Zugl.: Dortmund, University, Diss., 2006.

Weingarten, Diplomarbeit, 2007.

Zugl.: Magdeburg, Univ., Diss., 2008

Zugl.: Stuttgart, Univ., Diss., 2009

Zugl.: Berlin, Techn. Universiẗat, Diss., 2008.

Inhalt der Diplomarbeit ist die Entwicklung einer verteilten Anwendung zur rechnergestützten Durchführung von Bestellprozessen zwischen den Einrichtungen (Fakultäten, Institute und Dezernate) und der zentralen Beschaffung der Universität Leipzig. Im Rahmen dieser Aufgabe wird nach einer eingehenden Analyse der Prozesse zwischen den beteiligten Parteien eine Applikation auf Basis einer Dreischicht-Architektur mit javasierten Application-Servern entwickelt. Weitere Bestandteile der Arbeit sind Untersuchungen zum Performanceverhalten der Applikation unter verschiedenen Application-Servern und ein Ausblick zu Einsatzgebieten eines Data Warehouses im Rahmen der Applikation. Die entwickelte Applikation ist seit März April 2002 im produktiven Einsatz.

Mathematical modelling using advanced approach based on the neural networks has been applied to the control and the quality optimisation in the main processes of steelwork such as the ladle metallurgical treatment and continuous casting. Particular importance has been given to the improvement of breakout prediction system and the reduction in the rate of false alarm generated by the conventional breakout detection system. Prediction of the chemical composition and temperature of liquid steel in the ladle has been achieved by neural networks and linear model. This prediction can be considered as a soft sensor. Slab surface temperature stabilisation on the basis of the casting events has been controlled by a neural networks algorithm, that gives an improvement in the surface temperature fluctuation in comparison to the conventional control system which is based on the PID controller. Quality monitoring and classification is also achieved by a neural network which is related to the breakout detection system. This technique achieves a classification of different defects based on the different alarm signal given by the breakout prediction system. Fault detection and process monitoring is developed using neural networks modelling. All models are developed on basis of practical operating database obtained from the iron and steel industry.

In vielen Anwendungen sind Papier und Karton wegen der hohen Verfügbarkeit, überlegenen Umformbarkeit und der hervorragenden Barriereeigenschaften von Kunststoffen verdrängt worden. Die Akzeptanz von Verpackungen aus erdölbasierten Kunststoffen nimmt jedoch auf Grund der Probleme hinsichtlich Recyclings, Anreicherung von Mikroplastik in den Meeren und Deponierung ab. Folglich steigt der Druck auf Industrie und Wissenschaft, nachhaltige Verpackungslösungen mit Packstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen zu entwickeln und einzusetzen. Auf Grund dieser Entwicklungen müssen die Grenzen für die Einsetzbarkeit von Papier und Karton in anspruchsvollen Verpackungslösungen neu betrachtet werden. Mit dem Umformprozess 'Ziehen von Karton' können komplexe dreidimensionale Verpackungskomponenten hergestellt werden. Allerdings wird der Prozess von diversen Material- und Prozessparametern, sowie Umweltbedingungen beeinflusst und erfordert daher systematisches Vorgehen bei Prozessanalyse und Optimierung. Ziel dieser Arbeit war die Analyse von Einflussparametern des Ziehprozesses mit experimentellen und simulativen Methoden. Dazu ist die Entwicklung von objektiven und automatisierten Messmethoden zur Erfassung von Qualitätskriterien der Ziehteile notwendig. Unter Anwendung der entwickelten Messmethoden wurden die Einflüsse von Prozessparametern auf die Umformung untersucht. Es wurden Messmethoden zur Bestimmung von Lage und Anzahl der für den Ziehprozess charakteristischen Falten und für die Messung der Formabweichung entwickelt. Darüber hinaus wurde eine statistische Analyse zum Auftreten von Materialversagen während der Umformung durchgeführt. Die experimentellen Untersuchungen zeigten, dass sowohl das Auftreten von Rissen, als auch die Faltenbildung vornehmlich durch die Faltenhalterkraft beeinflusst werden. Jedoch können Faltenbildung und Formabweichung durch Erhöhung der eingebrachten thermischen Energie über Beheizung der Werkzeuge verbessert werden. Der Energieeintrag konnte durch Erhöhung von Werkzeugtemperaturen und durch Reduktion der Stempelgeschwindigkeit erfolgen. Im simulativen Teil der Arbeit wurde die Anwendbarkeit der Finite Elemente Methode (FEM) auf die Simulation des Ziehprozesses untersucht. Simulationen des Einlaufvorgang des Materials in die Ziehbüchse mit einem für die Abbildung von Karton entwickelten Materialmodell, welches Orthotropie, elastisch-plastisches Verhalten und die Wirkung von Temperatur auf die mechanischen und tribologischen Eigenschaften enthielt, ergaben, dass die Stempelkraftkurve in diesem Prozessabschnitt gut abgebildet werden konnte. Darüber hinaus wurde die Anwendbarkeit von FEM-Modellen zur Simulation der Faltenbildung untersucht. Untersuchungen des Einflusses von Werkzeugtemperaturen auf die mechanischen Eigenschaften und Reibeigenschaften ergaben, dass sich Variationen in der Kraftkurve nur durch die Reduktion des Reibkoeffizienten bei erhöhter Werkzeugtemperatur ergaben. Die Erweichung des Materials durch Erhöhung der Temperatur führte dagegen nicht zu Variationen der Kraftkurve im Einlaufvorgang.:DANKSAGUNG III KURZFASSUNG IV TABLE OF CONTENTS VI LIST OF ABBREVIATIONS IX LIST OF SYMBOLS X LIST OF FIGURES XII LIST OF TABLES XV 1 INTRODUCTION 1 1.1 Background 1 1.2 Research problem 2 1.3 Objectives and outline of the thesis 3 2 LITERATURE REVIEW 4 2.1 Forming of paperboard 4 2.1.1 Categorization of forming processes 4 2.1.2 Hydroforming 6 2.1.3 Pressforming 7 2.1.4 Deep drawing of paperboard 7 2.1.4.1 Deep drawing process 7 2.1.4.2 Quality criteria and measurement 10 2.1.4.3 Scientific advances in deep drawing 11 2.2 Mechanical properties of paper and paperboard 14 2.2.1 Microstructure of paper and paperboard 14 2.2.2 Tensile behavior 16 2.2.3 In-plane compression 17 2.2.4 Yield stress and plastic deformation 18 2.2.5 Mechanical behavior in ZD 19 2.2.6 Rupture of paperboard 20 2.2.7 Friction 21 2.2.8 Inhomogeneity 22 2.2.9 Influence of environmental conditions on paperboard properties 24 2.2.9.1 Influence of moisture content 24 2.2.9.2 Influence of temperature 25 2.2.9.3 Effects of environmental conditions on mechanical properties 26 2.3 Modeling of paperboard 28 2.3.1 Fundamentals of modeling 28 2.3.1.1 Classification of models 28 2.3.1.2 Elastic modeling 29 2.3.1.3 Elastic-plastic modeling 31 2.3.1.4 Out-of-plane modeling 33 2.3.2 FEM Material models 34 2.3.3 Modeling of moisture and temperature 36 2.3.4 Modeling of fracture 39 2.3.5 Modeling of friction 41 2.4 Applications of models for paper and paperboard 42 2.4.1 Simulations of packaging components and processing steps 42 2.4.2 Simulation of creasing and folding 42 2.4.3 Simulation of hydroforming 44 3 EXPERIMENTAL PROCESS ANALYSIS 46 3.1 Shape accuracy analysis 46 3.1.1 Measurement method 46 3.1.2 Validation 48 3.1.3 Experimental conditions 50 3.1.4 Results 51 3.1.4.1 Parametric study 51 3.1.4.2 Influence of heat energy transfer 55 3.1.4.3 Relationship between shape accuracy and transferred heat energy 58 3.2 Analysis of wrinkling 62 3.2.1 Method 62 3.2.2 Validation 64 3.2.3 Results 65 3.2.3.1 Influence of material properties on wrinkling 65 3.2.3.2 Parametric study 66 3.2.3.3 Relationship between wrinkling and transferred heat energy 71 3.3 Rupture in deep drawing 73 3.3.1 Method 73 3.3.2 Results 77 4 SIMULATIVE PROCESS ANALYSIS 84 4.1 Explicit FEM analysis 84 4.1.1 Modeling 84 4.1.1.1 FEM-model 84 4.1.1.2 Material model 88 4.1.1.3 Modeling of temperature effects 92 4.1.2 Calibration 93 4.1.3 Validation 94 4.1.4 Results 96 4.1.4.1 Punch force 96 4.1.4.2 Analysis of stresses in deep drawing 101 4.1.5 Limitations for FEM-models 106 4.2 Global model 109 4.2.1 Material model 109 4.2.1.1 Mechanical behavior 109 4.2.1.2 Wrinkling model 110 4.2.1.3 Inhomogeneity 112 4.2.2 Modeling of environmental influence 113 4.2.3 Friction model 114 4.2.4 Rupture model 115 5 CONCLUSIONS 117 REFERENCES 121 INDEX TO APPENDICES 140 APPENDIX 141

Die vorliegende Arbeit beschreibt zwei Verfahren zur Herstellung von submikronen Ionenaustauscherpartikeln. Im ersten Verfahren, der Miniemulsionspolymerisation, liegt der Schwerpunkt auf dem energetisch sehr aufwendigen Schritt der Herstellung einer stabilen Miniemulsion. Dabei werden Prozessparameter optimiert und Destabilisierungsmechanismen analysiert. Im zweiten Teil der Arbeit wird ein neues kostengünstiges und ressourcenschonendes Herstellungsverfahren vorgestellt. Dabei werden kommerziell erhältliche Ionenaustauscherpartikel auf Polymerbasis in Kugelmühlen zerkleinert.

Stuttgart, University, Diss., 2007.