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s/lager/Laser/gi

Mikroanalyse mit der laserinduzierten Plasmaspektroskopie (LIPS) und einem VUV-optimierten Echelle-Spektrographen

Ziel des Antrages ist der Einsatz der laserinduzierten Plasmaspektroskopie (LIPS) zur quantitativen orts- und tiefenaufgelösten Mikroanalyse mit einem neu zu entwickelnden VUV-Echelle-Spektrographen. LIPS erlaubt eine schnelle elementaranalytische Kartierung von Oberflächen ohne aufwendige Probenvorbereitung mit einer lateralen Auflösung von 3 bis 10 my m. Durch die Analyse der Spektren von einzelnen Pulsen kann eine Ortsauflösung mit einer entsprechenden Tiefenauflösung kombiniert werden. Die Verwendung eines Echelle-Spektrographen gestattet eine umfassende qualitative und quantitative multivariante Analyse von einzelnen Pulsen mit hoher spektraler Auflösung (l/dl größer als 10000) über einen Spektralbereich von 150 nm. Für den zu konzipierenden Echelle-Spektrographen wird ein Arbeitsbereich von 150 bis 300 nm angestrebt, so dass erstmals eine Multielement-VUV-Emissionsspektroskopie mit Laserplasmen für Nichtmetalle (S, P, N, O, C, As) oder metallische Elemente (Hg, Zn) möglich wird. Erste Anwendungen werden sich besonders auf geochemische und werkstoffwissenschaftliche Fragestellungen konzentrieren.

Drohnengebundene Raman Spektroskopie für Luftuntersuchungen zur Gefahrstoffanalyse, Teilvorhaben: Gesellschaft für Systementwicklung und Instrumentierung mbH

Laborexperimente zum Wärme- und Gasaustausch an der Wasser-/Luftgrenzfläche angetrieben durch Oberflächenkühlung: innovative simultane Wärmebild- und optische Sauerstoffkonzentrationsmessungen

Für eine zuverlässige Modellierung des globalen Kohlenstoffkreislaufs (und somit des globalen Wärmehaushalts) sind detaillierte Kenntnisse über die Menge an Treibhausgasemission/-absorption durch die Wasseroberfläche erforderlich. Die meisten Modelle zur Vorhersage des Gastransferkoeffizienten an der Wasser-/Luftgrenzfläche beruhen nach wie vor hauptsächlich auf empirisch ermittelten Gleichungen, in denen nur die Windgeschwindigkeit als Parameter in Betracht gezogen wird, obwohl der Beitrag des temperaturbedingten Auftriebs zum Gesamttransfer signifikant ist, vor allem bei niedrig bis mittleren Windbedingungen. Um die Genauigkeit der Bestimmung des Gastransferkoeffizienten an der Grenzfläche zu verbessern, wird eine detaillierte Beschreibung des auftriebsgesteuerten Gasaustausches in tiefen Wasserkörpern benötigt. Da bei mäßig bis schwer löslichen Gasen (z.B. Kohlendioxid, Sauerstoff, Methan) der Stofftransfer in einer sehr dünnen Schicht an der Wasseroberfläche stattfindet, ist es eine besondere Herausforderung die Transportprozesse innerhalb dieser dünnen Schicht aufzulösen. Trotz fortgeschrittener Entwicklung der optischen Messtechnik, liegen keine Daten von simultanen Vermessungen der Temperatur- und Gaskonzentrationsfelder unter gut-kontrollierten Laborbedingungen vor. In diesem Projekt wird der Transferprozess von Wärme- und Gas, induziert durch Oberflächenkühlung bei gleichzeitigem Messen der dynamischen Verteilung von Temperatur- und Gaskonzentration (i) auf der Wasseroberfläche und (ii) in einem vertikalen Schnitt im Wasserkörper, untersucht. Hierzu wird ein komplettes lifetime-based laser induced fluorescence System, geeignet um die Sauerstoffdynamik auch innerhalb der dünnen Grenzschicht aufzulösen, entwickelt. Um die Dynamik der Wärmestrukturen an der Oberfläche zu erfassen, wird eine hochpräzise Infrarot Kamera eingesetzt. Für die Ermittlung der 2D Wärmestrukturen im Wasserkörper wird eine intensitätsbasiertes LIF-Thermometrie System angewendet. Neue erste synoptische Labordaten von Wärme- und Gaskonzentrationsfeldern unter konvektionsinduzierter Strömung im relativ tiefen Wasser können damit dargestellt werden. Die Korrelation zwischen thermal und gas Plumes wird bestimmt und deren geometrischen Merkmale sowohl an der Wasseroberfläche als auch im Wasserkörper ermittelt. Des Weiteren wird der Zusammenhang zwischen diesen Merkmalen und der Wärme- und Gasflüsse ermittelt. Eine Reihe von Messungen im Wasserkörper werden zur Bestimmung der Transfergeschwindigkeit (k) über eine große Bandbreite von Temperaturunterschieden zwischen Wasserkörper und Luft durchgeführt. Dies ermöglicht den Zusammenhang zwischen k und der Rayleighzahl des Wasserkörpers zu bestimmen und mit den k-Werten, die durch direkte Quantifizierung anhand der detaillierten simultanen Messungen ermittelt werden, zu vergleichen. Dazu, werden für ausgewählte Fälle PIV- Messungen durchgeführt, um Informationen zum overall Geschwindigkeitsfeld zur Verfügung zu stellen.

Rotationsdruck, Schlitzdüse und Laser für die Hochdurchsatz-Fertigung von Festoxidzellen (SOC), Teilvorhaben: Evaluierung von Rotationsdruck- und Laser-Sinterverfahren für Festoxidzellen (SOC)

Produktionsanlage zur umweltschonenden Herstellung von beschichteten Bremsscheiben – ein Beitrag zur Reduktion von Feinstaub und CO2-Emissionen im Straßenverkehr („Low Emission Brake“)

Die GOTEC Group ist ein großer Automobilzulieferer mit dem Schwerpunkt im Bereich der Beschichtung von Bauteilen. Die Unternehmensgruppe mit Hauptsitz in Wülfrath (Nordrhein-Westfalen) produziert weltweit an 17 Standorten ca. 6 Millionen Teile täglich. Mit dem 2020 gegründeten Tochterunternehmen GOTEC Brake Disc Coatings GmbH wird derzeit der Geschäftsbereich zur Herstellung von hartstoffbeschichteten Bremsscheiben aufgebaut. Die Herstellung von beschichteten Bremsscheiben erfolgt aktuell über thermische Spritzverfahren, wie z.B. High Velocity Oxygen Fuel (HVOF), das den aktuellen Stand der Technik widerspiegelt. Dabei muss zunächst galvanisch eine Bindeschicht aufgebracht werden. Im Anschluss wird thermisch die Beschichtung aufgetragen. Umweltbelastungen ergeben sich insbesondere durch die im Galvanikbad enthaltenen Metalle und Chemikalien, den sehr hohen Energieverbrauch sowie die eingesetzten Brennstoffe (i.d.R. Kerosin). Daneben entsteht ein prozessbedingter Materialverlust (nicht haftendes Pulver) von ca. 45 Prozent. Das Ziel des Vorhabens von GOTEC ist die Errichtung einer Fertigungslinie zur umweltschonenden Hartstoffbeschichtung von Bremsscheiben. Erstmalig zur Beschichtung von Bremsscheiben in Serie soll ein innovatives Extrem-Hochgeschwindigkeits-Laserauftragsschweiß-Verfahren (EHLA-Verfahren) angewendet werden. Dies ermöglicht bei deutlich geringerem Energieverbrauch einen besseren Materialauftrag, sodass weniger Beschichtungsmaterial benötigt wird. Beim Auftragen der Beschichtung mittels Laser sind keine Brennstoffe erforderlich. Das galvanische Aufbringen der Bindeschicht entfällt, sodass die damit einhergehenden Umweltbelastungen, wie der Austrag von Galvanikflüssigkeit beim Spülen der Bremsscheiben, vermieden wird. Mit dem innovativen Verfahren können je Werkstück ca. 85 Prozent CO 2 -Emissionen eingespart werden, das entspricht über 90 kg CO 2 -Ersparnis bei der Ausrüstung eines Premiumfahrzeugs. Bei der Produktion von z.B. 100.000 Bremsscheiben pro Jahr können mit dem EHLA-Verfahren gegenüber dem HVOF-Verfahren jährlich Treibhausgas-Emissionen mit einem Äquivalent von ca. 2.300 Tonnen CO 2 vermieden werden. Dabei ermöglicht das neue Verfahren die Einsparung von 1,33 Gigawattstunden Energie (76 Prozent) und 43,2 Tonnen (38 Prozent) Beschichtungsmaterial. Branche: Sonstiges verarbeitendes Gewerbe/Herstellung von Waren Umweltbereich: Klimaschutz Fördernehmer: GOTEC Brake Disc Coatings GmbH Bundesland: Nordrhein-Westfalen Laufzeit: seit 2022 Status: Laufend

Nicht-chemische Verfahren zum Management von Schadnagern im ökologischen Möhrenanbau

Ziele des Projektes sind das Entwickeln und Testen von nicht-chemischen Verfahren zur Regulierung von Schäden durch Nagetiere im Möhrenanbau. Es sollen neue Methoden für den Pflanzenschutz im ökologischen Landbau sowie für andere Formen nachhaltiger Landbewirtschaftung erschlossen werden. Dabei stehen die Entwicklung und Weiterentwicklung von Pflanzenschutzverfahren mit geringem Risiko, Kulturtechnik und der Wissenstransfer in die Praxis im Vordergrund. Die Ergebnisse sollen dazu dienen, nicht-chemische Methoden zum Management von Schadnagern im Möhrenanbau zu validieren sowie Kosten-Nutzen Abschätzungen für diese Verfahren bereitzustellen. Damit soll ein wesentlicher Beitrag zur Umsetzung des integrierten Pflanzenschutzes beim Schadnager-Management geleistet werden.

Feinerkundung der Steinsalzkontur im Bereich zukünftiger Verschlussbauwerke in HAW-Endlagern durch in situ Raman-Spektroskopie (SaRa)

Modulare miniaturisierte photoakustische Gassensorik zur dezentralen Prozessüberwachung, Teilvorhaben: Nahinfrarot vertikal emittierende Laser für photoakustische Sensoren

Evaluation of effective parameters to describe wetting, adhesion and, sorption phenomena on biogeochemical interfaces

Nearly all processes in soils take place at biogeochemical interfaces. Until now, specific interfacial parameters which are able to link the chemical surface structure with physical interactions in the liquid phase (wettability, sorption) are still missing. Our hypothesis is that thermodynamically defined surface parameters like the contact angle and surface free energy components (dispersive and acid-base components) may be appropriate as effective parameters, complementary to soil properties like pH, texture or cation exchange capacity. To relate effective parameters to chemical structure, the contact angle relevant interphase will be analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy. Knowledge of effective parameters should allow to detect relevant modifications of the interfaces or to explain interactions between surfaces and pore water (liquid penetration dynamics), solutes (pesticides) or dispersed particles (colloids). We will apply a thermodynamically-based concept to quantify the transition from hydrophilic to hydrophobic wetting systems. The significance of this transition i.e. on pore liquid distribution and geometry (film thickness and fragmentation), will be analyzed with confocal laser scanning microscopy. Modification of natural and model soils by chemical treatment and cation exchange will ensure a wide range of parameter variation.

Nicht-chemische Verfahren zum Management von Schadnagern im ökologischen Möhrenanbau, Nicht-chemische Verfahren zum Management von Schadnagern im ökologischen Möhrenanbau

Ziele des Projektes sind das Entwickeln und Testen von nicht-chemischen Verfahren zur Regulierung von Schäden durch Nagetiere im Möhrenanbau. Es sollen neue Methoden für den Pflanzenschutz im ökologischen Landbau sowie für andere Formen nachhaltiger Landbewirtschaftung erschlossen werden. Dabei stehen die Entwicklung und Weiterentwicklung von Pflanzenschutzverfahren mit geringem Risiko, Kulturtechnik und der Wissenstransfer in die Praxis im Vordergrund. Die Ergebnisse sollen dazu dienen, nicht-chemische Methoden zum Management von Schadnagern im Möhrenanbau zu validieren sowie Kosten-Nutzen Abschätzungen für diese Verfahren bereitzustellen. Damit soll ein wesentlicher Beitrag zur Umsetzung des integrierten Pflanzenschutzes beim Schadnager-Management geleistet werden.

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