde abschließend aus der Messung von U-I-Kennlinien bestimmt.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/875720900platz.txt
Spreemann, Dominic
Charakterisierung von Hochleistungs-Impuls Magnetronsputterprozessen im Labor- und Industriemaßstab. - 128 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2016

Um Beschichtungs-Prozesse im Bereich der Plasmatechnik aus der Forschung in die Industrie zu übertragen, müssen wichtige Stellgrößen gefunden werden, um vergleichbare Plasmazusammensetzungen in der Industrie zu erhalten. Diese Zusammensetzung bestimmt die Schichteigenschaften und wird durch eine Vielzahl von Parametern bestimmt. In dieser Arbeit wurde der Einfluss von veränderter ON-Zeit, Frequenz und Ladespannung auf die Elektronentemperatur, Plasmadichte, Spitzenstromdichte und die Intensität innerhalb von Hochleistungs-Impuls Magnetronsputter-Prozessen untersucht und dargestellt. Zur Bestimmung wurden eine Langmuir-Sonde und die Optische Emissionsspektroskopie genutzt. Die Intensitäten wurden zeitaufgelöst und zeitgemittelt bestimmt. Zudem wurde das Ionen/Neutralteilchen-Verhältnis an der Substratoberfläche für ausgewählte Parameter untersucht und als Basis für einen ersten Versuch der Prozessübertragung von einer Forschungs- und Entwicklungskathode (45,6 cm^2) auf eine Industriekathode (315 cm^2) genutzt. Als alternative Ausgangsbasis diente die Stromdichte. An einem Kupfer- und einem Aluminium-Target konnte gezeigt werden, dass Spitzenstromdichte, Plasmadichte und Intensität mit der Ladespannung stiegen und die Elektronentemperatur sank. Auch die Erhöhung der ON-Zeit führte zu tendenziell höheren Spitzenstromdichten, Plasmadichten und Intensitäten, wobei die Spitzenstromdichte hier gegen ein Maximum lief. Plasmadichte und Intensität zeigten eine direkte Abhängigkeit vom Strom und verhielten sich ähnlich. Für Spitzenstromdichte und Intensität konnte zudem eine Frequenzunabhängigkeit nachgewiesen werden. Nur angeregtes Aluminium wich von diesem Verhalten ab. Die Übertragung führte zu vielversprechenden Ergebnissen. Es zeigte sich, dass die Spitzenstromdichte nicht zu vergleichbaren Ergebnissen führt, während die Wahl des Verhältnisses gute Übereinstimmungen bei Plasmadichte und Intensität liefert. Hierbei zeigte sich zudem, dass der Spitzenstrom und nicht die Spitzenstromdichte eine wesentliche Stellgröße für eine Übertragung sein könnte.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/87486013Xspree.txt
Richter, Bastian
Entwicklung einer vereinfachten Auslegungssystematik für Spritzgießmaschinen basierend auf Produktgruppen. - 100 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit, 2016

Zielsetzung der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung einer vereinfachten Auslegungssystematik für Spritzgießmaschinen, die eine schnelle erste Konfiguration der zentralen Komponenten ermöglicht. Zunächst wird hierfür ein Überblick über die prozesstechnisch relevanten Materialeigenschaften und den Aufbau einer Spritzgießmaschine gegeben. Durch den analytischen Vergleich der derzeitigen Maschinenauslegung mit den verfahrenstechnischen Merkmalen beim Spritzgießprozess werden die Schwachstellen des aktuellen Konzeptes aufgezeigt. Darauf aufbauend werden einzelne mathematische Modelle überarbeitet und validiert und eine neue verfahrensgerechte Auslegungssystematik erstellt. Die Ermittlung der Anforderungen an die Spritzgießmaschine erfolgt dabei basierend auf den Produkteckdaten, den Abmessungen des Werkzeuges und dem Material. Mit Hilfe dieser Anforderungen erfolgt anschließend die Konfiguration der einzelnen Komponenten. Des Weiteren werden Produktkategorien gebildet, die eine eindeutige Zuordnung von Spritzteilen ermöglichen. Durch die Zugehörigkeit zu einer Produktgruppe können die Qualitätsanforderungen des Spritzteils und die Produktionsbedingungen bei der Auswahl der Maschine berücksichtigt werden.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/874378966richt.txt
Behringer, Andreas
Untersuchung zur Modellierung, Simulation der Flussdichteverteilungen und Optimierung von HTSL-Anordnungen für die Lorentzkraftanemometrie. - 62 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2016

Die Lorentzkraftanemometrie ist ein Messverfahren, das die berührungslose Messung der Strömungsgeschwindigkeit eines elektrisch leitfähigen Fluids ermöglicht. Grundprinzip ist die Messung der Reaktionskraft auf ein Magnetsystem, dessen Feld den Strömungskanal durchsetzt. Mit dieser Arbeit werden Grundlagen gelegt, um ein Magnetsystem auf Basis von Hochtemperatursupraleitern zu entwickeln. Dazu wird experimentell die Flussdichteverteilung zwischen einem Paar Hochtemperatursupraleiter in einem Temperaturbereich von 22K bis 80K bei Feldstärken von bis zu 5T bestimmt. Außerdem wird der Einfluss der Bulktemperatur auf die maximal speicherbare Flussdichte untersucht. Mit der Multiphysiksoftware Comsol Multiphysics wird ein Modell entwickelt, das für eine gegebene Flussdichteverteilung eine Stromdichteverteilung im HTSL-Bulk approximiert. Es wird außerdem die Basis für eine Optimierung eines Magnetsystems auf HTSL-Basis gelegt. Dafür wird ein zweites Modell entwickelt, das mit Hilfe der ermittelten Stromdichteverteilung die zu erwartende Lorentzkraft auf ein Magnetsystem aus einem bzw. drei HTSL-Bulkpaaren berechnet. Es werden die derzeit bestehenden Probleme aufgezeigt und mögliche Ursachen diskutiert.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/874155665behri.txt
Försch, Philipp
Mechanical properties and degradation of starch-based biopolymers as a result of processing. - 89 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2016

Die Entwicklung von Kunststoffen auf Basis erneuerbarer Ressourcen ist ein wachsender Markt. Jedoch werden Biopolymere bei der Verarbeitung einem Molekülkettenabbau ausgesetzt, der ihre Eigenschaften beeinflusst. Um diese Eigenschaften zu verbessern und die Lebensdauer von mit Biopolymeren hergestellten Produkten zu erhöhen, muss das Abbauverhalten während der Verarbeitung identifiziert werden. In der vorliegenden Arbeit werden Abbaumechanismen von stärkebasierenden Kunststoffen beschrieben. Basierend auf der Beziehung von mittlerer Molmasse und newtonscher Viskosität wurde das Abbauverhalten von PHBV untersucht. Es wurde herausgefunden, dass PHBV anfällig ist für thermische Belastung. Mechanische Scherbelastung zeigt jedoch nur geringe Auswirkung auf eine Änderung in der newtonschen Viskosität. Hydrolyse und (thermo-)oxidative Effekte zeigten keinen signifikanten Einfluss auf den Molekülkettenabbau von PHBV. In Versuchen mit einem Doppelschneckenextruder zeigte sich, dass die Parameter Temperatur, Schneckengeschwindigkeit und Durchsatz den Abbau von PHBV beeinflussen. Eine Beziehung von Einflussfaktoren und Molekülkettenabbau wurde formuliert. Die Auswirkungen des Abbaus auf die mechanische Eigenschaften E-Modul, Zugfestigkeit, Bruchdehnung und Schlagzähigkeit wurden untersucht.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/873730143foers.txt
Krause, Katharina
Technische Anforderungen an Reitböden in Hinblick auf die Anwendung rezyklierter Bau- und Abbruchabfälle. - 130 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2016

Das Recycling von Bauschutt und die Verwendung jener rezyklierten Bau- und Abbruchabfälle stellen Herausforderungen an Industrie und Forschung. Eine bisher unbetrachtete Einsatzmöglichkeit von rezyklierten Bau- und Abbruchabfällen bietet die Tretschicht auf Reitplätzen. Im Rahmen dieser Arbeit werden zehn verschiedene Außenreitplätze aus der Umgebung Ilmenau in Bezug auf ihre Tretschichtsande analysiert. Die Reitplatzbetreiber geben Auskunft über die Reiteigenschaften des jeweiligen Reitplatzes, wie z. B. Staubbildung und Trittfestigkeit. Analysemethoden sind unter anderem Lasergranulometrie, dynamische Bildanalyse, Gaspyknometrie, Messung der Eindringtiefe und Charakterisierung des Fließverhaltens mittels Ringschergerät. Aus dem Verhältnis von Nutzerbewertung und den ermittelten Kennwerten der untersuchten Tretschichtsande werden Eigenschaften für ein möglichst optimales Tretschichtmaterial bestimmt. Fünf rezyklierte Baustoffe werden analog zu den Tretschichtsanden untersucht und mit den Kennwerten der möglichst optimalen Tretschichteigenschaften verglichen. Rezyklierte Dachziegel, Hintermauerziegel, Kalksandstein und Vormauerziegel gehen als etwaige Tretschichtmaterialien aus den Analysen hervor. Deren partikeltechnologische Charakterisierung erfüllt die Anforderungen an eine möglichst optimale Tretschicht in vergleichbaren Maße wie die eingesetzten Tretschichtsande. Eine Optimierung der rezyklierten Bau- und Abbruchabfälle als Tretschichtmaterial ist durch Zuschlagstoffe, wie sie bereits für sandige Tretschichten verwendet werden, denkbar. Der Einsatz von den theoretisch geeigneten Recycling-Baustoffen als Reitböden sollte auf Test-Reitplätzen in der Praxis verifiziert werden.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/873666100kraus.txt
Elías Ilosvay, Ixchen Édua
Herstellung photonischer Strukturen mittels Nanoimprint-Lithographie. - 85 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2016

Seitdem im Jahre 1991 die ersten photonischen Strukturen künstlich hergestellt wurden, hat sich die Forschung in diesem Bereich stark entwickelt. Mittlerweile existieren zahlreiche Methoden, um derartige Strukturen herzustellen, allerdings sind der ökologische und finanzielle Aspekt immer noch nicht zufriedenstellend gelöst. Aus diesem Grund ist die Suche nach preisgünstigeren, schnelleren und umweltschonenden Methoden zur Herstellung photonischer Strukturen von großem Interesse. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Nanoimprint-Lithographie als eine Herstellungsvariante für photonische Strukturen herangezogen. Dazu wurden insgesamt 15 Proben unterschiedlicher Materialien und Geometrien gefertigt. Si und Quarzglassubstrate wurden mit diesem lithographischen Verfahren und verschiedenen Ätzverfahren mit Säulen, Löchern und Pyramiden strukturiert. Nach jedem Prozessschritt wurden die Strukturen mit dem Rasterelektronenmikroskop überprüft. Schließlich wurden bei den gefertigten Proben mittels UV-Vis-Spektroskopie und winkelaufgelöster Streulichtmessung Transmissions-, Reflexions- und Streulichtmessungen zur Untersuchung ihrer optischen Eigenschaften durchgeführt. Der Einfluss der Ätzzeit auf die Geometrie der Strukturen konnte durch REM-Untersuchungen gezeigt werden. Je länger die Proben geätzt wurden, desto tiefer und breiter waren die Strukturen. Mit Hilfe der UV- und Vis-Spektroskopie konnten verschiedene Zusammenhänge zwischen Ätzzeit und optischen Eigenschaften festgestellt werden. Zum einen hat sich die UV-Absorptionskante der Quarzglas-Proben mit zunehmender Tiefe der Strukturen zu längeren Wellenlängen verschoben. Zum anderen konnte durch die verlängerte Ätzzeit der gesamte Reflexionsanteil der Silizium-Proben verringert werden. Hinzu kommt, dass die Silizium-Proben durch die verschiedenen Ätzzeiten unterschiedliche Wellenlängen absorbiert bzw. reflektiert haben. Die Nanostrukturierung der Proben wurde schließlich mit Hilfe der winkelaufgelösten Streulichtmessung nachgewiesen und ihre Periode bestimmt werden. Die durch Streulichtmessung berechneten Perioden unterschieden sich wenig von den durch REM bestimmten Perioden. Trotz der aufgetretenen Schwierigkeiten bei der Herstellung der photonischen Strukturen kann nach der Analyse der Ergebnisse behaupten werden, dass das Verfahren aus vielerlei Hinsicht vorteilhaft ist. Die Ergebnisse der Untersuchungen ergaben, dass die Nanoimprint-Lithographie sowohl aus finanzieller als auch aus ökologischer Sicht eine gute Alternative zu anderen herkömmlichen Methoden bietet. Durch die in der Arbeit analysierten Verfahren könnten photonische Strukturen schneller und einfacher hergestellt werden, was in der Industrie künftig einen großen Vorteil bedeuten würde.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/873662652elias.txt
Gebelein, Gustav
Konzept einer Ausströmerdüse im Fahrzeuginnenraum zur Reduzierung des Öffnungs- und Schließgeräusches. - 140 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit, 2016

Die zukünftigen Neuentwicklungen in der Automobilbranche zielen auf die Hybrid- oder Elektroantriebe ab. Diese Fahrzeuge zeichnen sich durch ein geräuscharmes bis lautloses Fahrverhalten aus. Zusätzlich werden die Fahrzeuginnenräume immer besser von Außengeräuschen wie beispielsweise Motor- und Windgeräusche abgeschirmt. Die Wahrscheinlichkeit, dass Störgeräusche durch den Kunden erkannt werden, steigt. Zulieferer von Interieurkomponenten sind bestrebt die Störgeräuschquellen im Entwicklungsprozess zu identifizieren und auszuschalten. Inhalt dieser Arbeit ist eine Konzeptentwicklung einer Luftführungskomponente zur Reduzierung von Störgeräuschen. Eine Analyse des Marktes am Anfang gibt einen Überblick über vorhandene Konzepte. Anschließend wird ein Prüfstand zur Ermittlung der Einflussgrößen entwickelt. Die Auswirkungen der Einflussgrößen werden in verschiedenen Versuchsreihen untersucht. Für die Messreihen werden Prüfpläne erstellt und die Versuchsreihen im betriebsähnlichen Zustand durchgeführt. Mit den gewonnenen Erkenntnissen wird die Konzeptentwicklung nach dem konstruktiven Entwicklungsprozess durchgeführt. Abschließend wird ein Vergleich zwischen der vorhandenen und neu entwickelten Komponente gezogen.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/873621158gebel.txt