AM 9./10. DEZEMBER 2004

STADTHALLE HAGEN

 

 

Veranstalter:

 

Gemeinschaftsausschuß Pulvermetallurgie

 

- Deutsche Gesellschaft für Materialkunde (DGM)

- Deutsche Keramische Gesellschaft (DKG)

- Fachverband Pulvermetallurgie (FPM)

- Stahlinstitut VDEh

- Verein Deutscher Ingenieure-Gesellschaft        

 Werkstofftechnik (VDI-W)

 

 

 

FACHVERBAND PULVERMETALLURGIE

Goldene Pforte 1, 58093 Hagen

Telefon: 02331 / 9588-17

Telefax: 02331 / 958717

E-Mail:    mschlieper@fpm.wsm-net.de

 

In den letzten Jahren sind für die Pulvermetallurgie gros-se Fortschritte im Bereich der Werkstoffe und Verfahren zu verzeichnen. Dies gilt sowohl für traditionelle Gebiete, wie Sinterstahl-Formteile und Hartmetalle, aber auch neue Entwicklungen auf dem Gebiet poröser Werkstoffe, Leichtmetalle oder Metallpulverspritzguß. Triebkraft sind gestiegene Anforderungen der Kunden und Fortschritte bei Konkurrenztechnologien. Für zukünftige Entwicklungen entscheidend wird die Realisierung höherer Anforderungen im Sinne von Eigenschaftsverbesserung, einwandfreier Beherrschung der Herstellprozesse sowie Kosteneffizienz und Flexibilität sein. Die Simulation von Fertigungsschritten, wie z.B. Pressen und Sintern sowie des Bauteilverhaltens, bietet eine wesentliche Möglichkeit zur Zeit- und Kostenersparnis. Vor diesem Hintergrund widmet sich das Hagener Symposium 2004 aktuellen Entwicklungen auf dem Gebiet der Simulation, aber auch dem Thema Gefügeeigenschaftsbeziehung. Die Simulation von Fertigungsprozessen und des Bauteilverhaltens steht im Mittelpunkt der Veranstaltung. Das Thema Sinteraluminium wird ganzheitlich vom Pulver bis zum Bauteil im diesjährigen Skaupy-Vortrag dargestellt. Auf der Basis von Gefüge- und dadurch Eigenschaftsoptimierung werden neue Entwicklungen auf dem Gebiet der Hartmetalle, Keramik, Werkstoffverbunde sowie poröser Strukturen und Aluminiumwerkstoffe vorgestellt, die den neuen oder gestiegenen Anforderungen in der Anwendung gerecht werden. Weiterhin werden Aspekte der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung und Fragen der Standardisierung diskutiert.

Der Programmausschuß ist überzeugt, daß es wieder gelungen ist, Vortragende zu gewinnen, die das Interesse der Forschung aus Industrie und Instituten wie vor allem auch der Praktiker, Werkstoffhersteller und Werkstoffanwender befriedigen und wünscht allen Teilnehmern eine erfolgreiche Tagung, ergiebige Diskussionen und neue Kontakte.

 

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Sehr geehrte Teilnehmerinnen und Teilnehmer

des Hagener Symposiums 2004,

 

das Hagener Symposium 2004 findet nach einigen organisatorischen Schwierigkeiten im Vorfeld ausnahmsweise nicht im November, sondern am 9. und 10. Dezember statt.

Auch diesmal erwarten wir wieder über 200 Teilnehmer aus zahlreichen Ländern und eine hohe Anzahl von Ausstellern.

Neben den vielen Stammbesuchern können wir auch jedes Jahr erfreulicherweise neue Interessenten begrüs-sen. Das tut der Veranstaltung gut. Offensichtlich hat sich die "Hagener Rezeptur", wie sie immer wieder von Fachjournalisten positiv beschrieben wird, bewährt und herumgesprochen. Neben Teilnehmern der Lehre und aus den Forschungsinstituten finden vor allem zahlreiche Experten aus der Industrie den Weg nach Hagen.

Das diesjährige Symposium trägt den Titel "Pulvermetallurgie: Simulation – Gefüge – Bauteileigenschaften". Beim Lesen dieses Programmheftes werden Sie sicherlich feststellen, daß es dem Programmausschuß wiederum gelungen ist, hervorragende Referenten zu gewinnen, die mit ihren Vorträgen ein breites Spektrum der Pulvermetallurgie abdecken.

Einen Höhepunkt wird insbesondere auch der Vortrag des diesjährigen Skaupy-Preisträgers, Herrn Dipl.-Ing. Hans-Claus Neubing von der Firma ECKA Granulate GmbH & Co. KG in Velden, "Sinteraluminium – Der konsequente Weg vom Pulverprodukt zum Leichtbauteil", darstellen. 

Meine Kollegen des Programmausschusses und ich sind fest davon überzeugt, daß auch das 23. Hagener Symposium für alle Teilnehmer ein voller Erfolg wird.

Seien Sie auch diesmal ganz herzlich willkommen zum Symposium 2004 in Hagen.

 

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Prof. Dr.-Ing. Paul Beiss

RWTH Aachen

 

Prof. Dipl.-Ing.Dr.techn. Herbert Danninger

Technische Universität Wien

 

Prof. Dr.-Ing. Bernd Kieback

Technische Universität Dresden/

Fraunhofer IFAM Dresden

 

Hans Kolaska

Fachverband Pulvermetallurgie, Hagen

 

Dr.-Ing. Torsten Kraft

Fraunhofer IWM, Freiburg

 

Dr. Vladislav Kruzhanov

GKN Sinter Metals, Radevormwald

 

Dr. Gert Leitner

Fraunhofer IKTS Dresden

 

Dipl.-Ing. Hans-Claus Neubing

ECKA Granulate GmbH & Co. KG, Velden

 

Dr.-Ing. Frank Petzoldt

Fraunhofer IFAM, Bremen

 

Prof. Dr.-Ing. Cetin Morris Sonsino

Fraunhofer LBF, Darmstadt

 

Dr.-Ing. Thomas Weißgärber

Fraunhofer IFAM Dresden

(Vorsitz)

 

 

 

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 9.00 h   Begrüßung und Eröffnung

Prof. Dr.-Ing. Bernd Kieback, Technische Universität Dresden/Fraunhofer-IFAM Dresden,

Vorsitzender des Ausschusses für Pulvermetallurgie

 

 9.15 h   Laudatio Skaupy-Preisträger 2004:

Dipl.-Ing. Hans-Claus Neubing,

ECKA Granulate, Velden

Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Herbert Danninger,

TU Wien

 

 9.30 h   Skaupy-Vortrag:

                Sinteraluminium – Der konsequente Weg vom Pulverprodukt zum Leichtbauteil

            Dipl.-Ing. Hans-Claus Neubing,

ECKA Granulate GmbH & Co. KG, Fürth

 

Die Fertigung von Leichtbauteilen aus Sinteraluminium für innovative Anwendungen erfordert eine optimierte pulvermetallurgische Prozeßfolge. Ausgehend von speziellen Grundpulvern und Anwendung verschiedener Pulverlegierungstechniken, werden preßfertige Sintermischungen zubereitet. Sintervorgänge und optimale Gefügeausbildung der pulvermetallurgischen Aluminiumlegierungen werden aufgezeigt. Der Einsatz neuer Fertigungstechnologien ermöglicht die Herstellung höherbeanspruchter Bauteile. Leistungsfähigkeit und Eigenschaften von aktuellen Bauteilen aus Sinteraluminium werden anwendungsspezifisch dargelegt.

 

 

Sitzungsleiter:

Prof. em. Dr.Dr.h.c.mult. Günter Petzow, Stuttgart

 

10.00 h Simulation in der Pulvermetallurgie: Möglichkeiten und Grenzen

Prof. Dr. Hermann Riedel*, Dr.-Ing. Torsten Kraft, Fraunhofer IWM, Freiburg

 

Die Dichteverteilung im Grünkörper nach dem Matrizenpressen kann mit guter Genauigkeit auf der Basis kontinuumsmechanischer Modelle (z.B. Drucker-Prager-Cap-Modell) berechnet werden. Zur Vorhersage von Entformungsrissen und Scherrissen existieren plausible Ansätze, die aber noch nicht als abgesichert angesehen werden können. Weit entwickelt ist dagegen die Vorhersage des Sinterverzugs als Folge der Schwerkraft oder von Gründichte-Inhomo-genitäten. Andere pulvermetallurgische Prozeßschritte, wie das Füllen der Matrize oder das Nachverdichten, werden ebenfalls diskutiert.

 

10.30 h Von der Simulation zum Bauteilverhalten am Beispiel eines PM-Zahnrades

Dr. Klaus Lipp, Prof. Dr.-Ing. Cetin Morris Sonsino*, Fraunhofer LBF, Darmstadt

Dr.-Ing. Torsten Kraft, Fraunhofer IWM, Freiburg

Die numerische Simulation ist auch in der PM ein wichtiges Werkzeug zur optimalen Fertigung endkonturnaher Bauteile. Sie muß aber auch durch die experimentelle Simulation überprüft und verifiziert werden. Im Rahmen der gegenwärtig gegebenen Möglichkeiten der numerischen und experimentellen Simulation wird am Beispiel von Zahnrädern aus den Legierungen Fe-1,5%Mo+0,5%C und Fe-4,0%Ni-0,5%Mo+

0,5%C, beide mit einer Dichte von r = 7.1 g/cm3 und vergütet, die Entwicklungskette vom Pressen bis zur Bauteilbemessung dargestellt und die noch vorhandenen weißen Felder in diesem Prozeß aufgezeigt.

 

12.00 h Spritzguß-Simulation für Metal Injection Molding

                Dipl.-Ing. Martin Blömacher*, Dr. Hans Wohlfromm, BASF AG, Ludwigshafen, Dipl.-Ing. Rainer Sokoll, SIGMA Engineering GmbH, Aachen

 

Das Wachstum der europäischen MIM (Metal Injection Molding )-Industrie in den letzten Jahren hat den Schwerpunkt von der reinen Verfahrens- und Binderentwicklung hin zu typischen anwendungstechnischen Fragestellungen mit sich gebracht. Neben werkstoffspezifischen Themen stehen vor allem auch Fragen zum Formgebungsprozeß im Mittelpunkt vieler Bauteilentwicklungen. Da in der kunststoffverarbeitenden Industrie der Einsatz von Software-Tools zur Simulation von Formfüllvorgängen seit langem genutzt wird, gab es auch in MIM sehr früh Tendenzen, solche Programme einzusetzen. Für die Qualität der Ergebnisse sind neben dem eingesetzten Software-Tool vor allem auch die verwendeten physikalischen Grös-sen der Compounds aus Metallpulver und organischem Binder von Bedeutung. Es werden die Einflüsse auf das Simulationsergebnis eines Formfüllvorgangs betrachtet, die durch gezielte Variation dieser Kenngrößen hervorgerufen werden.

 

12.30 h Sintern von Hartmetallen – Thermoanalytische Simulation

Dr.rer.nat. Gert Leitner*, Dipl.-Ing. Tim Gestrich, Dipl.-Ing. Klaus Jaenicke-Rößler, Fraunhofer IKTS, Dresden

 

Moderne Sintertechnologien erfordern ein immer besseres Wissen um die ablaufenden Prozesse und die daraus ableitbaren Strategien für die Optimierung von Werkstoffeigenschaften und Herstellungstechnologien. Die Nutzung von Methoden der thermischen Analyse für die experimentelle Simulation technologischer Teiloperationen unter produktionsnahen Bedingungen hat sich seit Jahren bewährt. Ausgewählte Beispiele zum Ausgasen und Sintern von Hartmetallen (WC-Co, dotiertes WC-Co, zusatzcarbidhaltiges WC-Co) und Cermets, aber auch von PM-Stählen und anderen PM-Werkstoffen demonstrieren Möglichkeiten und Grenzen für die Ableitung technologisch umsetzbarer Ergebnisse.

 

 

Sitzungsleiter:

Dr.-Ing. Frank Petzold, IFAM Bremen, Bremen

 

14.00 h Kornwachstum und Kornwachstumshemmung in Hartmetallen - Eine ganzheitliche Betrachtung

a.o.Univ. Prof. Dr. Wolf-Dieter Schubert, TU Wien, Wien/Österreich

 

Der Trend in der Hartmetallindustrie zu immer feineren Gefügen hat das Kornwachstum des Wolframcarbids ins Zentrum der technischen Entwicklung von Hartmetallen gerückt. Neben den grundlegenden Fragen zu den Mechanismen des Wachstums und der Wachstumshemmung durch den Zusatz sog. Inhibitoren existieren eine Reihe von Faktoren, die für den Einsatz des Werkstoffs in unterschiedlichen Marktsegmenten von Bedeutung sind: Die Wahl des geeigneten Kornwachstumshemmers, die „Grenzen“ der Wachstumshemmung, die Bildung von Ausscheidungen, das Auftreten von Restporosität und Binderseen, die Qualität der pulverförmigen Vorstoffe, das Härte- zu Zähigkeitsverhältnis der Legierungen, die Erzielung höchster Biegefestigkeiten, die kritische Defektgröße, etc. Die Vielzahl der Einflußfaktoren erfordert daher in bezug auf die Anwendung eine „ganzheitliche Betrachtung“ des Systems.

 

14.30 h Optimierung von Randzonengefügen in Funktionsgradienten-Hartmetallen

Prof. Dr. Walter O.F. Lengauer*, Dipl.-Ing. Alexander Eder, TU Wien, Wien/Österreich; Dr. Klaus Dreyer, Dipl.-Ing. Hans-Werner Daub, Dipl.-Min. Dieter Kassel, Dr. Henk van den Berg, Kennametal Widia GmbH, Essen

 

Die Einstellung des Gefüges der Randzone von Funktionsgradienten-Hartmetallen wird dadurch bewerkstelligt, daß den Hartmetallen Titan in Form von Carbiden, Nitriden oder Carbonitriden zugesetzt wird und diese dann unter stickstoffhaltiger Atmosphäre gesintert werden. Die Stickstoffbeaufschlagung kann in einem separaten Prozeß mit bereits gesinterten Hartmetallen erfolgen oder aber in einem Einstufenprozeß beim eigentlichen Sintervorgang. Durch Variation der Zusammensetzung der Hartmetalle, der Kohlenstoffdotierung sowie von Temperatur (Zeitpunkt im Sinterprofil) bei Stickstoffzugabe und Stickstoffdruck kann die Randzone so eingestellt werden, daß durch Diffusion nicht nur Carbonitridanreicherung an der Oberfläche, sondern auch nur in einer speziellen Tiefe erfolgen kann. Die Hartstoff-Gradienten des letzteren Typs sind dann invers zu den ersteren.
Die Randzonengefüge der Hartmetalle können demnach spezifisch für Dreh- und Fräsoperation selektiv eingestellt werden oder aber das Verfahren kann als Substrat-Engineering dienen, in dem auch die Oberfläche für eine nachfolgende Beschichtung optimiert wird.

 

 

Sitzungsleiter:

Prof. Dr.-Ing. Bernd F. Kieback, TU Dresden/IFAM Dresden, Dresden

 

16.00 h  Schwindung und Eigenschaftsveränderung einer verschleiß- und korrosionsfesten PM–Legierung beim Heißisostatischen Pressen

Dipl.-Ing. Beat Hofer, Sintec HTM AG, Biel

 

Das Sintern von PM-Stählen durch HIP unterscheidet sich grundsätzlich vom normalen Sintern. Die Unterschiede zwischen den beiden Fertigungsparametern, ausgehend vom Pulver bis zum fertigen Teil, werden aufgezeichnet und diskutiert. Mit einfachen Mitteln wird versucht, die Schwindung beim HIP‘en diverser Geometrien zu simulieren. Bei hochlegierten PM-Stählen ist das Verhältnis zwischen Carbidbild-

ner und dem Kohlenstoffgehalt entscheidend für das Verhalten bei der Wärmebehandlung. Der Einfluß der HIP-Temperatur auf Carbide und Bindungsverhältnisse wird dargestellt und das daraus resultierende Festigkeits-, Verschleiß- und Korrosionsverhalten gezeigt.

 

16.30 h  Sinterhärten von PM-Stählen:

Grundlagen und praktische Anwendung

Dr.-Ing. Patrice Delarbre*, Dr. Lorenz Sigl, Sinterstahl GmbH, 87629 Füssen

 

Das Sinterhärten ist als Fertigungstechnolgie für die Herstellung von Formkörpern aus PM-Stählen mit Zugfestigkeiten > 600 MPa und hoher Makrohärte von besonderem Interesse. Weil die Härtung direkt aus der Sinterhitze erfolgt, ist die Herstellung hochfester PM-Teile nach diesem Fertigungsverfahren besonders wirtschaftlich. So können zusätzliche Wärmebehandlungen, wie z.B. Carbonitrieren oder Einsatzhärten, vermieden und die Fertigungskosten reduziert werden. Die metallkundlichen und technologischen Grundlagen des Prozesses werden vorgestellt und diskutiert. An ausgewählten Fallbeispielen wird gezeigt, welche Gefüge und mechanischen Eigenschaften durch Sinterhärten im Vergleich zu konventionellen Härtungsverfahren für PM-Werkstoffe erzielt werden können.

 

17.00 h  Pulsplasmanitrieren von Sinterwerkstoffen

Dr.-Ing. Uwe Huchel *, Dr.-Ing. Siegfried Strämke, ELTRO GmbH, Baesweiler

 

Durch das Nitrieren oder Nitrocarburieren läßt sich der Verschleißwiderstand von Werkzeugen und Bauteilen signifikant erhöhen. Gegenüber Gas- und Salzbadverfahren zeichnet sich das Plasmanitrieren durch die beste Maß- und Formbeständigkeit aus. Es können dichte und kompakte Schichten erzeugt werden. Die Möglichkeit einer partiellen Behandlung schafft weitere Anwendungsgebiete. Der verwendete Werkstoff und die Sinterqualität sowie vorgeschaltete Fertigungsschritte sind wesentlich für das Behandlungsergebnis nach dem Nitrieren/Nitrocarburieren.

 

 

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Sitzungsleiter:

Prof. Dr. Walter O. F. Lengauer, TU Wien, Wien

 

9.00 h    Anforderungen an Werkstoffwerte zur Auslegung von PM Bauteilen

Dipl.-Ing. Robert Maaßen*, Dr.rer.nat.habil. Vladislav Kruzhanov, GKN Sinter Metals Service GmbH, Prof. Dr. Paul Beiss, RWTH Aachen-IFW, Aachen

 

Die mechanischen Eigenschaften von Sinterstählen unterliegen vielfältigen Einflüssen. Ein Sinterstahl kann in Form eines Bauteiles, abgesehen von lokalen Effekten, andere mechanische Eigenschaften aufweisen als in Probenform. Die Bewertung von FEM-Berechnungs-ergebnissen kann deshalb problematisch sein. Anhand eines typischen hochbelasteten PM-

 

Bauteiles werden die möglichen und notwendigen Genauigkeiten bei den Schritten der Bauteilauslegung gezeigt und den zugänglichen Werkstoffwerten gegenübergestellt.

 

9.30 h    Zerstörungsfreie Serienprüfverfahren in der Pulvermetallurgie

Dr.rer.nat. Harald Balzer*, Dr.-Ing. Eberhard Ernst, GKN Sinter Metals Service GmbH, Radevormwald; Ian W. Donaldson, GKN Sinter Metals, Worcester, MA/USA

 

Die Vielzahl der zerstörungsfreien Prüfverfahren gewinnt durch die steigenden Qualitäts-anforderungen, auch im Bereich der Pulvermetallurgie, zunehmend an Bedeutung. PM-Bauteile sind mit komplexen Formteilen aus anderen Metallverarbeitungsprozessen vergleichbar und nicht immer fehlerfrei. Typische Fehler sind Risse, größere Poren, Ausbrüche oder Fügefehler. Die häufig verwendete visuelle Begutachtung (z.B. Magnetpulververfahren) ist in diesen Fällen nur bedingt geeignet, da sie auf Fehler im Oberflächenbereich beschränkt ist und das Prüfergebnis stark vom jeweiligen Gutachter abhängt. Neben der Vorstellung verschiedener etablierter Verfahren, wie z.B. Wirbelstrom-, Röntgen-, Ultraschall- und Resonanzverfahren, die überwiegend lokal auftretende Fehler detektieren, werden neue Trends aufgezeigt.

 

10.00 h Hart, härter, - weicher? Innovative, zukunftsweisende Lösungen für den Verschleißschutz von Werkzeugen und Bauteilen

            Dr. Toni Leyendecker*, Dr. Oliver Lemmer, Dr. Rainer Cremer, CemeCon AG, Würselen

 

in die Praxis halten. Mit neuen, zukunftsweisenden Schichtarchitekturen werden diese Werkstoffe zu innovativen Schichtsystemen kombiniert, die neue, höchst produktive Anwendungen ermöglichen. Der Beitrag zeigt am Beispiel problematischer Verschleißschutzaufgaben, wie neue Ansätze in der PVD-Technologie zu einer deutlichen Performance-Steigerung in bestehenden Anwendungen führen und neue Einsatzfelder erschlossen werden können.

 

  

Sitzungsleiter:

Prof. Dr. Fritz Aldinger, Max-Planck-Institut für Metallforschung, Stuttgart

 

11.15 h  Möglichkeiten und Grenzen thermodynamischer Modellierung von Nichtoxidkeramiken

M. Herrmann, Fraunhofer IKTS, Dresden

 

Die bei der Sinterung von Nichtoxidkeramiken ablaufenden Prozesse und ihre Hochtemperatureigenschaften können mit Gleichgewichten bzw. durch Kopplung lokaler Gleichgewichte mit Transportprozessen modelliert werden. Die daraus gewonnenen Aussagen erlauben, wenn auch nicht immer quantitativ, eine Ableitung von Strategien zur Verbesserung der Eigenschaften und Prozesse. Es wird ein Überblick über die verschiedenen Möglichkeiten der thermodynamischen Modellierung und die dafür notwendigen Voraussetzungen gegeben. Ihre Nützlichkeit für die Werkstoffentwicklung wird an Beispielen von Siliciumnitrid- und Siliciumcarbidkeramiken demonstriert.

 

11.45 h Struktur, Eigenschaften und Anwendungen von metallischen Hohlkugelstrukturen

Dipl.-Ing. Ulf Waag*, Dr.-Ing. Günter Stephani, Dr.-Ing. Olaf Andersen, Prof. Dr. Bernd Kieback, Fraunhofer IFAM Dresden; Dipl.-Ing. Ralf Kretzschmar, Glatt Systemtechnik GmbH; Dipl.-Phys. Helmut Venghaus, ArvinMeritor; Dipl.-Ing. Jörg Färber, Plansee AG

Die Herstellung metallischer Hohlkugelstrukturen basiert auf einer pulvermetallurgi­schen Prozeßroute. Die zellularen Strukturen werden aus

Einzelkugeln reproduzier­bar aufgebaut. Modelle zur Simulierung der mechanischen und thermischen Eigen­schaften werden vorgestellt und mit den realen Testergebnissen verglichen. Im Mit­telpunkt der Anwendungen steht der Leichtbau, der mit akustischen, thermischen und energieabsorbierenden Eigenschaften kombiniert wird. Die Eigenschaften und das daraus resultierende Anwendungspotential ultraleichter, multifunktioneller zellula­rer Strukturen aus Stahl, Superlegierungen und Molybdän werden diskutiert.

 

12.15 h PM-Hochleistungsaluminium – Optimierung durch Gefüge- und Legierungsdesign

Dipl.-Phys. Klaus Hummert*, Dipl.-Ing. Rolf Schattevoy, Powder Light Metals GmbH, Gladbeck

 

Das Eigenschaftsspektrum der PM-Al-Werkstoffe wird durch die Legierungselemente, deren Gehalte und homogene Verteilung sowie durch die Feinheit der Gefüge grundlegend bestimmt. Zur Herstellung geeigneter Ausgangsmaterialien sind PM-Verfahren wie Melt spinning oder Hochdruck-Gasverdüsung erforderlich, um genügend hohe Erstarrungsgeschwindigkeiten zu garantieren. Neben dem Strangpressen (Halbzeug) bieten Verfahren wie Pulverschmieden oder Heißpressen weitere Möglichkeiten zur direkten Herstellung von Bauteil-Vorformen. Der Einfluß der einzelnen Parameter und Verfahren wird an zwei Werkstoffen mit einer AlZnMgCu- bzw. AlSiFe-Matrix exemplarisch dargestellt.

 

12.45 h Schlußwort

                Dr. Thomas Weißgärber, IFAM Dresden