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Fakultätsübergreifendes Institut für Werkstofftechnik


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INHALTE

Studienabschlussarbeiten

im Institut für Werkstofftechnik

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Erstellt: Fri, 15 Dec 2017 23:11:23 +0100 in 0.0168 sec


Linke, Jonathan
Untersuchung des Einflusses unterschiedlicher Verstärkungsfasern und Faserlängen auf die Festigkeit und die Struktur von geschlossenporigem Aluminiumschaum. - Ilmenau. - 101 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2017

Die nachfolgende wissenschaftliche Arbeit untersuchte den Einfluss von Verstärkungsfasern auf die mechanischen Eigenschaften und die Mesostruktur von geschlossenporigem Aluminiumschaum. Es wurden Glas-, Basalt- und Kohlenstofffasern mit unterschiedlichen Längen und Konzentrationen verwendet. Über die pulvermetallurgische Route wurde die Aluminiumlegierung AlMg4Si8 inklusive Fasern mit Hilfe von Titanhydrid als Treibmittel aufgeschäumt und anschließend näher betrachtet. Ein Teil der hergestellten Proben wurde nach Anlehnung an die DIN 50134 Norm für zellulare Metalle druckgeprüft, um Rückschlüsse auf eine Veränderung der Materialsteifigkeit und Druckfestigkeit zu erhalten. Die restlichen Schäume wurden mittels angepassten metallografischen Methoden für die weitere digitale Bildverarbeitung vorbereitet. Mit Hilfe von automatisierten Programmen wurden die Porenverteilung und Porengröße ermittelt und die innere Schaumstruktur hinsichtlich Zellstege und Knoten untersucht. Es konnten verschiedene Effekte der Fasern auf die Eigenschaften des Aluminiumschaums ausfindig gemacht werden. Durch die gewonnenen Ergebnisse konnte das Verstärkungspotential festgestellt und die vorhandene Expertise zum pulvermetallurgischen Herstellungsprozess weiter vertieft werden.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/1001418263linke.txt
Lewerken, Robert
Analyse und Bewertung der Korrelation der Zinkverteilung auf einer Aluminiumoberfläche vor und nach dem Lötprozess. - Ilmenau. - 120 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit, 2017

Ziel der vorliegenden Arbeit war es, eine Korrelation zwischen dem Bedeckungsgrad einer Zinkschicht auf einer Aluminiumoberfläche (EN-AW 3XXX) vor und nach dem Hartlöten zu analysieren und zu bewerten. Die Quantifizierung des minimal nötigen Bedeckungsgrades vor der Wärmebehandlung sowie die Untersuchung grundlegender Mechanismen, welche die Verteilung des Zinks beeinflussen, waren weitere Ziele. Zu diesem Zweck wurden Grundlagenversuche in einem Labor-Glasofen durchgeführt. Die Auswirkung von Flussmittel auf die Benetzung des Substrates mit Zink während des thermischen Fügens in kontrollierter Atmosphäre wurde visuell betrachtet und bewertet. Des Weiteren wurde in diesem Ofen die Temperatur-Zeitabhängigkeit der Zinkdiffusion untersucht. Die Bewertung erfolgte metallografisch an geätzten Schliffproben. Die Ergebnisse zeigen, dass ein Flussmittel nötig ist, um eine ausreichende Benetzung der Substratoberfläche mit Zink zu gewährleisten. Des Weiteren hat sich gezeigt, dass eine signifikante Zinkdiffusion in den Grundwerkstoff größtenteils zwischen der Schmelztemperatur des Zinks und der Arbeitstemperatur des Flussmittels stattfindet. Weitere Untersuchungen fanden in einem Durchlaufofen unter kontrollierter Atmosphäre statt. Verwendung fanden verschiedene Aufbauten aus un-, be- und teilbeschichteten Rohren sowie zinkhaltigen und -freien Lamellenmaterialien. Es wurden Proben mit jeweils einer, sowie Proben mit zwei zinkhaltigen Komponenten zu einem Netzsegment aufgebaut und wärmebehandelt. Nach dem Löten wurden rasterelektronische Analysen an den Oberflächen sowie der Rohrwandungen im Schliff durchgeführt. Diese wurden durch metallografische Untersuchungen an polierten und geätzten Querschliffen ergänzt. Festgestellt werden konnte, dass der oberflächliche Zinkgehalt an einem Segment aus zinkhaltiger Lamelle und zinkbeschichteten Rohr zu 40 % - 50 % aus der Lamelle resultiert. Das verdampfende und kondensierende, beziehungsweise sublimierende und resublimierende Zink wird als gleichmäßig verteilter Niederschlag auf dem Aluminiumsubstrat abgeschieden. Der vermutete Einfluss der Kapillarwirkung auf die schmelzflüssige Zinkschicht beim Löten konnte durch oberflächliche Untersuchungen nicht bestätigt werden. Allerdings zeigen die Analysen an Schliffen, dass der tiefenabhängige Zinkgehalt am Lötmeniskus bei der Verwendung eines zinkfreien Lamellenwerkstoffs erhöht ist. Was die Korrelation des Bedeckungsgrades vor und nach dem Löten angeht, so wurde die Annahme getroffen, dass ein Bedeckungsgrad nach dem Löten durch den Zinkgehalt auf und in dem Substrat sowie anhand der Gestalt der Diffusionszone charakterisiert werden kann. Die Ergebnisse zeigen, dass der oberflächliche Zinkgehalt linear mit dem Bedeckungsgrad vor dem Löten korreliert. Die Schichtmorphologie vor dem Löten hat keinen Einfluss auf diese Abhängigkeit. Die Quantifizierung des minimalen Bedeckungsgrades ergab 30 % zur Einhaltung des oberflächlichen Zinkgehalts, 60 % zum Erreichen des tiefenabhängigen Zinkgehalts und > 75 % zur Ausprägung eines ebenen Tiefenprofils. Das Ziel, den Bedeckungsgrad vor und nach dem Löten zu analysieren und zu bewerten, sowie den minimalen Bedeckungsgrad vor dem Löten zu quantifizieren wurde erreicht. Allerdings wurde festgestellt, dass eine applikationsbedingte Abhängigkeit zwischen dem Bedeckungsgrad und dem Schichtgewicht besteht. Der Zinkgehalt an und in dem Substrat sowie die Gestalt des Tiefenprofils nach dem Löten sind vor allem von dem Temperatur-Zeit-Verlauf der Wärmebehandlung abhängig. Somit sind Aussagen über einen minimalen Bedeckungsgrad als prozessspezifisch anzusehen und können somit nicht pauschalisiert werden.


Espinoza Monsalve, Sandro Renato
Synthesis and characterization of hydrogenated aluminum nitride (AlN:H) thin films for photovoltaic applications. - Ilmenau. - 82 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2017

AlN:H ist ein vielversprechendes Material unter anderem für die Oberflächenpassivierung in Silizium-Sonnenzellen, um höhere Effizienzen zu erreichen. Oberflächenpassivierung ist die Verminderung der Oberflächenrekombinationsrate von Ladungsträgern (Elektronen und Löcher). Um ein besseres Verständnis des AlN:H als Passivierungsschicht zu erhalten, ist es entscheidend, zuvor die strukturellen und morphologischen Eigenschaften von verschiedenen dünnen AlN:H Filmen zu kennen. Diese Masterarbeit untersucht den Einfluss von Wasserstoff auf die strukturellen und morphologischen Eigenschaften von hydrierten dünnen Aluminiumnitrid Filmen (AlN:H) mit einer Dicke von ˜ 100 nm. Um dieses Ziel zu erreichen, wurden Proben durch reaktives Sputtering auf p-Typ c-Si (CZ, 100, Boron) unter Zugabe von drei verschiedenen Wasserstoffflüssen und bei unterschiedlichen Substrattemperaturen während der Deposition erzeugt. Die Charakterisierung und Analyse der dünnen Filme wurde mittels EDX, FTIR und GDOES Messungen für die Analyse der chemischen Zusammensetzung und mittels XRD und XRR Messungen für die strukturelle und morphologische Analyse durchgeführt. In dieser Arbeit wurde schließlich herausgefunden, dass der Wasserstoffgehalt in den dünnen Filmen einige morphologische und strukturelle Änderungen in dünnen AlN Filmen erzeugt. Alle abgelegten dünnen Filme haben die sechseckige wurtzite Kristallstruktur. Die XRD Messungen zeigen eine Abnahme des (002) Peaks und eine Erhöhung der (100) und (110) Peaks, mit Zunahmen des H2-Flusses. Diese Variation impliziert, dass sich die c-Achse des Films von senkrecht (002) zu parallel (100, 110) bezüglich der Substratoberfläche ändert. Die XRR Messwerte offenbaren, dass eine Zunahme des H2-Flusses die Oberflächenrauheit reduziert und die Grenzflächenrauheit (Rauigkeit zwischen zwei Flächen) unwesentliche Änderungen aufweist. Mittels GDOES Messungen wurde die Gegenwart von Wasserstoff im kompletten Dünnschichtvolumen bestätigt.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/1000912655espin.txt
Haase, Sarah
Ultraschalluntersuchungen zur Bestimmung von Materialparametern in verschiedenen Werkstoffgruppen. - Ilmenau. - 127 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit, 2017

Die Werkstoffprüfung mit Ultraschall stellt einen wichtigen Bestandteil der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung dar. Durch dieses Verfahren kann eine Vielzahl von Werkstoffen untersucht werden. Die Anwendungsgebiete liegen hauptsächlich in der Fehlerlagenbestimmung, der Wandstärkenmessung und der Ermittlung von elastischen Materialkennwerten, wie der Elastizitätsmodul und der Poissonsche Konstante. Es besteht die Möglichkeit Bauteile jeder Größe und Geometrie zu vermessen. Die vorliegende Arbeit richtet das Hauptaugenmerk auf die Bestimmung von elastischen Materialkennwerten, den Elastizitätsmodul und die Poissonsche Konstante, von zwei verschiedenen Werkstoffgruppen. Bei den untersuchten Materialien handelt es sich um Silizium, Kieselglas und Fensterglas. Für die Bestimmung der Materialkennwerte ist es notwendig die Schallgeschwindigkeit der Transversalwellen und der Longitudinalwellen zu messen, da zwischen diesen eine Abhängigkeit besteht. Es wird außerdem die Schallschwächung gemessen. Gläser weisen isotrope Materialeigenschaften auf. Dies wird durch die Untersuchung der Kieselglasproben gezeigt. Des Weiteren ergibt die Untersuchung von mit Titan dotiertem Kieselglas im Vergleich zu reinem Kieselglas, sowie die Untersuchung von eingefärbten Fensterglasproben, dass die Zusätze einen Einfluss auf die elastischen Eigenschaften nehmen. Die Ultraschallmessungen sind von der Dichte abhängig, folglich auch die Materialparameter, weswegen die Zusätze diese beeinflussen werden. Außerdem wird eine Inhomogenitätsuntersuchung von Fensterglasplatten vorgenommen, welche ergibt, dass sich keine Inhomogenitäten zeigen, begründet durch die relativ großen Schwankungen der Messwerte. Silizium ist ein anisotropes Material. Für die Untersuchung der anisotropen Materialeigenschaften werden Siliziumeinkristalle mit verschiedenen Orientierungen herangezogen. Auch hier werden, zur Berechnung des Elastizitätsmodul, die Schallgeschwindigkeiten benötigt. Für die Transversalwellengeschwindigkeitsmessung ergibt sich dabei eine Winkelabhängigkeit. Letztendlich werden für Silizium, da es sich um ein kubisches Kristallsystem handelt, nur drei Schallgeschwindigkeitsmessungen benötigt, um für jede beliebige Kristallrichtung einen Elastizitätsmodul zu bestimmen. Es wird wieder bestätigt, dass die Dichte, in dem Fall die Netzebenendichte, die Ultraschallmessung und im Besonderen die Schallschwächung beeinflusst. Die gemessenen und berechneten Werte finden sich in guter Übereinstimmung mit der Literatur.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/1000066835haase.txt
Munante Palacin, Paulo
Characterization of carbon based nanostructures for the detection of tuberculosis. - Ilmenau. - 103 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2017

Tuberkulose ist weltweit eine führende tödlichen Krankheiten mit mehr als 9 Millionen Neuinfektionen pro Jahr. Aktuelle diagnostische Methoden weisen mehrere Nachteile auf. Eine der vielversprechendsten Alternativen, um dies zu überwinden, ist die Entwicklung von nanostrukturierten Diagnosesystemen, die in der Lage werden, Moleküle zu erkennen, die mit bestimmten Krankheiten assoziiert sind. Seit seiner Entdeckung ist Graph eine vielversprechende Möglichkeit für die Entwicklung dieser Sensorelemente aufgrund seiner hervorragenden elektronischen Eigenschaften. In dieser Arbeit wurde ein Graphen-basierter Feldeffekttransistor (FET) für die Tuberkulose-DNA-Detektion entwickelt, um die Grundlage für ein diagnostisches Verfahren zu schaffen, das die gegenwärtigen Einschränkungen überwindet. Die Sensorelemente aus Graphenmonoschichten wurden in den Stufen: Glühen des Substrats, dem Zugeben des Linkers und der Funktionalisierung unter Zugabe einer Probe-DNA zur TB-Detektion hergestellt. Zusätzlich wurden zwei Sensorelemente hergestellt: Ein System mit der Zugabe einer komplementären DNA Sequenz ("DNA Target") und die andere mit einer nicht übereinstimmenden DNA-Sequenz ("Non-complementary DNA"). Das Graphen und der Transistor wurden in jeder Stufe des Herstellungsprozesses strukturell, chemisch und morphologisch mittels Raman-Spektroskopie, energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDS), Optische Mikroskopie, Laserscanning-Mikroskopie (LSM), Rasterelektronenmikroskopie (SEM) und Rasterkraftmikroskopie (AFM) charakterisiert. Die Ergebnisse zeigten eine geeignete Funktionalisierung der Graphen-Oberfläche mit dem Linker, die Immobilisierung der Sonden - Tuberkulose - DNA und die Hybridisierung mit dem entsprechenden ("DNA Target"), nachgewiesen durch Beobachtung unterschiedlicher homogener Morphologien und eine entsprechende Erhöhung der Rauhigkeit in jedem Stadium des Herstellungsprozesses sowie durch die Anwesenheit von charakteristischen Peaks der stickstoffhaltigen Basen in der energiedispersiven Röntgenspektroskopie und durch die Variation von Graphen-Absorptionsbänder im Raman-Spektrum. Im Gegensatz dazu zeigte, das Sensorelement mit der "nicht-komplementaren DNA" eine Agglomeration der Moleküle und die Segregation von Salzen auf einer heterogenen Oberfläche. Die Ergebnisse der Charakterisierung stimmen mit den zuvor durchgeführten elektronischen Merkmalen überein. Diese Untersuchung bildet die Grundlage für die Entwicklung eines Tuberkulose-Nachweissystems auf der Basis der Nanotechnologie für den klinischen Einsatz.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/898980682munan.txt
Alwan, Lina
Korrosionsphänomene in der Automobilelektronik. - Ilmenau. - 87 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2017

In der Arbeit handelt sich um die Korrosionsphänomene in der Automobilelektronik unter Halogen Atmosphäre ausschließlich Jod Umgebung. In der Elektronik und Elektromobil Industrie sind Jodhaltige Verbindungen weit als Hitzestabilisatoren eingesetzt, z.B. Kunststoffe (Polyamid-6- und -66-) die als Gehäusematerialien eingesetzt wurde. Obwohl die Konzentration des Halogenstoffes im Kunststoff sehr niedrig ist, führt sie manchmal zum Anfang der Korrosion oder zum Korrosionsbeschleunigung der elektronischen Bauelemente. Damit hat die Arbeit fokussiert, dass die üblichen und versprechenden Materialien (die in der Elektronik Industrie eingesetzt wurden) unter Einfluss Jodhaltige Polyamid-Granulate und Diiodmethan-Lösung als Korrosionbeschleuniger untersucht wurden. Die angewendeten Prüflinge sind: Kupferblech, Silberband, Silber-Dünndraht, Kupfer-Aluminium-Dickdraht, Aluminium-Dickdraht, Des Weiteren sind die Multylayer Bauelemente z.B. MR-QFN-Package, und Drucksensor.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/898654483alwan.txt
Klauer, Christian
Herstellung und Charakterisierung von feuerfesten, offenporigen Kieselglasgefügen. - Ilmenau. - 100 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2017

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Erzeugung und Untersuchung offenporiger Sintergefüge aus Kieselglas, welche über einen Schlickerguss aus wiederverwendeten Scherben eines internen Materialkreislaufes hergestellt werden können. Es besteht die Möglichkeit dies mit einer Sol-Gel Synthese zu ergänzen. Dabei unterteilt sich die Aufgabenstellung in die zwei Themengebiete feuerfeste Werkstoffe und Filtermaterialien. Es wurde eine Vielzahl an Zusammensetzungsmöglichkeiten getestet, um die nach Aussehen und Stabilität vielversprechendsten Materialien den anschließenden Untersuchungen zu unterziehen. Im Bereich der Feuerfestmaterialien wurden zwei und bei den Filterwerkstoffen sieben Zusammensetzungen charakterisiert. Die beiden feuerfesten Materialien wurden auf ihre mechanischen und thermischen Eigenschaften mittels Kalt- und Heißbiegefestigkeit sowie Temperaturwechselbeständigkeit untersucht. Weiterhin fand eine Analyse der Ausgangsstoffe, der Porosität, des Gefügeaufbaus, der Kristallisation und der chemischen Zusammensetzung statt. Die Filtermaterialien wurden im Nachgang der Herstellung mit einer im Rahmen dieser Arbeit umgesetzten Durchströmungsmessapparatur auf die Permeabilität und die vorherrschende Porositätsklasse untersucht. Es sollte dadurch eine etwaige Abhängigkeit der Herstellungsparameter auf die Porosität nachgewiesen werden. Die Ergebnisse konnten eine erste umfangreiche Charakterisierung der neuen Materialien liefern, um im Weiteren einen Vergleich zu bestehenden kommerziellen Produkten darzustellen. Es konnte nachgewiesen werden, dass die Kieselglasgefüge im Zuge der Herstellung und bei längerer Beanspruchung auf maximaler Arbeitstemperatur von 1100˚C nicht kristallisieren. Eine Grundlage dafür stellt die chemische Reinheit von circa 99,7% SiO2 dar. Im Bereich der mechanischen Kennwerte zeigten die feuerfesten Materialien teilweise höhere Biegefestigkeiten und Elastizitätsmodule als handelsübliche Werkstoffe wie Silicastein und Schamotte. Durch Computertomographie, Rasterelektronenmikroskopie und Quecksilberporosimetrie gelang eine genaue Betrachtung der Porosität und des Gefüges, wodurch Einflüsse der Herstellung und Verbesserungsansätze gewonnen und interpretiert werden konnten. Für die Filtermaterialien konnten die Messungen der Durchströmbarkeit und des Bubble-Point-Tests keine eindeutigen Aussagen bezüglich der Herstellungsparameter und der sich einstellenden Porosität und Durchströmung zulassen.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/898455596klaue.txt
Böhm, Sascha
Entwicklung und Umsetzung von Fahrzeug-Interieur-Komponenten mit dezentralisierter Klimatisierungsfunktion. - Ilmenau. - 85 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit, 2017

Die zukünftigen Entwicklungen in der Automobilbranche zielen auf Elektromobilität und autonomes Fahren ab. Diese Fahrzeuge bringen neue Herausforderungen mit sich. Besonders im Bereich der Klimatisierung sind neue und effektive Konzepte zu entwickeln. Der allgemeine Trend der Branche deute auf personalisierte und somit auf dezentralisierte Klimatisierung des Innenraumes hin. Diese Systeme sind energiesparend was besonders im Hinblick auf die Elektromobilität, sehr reizvoll ist. Weiterhin wird durch solche Maßnahmen der Komfort des Verbrauchers gesteigert. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung und Umsetzung von Fahrzeug-Interieur-Komponenten mit dezentralisierter Klimatisierungsfunktion. Die Auslegung, prototypenhafte Umsetzung und Bewertung der Klimatisierungs-Funktionalität ist durchzuführen. Es ist eine dezentrale Heizung/Kühlung in der B-Säule und ein beheizbarer Handschuhfachdeckel zu entwickeln. Im Anschluss werden verschiedene Zielgrößen durch Tests überprüft. Dies ermöglicht eine Aussage über die Leistungsfähigkeit der Prototypen. Der Vergleich mit bestehenden Systemen ist zu ziehen. Ein Ausblick auf weitere Anwendungsmöglichkeiten und Funktionalität der Klimatisierungsfunktion wurde angefertigt.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/898453666boehm.txt
Li, Hao
Förderwirksame Schneckenelemente mit verbesserter Konvektion : Simulation und Experiment. - Ilmenau. - 77 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2017

Im Einschneckenextruder finden Schneckenelemente zur Förderung und Homogenisierung der Kunststoffschmelze häufig Anwendung. Ziel dieser Arbeit ist die numerische Auslegung eines förderwirksamen Schneckenelementes zur besseren Abkühlung und Homogenisierung der Schmelze. Im Fokus der Arbeiten steht dabei zunächst die qualitative Untersuchung der vorliegenden Schneckenelemente. Nach der Analysephase werden die zu untersuchenden Schneckenelementgeometrien und Betriebsparameter definiert. Mithilfe des Programmes ANSYS-Polyflow wird der Druck- und Temperaturverlauf bei verschiedenen Schneckenelementen berechnet. Die Simulationsergebnisse dieser Schneckenelemente werden analysiert und nach den Zielgrößen und der Priorität geordnet. Die Auslegung eines kombinierten Schneckenelementes wird auf Basis der zusammengefassten Analyseergebnisse durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Schmelze kann mittels dieses Schneckenelementes gut gefördert, abgekühlt und homogenisiert werden kann.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/898415608li.txt
Mai, Sebastian
Interfacial properties of Lithium-Sulfur battery anodes in presence of additives. - Ilmenau. - 105 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2017

Der Einfluss von Additiven und Salzkonzentration auf das solid electrolyte interface (SEI) der Lithium Metall Anode wurde untersucht. Die Charakterisierung wurde mittels galvanostatischer Zyklierung (GSC), symmetrischer elektrochemischer Impedanzspektroskopie (EIS) und Röntgen-Photoelektronen Spektroskopie (XPS) durchgeführt. Erhaltene Ergebnisse der galvanostatischen Zyklierung, SEI Zusammensetzung und elektrochemische Parameter wurden erfolgreich kombiniert um chemische Änderungen in der Zusammensetzung der SEI zu korrelieren. Es wurde gezeigt, dass die Verteilung von SEI Schichtkomponenten und LiS Zell Leistungsdaten abhängig sind von LiTFSI Konzentration, der Anwesenheit von Lithium Nitrat (LiNO$_3$), Butyl-methyl-pyrrolidinium Trifluorosulforylimid ([BMP][TFSI]) und Lithium Polysulfiden. Die Ergebnisse lassen den Schluss zu, dass die Kombination von LiNO$_3$, Polysulfiden und höherer Salzkonzentration die Coulombische Effizienz, zusätzlich zur Zyklen-Lebensdauer signifikant erhöhen kann. Die entwickelte Methode kann als systematischer Ansatz zur Evaluierung von LiS Zellkomponenten und Zyklen-Leistung eingesetzt werden um eine effiziente Iteration von LiS Zellchemie zu ermöglichen.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/898111420mai.txt