In der vorliegenden Arbeit werden die elektrischen und nicht-elektrischen Einstellparameter der Bohrerosion untersucht. Ein neuer Ansatz zur geregelten Zwangsspülung wird vorgestellt und die Mechanismen diskutiert, die zu veränderten Prozessrandbedingungen führen. Abhängig von der Entladeenergie kann eine optimale Durchflussmenge ermittelt werden, die eine direkte Abtragwirkung zur Folge hat, wodurch der Abtragmechanismus in der Funkenerosion erweitert werden muss. Längliche Einzelentladungskrater bestätigen eine erhöhte Mobilität des Entladekanals während einer Entladung infolge der starken Spülung. Wasserbasiertes Dielektrikum führt bei einer kathodischen Elektrodenpolung zu einem verschleißreduzierenden Elektrolyseeffekt, der die Energieumsetzung an der Elektrode direkt beeinflusst. Die Übertragbarkeit der Ergebnisse von Einzelentladungen auf den Folgeprozess kann durch die hier vorgestellte problemangepasste Spüleinrichtung nachgewiesen werden.

In der vorliegenden Arbeit werden die elektrischen und nicht-elektrischen Einstellparameter der Bohrerosion untersucht. Ein neuer Ansatz zur geregelten Zwangsspülung wird vorgestellt und die Mechanismen diskutiert, die zu veränderten Prozessrandbedingungen führen. Abhängig von der Entladeenergie kann eine optimale Durchflussmenge ermittelt werden, die eine direkte Abtragwirkung zur Folge hat, wodurch der Abtragmechanismus in der Funkenerosion erweitert werden muss. Längliche Einzelentladungskrater bestätigen eine erhöhte Mobilität des Entladekanals während einer Entladung infolge der starken Spülung. Wasserbasiertes Dielektrikum führt bei einer kathodischen Elektrodenpolung zu einem verschleißreduzierenden Elektrolyseeffekt, der die Energieumsetzung an der Elektrode direkt beeinflusst. Die Übertragbarkeit der Ergebnisse von Einzelentladungen auf den Folgeprozess kann durch die hier vorgestellte problemangepasste Spüleinrichtung nachgewiesen werden.

Hunger ist nach wie vor ein weit verbreitetes Problem. Nach der jüngsten Schätzung der FAO hungern weltweit noch immer über 800 Mio. Menschen. Prognosen gehen davon aus, dass die Agrarproduktion bis 2050 verdoppelt werden muss, um der steigenden Nachfrage nach Agrarprodukten durch Bevölkerungswachstum, Bioenergieproduktion und sich verändernde Ernährungsgewohnheiten zu begegnen. Unter vielen Möglichkeiten, das Welternährungsproblem zu beschreiben, wird in dieser Dissertation das Konzept der Ernährungssicherheit nach der Definition der FAO herangezogen. Ernährungssicherheit umfasst als wichtigste Aspekte die Verfügbarkeit von Nahrungsmitteln und den ökonomischen Zugang zu Nahrungsmitteln. Nahrungsmittelverfügbarkeit ist in erster Linie von einer global ausreichenden Produktion abhängig, der Zugang zu Nahrung von der Kaufkraft der Haushalte. Die Kaufkraft wird sowohl durch das Einkommen wie auch die Agrarpreise beeinflusst. Die Nahrungsmittelverfügbarkeit kann vor allem durch Ertragssteigerungen erhöht werden. Sollen die Ertragssteigerungen ressourcenschonend erfolgen, muss die Produktivität der Agrarproduktion bezogen auf alle Produktionsfaktoren inkl. Umweltgütern steigen. Nur durch technische und organisatorische Innovation kann dies realisiert werden. Ertragssteigerungen in Entwicklungsländern erhöhen gleichzeitig die Einkommen von potenziell von Hunger Betroffenen. Eine Begrenzung der Nachfrage nach Agrargütern kann global in erster Linie in den Bereichen Bioenergie und Konsum tierischer Produkte erfolgen. Simulationen können helfen, den Einfluss einzelner Faktoren der globalen Nachfrage und des Angebots nach Agrarrohstoffen und -produkten auf die Welternährungslage genauer abzuschätzen. Ein Großteil der Simulationen in der Literatur kommt mithilfe von partiellen oder allgemeinen Gleichgewichtsmodellen zu Aussagen über gehandelte Mengen und Preise oder Wohlfahrtseffekte. In dieser Arbeit wird ein einfaches partielles Gleichgewichtsmodell für den Weltmarkt für Biotreibstoffe, Fleisch und Getreide entwickelt und mit der Methode der FAO zur Schätzung der Zahl der Hungernden gekoppelt. Dies ermöglicht die Abschätzung des Einflusses verschiedener Szenarien auf die Zahl der Hungernden. Für das Referenzjahr 2011 werden Szenarien alternativer Nachfrage nach Fleisch und Biotreibstoffen simuliert, ebenso wie ein Szenario alternativer landwirtschaftlicher Produktivität in der Europäischen Union. Die Schätzungen ergeben einen signifikanten Einfluss der simulierten Nachfrage- und Angebotsverschiebungen. Im Vergleich mit dem Status Quo führt eine Reduktion des Fleischkonsums in den OECD-Ländern um 50% zu einer Reduktion der Zahl der Hungernden um 5%. Eine ii Flächenproduktivität im Getreideanbau in der EU auf dem Niveau von 1980 steigert die Zahl der Hungernden um mehr als 5%, ein Anstieg der Biotreibstoffquote in der OECD auf 10% erhöht die Zahl der Hungernden gar um 10%. Die Durchsetzung geeigneter politischer Maßnahmen zur Verbesserung der Welternährungslage kann durch eine breite öffentliche Unterstützung beschleunigt oder erst ermöglicht werden. Über die öffentliche Meinung zu Fragen der Welternährung in Deutschland existieren bisher keine expliziten Studien. In den Themenbereichen landwirtschaftliche Produktion und Nahrungsmittelkonsum stellt das Thema Welternährung nur einen Aspekt dar, der neben Fragen nach z.B. der Lebensmittelsicherheit und Gesundheit sowie den Auswirkungen von Agrarproduktion auf Landschaft und Umwelt steht. Hier werden Ergebnisse einer Online-Befragung zum Thema Welternährung präsentiert, die im März 2012 mit einer repräsentativen Stichprobe 1.200 deutscher Internetnutzer durchgeführt wurde. Die Befragung beinhaltete im Wesentlichen die Bewertung der Wirkung verschiedener potenzieller Ursachen der weltweiten Unterernährung, sowie Maßnahmen und Entwicklungen zu ihrer Lösung. Die Ergebnisse zeigen, dass das Thema Welthunger in erster Linie mit Merkmalen akuter (Hunger-) Krisen in Verbindung gebracht wird. Die vielversprechendsten Lösungsmaßnahmen sind in den Augen der Befragten der Ausbau des Fairen Handels, Absatzmärkte für Kleinbauern sowie ein Lebensmittelspekulationsverbot. Der intensiven Landwirtschaft in der Welt wie auch in Europa sowie insbesondere der Grünen Gentechnik wird kein Potenzial zur Lösung des Problems zugesprochen. Die Antwortmuster lassen auf die Präsenz eines Halo-Effekts mit einer Übertragung unterstellter negativer Umweltwirkungen auf das Thema Welternährung schließen. Die Grüne Gentechnik ist eine Agrartechnologie, die potenziell zur Angebotsausweitung von Agrarprodukten genauso beitragen kann wie zu einer ressourcenschonenderen Landwirtschaft. Bisherige Anwendungen, hauptsächlich Herbizidtoleranz sowie Insektenresistenz, haben u.a. zu einer Steigerung der effektiven Erträge, einer Einsparung von Insektiziden und einer Steigerung der Profite vor allem im Baumwollanbau beigetragen. Trotz zahlreicher Belege besteht über die Auswirkungen von gentechnisch veränderten (GV) Nutzpflanzen eine anhaltende Kontroverse. Ein Großteil der europäischen Bevölkerung lehnt den Anbau ebenso ab wie einen Verzehr von Produkten aus GV-Pflanzen. Unterstellte sozio-ökonomische Auswirkungen oder Auswirkungen auf die Welternährung sind nur zwei Determinanten von vielen, die zu den Einstellungen zur Grünen Gentechnik beitragen. Zur Konsolidierung des Wissens im Bereich agronomischer sowie sozio-ökonomischer Auswirkungen von GV-Pflanzen wurde eine Meta-Analyse durchgeführt. In wissenschaftlichen Datenbanken wurden iii 147 Primärstudien identifiziert, die für die Meta-Analyse verwendet wurden. Die Analyse beschränkt sich auf gentechnisch veränderte Sojabohnen, Mais und Baumwolle. Als mittlere Effekte des Anbaus von GV-Pflanzen ergibt die Meta-Analyse eine Steigerung des Ertrages um 22%, eine Reduktion der Menge der angewendeten Pflanzenschutzmittel um 37% und eine Steigerung der Profite der Bauern um 68%. Die Höhe der Effekte hängt stark von verschiedenen Faktoren ab. Die Effekte sind für alle drei genannten Variablen in Entwicklungsländern betragsmäßig größer als in Industrieländern. Auch sind die Effekte des Anbaus von GV-Pflanzen bei Erträgen und beim Pflanzenschutzmitteleinsatz betragsmäßig höher für insektenresistente Pflanzen als bei solchen mit Herbizidtoleranz. Aus den in der Arbeit gewonnenen Erkenntnissen kann geschlussfolgert werden, dass sowohl das Nahrungsmittelangebot gesteigert als auch die Nachfrage begrenzt werden sollte. Dies verlangt eine standortangepasste Ausnutzung vorhandener und die Entwicklung neuer Technologien. Auch die Gentechnik kann einen Beitrag leisten. Der Kleinbauernsektor muss vordringlich gefördert werden. Zur Begrenzung der Nachfrage können neben der Politik, welche vor allem die Biotreibstoffnachfrage beeinflussen kann, auch Konsumenten durch Verzicht auf tierische Produkte beitragen. Dies wie auch die Durchführung effektiver politischer Maßnahmen sind auf eine unverzerrte Sichtweise der Öffentlichkeit auf das Thema Welternährung angewiesen. Dazu muss das Thema in Wissenschaftskommunikation und Bildung stärker thematisiert werden.

In der Photovoltaikindustrie wird der Diamantdrahtsägeprozess für die Fertigung kristalliner Siliziumwafer eingesetzt. In dieser Arbeit wird ein dynamisches Modell des Drahtsägeprozesses entwickelt, das die Simulation relevanter Prozessvariablen über die Prozesszeit und über die Ausdehnung des Drahtfeldes zulässt. Den Kern der Modellierung bildet ein parametrisches Abtragmodell, das die Abtragrate in Funktion verschiedener Prozessvariablen beschreibt. Die Parameter dieses Modells werden anhand von Messdaten identifiziert. Basierend auf dem validierten Modell werden Ansätze zur Rezeptoptimierung untersucht mit dem Ziel, die Produktivität zu steigern. Abschliessend wird ein ausgewählter Ansatz aus der Rezeptoptimierung experimentell validiert. Aus der Versuchsreihe geht hervor, dass mit den entwickelten Ansätzen eine wesentliche Reduktion der Prozesszeit möglich ist.:1. Einleitung 1.1. Einordnung der Arbeit 1.2. Beschreibung des Drahtsägeprozesses mit Diamantdraht 1.3. Technisch-wissenschaftliche Zielsetzungen 1.4. Stand der Technik 1.5. Gliederung der Arbeit 2. Modellierung des Drahtsägeprozesses 2.1. Überblick und Notation 2.2. Modell für den Kontakt zwischen Draht und Siliziumbrick 2.3. Parametrisches Abtragmodell 2.4. Drahttransformationsmodelle 2.5. Rezeptmodell 2.6. Überblick über das Gesamtmodell 2.7. Implementierung in der Simulationsumgebung 3. Identifikation der Modellparameter und Modellvalidierung 3.1. Messdaten und Experimente 3.2. Methodik der Parameteridentifikation 3.3. Ergebnisse und Diskussion 4. Ansätze zur Rezeptoptimierung 4.1. Zielsetzungen und Grundlagen 4.2. Analyse der Prozessvariablen im quasistationären Zustand 4.3. Beschreibung verschiedener Methoden zur Erhöhung des Abtrages 4.4. Simulationsbasierter Vergleich verschiedener Rezepte 5. Experimentelle Validierung der Rezeptoptimierung 5.1. Überlegungen zur Planung und Durchführung der Versuche 5.2. Abgleich mit dem Simulationsmodell 5.3. Auswertung und Diskussion der Versuchsergebnisse 6. Zusammenfassung und Ausblick / In the photovoltaic industry, the diamond wire sawing process is used for the production of crystalline silicon wafers. In this thesis, a dynamic model of the wire sawing process is presented, which enables the simulation of relevant process variables over the process time and the extension of the wire web. The model comprises a parametric material removal model, which describes the removal rate as a function of different process variables. The parameters of this model are identified using experimental data. Based on the validated model, different approaches to the optimization of the recipe are analyzed with the aim of increasing the productivity of the process. Finally, a selected approach is experimentally validated. The series of experiments reveals that a substantial reduction of the process time is achievable using the developed approaches.:1. Einleitung 1.1. Einordnung der Arbeit 1.2. Beschreibung des Drahtsägeprozesses mit Diamantdraht 1.3. Technisch-wissenschaftliche Zielsetzungen 1.4. Stand der Technik 1.5. Gliederung der Arbeit 2. Modellierung des Drahtsägeprozesses 2.1. Überblick und Notation 2.2. Modell für den Kontakt zwischen Draht und Siliziumbrick 2.3. Parametrisches Abtragmodell 2.4. Drahttransformationsmodelle 2.5. Rezeptmodell 2.6. Überblick über das Gesamtmodell 2.7. Implementierung in der Simulationsumgebung 3. Identifikation der Modellparameter und Modellvalidierung 3.1. Messdaten und Experimente 3.2. Methodik der Parameteridentifikation 3.3. Ergebnisse und Diskussion 4. Ansätze zur Rezeptoptimierung 4.1. Zielsetzungen und Grundlagen 4.2. Analyse der Prozessvariablen im quasistationären Zustand 4.3. Beschreibung verschiedener Methoden zur Erhöhung des Abtrages 4.4. Simulationsbasierter Vergleich verschiedener Rezepte 5. Experimentelle Validierung der Rezeptoptimierung 5.1. Überlegungen zur Planung und Durchführung der Versuche 5.2. Abgleich mit dem Simulationsmodell 5.3. Auswertung und Diskussion der Versuchsergebnisse 6. Zusammenfassung und Ausblick