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    Open Access
    Engineering ontologischer Modelle in der Automatisierungstechnik
    (Universitätsbibliothek der HSU / UniBwH, 2021)
    Hildebrandt, Constantin
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    Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr Hamburg
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    Diedrich, Christian
    Mit einer steigenden Anzahl an Software-Funktionalitäten im Kontext eines Produktionssystems und einer zunehmenden Menge an Daten, Informationen und Wissen über Produktionssysteme steigt der Druck hin zu einer effizienten Nutzung dieser Daten, Informationen und Wissensbestandteile. Ontologien sind ein geeignetes Mittel, um unterschiedlichste Aspekte im Kontext eines Produktionssystems zu formalisieren und somit für entsprechende Systeme nutzbar zu machen. Die Entwicklung einer Ontologie ist jedoch eine nicht-triviale Aufgabe, welche einen hohen Aufwand unter Einbeziehung unterschiedlicher Stakeholder erfordert. Es ist daher von essentieller Bedeutung, dass diese hohen Aufwände über mehrere Projekte verteilt werden können, sodass sich langfristig eine gewisse Effizienz im Umgang mit den relevanten Technologien einstellen und deren Nutzung auf diese Weise einen Mehrwert im industriellen Umfeld schaffen kann. Die vorliegende Arbeit befasste sich daher mit dem Ziel, eine Engineering-Methode zu entwickeln, welche durch geeignete Automatisierung und Strukturierung von Modellierungstätigkeiten sowie ein entsprechendes Wiederverwendungskonzept die notwendige Effizienz für eine Anwendung im industriellen Umfeld schafft. Zur Erreichung dieses Ziels wurden zunächst bestehende Ansätze im Wissensgebiet der Automatisierungstechnik untersucht, welche eine Ontologie für einen spezifischen Anwendungsfall entwickeln. Basierend auf den darin erkannten methodischen Defiziten wurden drei Forschungsteilziele definiert: Die Entwicklung von je einer Methode zur Anforderungserhebung, zur Entwicklung der terminologischen Box und zur Entwicklung der assertionalen Box der Ontologie. Die entwickelte Methodik zur Anforderungserhebung verbindet die Anforderungserhebung an eine Ontologie mit der Anforderungserhebung der sie nutzenden Applikation. Auf diese Weise werden nicht nur sehr spezifische Anforderungen an die Ontologie erhoben, sondern auch Synergien im Entwicklungsprozess ermöglicht. Die Methodik zur Entwicklung der terminologischen Box der Ontologie zielt auf eine möglichst hohe Wiederverwendung der entwickelten Ontologien ab und basiert daher auf der Erstellung und Nutzung von Ontologie-Design-Mustern, welche das Wissen einer Domäne, bspw. in Form eines Standards, formalisieren. Die Methodik zur Erstellung der assertionalen Box hingegen zielt auf eine möglichst effiziente Erstellung der Fakten, welche über ein Produktionssystem existieren, und berücksichtigt daher Verfahren zur automatisierten Überführung von Artefakten aus der Systementwicklung in die Ontologie, aber auch ein semi-automatisiertes Verfahren basierend auf Nutzereingaben, um die Unabhängigkeit von Artefakten der Systementwicklung zu gewährleisten. Für die Evaluation der entwickelten Methodiken wurden mehrere Fallstudien in Industrieunternehmen durchgeführt, in denen die Vorteilhaftigkeit der vorliegenden Methodiken sowie die Erreichung des Forschungsziels dargelegt werden konnten.
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    Open Access
    Untersuchung von regelmäßigen Nanostrukturen für die solare Wasserspaltung
    (Universitätsbibliothek der HSU / UniBwH, 2020-06)
    Kriegel, Herman
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    Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr Hamburg
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    Sharp, Ian
    Abstract: In pursuit of a sustainable energy economy, solar hydrogen generation via direct electrolysis using sunlight is a promising approach towards ecologically friendly fuels. However, photodriven water splitting faces numerous challenges that have to be overcome towards the development of stable and efficient systems, from the designing of new materials, to optimizing of light harvesting and integrating protection schemes for long-term viability. In this pursuit, TiO2 can serve in either of two roles: as a high band-gap absorber or as a protective coating for efficient semiconductors. In this work, the system of highly doped Silicon coated with atomic layer deposited TiO2 was studied with regard to deposition parameters, photoelectrochemical properties and the corrosion process. Amorphous films suffered from significant degradation under illumination in dilute sulphuric acid, which was found to be a two-fold process, chemical etching and a UV-photon induced photocorrosion. Stable and mostly crystalline anatase thin films were coated on precisely and (sub-)micro structured electrodes, based on lithography and plasma etching methods for Silicon, to increase active surface area, increase light absorption and reduce reflective losses. The correlation between structural shape and dimensions was evaluated in regard of beneficial and detrimental factors and an the impact of the conductive substrate became apparent. Optical simulation served to study the influence of electrode surface structuring on light management and is proposed as an invaluable tool for smart design of efficient, structured photoelectrodes.
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    Open Access
    Numerical Analysis of Local Strain and Hydrogen Distribution Originating During Pitting Corrosion
    (Universitätsbibliothek der HSU / UniBwH, 2020)
    Madigan, Maria
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    Hoffmeister, Hans
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    Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr Hamburg
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    Böllinghaus, Thomas
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    Supermartensitic stainless steels (SMSS) were developed in the 90’s in order to replace the more expensive duplex stainless steels (DSS) and nickel alloys used in the offshore oil and gas industry. The good mechanical and corrosion resistance properties, along with their cost benefits made them an attractive alternative. SMSS use offshore originally consisted of downhole tubing but proved to be an alternative for combatting CO2 corrosion and mildly sour conditions, compared to corrosion resistant alloy (CRA) materials. SMSS was therefore used as flowline materials. Especially the better weldability due to the low carbon content and the promising combination of mechanical properties of these materials, makes SMSS good candidates for other applications. The risk of hydrogen assisted stress corrosion cracking (HASCC) may increase with increasing carbon (C) content in the steel, as the C may combine with chromium (Cr) ions present in the material. This in turn reduces the amount of Cr ions in the metal matrix which forms the passive layer which provides corrosion resistance. SMSSs have a reduced C content in order to reduce the risk of HASCC occurring when transporting sour service media. Additionally, the reduced C content also increases the weldability of the SMSS. Hydrogen concentration is one of the three key factors used in determining the susceptibility of a material to hydrogen assisted cracking (HAC), the other two being the local/ global mechanical load and the local microstructure. Additionally, a chromium content above approximately 12%, in addition to other alloying elements, such as molybdenum, reduces the susceptibility of a material to pitting corrosion. The presence of pits may cause high local stress and strain concentrations and additionally can cause local environments with high H+ ion concentrations, which accumulates at regions of high stresses and strains. The main location for pitting corrosion on SMSS welded components is in the heat affected zone (HAZ), due to the altering of material properties during welding, however it is uncertain as to where in the pits the cracks initiate. This is because the regions of high strains and high hydrogen concentrations inside the pits are different for the various pit geometries. Pitting corrosion is both difficult to detect and predict making it more dangerous than uniform corrosion. Experimental methods to measure the local hydrogen concentration in pits have proven difficult to establish, due to the small geometries involved. Additionally, the local mechanisms of initiation and propagation of HAC are not always thoroughly understood. Numerical modelling of hydrogen diffusion and HAC is therefore an alternative procedure to provide a better understanding of crack initiation and to investigate the origin of cracks in pits. This can be achieved by modifying Fick’s law so the effect of various parameters on hydrogen distribution can be explored. In this work, determining the pit geometry most susceptible to the regions of the highest strains was investigated firstly, and both the HAZ and the base material (BM) microstructures were assumed for numerical analysis. As a first approach, the specimens simulated are not real welds with different microstructures but are assumed to be homogeneous. Seven different pit geometries were modelled in 2D and 3D and have been subjected to a uniaxial load and a bending load. As expected, the depth of the pit influenced the uniaxial loading results with shallower pits producing the lowest total true strains in x-direction. For the bending loading condition however, the pit mouth diameter was the most important geometric aspect of the pit, with larger pit mouth diameters producing the lowest total true strains in x-direction. As another feature, the location of the maximum total true strains in x-direction for the 2D models were all located at the pit bottoms, but the regions varied for the 3D models. The load carrying capacity of a specimen with a pit present was also investigated for both uniaxial and bending loading conditions for 2D and 3D. It was found that 3D models were able to withstand higher displacements for both loading conditions. Various initial hydrogen conditions were applied to the surface of the pit and/ or the surface of the model in addition to an initial hydrogen concentration profile simulating an inhomogeneous hydrogen distribution created during pitting corrosion occurring inside the pit. The 3D pit geometries from the previous stage with the highest, lowest and medium maximum total true strains in x-direction were modelled. No load was applied during this stage of the work. Only the HAZ material was taken for numerical analysis for this stage and the normalised hydrogen concentrations at certain nodes in the model were recorded for each pit and boundary condition. The pit variable hydrogen concentration boundary condition was assumed most similar to real life anodic and cathodic reactions occurring in the pits. Therefore, the effect of this boundary condition was investigated for all pit geometries. Again, the geometry of the pits, including the depth of the pits, the slope at the bottom of the pits and the overall geometry of the pits, influenced the diffusion path of the normalised hydrogen concentration through the material. The previous two steps were then combined and also an approximation of pit growth through the model was incorporated into the simulation for the HAZ material. At first, a uniaxial loading condition was applied to an unnotched specimen and after certain conditions were fulfilled various stages of approximate pit growth were applied. When the pits reached a certain depth, it was then assumed that the conditions in the pit were conducive to hydrogen uptake occurring in the pits and a varying normalised hydrogen concentration was applied to the pits. The critical hydrogen concentrations for increasing local strain in the pits were recorded. Therefore, this work determined the pit geometries most susceptible to regions of maximum total true strains in x-direction and their locations, which may prove useful for non-destructive testing (NDT) of SMSS. Identifying the highest strained pit geometries early may result in more specific inspections to detect pits and prevent failure of the component. As HAC depends on the local interaction of the hydrogen concentration and the mechanical load in terms of strain, this work incorporated data previously evaluated into simulations to identify crack critical regions by the respective hydrogen concentration and strain level interactions. Supermartensitische rostfreie Stähle (engl.: Supermartensitic Stainless Steels, SMSS) wurden in den 90‘er Jahren entwickelt, um die wesentlich teureren nichtrostenden Duplex-Stähle (engl.: Duplex Stainless Steels, DSS) und Nickellegierungen zu ersetzen, die in der Offshore-Öl- und Gasindustrie verwendet werden. Die guten mechanischen Eigenschaften, ihre hohe Korrosionsbeständigkeit in Zusammenspiel mit ihren ökonomischen Kostenvorteilen machten sie daher zu einer attraktiven Alternative. Ursprünglich wurden SMSS im Offshore-Bereich für die Verrohrung von Bohrlöchern eingesetzt, erwiesen sie sich aber im Vergleich zu den weiteren korrosionsbeständigen Werkstoffen (engl.: Corrosion Resistant Alloy, CRA) als eine Alternative unter Umgebungsbedingungen wie CO2-Korrosion und leicht sauren Bedingungen. SMSS werden daher als Rohrleitungswerkstoffe verwendet. Insbesondere gute Schweißeignung (aufgrund des niedrigen Kohlenstoffgehalts) in Verbindung mit den mechanischen Eigenschaften, machen die SMSS zu potentiellen Werkstoffkandidaten für andere Anwendungen. Das Risiko einer wasserstoffunterstützten Spannungsrisskorrosion (engl.: Hydrogen Assisted Stress Corrosion Cracking , HASCC) kann sich mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt im Stahl vergrößern, da sich der Kohlenstoff mit den im Werkstoff vorhandenen Chrom(Cr)-Ionen verbinden kann. Dies wiederum verringert die Menge an Cr-Ionen in der Metallmatrix, die die Passivschicht bildet, welche die Korrosionsbeständigkeit gewährleistet. SMSS haben einen reduzierten C-Gehalt, um das Risiko des Auftretens von HASCC beim Transport von sauren Betriebsmedien zu verringern. Zusätzlich erhöht der reduzierte C-Gehalt auch die Schweißeignung des SMSS. Die Wasserstoffkonzentration ist einer der drei Schlüsselfaktoren zur Bestimmung der Anfälligkeit eines Materials für wasserstoffunterstützte Risse (engl.: hydrogen assisted cracking, HAC). Die beiden anderen Faktoren sind die lokale/globale mechanische Belastung und die lokale Mikrostruktur. Darüber hinaus verringert in Chromgehalt von mehr als ca. 12%, zusätzlich zu weiteren Legierungselementen wie Molybdän, die Anfälligkeit eines Materials für Lochkorrosion. Diese kann zu hohen lokalen Spannungs- und Dehnungskonzentrationen führen und im Lochgrund zum Entstehen von lokalen Umgebungen mit hoher H+-Ionen-Konzentration führen (Ansäuerung des Lochelektrolyten), die sich dann in Regionen mit hohen Spannungen und Dehnungen ansammelt. Der häufigste Ort für Lochkorrosion an SMSS-geschweißten Bauteilen befindet sich in der Wärmeeinflusszone (engl.: Heat Affected Zone, HAZ), da sich die Werkstoffeigenschaften während des Schweißens massiv verändern. Es ist jedoch nicht abschließend geklärt, wo in durch Lochkorrosion entstandenen Materialschädigungen („Pits“), Risse entstehen. Dies liegt daran, dass Bereiche hoher Dehnungen und Wasserstoffkonzentration innerhalb einer Vertiefung stark von der Lochgeometrie abhängig sind. Lochkorrosion ist schwierig erkenn- und vorhersagbar, was sie gefährlicher macht als gleichmäßige Flächenkorrosion. Experimentelle Methoden zur Messung der lokalen Wasserstoffkonzentration in Löchern haben sich aufgrund der kleinen Geometrie als nur bedingt anwendbar erwiesen. Darüber hinaus sind die lokalen Mechanismen der Initiierung und Ausbreitung von HAC nicht vollständig verstanden. Die numerische Modellierung der Wasserstoffdiffusion und der HAC ist hier ein alternatives Verfahren gegenüber Experimenten, um ein besseres Verständnis der Rissinitiierung zu erhalten und den Ursprung von Rissen als Folge der Pits zu untersuchen. Dies kann durch die Modifizierung des Fickschen Gesetzes erreicht werden, so dass der Einfluss verschiedener Parameter auf die Wasserstoffverteilung untersucht und bewertet werden kann. In dieser Arbeit wurde zunächst die Pit-Geometrie untersucht, die am anfälligsten für Bereiche mit höchsten Dehnungen ist. Für die numerische Analyse wurden sowohl die HAZ- als auch die Grundwerkstoff-Mikrostruktur (engl.: Base Material, BM) angenommen. In einem ersten Ansatz handelt es sich bei den simulierten Proben um homogene Werkstoffe (Gegensatz zu realen Schweißnähten mit unterschiedlichen Mikrostrukturen). Sieben verschiedene Pit-Geometrien wurden in 2D und 3D modelliert und einer einachsigen Zug- sowie Biegebeanspruchung ausgesetzt. Die Pit-Tiefe beeinflusste dabei die Ergebnisse hinsichtlich der niedrigsten wahren Gesamtdehnungen in x-Richtung im Fall von flachen Pits. Für die Biegebeanspruchung war jedoch der Pit-Öffnungsdurchmesser der wichtigste geometrische Aspekt, wobei größere Durchmesser die niedrigsten wahren Gesamtdehnung in x-Richtung erzeugten. Ein weiteres Merkmal war, dass sich die Lage der maximalen wahren Gesamtdehnung in x-Richtung bei den 2D-Modellen stets am Pit-Grund befand, diese Bereiche bei den 3D-Modellen jedoch variierten. Die Beanspruchbarkeit einer Probe mit einem vorhandenen Pit wurde ebenfalls für einachsige Zug- und Biegebeanspruchung in 2D und 3D untersucht. Es wurde festgestellt, dass die 3D-Modelle für beide Beanspruchungszustände höheren Verschiebungen erfuhren. Zusätzlich zu einem anfänglichen auftretenden (durch die Lochkorrosion) inhomogenem Wasserstoffkonzentrationsprofil, wurden verschiedene Anfangsbedingungen für die initiale Wasserstoffverteilung auf der Oberfläche des Pits und des Modells angewendet. Dazu wurde die 3D-Geometrie des Pits aus der vorherigen Simulationsstufe mit den höchsten, niedrigsten und mittleren wahren Gesamtdehnungen in x-Richtung modelliert. Hierbei wurde noch keine mechanische Last aufgeprägt, zunächst nur die HAZ betrachtet und die normalisierten Wasserstoffkonzentrationen an bestimmten Positionen im numerischen Modell bestimmt. Es wurde dazu angenommen, dass eine variable Wasserstoffkonzentration den Folgen einer realen anodischen und kathodischen Teilreaktion im Pit entspricht. Daher wurde diese Randbedingung für alle Pit-Geometrien untersucht. Auch hier beeinflusste die Pit-Tiefe und Form des Pit-Grundes die Wasserstoffverteilung und damit den Diffusionsweg durch den Werkstoff. Die beiden vorherigen Schritte wurden weiterführend kombiniert und das Pit-Wachstum in das Modell für die HAZ mit einbezogen. Dazu wurde zuerst wurde eine einachsige Beanspruchung definiert und auf eine ungekerbte Probe angewendet und das Pit-Wachstum in Abhängigkeit bestimmter Randbedingungen simuliert. Ab Erreichen einer bestimmten Pit-Tiefe, wurde angenommen, dass die die Wasserstoffaufnahme erleichtert wird und eine demensprechend variierende Wasserstoffkonzentration in der Simulation berücksichtigt. Die kritischen Wasserstoffkonzentrationen zur Erhöhung der lokalen Belastung in den Pits wurden aufgezeichnet. In dieser Arbeit wurden Pit-Geometrien bestimmt, die aufgrund hoher Gesamtdehnungen in x-Richtung anfällige Bereiche für HAC darstellen. Die Vorhersage dieser Positionen kann sich als nützlich für die zielgerichtete zerstörungsfreie Prüfung (engl.: Non-Destructive Testing, NDT) von SMSS erweisen. Die frühzeitige Identifizierung am stärksten beanspruchter Pit-Geometrien, ist hilfreich zur Durchführung von zielgerichteten Inspektionen, um mögliche Pits frühzeitig zu erkennen und ein Versagen des Bauteils zu verhindern. Für die Bewertung HAC-Anfälligkeit wurden auf Basis numerischer Simulation mögliche risskritische Bereiche der Pits identifiziert und deren Wechselwirkungen zwischen Wasserstoffkonzentration und mechanischer Beanspruchung (vor allem der Dehnung) beschrieben.
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    Open Access
    Bericht zur Studienreise „Das duale Hochschulstudium im außereuropäischen Ausland"
    (2019)
    Hesser, Wilfried
    Das Ziel der Studienreise war es, das Potenzial und die Bedarfe einer dualen Hochschulausbildung zu verifizieren sowie eine engere Verzahnung von beruflicher Bildung und akademischer Bildung in den ausgewählten Ländern zu identifizieren. Dabei stand die Frage nach Kenntnissen über das duale Hochschulstudium in Deutschland und damit eine Förderung der Internationalisierung der Hochschulen für angewandte Wissenschaften als Teile der Studienreise mit im Fokus. In einem ersten Schritt wurden auf der Basis eines Interviewleitfadens Gespräche mit Deutschen Auslandshandelskammern (AHKs) geführt, wie z.B. AHK Shanghai, AHK Hongkong, AHK Singapur und AHK New Delhi. Die AHKs in den genannten vier Ländern sind im Wesentlichen auf Unternehmensdienstleistungen, wie die Förderung und Betreuung deutscher Unternehmen, konzentriert. In allen Ländern - mit Ausnahme der AHK in Singapur - hat das duale Studium für Hochschulen und Unternehmen nur eine geringe Bedeutung. In keinem der Länder konnte auf eine Hochschule bzw. auf einen dualen Studiengang durch die AHKs verwiesen werden. Dies bedeutet nicht, dass deutsche Bildungsträger, wie z.B. die Duale Hochschule BadenWürttemberg (DHBW) versuchen, mit Hochschulen Kooperationen zu vereinbaren. Zugleich ist aber nach Auskunft der AHKs auch festzustellen, dass sowohl Hochschulen wie Unternehmen, einschließlich Regierungsvertreter, in den besuchten Ländern nur sehr begrenzte Kenntnisse über die duale Hochschulausbildung in Deutschland haben. Unabhängig von der Bereitschaft zur Kooperation der Akteure Hochschule in Deutschland(1), Hochschule im außereuropäischen Ausland(2), den Unternehmen(3), der AHKs(4), der Regierungen(5) sind die rechtlichen Rahmenbedingungen, wie beispielsweise die Hochschulgesetzgebung, ein wichtiger Schritt, der in der Informationsphase mit den Hochschulen und den Unternehmen diskutiert und zu klären ist, da hochschulrechtliche Erschwernisse bei der Implementierung von dualen Studiengängen z.Z. als unüberwindbar erscheinen. Hochschulen, wie die Hochschulen für angewandte Wissenschaften in Deutschland, können als Partner die Implementierung von dualen Studiengängen stark unterstützen. Gleichzeitig führen diese Kooperationen zu einer deutlicheren Internationalisierung der deutschen Hochschulen für angewandte Wissenschaften. Die besuchten Länder unterscheiden sich gravierend in ihrem Gefüge, sowohl politisch, kulturell, wirtschaftlich und gesellschaftlich. Ein regionaler Erfahrungsaustausch der AHKs speziell zum Thema Implementierung einer dualen Hochschulausbildung würde für die Mitarbeiter der AHKs einen Mehrwert darstellen.
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    Open Access
    Report on the study tour "The dual system of higher education in countries outside of Europe"
    (2019)
    Hesser, Wilfried
    The aim of the study tour was to verify the potential and the demand for a dual higher education system and to identify a closer interlinking between vocational training and academic education in the selected countries. One area of focus during this tour was the issue of knowledge about the dual system of higher education in Germany and hence promotion of the internationalisation of universities of applied science. In a first step, discussions based on an interview guideline were held with German Chambers of Industry and Commerce (AHKs), such as AHK Shanghai, AHK Hong Kong, AHK Singapore and AHK New Delhi. AHKs in the four countries mentioned essentially concentrate on services for enterprises such as promotion and support for German enterprises. In all countries – with the exception of the AHK in Singapore – the dual system of study only has limited significance for higher education institutes and enterprises. In none of the countries was it possible for the AHKs to indicate a higher education institute or a dual system of study. This does not mean that German training establishments, such as the Baden-Wuerttemberg Cooperative State University (Duale Hochschule Baden-Württemberg – DHBW) are not trying to agree cooperation arrangements with higher education institutes. At the same time, however, according to information from the AHKs, it can also be noted that both higher education institutes and enterprises, including government representatives, only have very limited knowledge of the dual system of higher education in Germany. Regardless of the willingness to cooperate among the players – namely higher education institute in Germany (1), higher education institute outside of Europe (2), the enterprises (3), the AHKs (4) and the governments (5) – the legal framework, such as legislation for higher education institutes, is an important step that needs to be discussed and clarified in the information phase with the higher education institutes and the enterprises, because obstacles relating to higher education law currently seem to be insurmountable in the implementation of dual courses of higher education. Higher education institutes, such as the universities of applied science in Germany, can act as strong partners in supporting the implementation of dual courses of study. At the same time, these cooperation arrangements will lead to a greater degree o internationalisation for the Germany universities of applied science. The countries visited differ radically in their structures, in political, cultural, economic as well as social terms. A regional exchange of experience between AHKs particularly on the topic of implementing a dual system of higher education would represent added value for the employees of the AHKs.
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    Open Access
    Implementierung einer dualen Hochschulausbildung an Hochschulen und in Unternehmen im In- und Ausland
    (Universitätsbibliothek der HSU / UniBwH, 2019)
    Hesser, Wilfried
    Das duale Studium, eine Studienform, die das wissenschaftliche Studium an Hochschulen mit einer praktischen Ausbildung in Unternehmen verknüpft, hat in den letzten Jahren nicht nur in Deutschland, sondern auch im Ausland stetig an Bedeutung gewonnen. Laut dem Bundesinstitut für Berufsbildung, BIBB, stieg die Zahl der Studierenden dieses Studienmodells in Deutschland innerhalb von zehn Jahren von knapp 40.000 auf ca. 100.000. Immer mehr Arbeitgeber schätzen das duale Studium, weil es sowohl die Hochschulausbildung besser mit den Bedürfnissen des Arbeitsmarktes in Einklang bringt als auch die Gewinnung und Bindung von Studierenden als künftige Leistungsträger bzw. Führungskräfte erleichtert. Die Unternehmen sehen zudem in der hohen Praxisorientierung eines Studiums mit integrierter Berufsausbildung einen entscheidenden Faktor für ihren zukünftigen wirtschaftlichen Erfolg. Im Rahmen der Projektarbeit in Thailand und Kasachstan von 2015 bis 2017 konnte ein großes Interesse der dortigen Manager an der Förderung dualer Hochschulausbildung festgestellt werden. Ziel des vorliegenden Buches ist es, Entscheidungsträgern an Hochschulen im In- und Ausland einen Überblick über sowie realistische Einblicke in die Studienform „duales Studium an Hochschulen“ in Deutschland zu vermitteln. Hierzu wurde das spezifische Know-how zur Implementierung eines dualen Studiengangs zusammengetragen und fachgerecht aufbereitet. Mit einem kurzen historischen Abriss der Entwicklung des dualen Systems der Berufsausbildung in Deutschland im 20. Jahrhundert wird die Grundlage für das Verständnis des heutigen dualen Bildungssystems an Hochschulen und in Unternehmen gelegt. In den nachfolgenden Kapiteln, die sich u.a. der Organisation des dualen Studiums, der Betreuung der Studierenden, dem Qualifizierungskonzept, dem Informations- und Kommunikationsmanagement sowie den Qualitätsstandards für duale Studiengänge widmen, wird relevantes Wissen zu diesen Themen strukturiert und kompetent vermittelt. Zugleich werden die Anforderungen für die Akkreditierung von dualen Studiengängen in Deutschland und die diesbezüglichen Empfehlungen des Akkreditierungsrats in komprimierter Form als Orientierungshilfe aufgezeigt. Die einzelnen Kapitel sind mit einer Powerpoint-Kurzfassung versehen sowie mit einer Workshop-Beschreibung, die zur Diskussion und Vertiefung des Themas anregen soll.
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    Open Access
    Hydrogen assisted cracking of UHSS for military aerospace applications
    (Universitätsbibliothek der HSU / UniBwH, 2018)
    Steffens, Benjamin R.
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    Hoffmeister, Hans
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    Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr Hamburg
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    Böllinghaus, Thomas
    Ultra-High Strength Steels (UHSS) are the predominantly used material on aircraft landing gear systems, to combat the high mechanical and partly impacting loads and to match the criteria of light weight design in airplane engineering. Legacy systems have been commonly manufactured from the low alloyed steel AISI 4340, also known as 36CrNiMo4 with the DIN classification number 1.6511. Another material, 300M, has also been widely used in this application – it is a close variant of AISI 4340 steel that has been alloyed with silicon and vanadium. Both alloys represent fully hardenable low alloyed steels which can reach ultimate strengths of about 2100 MPa and that match the design criteria regarding strength and toughness for landing gear applications, but had poor corrosion resistance. Therefore, these materials were commonly cadmium plated and/or painted with chromate paints to protect them against corrosive environments. These surface treatments worked well to protect the components against corrosion, but have been known for potential introduction of hydrogen into the components at the coating-substrate interface due to industrial processes. A second detrimental effect is the environmentally and personally harmful aspects of the chemical compositions of the surface treatments that have virtually prohibited their use. Ferrium S53, a computationally designed alloy that was tailored specifically for ultra-high strength applications in aerospace systems, has become a viable alternative to the legacy materials. Ferrium S53 met or exceeded all previous criteria for use in landing gear structures while adding an inherent corrosion resistance, which made the previously mentioned surface treatments unnecessary. Ferrium S53 has a highly martensitic microstructure which is susceptible to hydrogen assisted cracking per-se, and this at relative low hydrogen concentration levels. Quantitative investigations of hydrogen dependent properties of aircraft landing gear materials have only scarcely been carried out in the past, although they are essential for respective component life time assessments. To develop an improved scientific understanding of such steels in landing gear components which can be subjected to corrosive media, samples have been taken from materials in the as-delivered condition and, especially, in the used service applied condition. To maintain completely objective test program, the “new barstock” steel was purchased directly from the manufacturer without information about any future testing on the material. The “used component” steel was taken directly from the main landing gear struts of actual U.S. Air Force aircraft with at least 5 years of use. In the case of the “used component” material, selection of where the specimens were extracted would represent the most highly-stressed areas of the component. Based on a substantial analysis of the present state of knowledge regarding hydrogen assisted cracking in martensitic steels, the test program has carefully been selected by following a more multi-disciplinary approach. By such, the materials have been subjected to test series they have not seen up to the present and by which the effects of hydrogen on the mechanical and fractographic behavior in service have been investigated. Among these, a focus has been laid on tensile tests of hydrogen-saturated specimens, also in comparison to the AISI 4340 legacy steel, and on slow strain rate tests (SSRT). The SSRT have been carried out predominantly in artificial but also in natural seawater, partly at elevated temperatures and also at cathodic protection, to evaluate the behavior of the used and service-applied steel Ferrium S53 at extreme conditions in marine environments and to determine potential simple protection measures. Subsequent carrier gas hot extractions, as well as fractographic and metallographic analyses, conveyed in depth results about the cracking behavior of this novel material within presence of hydrogen in the martensitic microstructure.The investigations of the material Ferrium S53 after several years of service can be regarded as globally unique. They also correspond to the approach used by the CAStLE (Center for Aircraft Structural Life Extension) program, located at the U.S. Air Force Academy, to determine and to counteract potential weaknesses and damages of in-service or retired components or systems by suitable analyses. The results of the present contribution confirm that the new computer-designed material Ferrium S53 has superior properties as compared to materials of the type AISI 4340, in all analyses that have been carried out. Among other results, it has been shown by the tensile tests with hydrogen-saturated specimens that the Ferrium S53 steel, in contrast to the AISI 4340 steel, has an improved ductility after similar service durations, even if hydrogen is present in the martensitic microstructure. Also in the as-delivered condition, the Ferrium S53 steel has an improved ductility as compared to the AISI 4340 steel. From SSRT, it turned out that the phenomenology of potential damage of the steel under extreme service in marine climates, as for instance on aircraft carriers in tropical seas, is principally pitting corrosion and subsequent hydrogen assisted stress corrosion cracking. Interestingly, the as-delivered Ferrium S53 steel demonstrated a more brittle intergranular cracking behavior due to the extremely high amount of retained austenite, as compared to the used material with several years of service. Furthermore, a cathodic protection at about [– 600 mV (Ag/AgCl)] proved to be partly effective controlling the pitting corrosion and subsequent hydrogen assisted stress corrosion cracking. However, as compared to previous investigations with other materials which did not consider it, it turned out that such a cathodic protection is accompanied by a minor hydrogen absorption which has to be dealt with during long term usage. However, the SSRT showed a much better behavior of the used and serviceapplied Ferrium S53 steel than at open circuit potentials or respectively increased or decreased potentials. To sum up, the present investigations exhibit a significantly improved behavior of the novel computer-designed Ferrium S53 steel after a service period of more than five years with respect to potential hydrogen assisted stress corrosion cracking, as compared to the new as-delivered condition and also as compared to the new and used legacy AISI 4340 steel.
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    Open Access
    Implementation of a dual system of higher education within foreign universities and enterprises
    (2018)
    Hesser, Wilfried
    The dual system of higher education, a form of study that links academic studies at higher education institutions with practical training in enterprises, has become steadily more important in recent years, not only in Germany but also internationally. According to the Federal Institute for Vocational Education and Training (BIBB), the number of students involved in this model of study in Germany rose from just under 40,000 to approx. 100,000 within ten years.An increasing number of employers appreciate the dual system of study because it not only achieves a better balance between higher education and the needs of the employment market but also makes it easier to recruit and retain students as prospective top performers or management personnel. Enterprises also see the high level of practical orientation within a higher education programme integrating vocational education and training as a crucial factor in their future economic success. Project work in Thailand and Kazakhstan from 2015 to 2017 revealed a great interest in promoting the dual system of higher education among managers there. The aim of this book is to give decision-makers at higher education institutions outside of Germany both an overview of as well as realistic insight into the form of study known as “dual higher education” in Germany. To this end, specific know-how on the implementation of a dual higher education programme has been compiled and prepared in an appropriate manner. A brief historical outline of how the dual system of vocational education and training evolved in Germany in the 20th century supplies the background for understanding the current system of dual higher education at universities and in enterprises. Following chapters, which are devoted to aspects such as the organisation of dual higher education programmes, supervision of the students, the training concept, the management of information and communication as well as the quality standards for dual courses, all convey relevant knowledge on these topics through a structured and proficient approach. At the same, the requirements for the accreditation of dual higher education courses in Germany together with the recommendations of the Accreditation Council in this respect are set out in abridged form as guidance. The individual chapters are accompanied by a PowerPoint summary together with a workshop description intended as motivation to discuss and pursue the topic further.
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    Open Access
    Implementierung einer dualen Hochschulausbildung an Hochschulen und in Unternehmen im Ausland
    (Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr Hamburg, 2018)
    Hesser, Wilfried
    Das duale Studium, eine Studienform, die das wissenschaftliche Studium an Hochschulen mit einer praktischen Ausbildung in Unternehmen verknüpft, hat in den letzten Jahren nicht nur in Deutschland, sondern auch im Ausland, deutlich an Bedeutung gewonnen. Die Zahl der Studierenden in diesem Studienmodell ist in Deutschland innerhalb von 10 Jahren von knapp 40.000 auf ca. 100.000 gestiegen (siehe https://www.bibb.de/). Immer mehr Arbeitgeber schätzen das duale Studium, weil es sowohl die Hochschulausbildung besser mit den Bedürfnissen des Arbeitsmarktes in Einklang bringt als auch die Gewinnung und Bindung von Studierenden als künftige Leistungsträger bzw. künftige Führungskräfte erleichtert. Die Unternehmen sehen zudem in der hohen Praxisorientierung des Studienmodells einen entscheidenden Faktor für ihren zukünftigen wirtschaftlichen Erfolg. Im Rahmen der Projektarbeit in Thailand und Kasachstan von 2015 bis 2017 konnte ein großes Interesse der dortigen Manager an der Förderung dualer Hochschulausbildung festgestellt werden. Das vorliegende Buch wurde mit dem Ziel entwickelt, Entscheidungsträgern an Hochschulen im Ausland einen Überblick über sowie realistische Einblicke in die Studienform „duales Studium an Hochschulen“ in Deutschland zu vermitteln. Hierzu wurde das spezifische Know-how zur Implementierung eines dualen Studiengangs zusammengetragen und fachgerecht aufbereitet. Mit einem kurzen historischen Abriss der Entwicklung des dualen Systems der Berufsaus-bildung in Deutschland im 20. Jahrhundert wird die Grundlage für das Verständnis des heutigen dualen Bildungssystems an Hochschulen und in Unternehmen gelegt. In den nachfolgenden Kapiteln, die sich z.B. der Organisation des dualen Studiums, der Betreuung der Studierenden, dem Qualifizierungskonzept, dem Informations- und Kommunikationsmanagement und den Qualitätsstandards eines dualen Studiums widmen, wird klar strukturiert und in kompetenter Weise relevantes Wissen zu diesen Themen vermittelt. Zugleich werden die Anforderungen für die Akkreditierung eines dualen Studiengangs in Deutschland und die diesbezüglichen Empfehlungen des Akkreditierungs-rats in komprimierter Form als Orientierungshilfe aufgezeigt. Die einzelnen Kapitel sind mit einer PowerPoint im Sinne einer Kurzfassung versehen sowie mit einer Workshop-Beschreibung, die zur Diskussionsanregung und Vertiefung des Themas dienen soll.
  • Publication
    Open Access
    Schnelle Stromregelung von Drehstrom-Lichtbogenöfen mit Halbleiter-Stufenschaltern
    (Universitätsbibliothek der HSU / UniBwH, 2017)
    Schnack, Hendrik
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    Krüger, Klaus
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    Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr Hamburg
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    Die vorliegende Arbeit basiert auf einem bisher für Lichtbogenöfen nicht eingesetzten Stufenschalter, der statt mit einem mechanischen Verfahren auf Basis von Leistungsthyristoren die Außenleiterspannung des Transformators steuert. Ein wesentlicher Vorteil gegenüber der mechanischen Variante ist die Möglichkeit zum Stufenwechsel auf dem zeitlichen Niveau der Grundschwingung. Damit ist die Möglichkeit zur Regelung elektrischer Größen gegeben. Konstante elektrische Größen auf der Sekundärseite wirken sich, wie sich im Rahmen dieser Arbeit zeigt, positiv auf das Störverhalten am elektrischen Netz aus. Es wird im Rahmen der Bezug auf den Ofentransformator genommen, der beim asymmetrischen Schalten der Leistungsthyristoren im Fokus steht. So wird das Schalten auf drei Phasen mithilfe eines elektronischen Stufenschalters elektrisch entwickelt und erklärt. Wesentliche Merkmale eines sicheren Schaltvorgangs für die Umschaltung einer Stufe auf die andere sind die Freiheit von Gleichgliedern sowie das Vermeiden unerwünschter Schaltzustände. Diese müssen in einer Ansteuerungselektronik der Gate-Impulse sowie einer Stromregelung berücksichtigt werden. Zentrales Element der Arbeit ist eine Stromregelung, bei der der Strom auf drei Phasen mithilfe der Außenleiterspannung weitestgehend konstant gehalten werden kann. Dieser Regelung zugrunde liegt ein Prädiktionsverfahren der folgenden komplexen Impedanz. Begründet wird die Regelung durch vermutete und im Verlauf der Arbeit zu erörternde betriebswirtschaftliche Vorteile. Unter Last schaltbare Transformatoren gewinnen mit Halbleiter-Stufenschaltern die Eigenschaft einer kurzfristigen, innerhalb einiger Strom- und Spannungsnulldurchgänge wirkenden Regelbarkeit. Bestehende Technologien wie die SVC können damit in Teile ersetzt werden, zeichnen sich diese durch hohe aktive Lasten und damit verbundene Betriebskosten aus. Die Stromregelung wird in eine Leistungsregelung integriert, bei der zusätzlich zur Stromregelung eine Spannungsregelung eingeführt wird, die bei gering werdender Dynamik einer Soll-Spannungsstufe den Vorzug gibt. Zum Ende der Arbeit werden betriebswirtschaftliche Überlegungen und weitere Anwendungsfälle von Halbleiter-Stufenschaltern beschrieben – beispielsweise zum Anbieten spezieller Energieprodukte durch das Elektrostahlwerk.