Mittels optischer Emissionsspektroskopie (OES) kann die plasmainduzierte Emission und damit die Anregung der Gasteilchen im Plasma untersucht werden. Ein wesentlicher Vorteil dieser Untersuchungsmethode ist die Tatsache, dass das Plasma bei der Messung nicht beeinflusst wird. Dagegen ist die räumliche Auflösung der emittierten Intensität sehr schwierig. So geht die Tiefeninformation bei der Messung verloren, was einen wesentlichen Nachteil der OES darstellt. In der vorliegenden Arbeit wurde deshalb die Zylindersymmetrie der untersuchten Magnetronentladung ausgenutzt und mittels Abel-Inversion räumlich aufgelöste Informationen zur Anregung des Plasmas zugänglich gemacht. Es werden die experimentellen Aufbauten sowie die verwendeten Algorithmen zur Auswertung beschrieben und charakterisiert. Als Modellsystem diente die Abscheidung von Titanoxid mittels reaktiver Magnetronzerstäubung. Die untersuchte Magnetronentladung wurde hinsichtlich der örtlich emittierten Intensität verschiedener Spektrallinien des Prozessgases Argon sowohl im Gleichspannungsbetrieb als auch im gepulsten Betrieb charakterisiert. / The excitation of gas particles in a plasma can be examined by optical emission spectroscopy (OES). During the measurement the plasma is not influenced, which is a significant advantage of this technique. On the other hand the spatial resolution is quite poor. Especially the depth resolution gets lost when measuring the integrated intensity along the line of sight. That's why in the present work the rotational symmetry of the examined magnetron discharge was used to calculate spatial resolved information about the gas particles' excitation by using Abel inversion. The experimental settings and the algorithms for analysis are described and characterized. Spatially resolved emission of the process gas argon during the deposition of titanium oxide by reactive magnetron sputtering was studied in dc as well as in pulsed dc mode.

Investigations on pulsed reactive magnetron sputtering processes for the deposition of thin oxide films are presented by means of time-resolved and time-integrated measurements. The pulsed process can be successfully described in terms of a model of Berg et al. for reactive sputtering processes. Time-resolved Langmuir double probe measurements are confirmed using time-resolved optical emission spectroscopy. Combining the results leads to an insight into elementary processes governing the discharge. / Mit Hilfe zeitlaufgelöster und zeitlich mittelnder Methoden wird eine gepulste Magnetronentladung zur reaktiven Abscheidung von Oxidschichten untersucht. Das Modell von Berg et al. zur Beschreibung des Abscheideprozesses lässt sich dabei erfolgreich auf die reaktive Abscheidung mit einem gepulsten Prozess anwenden. Mittels zeitaufgelöster optischer Emissionsspektroskopie können die Ergebnisse zeitaufgelöster Langmuir-Doppelsondenmessungen bestätigt werden. In Kombination ermöglichen diese Verfahren die Untersuchung von Elementarprozessen in der Entladung.

Mittels optischer Emissionsspektroskopie (OES) kann die plasmainduzierte Emission und damit die Anregung der Gasteilchen im Plasma untersucht werden. Ein wesentlicher Vorteil dieser Untersuchungsmethode ist die Tatsache, dass das Plasma bei der Messung nicht beeinflusst wird. Dagegen ist die räumliche Auflösung der emittierten Intensität sehr schwierig. So geht die Tiefeninformation bei der Messung verloren, was einen wesentlichen Nachteil der OES darstellt. In der vorliegenden Arbeit wurde deshalb die Zylindersymmetrie der untersuchten Magnetronentladung ausgenutzt und mittels Abel-Inversion räumlich aufgelöste Informationen zur Anregung des Plasmas zugänglich gemacht. Es werden die experimentellen Aufbauten sowie die verwendeten Algorithmen zur Auswertung beschrieben und charakterisiert. Als Modellsystem diente die Abscheidung von Titanoxid mittels reaktiver Magnetronzerstäubung. Die untersuchte Magnetronentladung wurde hinsichtlich der örtlich emittierten Intensität verschiedener Spektrallinien des Prozessgases Argon sowohl im Gleichspannungsbetrieb als auch im gepulsten Betrieb charakterisiert. / The excitation of gas particles in a plasma can be examined by optical emission spectroscopy (OES). During the measurement the plasma is not influenced, which is a significant advantage of this technique. On the other hand the spatial resolution is quite poor. Especially the depth resolution gets lost when measuring the integrated intensity along the line of sight. That's why in the present work the rotational symmetry of the examined magnetron discharge was used to calculate spatial resolved information about the gas particles' excitation by using Abel inversion. The experimental settings and the algorithms for analysis are described and characterized. Spatially resolved emission of the process gas argon during the deposition of titanium oxide by reactive magnetron sputtering was studied in dc as well as in pulsed dc mode.

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.

Investigations on pulsed reactive magnetron sputtering processes for the deposition of thin oxide films are presented by means of time-resolved and time-integrated measurements. The pulsed process can be successfully described in terms of a model of Berg et al. for reactive sputtering processes. Time-resolved Langmuir double probe measurements are confirmed using time-resolved optical emission spectroscopy. Combining the results leads to an insight into elementary processes governing the discharge. / Mit Hilfe zeitlaufgelöster und zeitlich mittelnder Methoden wird eine gepulste Magnetronentladung zur reaktiven Abscheidung von Oxidschichten untersucht. Das Modell von Berg et al. zur Beschreibung des Abscheideprozesses lässt sich dabei erfolgreich auf die reaktive Abscheidung mit einem gepulsten Prozess anwenden. Mittels zeitaufgelöster optischer Emissionsspektroskopie können die Ergebnisse zeitaufgelöster Langmuir-Doppelsondenmessungen bestätigt werden. In Kombination ermöglichen diese Verfahren die Untersuchung von Elementarprozessen in der Entladung.

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