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Magnetorheological elastomers are a class of smart hybrid material where magnetic microparticles are embedded in an elastomer matrix. The combination of elastic and magnetic properties leads to highly complex material behaviour, which is strongly affected by the arrangement and the magnetically induced motion of the magnetic particles. Thus, the knowledge of the internal particle structure is key to gain a deeper understanding of the complex material behaviour. In this paper, X-ray microtomography was applied to analyse the internal particle structure of a magnetorheological elastomer containing magnetically hard NdFeB-particles. A stepwise magnetisation of the material enabled a detailed characterisation of the occurring non-reversible chain formation process. Furthermore, the application of magnetic fields during measurements enabled an analysis of a mostly reversible particle motion occurring in connection with the magnetorheological effect. The collected tomography data of the particle structure was evaluated on a single particle basis as well as by means of a direction-dependent pair correlation function. To provide a scale bridging between macroscopic and microscopic properties, the found results regarding the particle motion were linked to mechanical and magnetic properties of the material.

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Praktika stellen eine zentrale Komponente der ingenieurwissenschaftlichen Ausbildung dar. Im Rahmen von Präsenz-Veranstaltungen werden derartige Praktika in Vorlesungen mit großen Hörerzahlen in der Regel in dicht besetzten Praktikumsräumen mit Gruppen von deutlich über 10 Studierenden durchgeführt, um überhaupt die Verteilung der Praktikumsversuche über das Semester gewährleisten zu können. Unter Pandemie-Bedingungen waren diese Präsenzpraktika nicht mehr durchführbar, wodurch entweder die Möglichkeit bestand, (i) die Praktika ausfallen zu lassen, (ii) sie als Computer- oder Vorführversuche im Videostream zu gestalten oder (iii) neue Konzepte zu suchen, mit denen reales Experimentieren zu Hause möglich werden kann. Da der Ausfall zu signifikanten Störungen des Studienablaufs geführt hätte und reine Computerversuche einer experimentellen Ausbildung geschadet hätten, wurde am Lehrstuhl f. Magnetofluiddynamik, Mess- und Automatisierungstechnik der TU Dresden eine Praktikum@home–Struktur entwickelt, die sowohl die erforderlichen Lehrinhalte transportiert als auch experimentelles Arbeiten ermöglicht. Die entwickelten Konzepte und die damit gemachten Erfahrungen sind Gegenstand dieses Beitrags.

Aufgrund der Restriktion von Präsenzveranstaltungen ab dem Sommersemester 2020 sind die Praktika der Vorlesung „Mess- und Automatisierungstechnik” von Laborversuchen, die am Lehrstuhl durchgeführt wurden, hin zu Heimversuchen überarbeitet worden, die von zu Hause aus absolviert werden können. Bei der ersten Generation von Praktikumsversuchen dieser Art wurde auf eine Voll- oder Teildigitalisierung von ursprünglichen Versuchen, sowie der Neuentwicklung von Versuchen gesetzt, wobei gängige Alltagsmaterialien für die Versuche verwendet wurden, um den Materialaufwand von Seiten des Lehrstuhls zu minimieren. In der zweiten Generation sollte ein Materialpaket erstellt werden, welches in der Form eines Experimentierkoffers für die Durchführung vom Lehrstuhl ausgeliehen wird. Der Regelkreisversuch stellt einen dieser „Koffer-Versuche” dar und hat die Anwendung, Einstellung sowie Charakterisierung verschiedener Regler zum Inhalt. Die Entwicklung des Regelkreisversuches, sowie eine detaillierte Durchführung des Versuchs sollen in diesem Beitrag erläutert werden.