Die Ionenmobilitätsspektroskopie ist eine physikalische Methode, welche bei Umgebungsdruck flüchtige und semi-flüchtige Substanzen auf Basis ihrer Mobilität in einem schwachen elektrischen Feld auftrennt. Dabei wird ohne Probenvorbereitung und in Echtzeit ein für die jeweilige Probe charakteristischer Fingerprint generiert. Im wissenschaftlichen Kontext wird die Ionenmobilitätsspektroskopie im Bereich der Lebensmitteltechnologie häufig gekoppelt mit Trennsäulen zur Vorseparierung eingesetzt, was jedoch einer Analyse in Echtzeit entgegensteht. Ziel der Arbeit war es, die Anwendbarkeit der Ionenmobilitätsspektroskopie als Stand-Alone-Methode zur Prozessüberwachung und zur Sortenunterscheidung zu bewerten. Als Modelle dienten Kakaoproben mit unterschiedlichem Verarbeitungsgrad, Kakaomassen unterschiedlicher Qualität und geografischer Herkunft sowie bei unterschiedlichen Bedingungen conchierte Schokoladenmassen. Zusätzlich wurden neuseeländische Manuka- und Kanukahonige analysiert. Zur Auswertung der Fingerprints wurden multivariate Analysemethoden eingesetzt. Reinsubstanzen wurden vermessen, um charakteristische Peaks zu identifizieren und um zu analysieren, inwieweit diese zur Interpretation der Fingerprints der untersuchten Proben beitragen können. Einzelne Kakaoverarbeitungsschritte beeinflussten die Signalintensitäten in bestimmten Driftzeitbereichen der Fingerprints signifikant. Die Hauptkomponentenanalyse einzelner Fingerprints von Schokoladenmasse ergab, dass es möglich ist, die Proben hinsichtlich der Conchiertemperatur und -zeit zu unterscheiden. Kakaomassen unterschiedlicher Qualitäten konnten anhand ihrer geografischen Herkunft differenziert werden. Außerdem war eine Unterscheidung von reinem Manuka- und reinem Kanukahonig möglich. Für 2‘ Hydroxyacetophenon konnte ein charakteristischer Peak in den Fingerprints von Manukahonig identifiziert werden, der als potentielles Differenzierungsmerkmal herangezogen werden kann. Die gewonnenen Erkenntnisse zeigen, dass die Ionenmobilitätsspektroskopie als Stand-Alone-Methode in Verbindung mit geeigneten statistischen Analysemethoden sowohl zur Prozessüberwachung während der Kakaoverarbeitung und Schokoladenherstellung als auch zur Authentifizierung von Kakao unterschiedlicher Herkunft sowie von neuseeländischem Manuka- und Kanukahonig beitragen kann.:1 Motivation 2 Einleitung 2.1 Aufbau und Funktionsweise eines konventionellen Ionenmobilitätsspektrometers 2.2 Weitere Bauformen von Drifträumen 2.3 Ionisierung 2.4 Einflussfaktoren auf die Ionenmobilität 2.4.1 Ionenmasse und Struktur 2.4.2 Feuchtigkeit 2.4.3 Temperatur 2.5 Aromastoffe 2.6 Etablierte Methoden zur Analyse von Aromastoffen 2.7 Anwendungsgebiete der Ionenmobilitätsspektroskopie 2.7.1 Etablierte Anwendungen 2.7.2 Anwendung in der Lebensmittelverarbeitung 2.7.2.1 Detektion von Verderbsprozessen 2.7.2.2 Sorten- und Herkunftsnachweise 2.7.2.3 Prozessüberwachung und Qualitätskontrolle während der Lagerung 2.8 Anwendungspotential der Ionenmobilitätsspektroskopie in der Kakao- und Schokoladenverarbeitung 2.8.1 Aromaentwicklung während der Kakao- und Schokoladenverarbeitung 2.8.2 Aroma verschiedener Kakaoqualitäten 2.8.3 Analyse von Kakaoaroma 2.9 Anwendungspotential der Ionenmobilitätsspektroskopie zur Sortenunterscheidung von neuseeländischem Honig 3 Zielstellung 4 Material und Methoden 4.1 Material 4.1.1 Kakao- und Schokoladenproben 4.1.2 Honigproben 4.1.3 Reinsubstanzen 4.2 Methoden 4.2.1 Conchieren von Schokoladenmasse im Labormaßstab 4.2.2 Analyse flüchtiger Substanzen mittels HS-SPME-GC-MS 4.2.2.1 Ausgangsmethode (Methode I) 4.2.2.2 Modifizierte Methode (Methode II) 4.2.3 Analyse flüchtiger Substanzen mittels Ionenmobilitätsspektroskopie 4.2.3.1 Kakao- und Schokoladenproben 4.2.3.2 Honigproben 4.2.4 Analyse von Reinsubstanzen mittels Ionenmobilitätsspektroskopie 4.2.4.1 Reinsubstanzen in der Matrix Kakao/Schokolade 4.2.4.2 Reinsubstanzen in der Matrix Glucosesirup 4.3 Statistische Analyse 4.3.1 Varianzanalyse 4.3.2 Korrelationsanalyse 4.3.3 Multivariate Datenanalyse 5 Ergebnisse und Diskussion 5.1 Messparameter der Ionenmobilitätsspektroskopie 5.2 HS-SPME-GC-MS: Etablierung der Methode II 5.3 Potential der Ionenmobilitätsspektroskopie zur Prozessüberwachung 5.3.1 Prozessüberwachung am Beispiel der Kakaoverarbeitung 5.3.2 Prozessüberwachung am Beispiel des Conchierens 5.3.2.1 Aromaanalyse mittels Ionenmobilitätsspektroskopie 5.3.2.2 Aromaanalyse mittels HS-SPME-GC-MS 5.3.2.3 Identifizierung einzelner Aromakomponenten in IM-Fingerprints 5.4 Potential der Ionenmobilitätsspektroskopie zur Sortenunterscheidung 5.4.1 Sortenunterscheidung am Beispiel von Kakao 5.4.2 Sortenunterscheidung am Beispiel von Manuka- und Kanukahonig 5.5 IM-Spektren der Reinsubstanzen 6 Zusammenfassung und Ausblick Literaturverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Anlagenverzeichnis Liste der Publikationen Liste der Vorträge / Ion mobility spectrometry is a physical method that allows a mobility-based separation of volatile and semi-volatile compounds in a weak electric field at ambient pressure. Fingerprints characteristic for the respective sample are generated in real time without the necessity of sample preparation steps. In the scientific context, ion mobility spectrometry is often coupled with separation columns for pre-separation for the use in food technology. This, however, contradicts real-time analysis. The aim of this study was to evaluate the applicability of ion mobility spectrometry as a real-time method for process monitoring and for variety differentiation. Cocoa samples from several processing states, cocoa liquor samples with different quality and geographical origin, and differently conched chocolate masses served as model materials. In addition, manuka and kanuka honey originating from New Zealand were analysed. Multivariate methods were used to subsequently evaluate the fingerprints. Characteristic peaks of pure flavour substances were identified to demonstrate whether these can be used for the interpretation of the fingerprints of the investigated samples. Individual cocoa processing steps significantly affected the signal intensities at particular drift time regions in the fingerprints. Principal component analysis of individual fingerprints of chocolate mass revealed that it is possible to distinguish with respect to conching temperature and time. It was also possible to distinguish cocoa liquor of different geographical origin. Characteristic peaks in the fingerprints allowed to distinguish pure manuka honey from kanuka honey. A characteristic peak, identified as coming from 2' Hydroxyacetophenone, was only present in fingerprints of manuka honey and is therefore proposed as differentiating factor. The results obtained demonstrate that ion mobility spectroscopy, coupled with appropriate statistical methods, can be used as stand-alone method for process monitoring during cocoa processing and chocolate production as well as for the authentication of cocoa from different origin and New Zealand manuka and kanuka honey.:1 Motivation 2 Einleitung 2.1 Aufbau und Funktionsweise eines konventionellen Ionenmobilitätsspektrometers 2.2 Weitere Bauformen von Drifträumen 2.3 Ionisierung 2.4 Einflussfaktoren auf die Ionenmobilität 2.4.1 Ionenmasse und Struktur 2.4.2 Feuchtigkeit 2.4.3 Temperatur 2.5 Aromastoffe 2.6 Etablierte Methoden zur Analyse von Aromastoffen 2.7 Anwendungsgebiete der Ionenmobilitätsspektroskopie 2.7.1 Etablierte Anwendungen 2.7.2 Anwendung in der Lebensmittelverarbeitung 2.7.2.1 Detektion von Verderbsprozessen 2.7.2.2 Sorten- und Herkunftsnachweise 2.7.2.3 Prozessüberwachung und Qualitätskontrolle während der Lagerung 2.8 Anwendungspotential der Ionenmobilitätsspektroskopie in der Kakao- und Schokoladenverarbeitung 2.8.1 Aromaentwicklung während der Kakao- und Schokoladenverarbeitung 2.8.2 Aroma verschiedener Kakaoqualitäten 2.8.3 Analyse von Kakaoaroma 2.9 Anwendungspotential der Ionenmobilitätsspektroskopie zur Sortenunterscheidung von neuseeländischem Honig 3 Zielstellung 4 Material und Methoden 4.1 Material 4.1.1 Kakao- und Schokoladenproben 4.1.2 Honigproben 4.1.3 Reinsubstanzen 4.2 Methoden 4.2.1 Conchieren von Schokoladenmasse im Labormaßstab 4.2.2 Analyse flüchtiger Substanzen mittels HS-SPME-GC-MS 4.2.2.1 Ausgangsmethode (Methode I) 4.2.2.2 Modifizierte Methode (Methode II) 4.2.3 Analyse flüchtiger Substanzen mittels Ionenmobilitätsspektroskopie 4.2.3.1 Kakao- und Schokoladenproben 4.2.3.2 Honigproben 4.2.4 Analyse von Reinsubstanzen mittels Ionenmobilitätsspektroskopie 4.2.4.1 Reinsubstanzen in der Matrix Kakao/Schokolade 4.2.4.2 Reinsubstanzen in der Matrix Glucosesirup 4.3 Statistische Analyse 4.3.1 Varianzanalyse 4.3.2 Korrelationsanalyse 4.3.3 Multivariate Datenanalyse 5 Ergebnisse und Diskussion 5.1 Messparameter der Ionenmobilitätsspektroskopie 5.2 HS-SPME-GC-MS: Etablierung der Methode II 5.3 Potential der Ionenmobilitätsspektroskopie zur Prozessüberwachung 5.3.1 Prozessüberwachung am Beispiel der Kakaoverarbeitung 5.3.2 Prozessüberwachung am Beispiel des Conchierens 5.3.2.1 Aromaanalyse mittels Ionenmobilitätsspektroskopie 5.3.2.2 Aromaanalyse mittels HS-SPME-GC-MS 5.3.2.3 Identifizierung einzelner Aromakomponenten in IM-Fingerprints 5.4 Potential der Ionenmobilitätsspektroskopie zur Sortenunterscheidung 5.4.1 Sortenunterscheidung am Beispiel von Kakao 5.4.2 Sortenunterscheidung am Beispiel von Manuka- und Kanukahonig 5.5 IM-Spektren der Reinsubstanzen 6 Zusammenfassung und Ausblick Literaturverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Anlagenverzeichnis Liste der Publikationen Liste der Vorträge

Managing agricultural processes with significant logistics sub-processes is a challenge because coordinating a distributed fleet in a dynamic environment is difficult without proper oversight in terms of qualitative and quantitative process information. Digital assistance systems are thought to aid agricultural practitioners by providing process-related information and thus support operational decision-making or even control the logistic flow (semi-)automatically. However, their development is currently stifled by a lack of monitoring capabilities during process execution. This thesis concerns the topic of online process monitoring for ongoing agricultural logistic processes. It discusses how to extract process knowledge from the telemetry of agricultural machines by applying spatio-semantic reasoning techniques. Our method combines spatial analysis for identifying spatial relationships between machines and their environment with semantic inference to derive formal process knowledge through ontological and rule-based reasoning. To test our concepts, we implemented a domain-agnostic semantic mapping framework and applied it in the context of forage maize harvesting. We present custom-made ontological models and rules to represent agricultural environments and to reason about machine actors and their process states. Based on our prototype, we demonstrate how to implement automated process and service tracking in near-real-time. Finally, we discuss the role of online process analytics systems in the context of other agricultural assistance systems for farm and fleet management.

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For the analysis of the wet pressing process, which was presented in the first part of this paper, a theoretical approach was chosen. This enabled the pre-definition of three quality-related priorities which now will be considered in detail in the second part. For further analysis, real process data, recorded in an early phase of the process implementation, are used. The challenge is that in this process status, the availability of data is limited or the data sets are incomplete. Supported by the theoretical approach, an easier interpretation of the process data, and in case of ambiguous issues, an accelerated decision making is expected. The objective is to show that this combination is suitable for the process analysis in an early production phase.

The wet pressing process represents a new production method for carbon fibre-reinforced plastics components. Due to the low cycle times, it is suitable for use in the automotive industry. Therefore, a sufficient degree of industrialisation needs to be achieved, which is characterised by a stable process. The knowledge about relevant process parameters, their interactions, and influence on the part quality builds the basis of an economic process. This is a major challenge, since in the early stage of process development the available amount of recorded process data is small and the data sets are not complete. As the implementation of time-, material-, and cost-intensive experiments represents no acceptable alternative, a theoretical approach is chosen. This article describes a theoretical procedure to define the critical factors of the wet pressing process with significantly less resource input.

Metall- und Maschinenbauunternehmen müssen im Durchschnitt pro Jahr ca. zwei Prozent ihres Umsatzes für Strom und Erdgas ausgeben und die Unternehmer gehen von weiteren Preissteigerungen aus. Damit rückt das Thema Energieeinsparung stärker denn je in den Fokus und wird zu einem strategischen Faktor. Um Kosten zu sparen und Wettbewerbsvorteile zu sichern, ist es notwendig, zielgenaue Energieeinsparmaßnahmen einzuleiten. Die ersten Maßnahmen, welche die meisten Maschinenbauunternehmen umsetzen, sind die Erneuerung der Beleuchtungs-, Heizungs- und Lüftungsanlage, die Verbesserung der Drucklufterzeugung sowie die thematische Sensibilisierung der Mitarbeiter. Aber auch in Maschinen mit ihren dazugehörigen elektrischen Antrieben, Lüftern und Aggregaten verbirgt sich eine große Menge an Optimierungspotenzial. Allerdings ist es hier notwendig nicht die Verbraucher im Einzelnen, sondern die Maschine und deren Prozesse im Ganzen zu betrachten. Meist fehlen hierfür aber geeignete Schnittstellen, um die Messwerte von Sensoren (bspw. Temperatur-, Drucksensoren, etc.) und Antrieben auslesen zu können, was dazu führt, dass diese Potenziale nicht ausgeschöpft werden.

The average metal and mechanical engineering company must spend around two per cent of its annual turnover on electricity and natural gas, and companies are expecting further price increases. As a result, the issue of energy saving is becoming more of a strategic factor than ever before. In order to save costs and ensure competitive advantages, it is necessary to introduce precise energy-saving measures. The first steps taken by most mechanical engineering companies are to replace lighting, heating, and ventilation systems, improve compressed air generation and raise employee awareness. However, there is also a great potential for optimization in machines with their individual electrical drives, fans, and units. In this case, though, it is necessary to look at the machine and its processes as a whole rather than the individual electrical energy consumers. In most cases, however, there is a lack of suitable interfaces for analyzing the measured values from sensors (e.g. temperature, pressure sensors, etc.) and drives, which concludes that this potential is not fully exploited.

Automation ist heute in allen Lebensbereichen zu finden. Die „zuverlässige“ Automation soll den „unzuverlässigen“ Menschen (Benutzer/Operateur) entlasten, kompensieren, teilweise sogar ersetzen. Eine Automation kann jedoch Fehler machen, wurde sie doch von „unzuverlässigen“ Menschen (Entwicklern) entwickelt. Deshalb verfolgte das Projekt ATEO einen in der Forschung bisher nur theoretisch betrachteten Ansatz zur Optimierung der Funktionallokation zwischen Mensch und Maschine. Hierbei handelt es sich um die Optimierung der Arbeitsteilung zwischen Operateuren und Entwicklern von komplexen, dynamischen, technischen Systemen inklusive Automationen. Diese Dissertation beschäftigt sich mit den Leistungsdeterminanten dieser Entwickler. Die bisher in der Literatur beschriebenen Befunde zu diesen Leistungsdeterminanten wurden zu einem deskriptiven „Modell der Leistungsdeterminanten von Entwicklern“ zusammengetragen. Anschließend wurde die potentielle Leistungsdeterminante „Informationsverfügbarkeit“ unter Einsatz von 90 professionellen Entwicklern experimentell beleuchtet. Zur Erfassung der abhängigen Variable „Güte der Automatikkonzepte“ wurde ein Bewertungsinstrument entwickelt. Zudem wurde die Komplexität der verwendeten Versuchsumgebung „Socially Augmented Microworld“ experimentell erhöht, damit für professionelle Entwickler die Konzeption von Automatiken nicht zu leicht ist. Zusätzlich wurde eine Automatiksoftware zur Implementierung und Konfiguration der von den Entwicklern konzipierten Automatiken entwickelt. Durch die Untersuchung konnte gezeigt werden, dass die Kontrollvariablen „Erfahrungsindex“, „Witzanzahl“ und „Leistungsmotiv HE“ einen höheren Einfluss auf die Güte des Konzeptions¬ergebnisses haben als die systematisch variierte „Informationsverfügbarkeit“. Erst durch Eliminierung der Wirkung dieser Kontrollvariablen konnte ein signifikanter Einfluss der zur Verfügung gestellten Informationen auf die Güte der Automatikkonzepte nachgewiesen werden. / Automation is currently to be found in all aspects of life. “Reliable” automation is believed to take the pressure off, to compensate, or even displace the “unreliable” human (user/operator). However, as a consequence of being developed by “unreliable” humans (developers) automations can also be susceptible to error. The Project ATEO (division of work between developers and operators) pursues an, so far in researches only theoretical considered, approach to optimize the function allocation between human and machine. It is about an optimization of the division of responsibilities between operators and developers of complex, dynamic, technical systems including automations. This thesis concerns the performance determinants of these developers. Literature regarding the previous findings of performance determinants research were gathered into a descriptive "model of developers'' performance determinants". Subsequently, the potential performance determinant "information availability" was examined experimentally by using 90 professional developers. To capture the dependent variable "quality of automation concepts" an assessment tool was developed. Moreover, the complexity of the used test environment "Socially Augmented Microworld" was experimentally heightened to ensure that for these developers the conception of automatic functions was not too easy. Also, an automations software was designed to enable the implementation and configuration of the developer-created automations. The results of the experiment with the professional developers showed that the control variables “experience index”, “number of jokes” and “achievement motive hope of success” had a higher influence on the quality of the design result as the systematically varied "information availability". Only by eliminating the effect of these control variables a significant influence of the performance determinant “information availability” on the quality of automation conceptions was attested.

Brennstoffzellen werden durch Stapelung präziser Bipolarplatten mit komplexer Struktur von Fließkanälen für Flüssigkeiten und Leitungen für den Transfer von Gasen hergestellt. Die für derartige Platten notwendigen Bleche werden durch Stanzen und Umformen erzeugt. Dabei haben neben der Einrichtung von Presse und Werkzeug (z. B. Hubzahl, Stößelverstellung) auch deren Zustand Einfluss auf die Qualität der Platten (Ebenheit, Materialspannungen/Rissbildungen, Gratbildung). Obwohl moderne Pressen heute im Wesentlichen auf servoelektrischen Antrieben basieren, erfolgt die Kraftübertragung auf den Stößel vornehmlich über mehrere Antriebsdruckpunkte. Spezifische Schneide- und Umformwerkzeuge erzeugen auf einer entsprechenden Presse bei definierten Presseneinstellungen und Materialparametern spezifische Kraft-, Moment- und Kippungsverläufe. Die am IWU entwickelte Überwachungslösung ist in der Lage, die genannten Größen hubabhängig zu erfassen. Mittels eines im IO-Zustand von Presse und Werkzeug generierten „Fingerprints“ werden im laufenden Prozess gemessene Abweichungen erkannt und in Echtzeit analysiert. Dies ist insbesondere beim Einsatz dünnster Bleche von enormer Bedeutung, da hier bereits kleinste anlagenbedingte Änderungen zu kostenintensiven Ausfällen an Werkzeug und Produkt führen können.

Temperature drifts, tool deterioration, unknown vibrations as well as spindle play are major effects which decrease the achievable precision of computerized numerically controlled (CNC) lathes and lead to shape deviations between the processed work pieces. Since currently no measurement system exist for fast, precise and insitu 3d shape monitoring with keyhole access, much effort has to be made to simulate and compensate these effects. Therefore we introduce an optical interferometric sensor for absolute 3d shape measurements, which was integrated into a working lathe. According to the spindle rotational speed, a measurement rate of 2,500 Hz was achieved. In-situ absolute shape, surface profile and vibration measurements are presented. While thermal drifts of the sensor led to errors of several µm for the absolute shape, reference measurements with a coordinate machine show, that the surface profile could be measured with an uncertainty below one micron. Additionally, the spindle play of 0.8 µm was measured with the sensor.