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Lüdtke, Ulrich; Soubeih, Senan; Halbedel, Bernd
Improving glass quality and production efficiency in glass melting tanks using additionally generated Lorentz forces. - In: XVIII International UIE-Congress - Electrotechnologies for Material Processing, ISBN 978-3-8027-3095-5, (2017), S. 170-175

Continuous glass melting tanks represent thermo-chemical reactors with very complex flow patterns. Controlling the flow patterns within the glass melting tanks with the aim of improving their performance is one of the glass industrys primary challenges. In the present work, numerical simulations are carried out on the electromagnetic flow control to investigate how well the flow can be controlled by externally generated electromagnetic Lorentz forces. The electromagnetic flow control is called "electromagnetic boosting" and can be realized by exposing the glass bath to an external magnetic field generating Lorentz forces on the glass melt as an additional flow component. The computational results show that electromagnetic boosting is an excellent way of improving the residence time distribution in glass melting tanks, ultimately resulting in better glass quality and increased production efficiency.



Kazak, Oleg; Halbedel, Bernd
Approaches for changing of electro vortex flows in DC steel making furnaces. - In: XVIII International UIE-Congress - Electrotechnologies for Material Processing, ISBN 978-3-8027-3095-5, (2017), S. 64-69

The paper devoted to the numerical simulation of processes preceding in DC electric arc furnaces (EAFs) with the bottom electrode. These furnaces have shown higher efficiency, low heat loss, lower components wear and higher quality of steel production [1]. The biggest disadvantage of such furnaces is a high rate of fettle wear near the bottom electrode that connected with electrovortex flow [2]. Electrovortex flows (EVF) appearing under electromagnetic forces as a result of non-homogeneous distribution of the current density through the liquid conductor. This effect can be observed in many technological processes: electro slag remelting process (including DC and AC EAFs, electrolysis cells and submergedresistor induction furnaces), arc welding, processes of semiconductor crystals growing, electro vortex engines etc. [3].



Nicolai, Katja;
Generative Fertigung von Sinterglaskörpern für Glasdurchführungen durch 3D-Drucken. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2017. - 1 Online-Ressource (209 Seiten). - (Werkstofftechnik Aktuell ; 16)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017

Die Arbeit behandelt die erstmalige Ergänzung des Herstellungsprozesses von Glasdurchführungen durch den Einsatz eines generativen Verfahrens zur Fertigung von Rohlingen für Sinterglaskörper sowie die Anpassung der vor- und nachgelagerten Prozessschritte an die dadurch veränderten Bedingungen. Damit sollte der herkömmliche Prozessschritt "Pressen" hinsichtlich Kosten- und Zeiteinsparung im Rahmen von Kleinserien ersetzt werden. Bei dem ausgewählten generativen Verfahren handelte es sich um den 3D - Pulverbettdruck. Der 3D - Druck von Glaspulver für technische Anwendungen war ein Novum, so dass Erfahrungswerte aus dem Bereich der Keramik den Einstieg in die Problematik und deren Weiterentwicklung für Glas ermöglichten. Die Herausforderung bestand darin, trotz der Unterschiedlichkeit der beiden Formgebungsverfahren Pressen und 3D - Pulverbettdruck vergleichbare Eigenschaften der Rohlinge für Sinterglaskörper zu erhalten. Der beim Pressen verwendete Druck für die Formgebung ist beim 3D - Pulverbettdruck nicht vorhanden. Die erforderliche Dichte und Porosität muss über eine geeignete Korngrößenverteilung der Ausgangsmaterialien erreicht werden Glaspulver mit Korngrößenverteilungen ab < 165 [my]m mit 20 % bis 30 % Feinanteilen (2 - 3 [my]m) hatten die günstigste Anordnungsmöglichkeit der Pulverbestandteile. Mit dem entwickelten Temperaturprogramm für den Entbinder- und Sinterprozess wurde durch Modellierung und Optimierung die vollständige Zersetzung der Binderbestandteile sichergestellt. Die Porositäten der durch 3D - Pulverbettdruck hergestellten Sinterglaskörper im Vergleich zu denen aus dem herkömmlichen Presseverfahren betrugen 25 % - 40 % zu 22 % und die Dichten 1,7 g/cm^3 zu 2 g/cm^3. Im Hinblick auf spätere Einschmelzungen konnten die Differenzen durch Anpassung der Abmessungen der Rohlinge ausgeglichen werden. Beide Herstellungsverfahren haben Formtoleranzen von 1 bis 2 %. Die durch 3D - Pulverbettdruck hergestellten Sinterglaskörper erfüllen die erforderlichen Qualitätsparameter bei der Verwendung für Glasdurchführungen und entsprechen dem Stand der Technik nach dem Einschmelzen. Ausgehend von diesen Ergebnissen konnte eine stabile Prozesskette für die Fertigung von Glasdurchführungen mit generativ gefertigten Rohlingen für Sinterglaskörper abgeleitet werden.



https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00032750
Jehl, Pierre; Halbedel, Bernd; Lerp, Marianne; Schmidt, Udo; Teichert, Gerd; Schlütter, Frank
Entrapment of hard particles into Cr(VI)-free conversion layers of electrodeposited zinc coatings to improve corrosion resistance. - In: 21st Symposium on Composites, (2017), S. 434-439

Due to the restriction of passive layers containing Cr6+ [1], which were characterized by excellent corrosion protection due to their self-healing effect for scratches on metal surfaces, current corrosion protection systems consist of chromium (III) -containing thick layer passivation. Due to their lower hardness, current corrosion protection systems are susceptible to mechanical stress. This is particularly critical at barrel plating of screws, rivets etc. where the manufacturing process leads to damages of the corrosion protection layer and consequently to reduced corrosion resistance. To counter this problem, we point out one approach to install hard particles into the passivation layer. The entrapment of the hard particles into the passivation is detected by Glow Discharge Optical Emission Spectrometry. Comparative investigations in the corrosion chamber prove the improvement of the corrosion protection of steel parts with passivation layers containing hard particles.



https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.742.434
Hahm, Christoph; Theska, René; Raab, Dagmar; Mitterhuber, Monika; Kästner, Anett
Strength enhancement of precision concrete parts by sol-gel surface coating. - In: Proceedings of the 17th International Conference of the European Society for Precision Engineering and Nanotechnology, (2017), S. 51-52

In former own publications it was shown, that high precision concrete parts are a reliable alternative to natural stone for machine base frames. Beside long term stability also a predictable and highly reproducible thermal behaviour is required. The use of low expansion materials is not appropriate for a whole machine structure since these materials are coming with several drawbacks in the mechanical behaviour in combination with high costs. Thermal compensation by special design also raises cost and complexity. The application of materials with identical thermal expansion coefficients in combination with appropriate mechanical properties can solve this problem at significantly reduced costs. Concrete is a promising material for the whole machine structure under these circumstances. In contrast to base frames moving parts need to have a lightweight design thus requiring a high level of specific stiffness. Concrete with a specific stiffness close to steel is an interesting material for the design of movable components coming up with dynamic properties comparable to welded steel structures. Additionally a high material strength is needed in lightweight design. Concrete shows high compressional strength but is sensitive to tensile stress that cannot be fully eliminated. Therefore notch effects and stress concentrations need to be avoided. Reinforcement by implementation of steel or carbon fibres is not applicable since they come with thermal inhomogeneity. An alternative reinforcement can also be done by organofunctional sol-gel silane coating.



Fischer, Peter; Rösch, Roland; Alam, Shahidul; Schubert, Ulrich; Hoppe, Harald; Rädlein, Edda
Influence of annealing on the conductivity and transparency of niobium doped titanium dioxide electrodes prepared by sol-gel and their function in organic solar cells. - In: DPG-Frühjahrstagung (DPG Spring Meeting) of the Condensed Matter Section (SKM), (2017), DS 32.7

Binder, Sebastian;
Aerosol jet printing : contactless deposition technique for solar cell metallization. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2017. - 1 Online-Ressource (xiii, 184 Seiten). - (Werkstofftechnik aktuell ; Band 15)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016

Der Ansatz, zwei Schichten bestehend aus einer Saatschicht und einer Galvanikschicht zur Kontaktierung von Solarzellen zu verwenden ist ein etabliertes Konzept in der Photovoltaikforschung. Die Kombination aus gedruckter und gefeuerter Saatschicht zur optimierten Kontaktbildung der Tinte mit dem Zellemitter und dem anschließenden galvanischen Abscheiden von hochleitfähigen Metallen auf dieser Saatschicht, ermöglicht eine Verbesserung der Solarzellenleistung und Reduzierung des eingesetzten teuren Silbers. Hierfür ist eine schmale Saatschicht erwünscht. Der Aerosoldruck ist eine vielversprechende Technologie, um solch eine Saatschicht herzustellen. In dieser Arbeit wurde die Aerosoldrucktechnik gründlich untersucht und verbessert. Eine effiziente und zuverlässige Abscheidung schmaler und gleichmäßiger Saatschichten ist ermöglicht. Mit Düsendurchmessern von 150 [my]m wurden auf Wafern mit Pyramidenoberflächen Linienbreiten von nur 18 [my]m erzeugt. Um diese Drucktechnologie zu beschreiben wurde ein Modell entworfen. Mit diesem Modell kann die Breite der gedruckten Saatschicht vorhergesagt und der Einfluss von Prozessparametern und Druckdüsen unterschiedlicher Größe erklärt werden. Das Auftreffen des Aerosols auf dem Substrat und die Qualität und Breite der gedruckten Linien wurden numerisch und empirisch untersucht. Mit numerischen Strömungssimulationen der Gas- und Partikelströmung wurden neue Aerosoldruckköpfe entwickelt. Um einen schnellen und zuverlässigen Druck der Saatschicht zu erlauben, wurde eine fortschrittliche Strömungsführung integriert. Ein Aerosoldruckkopf mit 78 Düsen, geeignet zur Massenproduktion von Solarzellen, wurde hergestellt und getestet. Auf einem 15.6 x 15.6 cm^2 großen Wafer wurde die Saatschicht in nur 3.9 s gedruckt. Eine Linienbreite von L = 38 ± 5 [my]m wurde erzielt. Das Benetzen der Tinte auf Solarwaferoberflächen ist verknüpft mit den Prozessbedingungen und der Topographie der Wafer. Die abgeschiedenen Saatschichten wurden für einen niedrigen elektrischen Kontaktwiderstand zum Emitter optimiert. Dünne Saatschichten schnitten hierbei am besten ab und sind zugleich am kostengünstigsten. Die Menge an gedrucktem Silber zum Kontaktieren industrieller Siliciumsolarzellen beträgt nur weniger als 9 mg pro 15.6 x 15.6 cm^2 Wafer. Niedrig dotierte Bor- und Phosphoremitter der nächsten Generation sowie neu entwickelte Solarzellendesigns wurden erfolgreich mit dem Aerosoldruckverfahren kontaktiert. Wirkungsgrade von [eta] > 20 % wurden auf industrienahen Solarzellen erreicht. In dieser Arbeit wurde das Aerosoldruckverfahren verbessert, um den Druck von Saatschichten auch im industriellen Maßstab zu ermöglichen. Mit dieser Technologie ist es nun möglich Solarzellen der nächsten Generation zu kontaktieren.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2016000765
Torres Perez, Jose Oskar;
Nutzung von Lorentzkräften für Mischprozesse in der Chemie- und Glasindustrie. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2016. - 1 Online-Ressource (169 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016

Gegenwärtig werden in der Glas- und Chemieindustrie mechanische Rührer zum Mischen, Homogenisieren und zur Fluidbewegung eingesetzt. Nachteile sind der mechanische Verschleiß und die damit verbundene Verunreinigung des Fluids - insbesondere bei chemisch korrosiven Fluiden und höheren Temperaturen (Schmelzen). Hinzu kommt, dass die Strömungsbeeinflussungen örtlich limitiert sind. In elektrisch leitfähigen Fluiden kann die Lorentzkraft mechanische Rührer ersetzen. Ziel ist es, mittels Simulationen und Experimenten zu zeigen, dass die Lorentzkraft die Strömung von Glasschmelzen trotz ihrer niedrigen elektrischen Leitfähigkeit und großen Viskosität beeinflussen kann. Dazu ist es erforderlich, den Wärme- und Stofftransport in schwach Ionen leitfähigen Fluiden, wie Glasschmelzen und Salzlösungen, unter dem Einfluss von elektrischen und magnetischen Feldern zu modellieren sowie die dafür notwendigen Elektroden- und Magnetsysteme für Anwendungen in der Chemie- und Glasindustrie auszulegen und deren Design zu optimieren. Die Bearbeitung erfolgt in drei anwendungsnahen Projekten. Im Projekt I zeigte sich, dass in laminar strömenden, hochviskosen Fluiden mit einer Drei-Elektroden-Anordnung und mit einem axialen Magnetfeld schon die erforderlichen Streckungen und Faltungen von Inhomogenitäten erzeugt werden, aus denen sich Mischungsgrade ergeben, die von mechanischen Rührzellen erzielt werden. Die Simulationsergebnisse wurden mit Experimenten überprüft und dann auf reale Anordnungen übertragen. Im Projekt II wurden mit numerischen Studien für einen realen Färbefeeder die optimale Anordnung von aus in die Glasschmelze hineinragenden Elektroden und dazwischenliegenden, aber im Isoliermaterial des Feederbodens angeordneten Spulen und deren Betriebsparameter ermittelt. Die Elektroden-Spulen-Anordnung erzeugt in der Glasschmelze eine Lorentzkraftverteilung, die die Sedimentation der Fritten (in Glas gelöste Metalloxide) reduziert und die Einströmbedingungen in die Rührzone verbessert. Im Projekt III wurde eine ausreichende Fluidbewegung einer wässrigen Salzlösung bereits mittels zwei Elektroden und eines extern erzeugten magnetischen Feldes erzeugt. Zur Bewertung der Mischverhältnisse waren geeignete Turbulenzmodelle zu prüfen, da die Strömung turbulent ist.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2016000844
Vakaliuk, Oleksii; Weidner, Markus; Halbedel, Bernd
Cooling systems of high-temperature superconducting magnet for Lorentz force velocimetry. - In: Workshop Elektroprozesstechnik, (2016), 15, insges. 4 S.

Halbedel, Bernd; Kazak, Oleg
Auslegung von elektromechanischen Zerkleinerungsanlagen. - In: Workshop Elektroprozesstechnik, (2016), 6, insges. 2 S.