Due to unique advantages of Jet Electrochemical Machining (Jet‐ECM) such as the absence of mechanical and thermal effects, there is an increasing demand for the implementation of the technology in industrial sectors. However, meeting the stringent quality requirements of the current technological level is a challenge in Jet‐ECM especially for complicated microstructures. Hence, the implementation of an adequate metrology system is necessary to minimise deviations and to enhance the process towards zero‐defect‐manufacturing. The metrology system should be capable of measuring the workpiece before machining in order to enable the machine to adjust the process parameters and to reach the desired micro‐structure. Post‐machining measurements to compare the machined part with the desired shape should be possible as well. This will enhance the machine to make corrections on the workpiece before delivery to the next section in a process chain. However, in order to reach the desired microstructures, the characteristics of workpiece like material properties and previously machined structures on the size and shape of the machined microstructure should be taken into consideration. This is done through the implementation of results of the fingerprint study into the process control. In this study the effects of previously machined single grooves which intersect the secondly machined groove on the size, shape and surface roughness are investigated. The previously machined groove was generated by milling or Jet‐ECM. Since at the intersections the gap size changes and this lead to changes in current and current density, it is expected to observe changes in size and surface roughness. This investigation will show how grooves change at the intersections and whether the mentioned changes are significant. Besides, some suggestions will be provided in order to minimise the effects in Jet‐ECM of intersecting single grooves.

Festkörperspurdetektoren (FKSD) auf der Basis von Polymermaterialien sind ein geeignetes Mittel zum Nachweis von Ionenstrahlung [1]. Ebenso können damit Neutronen über ihre sekundären Ionen gemessen werden. Als passive und integrierende Detektoren eignen sie sich insbesondere gut für die Dosimetrie, wobei die geringe bzw. fehlende Empfindlichkeit für Elektronen und Photonenstrahlung ein weiteres Argument für die Anwendungen in gemischten Strahlungsfeldern darstellt. Als passive Detektoren arbeiten FKSD ohne zusätzliche Messelektronik und Stromversorgung. Das macht sie insbesondere für die Personen- und Ortsdosimetrie interessant. Allerdings sind die latenten, submikroskopischen Ionenspuren nach der Exposition nicht unmittelbar sichtbar. Erst durch einen mehr oder weniger aufwendigen Ätzprozess werden diese lichtmikroskopisch oder für das Auge direkt sichtbar. Da bei FKSD von der Herstellung bis zur Ätzung alle Ereignisse registriert werden, handelt es sich somit auch um integrierende Detektoren.Für die Dosimetrie ist insbesondere der Nachweis von leichten Ionen bis zu spezifischen Energien von 10 MeV / Nukleon wichtig. Protonenstrahlung wird für die Radiotherapie von Geschwulstkrankheiten angewendet; die meisten leichten Ionen der Elemente Wasserstoff bis Sauerstoff sind Bestandteile der Sekundärstrahlung von Neutronen,[Alpha]-Teilchen treten häufig als Zerfallsprodukt verschiedener schwerer Radioisotope auf. Während eine große Zahl von Polymeren eine Empfindlichkeit für schwere Ionen zeigen, ist die Auswahl für leichte Ionen schon sehr eingeschränkt.[Alpha]-Teilchen können noch mit verschiedenen Polykarbonaten, Zelluloseacetat und -nitrat nachgewiesen werden. Die Registrierung von Protonen ist derzeit nur mit dem besonderen Polykarbonat CR - 39 und mit Zellulose (di/tri) nitrat möglich. Natürlich eignen sich diese Materialien auch hervorragend zur Messung von [Alpha] -Teilchen. Leichte Ionen stellen weiterhin eine wichtige Sonde in der Radiobiologie dar. Festkörperspurdetektoren können hier als Monitore für die getroffenen Zellen und Zellbestandteile dienen. Dadurch ist prinzipiell eine genaue Lokalisierung der getroffenen Zellbausteine/Organellen möglich...

Die Schleifbearbeitung ist häufig ein abschließender Bearbeitungsschritt, dessen Misserfolg zu hohen wirtschaftlichen Verlusten führt. Um im Vorfeld stabile Prozessparameter und optimale Schleifbahnen finden und den Bearbeitungsablauf simulativ testen zu können, werden Modelle benötigt, die die Zusammenhänge über physikalische Gesetzmäßigkeiten abbilden. In dieser Arbeit sind speziell für das Werkzeugschleifen charakteristische Eigenschaften systematisch untersucht und ein Gesamtmodell des Schleifprozesses aufgebaut worden. Die untersuchten Haupteinflüsse sind dabei die aufgrund der starken Geometrieänderung durch den Nutenschleifprozess zeitlich veränderlichen dynamischen Eigenschaften des Werkstücks und die Anregung durch die Rotation und Topographie der Schleifscheibe. Analysiert werden darüber hinaus der Materialabtrag und die Schleifkräfte in Abhängigkeit der Prozessparameter. Die Ergebnisse der Untersuchung dienen als Basis zum Aufbau effizienter, überwiegend auf physikalischen Gesetzmäßigkeiten beruhender Einzelmodelle. Mit dem gekoppelten Gesamtmodell lassen sich Schleifbearbeitungen an einseitig eingespannten und lang auskragenden Werkstücken hochdynamisch und bis zu einigen Minuten abbilden. Es können die Schleifkräfte sowie die Geometriefehler der geschliffenen Werkstücke aufgrund ihrer Durchsenkung berechnet und eine Abschätzung der Werkstücktemperatur durchgeführt werden. Darüber hinaus lässt sich das Schleifmodell zur Anpassung der Schleifbahn nutzen um die Geometriefehler zu reduzieren und die Effizienz der Bearbeitung zu steigern. Durch die physikalisch begründeten Modelle ist die systematische Untersuchung des Schleifens und der Wechselwirkungen möglich, wodurch das Verständnis des Schleifprozesses erweitert wird. / As final machine processing mostly grinding is used so failure of this production step leads to high economic losses. To avoid instable process condition, to adapt the grinding wheel path, and to simulate grinding setups in advance, efficient and physically based models are need. In this work especially the tool grinding process is analysed and characteristically effects are investigated to build up an overall grinding model. The main effects are thereby the time variant dynamical properties of the workpiece due to strong geometry changes during the flute grinding process and the excitation due to the rotation and topography of the grinding wheel. Additionally analysis of the contact conditions and grinding forces in dependency of the predefined process parameters are carried out. Based on the results of these investigation efficient models are build up to represent the behaviour mostly by physical laws. With the coupled model, grinding processes of one-sided clamped and long cantilevering workpieces can be simulated high dynamically over several minutes. It is possible to predict grinding forces and geometry errors of the ground flute due to deformation of the workpiece. Additionally the temperature of the workpiece can be estimated. Furthermore the grinding wheel path can be adapted and tested to reduce geometrical errors and to increase the efficiency of the manufacturing process. With these physically based models systematically investigations of the grinding process and the interaction are possible. With this simulation the understanding of grinding can be enhanced which is important to adapt the manufacturing process.

Festkörperspurdetektoren (FKSD) auf der Basis von Polymermaterialien sind ein geeignetes Mittel zum Nachweis von Ionenstrahlung [1]. Ebenso können damit Neutronen über ihre sekundären Ionen gemessen werden. Als passive und integrierende Detektoren eignen sie sich insbesondere gut für die Dosimetrie, wobei die geringe bzw. fehlende Empfindlichkeit für Elektronen und Photonenstrahlung ein weiteres Argument für die Anwendungen in gemischten Strahlungsfeldern darstellt. Als passive Detektoren arbeiten FKSD ohne zusätzliche Messelektronik und Stromversorgung. Das macht sie insbesondere für die Personen- und Ortsdosimetrie interessant. Allerdings sind die latenten, submikroskopischen Ionenspuren nach der Exposition nicht unmittelbar sichtbar. Erst durch einen mehr oder weniger aufwendigen Ätzprozess werden diese lichtmikroskopisch oder für das Auge direkt sichtbar. Da bei FKSD von der Herstellung bis zur Ätzung alle Ereignisse registriert werden, handelt es sich somit auch um integrierende Detektoren.Für die Dosimetrie ist insbesondere der Nachweis von leichten Ionen bis zu spezifischen Energien von 10 MeV / Nukleon wichtig. Protonenstrahlung wird für die Radiotherapie von Geschwulstkrankheiten angewendet; die meisten leichten Ionen der Elemente Wasserstoff bis Sauerstoff sind Bestandteile der Sekundärstrahlung von Neutronen,[Alpha]-Teilchen treten häufig als Zerfallsprodukt verschiedener schwerer Radioisotope auf. Während eine große Zahl von Polymeren eine Empfindlichkeit für schwere Ionen zeigen, ist die Auswahl für leichte Ionen schon sehr eingeschränkt.[Alpha]-Teilchen können noch mit verschiedenen Polykarbonaten, Zelluloseacetat und -nitrat nachgewiesen werden. Die Registrierung von Protonen ist derzeit nur mit dem besonderen Polykarbonat CR - 39 und mit Zellulose (di/tri) nitrat möglich. Natürlich eignen sich diese Materialien auch hervorragend zur Messung von [Alpha] -Teilchen. Leichte Ionen stellen weiterhin eine wichtige Sonde in der Radiobiologie dar. Festkörperspurdetektoren können hier als Monitore für die getroffenen Zellen und Zellbestandteile dienen. Dadurch ist prinzipiell eine genaue Lokalisierung der getroffenen Zellbausteine/Organellen möglich...

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der grundlegenden Untersuchung von Reaktionsmustern kristalliner Si-Oberflächen in HF-basierten Lösungen. Ausgehend von den industriell genutzten HF-HNO3-H2O-Gemischen wurden wisher wenig untersuchte HF/HNO3-Konzentrationsverhältnisse, die durch gelöste Stickoxide bedingten Folgereaktionen sowie der PH-Wert als Steuerparameter zur Aufarbeitung feinkörniger Si-Rohstoffe (Korngröße ≤ 0,5 mm) identifiziert. Die in diesem Kontext zentrale Rolle der NO+-Ionen wurde durch Untersuchung der spezifischen Reaktionsmuster an kristallinen as-cut und hydrophobierten Si-Oberflächen sowie bei Umsetzungen mit Oligosilanen als Modellverbindungen bestätigt. Die aus den umfassenden analytischen Daten (FT-IR-, Raman-, NMR-Spektroskopie, IC, REM-EDX, AFM) gewonnenen Erkenntnisse liefern einen wichtigen Beitrag zum Verständnis nasschemischer Halbleiterätzprozesse und erschließen neue Anwendungsfelder.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der grundlegenden Untersuchung von Reaktionsmustern kristalliner Si-Oberflächen in HF-basierten Lösungen. Ausgehend von den industriell genutzten HF-HNO3-H2O-Gemischen wurden wisher wenig untersuchte HF/HNO3-Konzentrationsverhältnisse, die durch gelöste Stickoxide bedingten Folgereaktionen sowie der PH-Wert als Steuerparameter zur Aufarbeitung feinkörniger Si-Rohstoffe (Korngröße ≤ 0,5 mm) identifiziert. Die in diesem Kontext zentrale Rolle der NO+-Ionen wurde durch Untersuchung der spezifischen Reaktionsmuster an kristallinen as-cut und hydrophobierten Si-Oberflächen sowie bei Umsetzungen mit Oligosilanen als Modellverbindungen bestätigt. Die aus den umfassenden analytischen Daten (FT-IR-, Raman-, NMR-Spektroskopie, IC, REM-EDX, AFM) gewonnenen Erkenntnisse liefern einen wichtigen Beitrag zum Verständnis nasschemischer Halbleiterätzprozesse und erschließen neue Anwendungsfelder.

Die Schleifbearbeitung ist häufig ein abschließender Bearbeitungsschritt, dessen Misserfolg zu hohen wirtschaftlichen Verlusten führt. Um im Vorfeld stabile Prozessparameter und optimale Schleifbahnen finden und den Bearbeitungsablauf simulativ testen zu können, werden Modelle benötigt, die die Zusammenhänge über physikalische Gesetzmäßigkeiten abbilden. In dieser Arbeit sind speziell für das Werkzeugschleifen charakteristische Eigenschaften systematisch untersucht und ein Gesamtmodell des Schleifprozesses aufgebaut worden. Die untersuchten Haupteinflüsse sind dabei die aufgrund der starken Geometrieänderung durch den Nutenschleifprozess zeitlich veränderlichen dynamischen Eigenschaften des Werkstücks und die Anregung durch die Rotation und Topographie der Schleifscheibe. Analysiert werden darüber hinaus der Materialabtrag und die Schleifkräfte in Abhängigkeit der Prozessparameter. Die Ergebnisse der Untersuchung dienen als Basis zum Aufbau effizienter, überwiegend auf physikalischen Gesetzmäßigkeiten beruhender Einzelmodelle. Mit dem gekoppelten Gesamtmodell lassen sich Schleifbearbeitungen an einseitig eingespannten und lang auskragenden Werkstücken hochdynamisch und bis zu einigen Minuten abbilden. Es können die Schleifkräfte sowie die Geometriefehler der geschliffenen Werkstücke aufgrund ihrer Durchsenkung berechnet und eine Abschätzung der Werkstücktemperatur durchgeführt werden. Darüber hinaus lässt sich das Schleifmodell zur Anpassung der Schleifbahn nutzen um die Geometriefehler zu reduzieren und die Effizienz der Bearbeitung zu steigern. Durch die physikalisch begründeten Modelle ist die systematische Untersuchung des Schleifens und der Wechselwirkungen möglich, wodurch das Verständnis des Schleifprozesses erweitert wird.:Inhaltsverzeichnis Formelverzeichnis VII Kurzfassung XI Abstract XII 1 Einleitung und Ziel der Arbeit 1 2 Stand desWissens und der Forschung 4 2.1 Modellvorstellung des Schleifprozesses 5 2.2 Schleifprozessmodelle 7 2.2.1 Kinematikmodelle 9 2.2.2 Schleifkraftmodelle 14 2.2.3 Temperaturmodelle 17 2.3 Prozessdynamik 19 2.3.1 Schwingungen 19 2.3.2 Rattererkennung im Zeitbereich 21 2.3.3 Rattererkennung im Frequenzbereich 22 3 Analyse und Modellierung der Systemstruktur 24 3.1 Charakterisierung der Dynamikeigenschaften des Werkstücks 26 3.2 Maschinentisch und Werkstückeinspannung 29 3.3 Modellierung der Werkstückstruktur 34 3.4 Parameterbestimmung für das Strukturmodell und Einflussanalyse 41 4 Analyse und Modellierung der Anregungsmechanismen 51 4.1 Dynamische Einflüsse beim Schleifen 51 4.2 Charakterisierung der Schleifscheibeneinflüsse auf die Werkstückdynamik 53 4.3 Modellierung der Schleifscheibentopographie 56 4.4 Schleifscheibenverschleiß 63 4.5 Implementierung des Schleifscheibenmodells im Gesamtmodell 67 5 Kontaktmodellierung und Prozesseinflussanalyse 69 5.1 Kontaktanalyse und Schleifkraftberechnung 69 5.2 Materialabtragsmodellierung 78 5.3 Prozesseinflussanalyse auf die Schleifkraft 83 5.3.1 Einfluss der Schleifscheibentopographie 84 5.3.2 Einfluss der Prozessparameter 89 5.4 Prozesseinflußanalyse auf die Werkstückgeometrie 93 5.4.1 Parametereinfluss auf die Werkstückgeometrie 93 5.4.2 Parametereinfluss auf die Rauheit der geschliffenen Werkstückoberfläche 95 6 Temperaturmodellierung 99 6.1 Grundmodelle bewegter Wärmequellen 99 6.2 Erweiterungen zur Abbildung von Schleifprozessen 102 7 Gesamtsimulation des Werkzeugschleifens 109 7.1 Einfluss der Simulationsmodule 112 7.2 Variation der Prozessparameter 115 7.3 Variation der Werkstückgeometrie 121 7.4 Variation des Werkstückquerschnitts 124 7.5 Kinematikvariation zur Verbesserung der Formhaltigkeit 129 8 Zusammenfassung 131 A Unterteilung der Fertigungsverfahren 135 B Mathematische Grundlagen 136 B.1 Herleitung der Ansatzfunktionen und Systemmatritzen 136 B.2 Partikuläre Lösung für Systeme mit Fremderregung 141 C Analytische Beschreibung der Kontaktfläche von Werkstücken mit Spiralnut 143 D Simulationsergebnisse 145 D.1 Simulationsergebnis des Längsnutenschleifens 145 D.2 Einfluss der Simulationsmodule 146 D.3 Variation der Prozessparameter 147 D.4 Variation der Werkstückgeometrie 149 D.5 Variation der auskragenden Werkstücklänge 150 D.6 Variation des Werkstückquerschnitts 151 Literatur / As final machine processing mostly grinding is used so failure of this production step leads to high economic losses. To avoid instable process condition, to adapt the grinding wheel path, and to simulate grinding setups in advance, efficient and physically based models are need. In this work especially the tool grinding process is analysed and characteristically effects are investigated to build up an overall grinding model. The main effects are thereby the time variant dynamical properties of the workpiece due to strong geometry changes during the flute grinding process and the excitation due to the rotation and topography of the grinding wheel. Additionally analysis of the contact conditions and grinding forces in dependency of the predefined process parameters are carried out. Based on the results of these investigation efficient models are build up to represent the behaviour mostly by physical laws. With the coupled model, grinding processes of one-sided clamped and long cantilevering workpieces can be simulated high dynamically over several minutes. It is possible to predict grinding forces and geometry errors of the ground flute due to deformation of the workpiece. Additionally the temperature of the workpiece can be estimated. Furthermore the grinding wheel path can be adapted and tested to reduce geometrical errors and to increase the efficiency of the manufacturing process. With these physically based models systematically investigations of the grinding process and the interaction are possible. With this simulation the understanding of grinding can be enhanced which is important to adapt the manufacturing process.:Inhaltsverzeichnis Formelverzeichnis VII Kurzfassung XI Abstract XII 1 Einleitung und Ziel der Arbeit 1 2 Stand desWissens und der Forschung 4 2.1 Modellvorstellung des Schleifprozesses 5 2.2 Schleifprozessmodelle 7 2.2.1 Kinematikmodelle 9 2.2.2 Schleifkraftmodelle 14 2.2.3 Temperaturmodelle 17 2.3 Prozessdynamik 19 2.3.1 Schwingungen 19 2.3.2 Rattererkennung im Zeitbereich 21 2.3.3 Rattererkennung im Frequenzbereich 22 3 Analyse und Modellierung der Systemstruktur 24 3.1 Charakterisierung der Dynamikeigenschaften des Werkstücks 26 3.2 Maschinentisch und Werkstückeinspannung 29 3.3 Modellierung der Werkstückstruktur 34 3.4 Parameterbestimmung für das Strukturmodell und Einflussanalyse 41 4 Analyse und Modellierung der Anregungsmechanismen 51 4.1 Dynamische Einflüsse beim Schleifen 51 4.2 Charakterisierung der Schleifscheibeneinflüsse auf die Werkstückdynamik 53 4.3 Modellierung der Schleifscheibentopographie 56 4.4 Schleifscheibenverschleiß 63 4.5 Implementierung des Schleifscheibenmodells im Gesamtmodell 67 5 Kontaktmodellierung und Prozesseinflussanalyse 69 5.1 Kontaktanalyse und Schleifkraftberechnung 69 5.2 Materialabtragsmodellierung 78 5.3 Prozesseinflussanalyse auf die Schleifkraft 83 5.3.1 Einfluss der Schleifscheibentopographie 84 5.3.2 Einfluss der Prozessparameter 89 5.4 Prozesseinflußanalyse auf die Werkstückgeometrie 93 5.4.1 Parametereinfluss auf die Werkstückgeometrie 93 5.4.2 Parametereinfluss auf die Rauheit der geschliffenen Werkstückoberfläche 95 6 Temperaturmodellierung 99 6.1 Grundmodelle bewegter Wärmequellen 99 6.2 Erweiterungen zur Abbildung von Schleifprozessen 102 7 Gesamtsimulation des Werkzeugschleifens 109 7.1 Einfluss der Simulationsmodule 112 7.2 Variation der Prozessparameter 115 7.3 Variation der Werkstückgeometrie 121 7.4 Variation des Werkstückquerschnitts 124 7.5 Kinematikvariation zur Verbesserung der Formhaltigkeit 129 8 Zusammenfassung 131 A Unterteilung der Fertigungsverfahren 135 B Mathematische Grundlagen 136 B.1 Herleitung der Ansatzfunktionen und Systemmatritzen 136 B.2 Partikuläre Lösung für Systeme mit Fremderregung 141 C Analytische Beschreibung der Kontaktfläche von Werkstücken mit Spiralnut 143 D Simulationsergebnisse 145 D.1 Simulationsergebnis des Längsnutenschleifens 145 D.2 Einfluss der Simulationsmodule 146 D.3 Variation der Prozessparameter 147 D.4 Variation der Werkstückgeometrie 149 D.5 Variation der auskragenden Werkstücklänge 150 D.6 Variation des Werkstückquerschnitts 151 Literatur