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Elektrische Messtechnik

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Auf dem Neujahrsempfang am 14. Januar 2017 wurde Dr.-Ing. Fabian Bause mit dem Preis des Präsidiums für ausgezeichnete Dissertationen geehrt

Nach dem Herr Dr.-Ing. Fabian Bause, M.Sc., für seine herausragende Dissertation "Ein ultraschallbasiertes inverses Messverfahren zur Charakterisierung viskoelastischer Materialparameter von Polymeren" schon im September mit dem AHMT-Preis ausgezeichnet worden ist, folgte nun eine weitere besondere Ehrung. Zum Neujahrsempfang am 14. Januar 2017 erhielt Dr.-Ing. Fabian Bause den Preis des Präsidiums für ausgezeichnete Dissertationen der Universität Paderborn.

Schon zuvor wurde Herr Bause für den ausgezeichneten Abschluss seines Bachelorstudiums im Jahre 2008 mit dem Preis der Fakultät für hervorragende Studienleistungen sowie 2010 mit dem Preis der Fakultät für hervorragende Studienleistungen für seinen Abschluss des Masterstudiums prämiert.

Herr Dr. Bause hat nach dem erfolgreichen Abschluss des Promotionsstudiums nun eine Tätigkeit in der Industrie aufgenommen.

Herzlichen Glückwunsch zu dieser Auszeichnung.

Laudatio

Ultraschall-Messverfahren zur zerstörungsfreien Charakterisierung viskoelastischer Materialparameter von polymeren Werkstoffen

Die Anwendung von Kunststoffen ist heute sehr verbreitet und gewinnt hinsichtlich der Entwicklung von Funktionsmaterialien und -bauteilen, z. B. im Leichtbau, enorm an Bedeutung. Ungeklärte Fragen sind heute allerdings noch immer: Wie kann man die Belastbarkeit und Zuverlässigkeit solcher Bauteile zerstörungsfrei prüfen? Wie lässt sich unter Berücksichtigung der bisherigen Beanspruchung (z. B. bei Impactschäden) von Bauteilen die Restnutzungsdauer abschätzen?

Auch in der Ultraschallmesstechnik werden zunehmend Kunststoffe eingesetzt, um z. B. teurere Metalle und deren Legierungen zu ersetzen. Aktuelle Trends zielen darauf, sowohl Ultraschallwandler als auch ganze Messeinrichtungen aus Kunststoffen zu fertigen. Um optimale Eigenschaften der Sensoren zu erreichen, müssen die einzelnen Konstruktionselemente möglichst perfekt dimensioniert werden, wofür man häufig Finite-Elemente-Methoden (FEM) einsetzt. In der Praxis stellt man hierbei sehr schnell fest, dass die Ergebnisse und der Aussagegehalt der FEM-Simulation in entscheidendem Maße von den genutzten Materialmodellen sowie von der Kenntnis präziser frequenzabhängiger Materialparameter abhängen. Die heute vom Kunststoffhersteller zur Verfügung gestellten  Materialdaten (quasistatisches E-Modul, Poissonzahl…) sind für eine realitätsnahe FEM-Simulation im hochfrequenten Bereich des Ultraschalls ungeeignet

Erschwerend kommt die riesige Vielfalt verschiedenster Polymere hinzu, die heute eingesetzt werden. Polymere mit Zuschlagstoffen (Glas- oder Kohlenstofffasern) erweitern noch einmal die Palette. Selbst die Herstellungstechnologie (Spritzguss, Extrusion) und die konkreten Prozessparameter beeinflussen die resultierenden Materialeigenschaften. Außerdem sind die akustischen Eigenschaften stark temperaturabhängig und können sich durch Alterung bzw. Beanspruchung zeitlich signifikant verändern.

Gerade die Charakterisierung der akustischen Eigenschaften polymerer Materialien im technisch genutzten Frequenzbereich von einigen MHz erweist sich in der Praxis dann, oft wegen der hohen Absorption, als außerordentlich diffizile Aufgabe.

Herr Dr. Bause hat mit seiner Dissertation einen wesentlichen und sehr wichtigen Beitrag zur Charakterisierung akustischer Eigenschaften viskoelastischer polymerer Materialien geleistet. Sehr zielorientiert und mit hervorhebenswerter wissenschaftlicher Sorgfalt gelang es Herrn Dr. Bause, eine zuverlässige Messmethode zur akustischen Materialparameterbestimmung zu entwickeln und diese vollständig erfolgreich experimentell umzusetzen.

Die von Herrn Dr. Bause weiterentwickelte Messmethode basiert auf einem inversen Ansatz mit einem effizienten Vorwärtsmodell und gewährleistet die Bestimmung konsistenter akustischer bzw. FEM-Materialparametersätze von Kunststoffen, insbesondere unter Berücksichtigung der Viskoelastizität. Isotrope und transversal isotrope Polymere mit starker oder schwacher Schallabsorption können nun relativ schnell und ohne großen manuellen Aufwand anhand kleinvolumiger Proben, welche z. B. den Produktchargen entnommen werden, hinreichend charakterisiert werden.

Hervorzuheben ist, dass mit dieser Messmethode auch die Frequenzabhängigkeit der Absorptionsparameter eines zeitkausalen Dämpfungsmodells in einem weiten Frequenzbereich bestimmt werden kann.

Auch die sorgfältige GUM-konforme Messunsicherheitsanalyse (GUM: Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement) zur Interpretation der so bestimmten Materialparameter ist neu und ein wichtiges Ergebnis dieser Arbeit.

Aktuelle, durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft geförderte Forschungsarbeiten des Fachgebietes haben inzwischen gezeigt, dass die neu entwickelte Messmethode über die Anwendung im Ultraschallbereich hinaus eingesetzt werden kann, um eigenschaftsverändernde Prozesse auf molekularer Ebene im polymeren Werkstoff (z.B. verursacht durch Alterung, Schadstoffexposition u.a.m.) messtechnisch beobachtbar- und bewertbar zu machen. Hieraus leitet sich die Hoffnung ab, dass eine Weiterentwicklung dieser Messmethode es zukünftig ermöglichen wird, Kunststoffbauteile auch unter komplexen realen Belastungssituationen hinsichtlich der Restnutzungsdauer zerstörungsfrei und zuverlässig bewerten zu können.

Abschließend möchte ich einschätzen, dass Herr Dr.-Ing. Fabian Bause ein exzellenter junger Wissenschaftler mit vielversprechender Karriere und somit ein würdiger Kandidat für den Universitätspreis ist. Ich möchte Herrn Dr. Bause noch einmal herzlich für die ausgezeichnete und erfolgreiche Zusammenarbeit danken und wünsche ihm weiterhin viel Erfolg im beruflichen Werdegang sowie alles Gute im persönlichen Leben.

Prof. Dr.-Ing. Bernd Henning

Die Universität der Informationsgesellschaft