In deafness, which is caused by the malfunctioning of the inner ear, an implantation of a cochlear implant (CI) is able to restore hearing. The CI is a neural prosthesis that is located within the cochlea. It replaces the function of the inner hair cells by direct electrical stimulation of the auditory nerve fibers. The CI enables many deaf or severe hearing-impaired people to achieve a good speech perception. Nevertheless, there is a lot of potential for further improvements. Compared to normal-hearing listeners rate pitch discrimination is much worse. Rate pitch discrimination is the ability to distinguish the pitch of two stimuli with two different pulse rates. This ability is important for enjoying music as well as speech perception (in noise). Further, the small dynamic range in electrical hearing (compared to normal-hearing listeners) and therefore the small intensity resolution limits the performance of CI users. Both, rate pitch coding and dynamic range were investigated in this doctoral thesis. For the first issue, a pitch discrimination task was designed to determine the just-noticeable-difference (JND) in pitch with 200 and 400 pps as reference. Additionally to the default biphasic pulse (single pulse) the experiment was performed with double pulses. The double pulse consists out of two biphasic pulses directly after each other and a small interpulse interval (IPI) in between. Three different IPIs (15, 50, and 150 µs) were tested. The statistical analysis of JNDs revealed no significant effects between stimulation with single-pulse or double-pulse trains. A follow-up study investigated an alternating pulse train consisting of single and double pulses. To investigate if the 400 pps alternating pulse train is comparable in pitch with the 400 pps single-pulse train, a pairwise pitch comparison test was conducted. The alternating pulse train was compared with single-pulse trains at 200, 300 and 400 pps. The results showed that the alternating pulse train is for most subjects similar in pitch with the 200 pps single-pulse train. Therefore, pitch perception seemed to be dominated by the double pulses within the pulse train. Accordingly, double pulses with different amplitudes were tested. Based on the facilitation effect, a larger neuronal response was expected by stimulating with two pulses with a short IPI within the temporal facilitation range. In other studies, this effect was shown to be maximal in CIs of the manufacturer Cochlear, with first pulse amplitudes set at or slightly below the electrically evoked compound action potential (ECAP) threshold. The second pulse amplitude did not influence the facilitation effect and therefore could be choose at will. Similarly, this effect was tested in this thesis with CIs of the manufacturer MED-EL. Nevertheless, to achieve a proper signal-to-noise ratio, technical issues had to be addressed like a high noise floor, resulting in incorrect determination of the ECAP threshold. After solving this issues, the maximum facilitation effect was around the ECAP threshold as in the previous study with Cochlear. For future studies this effect could be used in a modified double pulse rate pitch experiment with the first pulse amplitude at ECAP threshold and the second pulse amplitude variable to set the most comfortable loudness level (MCL). The last study within this thesis investigated the loudness perception at two different loudness levels and the resulting dynamic range for different interphase-gaps (IPG). A larger IPG can reduce the amplitude at same loudness level to save battery power. However, it was unknown if the IPG has an influence on the dynamic range. Different IPGs (10 and 30 µs) were compared with the default IPG (2.1 µs) in a loudness matching experiment. The experiment was performed at the most comfortable loudness level (MCL) of the subject and the amplitude of half the dynamic range (50%-ADR). An upper dynamic range was calculated from the results of MCL and 50%-ADR (therefore not the whole dynamic range was covered). As expected from previous studies a larger IPG resulted in smaller amplitudes. However, the observed effect was larger at MCL than at 50%-ADR which resulted in a smaller upper dynamic range. This is the first time a decrease of this dynamic range was shown. / Bei einer Taubheit, welche durch eine Schädigung des Innenohres hervorgerufen wird, ist es möglich das Gehör mittels eines Cochlea-Implantates (CI) wieder herzustellen. Das Implantat befindet sich innerhalb der Hörschnecke und ist in der Lage, die Funktion der inneren Haarzellen zu ersetzen. Dies geschieht durch direkte elektrische Stimulation der auditorischen Nervenfasern. Dadurch ermöglicht das CI Ertaubten oder stark Schwerhörigen, ein gutes Sprachverstehen zu erlangen. Dennoch gibt es weiterhin Verbesserungspotential. Im Vergleich zu Normalhörenden ist unter anderem die Tonhöhenunterscheidung stark eingeschränkt. Die Unterscheidung von Tonhöhen ist sowohl für den Musikgenuss als auch für das Sprachverstehen (im Störgeräusch) wichtig. Ebenso verfügen CI Träger über einen vergleichsweise kleinen Dynamikbereich und einer daraus resultierenden geringen Auflösung der Intensitäten. Dies kann zu einer Beeinträchtigung des Hörens führen. Sowohl die Fähigkeit der Tonhöhenunterscheidung als auch der Dynamikbereich werden in der vorliegenden Doktorarbeit untersucht. Hierfür wurde zunächst ein Tonhöhenunterscheidungs-Experiment entworfen, bei welchem der kleinste wahrnehmbare Unterschied zweier Pulsraten ermittelt wurde. Die Pulsraten 200 und 400 pps dienten als Referenzwert. Neben dem standardmäßig verwendeten Biphasischen Puls, wurden Doppelpulse genutzt. Diese bestehen aus zwei aufeinander folgenden biphasischen Pulsen gleicher Amplitude, welche durch ein kurzes interpuls Intervall (IPI) separiert sind. In dem Experiment wurden drei unterschiedliche IPIs getestet (15, 50 und 150 µs). Die Analyse des kleinesten wahrnehmbaren Tonhöhenunterschieds ergab keine signifikanten Unterschiede zwischen dem einfachen Puls und den Doppelpulsen. Ein Folgeexperiment beschäftigte sich mit einer alternierenden Pulsfolge bestehend aus dem einfachen und dem Doppelpuls. In einem paarweisen Vergleichsexperiment wurde die alternierende Pulsfolge bei 400 pps mit einem Einfachpuls bei 200, 300 und 400 pps in ihrer Tonhöhe verglichen. Es zeigte sich, dass die alternierende Pulsfolge bei 400 pps mehrheitlich mit dem Einzelpuls bei 200 pps vergleichbar war. Demzufolge scheint die Tonhöhenwahrnehmung der alternierenden Pulsfolge von dem Doppelpuls dominiert zu werden. Auf beide Experimente aufbauend, wurden Doppelpulse mit unterschiedlichen Amplituden untersucht. Basierend auf den Bahnungseffekt (Facilitation-Effekt), kann eine größere neuronale Antwort hervorgerufen werden, indem mit Doppelpulsen mit kurzem IPI stimuliert wird. In einer anderen Studie konnte anhand von CIs der Firma Cochlear gezeigt werden, dass dieser Effekt maximal war, wenn die Amplitude des ersten Pulses nahe der Schwelle zum elektrisch evozierten Summenaktionspotential (ECAP) liegt. Die Amplitude des zweiten Pulses dagegen hatte keinen Einfluss auf den „Facilitation“-Effekt und konnte beliebig gewählt werden. Dieser Effekt wurde mit CIs der Firma MED-EL in der vorliegenden Doktorarbeit nachgestellt. Es zeigte sich, dass auch hier der größte „Facilitation“-Effekt auftrat, wenn die Amplitude des ersten Pulses nahe der ECAP-Schwelle lag. In zukünftigen Studien könnte dieser Effekt für einen modifizierten Doppelpuls genutzt werden, um mit diesem das ursprüngliche Tonhöhenunterscheidungs-Experiment zu wiederholen. Dabei würde die Amplitude des ersten Pulses der ECAP-Schwelle entsprechen, während die zweite Pulsamplitude variiert wird, um den größten, möglichst angenehmen, Lautheitspegel zu erhalten. In einer letzten Studie wurde das Lautheitsempfinden bei zwei unterschiedlichen Lautheiten bei unterschiedlichen Interphasen-Gaps (IPG) untersucht und der daraus resultierende Dynamikbereich. Eine Vergrößerung des IPGs führt bei gleich bleibendem Lautheitsempfinden zu geringeren Stimulations-Amplituden und ist dadurch in der Lage die Batterie schonen. Allerdings ist der Einfluss auf den Dynamikbereich bisher unbekannt. In einem Lautheits-Experiment wurden Pulse mit verschiedenen IPGs (10 und 30 µs) mit dem standardmäßig verwendeten IPG (2.1 µs) in ihrer Lautheit angeglichen. Dieses Verfahren wurde bei MCL und der Amplitude des halben Dynamikbereichs (50%-ADR) durchgeführt. Aus den ermittelten Werten konnte ein „oberer“ Dynamikbereich zwischen MCL und 50%-ADR ermittelt werden. Es zeigte sich, dass sich die Amplituden mit größerem IPG, wie erwartet, verringerten. Jedoch zeigte sich ein stärkerer Effekt bei MCL, was eine Verringerung des Dynamikbereichs zur Folge hat. Dies ist das erste Mal, dass eine Verringerung des Dynamikbereichs gezeigt wurde.

Die Modellierung natürlicher und technischer Systeme spielt eine wichtige Rolle, um deren Verhalten zu simulieren und vorherzusagen. Die Impedanzspektroskopie ist in diesem Zusammenhang eine interessante Methode, da die Impedanz oft einfach messbar ist. Die herausfordernde Aufgabe ist die Interpretation gemessener Daten. Das Verständnis des Zusammenhanges zwischen realen Effekten und gemessener Impedanz anhand eines Impedanzmodells ist eine zentrale Problemstellung. Die Herleitung solcher Modelle wird in dieser Arbeit anhand drei verschiedenartiger Beispiele aus dem Gebiet der Messtechnik untersucht. Wirbelstromsensoren werden allgemein zur Messung von Abstand und Materialeigenschaften eingesetzt. Anhand eines Modells wird untersucht, wie diese Größen simultan bestimmbar sind. Die Messung der Zusammensetzung von Materialgemischen ist vielfach technisch relevant. Am Beispiel von Waschlaugen und Dispersionen mit Carbon Nano Tubes wird gezeigt, wie deren Zusammensetzung die Impedanz beeinflusst und welche Eigenschaften messbar sind. Batterien spielen eine wichtige Rolle zur Speicherung elektrischer Energie. Mit einem fraktionalen Differentialgleichungsmodell erfolgt eine Simulation der Batteriespannung unter wechselnden Einsatzbedingungen. Anhand der Anwendungen wird deutlich, dass es keinen Automatismus zur Modellerstellung und kein Modell für alles geben kann. Um so mehr liefert das vorgeschlagene Vorgehen einen Einstieg in die Modellerstellung. / Modeling natural and technical systems is important in order to simulate and predict their behavior. Impedance spectroscopy is an interesting method in the field of modeling because the impedance often is easily measurable. Nevertheless, interpretation of measured data is the challenging task in this field. The fundamental problem is understanding the relationship between real physical effects, measured impedance and impedance model. Fundamentals and advanced methods for deriving impedance models are investigated for three different problems in the field of measurement and sensor technology in this work. Eddy current sensors are commonly used to measure distance and material properties. Based on a model, it is investigated how these quantities can be determined simultaneously. Measuring the composition of material mixtures has many technical applications. Using the example of dispersions containing laundry detergents and dispersions with carbon nanotubes shows how their composition effects the impedance and measurable quantities. Batteries play an important role for storing electrical energy. Applying a fractional differential equation model allows a simulation of the battery voltage under varying operating conditions. Based on these applications it becomes clear, there can be no fully automated model creation method. A scientific analysis of the underlying problem is always required. The more the proposed approach provides an introduction to modeling.

In dieser Dissertationsschrift wurde für ein gelebtes GPS-System, eine Symbiose aus Integrationsvorgehen, Aus- und Weiterbildungskonzept sowie Reifegradmodell beschrieben. Die Komplexität des ISO GPS-Systems ist in den letzten Jahren enorm gestiegen. Ein Umdenken in der Normungsarbeit vom beispielbasierten Tolerieren hin zum regelbasierten Beschreiben der geometrischen Eigenschaften, die mathematischen Beschreibungen für eine Maschinenlesbarkeit und der Anspruch unterschiedlichste Materialien, Fertigungsverfahren sowie die Verifikation in einem System zu vereinigen, haben u. a. dazu beigetragen. Relative kurze Überarbeitszyklen, Ändern von bestehenden Inhalten und Überführen in neue Nummerierungen sowie Zurückziehen von für die Industrie bewährten Inhalten, erschweren die Anwendung zusätzlich. Für die Unternehmen ist es dadurch fast unmöglich geworden, das GPS-System zu überblicken und Teile davon gezielt anzuwenden. Heute ist die Geometrische Produktspezifikation ein interdisziplinäres System, welches als eine komplexe, hoch entwickelte geometrische Sprache zwischen Experten aus allen Unternehmensbereichen agiert. Aus diesem Grund umfasst die Anwendung des GPS-Systems den gesamten Produktentstehungsprozess, inklusive der Schnittstelle zu den Lieferanten. Aufgrund von Unkenntnis, Fachkräftemangel, aktuellen Herausforderungen hinsichtlich Pandemie, Klima oder Energie und unzureichenden Ausbildungsstandards wird das System in Deutschland derzeit in sehr wenigen Unternehmen angewendet. Neben der Abbildung des Standes der Technik, ergeben sich Chancen in der Reduzierung von Mehrdeutigkeiten, damit auch die Reduzierung von Diskussionen, Reklamation, Ausschuss und durch die funktionsorientierte Spezifikation können „Angsttoleranzen“ vermieden werden. Durch die intensive Auseinandersetzung mit der Funktion der Werkstücke wird die interne und externe Kommunikation verbessert und in einigen Fällen ergeben sich dadurch kostengünstigere Herstellverfahren. Außerdem ist die Anwendung des GPS-Systems eine elementare Vorbereitung auf Zukunftsthemen und die Voraussetzung für die Digitalisierung im Unternehmen. Eine bessere Datendurchgängigkeit sowie die Nutzung digitaler Zwillinge wird dadurch ermöglicht. Diese Dis-sertationsschrift leistet einen erheblichen Anteil, das GPS-System bekannter zu machen, Transparenz in den Einführungsprozess zu bringen, die Ausbildung zu standardisieren und vorhandene Kompetenzen objektiv zu bewerten. Die dargestellte Roadmap, das beschriebene Ausbildungskonzept sowie das entwickelte Reifegradmodell bieten die optimale Grundlage, das ISO GPS-System im Unternehmen nachhaltig einzuführen. Mit Hilfe der beschriebenen „Schritt für Schritt“- Integrationsstrategie in der Roadmap wird eine Komplexitätsreduzierung erreicht, welche den Aufwand für die Einführung des GPS-Systems überschaubar macht. Durch die ganzheitliche Vorgehensweise mit lexikalischer Erarbeitung des Wissens und fortlaufender Reifegradbewertung werden die Unternehmen befähigt, zukünftige Neuerungen im GPS-System selbstständig umzusetzen. Eng verzahnt mit dem Ausbildungskonzept ergänzt das vorgestellte Reifegradmodell den GPS-Einführungs- und Anwendungsprozess. Insgesamt bietet das Reifegradmodell einen methodischen Bezugsrahmen für die Bestimmung der Reife der Anwendung des ISO GPS-Systems.:Bibliografische Beschreibung Vorwort Abkürzungsverzeichnis 1 Einleitung 1.1 Hinführung zum Thema 1.2 Motivation 1.3 Aufbau der Arbeit 2 Stand der Technik 2.1 System der Geometrischen Produktspezifikation und Verifikation 2.1.1 Normung 2.1.2 Aufbau des ISO GPS-Systems 2.1.3 Inhalte des ISO GPS-Systems 2.1.4 Ziel und Nutzen der Anwendung des ISO GPS-Systems 2.1.5 Aktueller Stand der Anwendung des ISO GPS-Systems 2.2 Aktueller Stand der GPS-Aus- und Weiterbildung 2.2.1 Allgemeines 2.2.2 Ausbildungsunternehmen und Verbreitung der Ausbildung 2.2.3 Zielgruppen, Lehrformen und Lernumgebung 2.2.4 Lehrinhalt und Struktur 2.2.5 Qualifizierungsdauer, -nachweis und -kosten 2.2.6 GPS&V-Toolbox als internationaler Lehransatz .................................... 2.2.7 Erwerb von Wissen und Kompetenzen .................................................. 2.2.8 Lernzieltaxonomie ................................................................................. 2.3 Integration von Systemen ........................................................................... 2.3.1 Arten von Systemen ............................................................................. 2.3.2 Einführungsprozess als Veränderungsprozess .................................... 2.3.3 Agilität und die Rolle im Ausbildungs- und Integrationsprozess ..... 2.3.4 Benchmarking, um den optimalen Integrationsprozess zu finden ....... 2.3.5 Grafische Darstellung des Integrationsvorgehens ................................. 2.4 Modelle zur Bestimmung der Reife eines Systems ................................... 2.4.1 Einführung ............................................................................................. 2.4.2 Begrifflichkeiten ..................................................................................... 2.4.3 Existierende Reifegradmodelle .............................................................. 2.4.4 Modelltypen ........................................................................................... 2.4.5 Methodisches Vorgehen zur Entwicklung eines Reifegradmodells ....... 3 Defizite und Hypothesen ............................................................. 3.1 Herausforderung bei der Anwendung des GPS-Systems in KMU .............. 3.2 Forschungsfrage ........................................................................................ 3.3 Hypothesen ................................................................................................ 4 Lösungsansatz .............................................................................. 4.1 Allgemeines .............................................................................................. 4.2 Roadmap ................................................................................................... 4.3 Ausbildungskonzept .................................................................................. 4.4 Reifegradmodell ........................................................................................ 5 Herangehensweise und Umsetzung ........................................... 5.1 Entwicklung der GPS-Roadmap ............................................................... 5.1.1 Vorarbeiten und Begriffsdefinition .......................................................... 5.1.2 Entwicklung Benchmarking-Prozess ..................................................... 5.1.3 Anwendung Benchmarking-Prozess ............................................... 5.1.4 Modellierung des ISO GPS-Integrationsvorgehen 5.1.5 Visualisierung der GPS-Roadmap mit draw.io 5.2 Entwicklung des GPS-Aus- und Weiterbildungskonzeptes ........................ 5.2.1 Vorarbeiten ............................................................................................ 5.2.2 Entwicklung Ausbildungslevel und Fachkräftestruktur ........................... 5.2.3 Strukturierung des GPS-Systems .......................................................... 5.2.4 Clusterung der GPS-Normeninhalte ..................................................... 5.2.5 Anwendung der Lernzieltaxonomie ...................................................... 5.2.6 Entwicklung von GPS-Kompetenzen .................................................... 5.3 Entwicklung des GPS-Reifegradmodells ................................................... 5.3.1 Vorarbeiten und Begriffsdefinition ......................................................... 5.3.2 Vorgehen für GPS-Reifegradmodellentwicklung ................................... 5.3.3 Definition der Reifegradstufen ............................................................... 5.3.4 Entwurf und Zuordnung der Reifegraddimensionen und -indikatoren .... 5.3.5 Bestimmung des Reifegrades ................................................................ 5.3.6 Erstellung eines Fragebogens ............................................................. 5.3.7 Auswertung ........................................................................................... 6 Verifizierung und Validierung .................................................... 6.1 Anwendung der GPS-Roadmap .............................................................. 6.2 Anwendung des GPS-Ausbildungskonzeptes ......................................... 6.3 Anwendung des GPS-Reifegradmodells 6.4 Kritische Diskussion der Ergebnisse 6.5 Fazit zur Behebung des Defizites und Auswertung der Hypothesen 6.5.1 GPS-System agil einführen und den Fortschritt mit einem Reifegradmodell bewerten 6.5.2 Zerlegung des GPS-Systems in Wissenselemente 6.5.3 Ausbildungslevel mittels Lernzieltaxonomie beschreiben 6.5.4 Ausbildungsinhalte und Anwendungsbeispiele in den fünf Levels 6.5.5 Lernzieltaxonomie zur Reifegradbeschreibung verwenden 6.5.6 Beantwortung der Forschungsfrage 7 Zusammenfassung und Ausblick 7.1 Zusammenfassung 7.2 Weiterführende Ansätze und Empfehlungen Anlagen und Verzeichnisse Literaturverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Anlagen

The extensive natural science and engineering collections as well as the important art collection of TU Dresden document almost 200 years of history of knowledge transfer and generation and are important testimonies to our university identity. Exhibits from the early 19th century connect the history of scientific knowledge with the research of our present and even influence future technologies when object-based evidence forms the basis for innovative research approaches.:5 Preface 7 KIRSTEN VINCENZ The collections of TUD Dresden University of Technology – tradition and new perspectives 17 KLAUS MAUERSBERGER The historical development of the collections at the TUD Dresden University of Technology 23 LUTZ GRAEFE The Collection of Astronomic-Geodetic Instruments 35 FRANK MÜLLER The Botanical Collection 47 MARINA LIENERT · CARIS-PETRA HEIDEL The Medical-Historical Collection 57 HORST HARTMANN · KIRSTEN VINCENZ The Dye Collection 69 DANIEL LORDICK The Collection of Mathematical Models 81 MANFRED F. BUCHROITHNER · WOLF GÜNTHER KOCH The Cartographic Collection 93 KLAUS MAUERSBERGER The “elektron” Collection of Communication Engineering and Precision Technology 105 RÜDIGER HOFFMANN The Historical Acoustic-Phonetic Collection 117 ECKHARD BENDIN The Color Research & Theory Collection 129 CHRISTIAN WÖLFEL · JENS KRZYWINSKI The Industrial Design Collection 139 GWENDOLIN KREMER · MARIA OBENAUS The Art Collections – living testimony of the University’s history 155 KLAUS MAUERSBERGER* The Collection “Doctors, Patients and Disease in Art” 169 JÖRG ZAUN Scientific and Art Collections – an Overview Scope · Location · Contacts 190 Literature and Sources 196 Index of Names 199 Authors 200 Publishing Details

Soziale Innovation – Sie gilt als Lebenselixier moderner Gesellschaften und wird im sozialen Miteinander doch wenig benannt. Politiker und Wissenschaftlicher sehen in ihr den Schlüssel der gesellschaftlichen Neuerung, die durch Bürgerinnen und Bürger veranlasst wird. Und doch birgt die Vergegenständlichung einige Herausforderungen. Mit und in diesem Herausgeberband, der an der Technischen Universität Chemnitz entstanden ist, fragen wir uns: Mit welchem Paradigma wird sie belegt? Können wir das Konstrukt philosophisch fassen? Wie können Prozessmodelle der sozialen Innovation visualisiert werden? Welche Besonderheiten treten bei der Evaluierung und Steuerbarkeit auf? Und sind Non Profit Organisationen ein Inkubator für soziale Innovationen? Somit intendieren wir im vorliegenden Band einen holistischen Blick auf das beschriebene Phänomen für Wissenschaftler, Studierende und Interessierte. / Social Innovation - It is regarded as an elixir of modern societies, but sparse named in social togetherness. Politicians and scholars see it as the key to new social practices, which is caused by citizens. However, the clarification contains some challenges. In this publication, which was developed at Technische Universität Chemnitz, we ask: Which paradigm is deposited? Can we comprehend the construct philosophically? How can process models of social innovation be visualized? Are there conditions of evaluation and controllability? Are non-profit organizations an incubator for social innovation? Thus, in the present volume we intend a holistic view of the described phenomenon for scientists, students and interested parties.

In der 175-jährigen Geschichte der Technischen Universität Chemnitz nimmt die Technische Mechanik im Kanon der technikwissenschaftlichen Disziplinen eine exponierte Stellung ein, zählt sie doch zu jenen Grundlagenfächern, die bereits nach Gründung der Königlichen Gewerbschule im Jahre 1836 auf dem Lehrplan standen und im Fortgang der Schulentwicklung stete Ausformung und Bereicherung erfuhren. Getragen von einer Vielzahl von Lehrer- und Forscherpersönlichkeiten, die überwiegend auf langjährige praktische Erfahrungen in renommierten Betrieben und unterschiedlichen gesellschaftlichen Bereichen verweisen konnten, nahm das Fachgebiet bis zur Gegenwart eine bemerkenswerte Entwicklung. Heute stellt es einen wichtigen Eckpfeiler der Fachausbildung dar und wird nicht nur von den Studenten im Maschineningenieurwesen, sondern auch von zahlreichen tangierenden Disziplinen wahrgenommen. Erstmals wird diese historische Entwicklung aus verschiedenen Perspektiven zusammengefasst, indem sowohl die Entwicklung der Lehrinhalte als auch die Spezifik der jeweiligen Ausbildungsgegebenheiten eingehender beschrieben wird. Dabei finden Lehrende wie Lernende, aber auch Forschung und Entwicklung, wissenschaftliches Leben, internationale Zusammenarbeit und Publizistik gleichermaßen Berücksichtigung. Das Buch ist das Resultat langjähriger Forschungsarbeiten, die im Zusammenhang mit der Geschichte der Bildungseinrichtung und zu ausgewählten Themen der Wissenschaftsentwicklung unter der Obhut der Professur Wissenschafts-, Technik- und Hochschulgeschichte geleistet wurden, und als ein Beitrag zum Jubiläum »175 Jahre TU Chemnitz« zu verstehen. / During the 175 years history of the Technical University of Chemnitz technical mechanics has been one of the basic disciplines of the engineering sciences. From the Higher Vocational School`s foundation in 1836 it has been part of the curriculum and has experienced continuous enrichment and refinement. As a result of excellent work of a large number of academic researchers and teachers, most of them with a background at renowned industrial companies and in diverse social areas, this scientific field experienced a remarkable development. Today it represents an important cornerstone of the curriculum and is studied not only by mechanical engineering students but also by many others from neighboring disciplines. For the first time this historical development is presented from different perspectives, dealing in depth with the evolution of the different subjects taught and also with the specifics of the conditions of academic teaching. In this context, academic teachers and students, research and development, academic life, international cooperation as well as publications are dealt with. This book is the outcome of longstanding research pursued by the Chair of the History of Science, Technology and Higher Learning on selected topics of the history of science and academic education. It is a contribution to the 175th anniversary of the Technical University of Chemnitz.

Die Modellierung natürlicher und technischer Systeme spielt eine wichtige Rolle, um deren Verhalten zu simulieren und vorherzusagen. Die Impedanzspektroskopie ist in diesem Zusammenhang eine interessante Methode, da die Impedanz oft einfach messbar ist. Die herausfordernde Aufgabe ist die Interpretation gemessener Daten. Das Verständnis des Zusammenhanges zwischen realen Effekten und gemessener Impedanz anhand eines Impedanzmodells ist eine zentrale Problemstellung. Die Herleitung solcher Modelle wird in dieser Arbeit anhand drei verschiedenartiger Beispiele aus dem Gebiet der Messtechnik untersucht. Wirbelstromsensoren werden allgemein zur Messung von Abstand und Materialeigenschaften eingesetzt. Anhand eines Modells wird untersucht, wie diese Größen simultan bestimmbar sind. Die Messung der Zusammensetzung von Materialgemischen ist vielfach technisch relevant. Am Beispiel von Waschlaugen und Dispersionen mit Carbon Nano Tubes wird gezeigt, wie deren Zusammensetzung die Impedanz beeinflusst und welche Eigenschaften messbar sind. Batterien spielen eine wichtige Rolle zur Speicherung elektrischer Energie. Mit einem fraktionalen Differentialgleichungsmodell erfolgt eine Simulation der Batteriespannung unter wechselnden Einsatzbedingungen. Anhand der Anwendungen wird deutlich, dass es keinen Automatismus zur Modellerstellung und kein Modell für alles geben kann. Um so mehr liefert das vorgeschlagene Vorgehen einen Einstieg in die Modellerstellung. / Modeling natural and technical systems is important in order to simulate and predict their behavior. Impedance spectroscopy is an interesting method in the field of modeling because the impedance often is easily measurable. Nevertheless, interpretation of measured data is the challenging task in this field. The fundamental problem is understanding the relationship between real physical effects, measured impedance and impedance model. Fundamentals and advanced methods for deriving impedance models are investigated for three different problems in the field of measurement and sensor technology in this work. Eddy current sensors are commonly used to measure distance and material properties. Based on a model, it is investigated how these quantities can be determined simultaneously. Measuring the composition of material mixtures has many technical applications. Using the example of dispersions containing laundry detergents and dispersions with carbon nanotubes shows how their composition effects the impedance and measurable quantities. Batteries play an important role for storing electrical energy. Applying a fractional differential equation model allows a simulation of the battery voltage under varying operating conditions. Based on these applications it becomes clear, there can be no fully automated model creation method. A scientific analysis of the underlying problem is always required. The more the proposed approach provides an introduction to modeling.

Getrieben von einem weltweit zunehmenden Kostendruck sind insbesondere die produzierenden Unternehmen im kmU-Bereich angehalten, ihre Geschäftsprozesse insbesondere in der Fertigung, Montage und Logistik effizienter, flexibler und kürzer zu gestalten. Als wesentlicher Faktor dafür gilt die rationelle, schnelle und echtzeitnahe Erfassung, Aufbereitung, Weiterleitung und Speicherung der Ressource Information, insbesondere für eine operative Produktionsablaufsteuerung und - überwachung. Mit der Nutzung der Transpondertechnologie (bzw. RFIDTechnologie) zur Gestaltung eines hocheffektiven und kostengünstigen Informationsflusses in den Produktions- und Logistikabläufen besteht dafür ein hohes zukunftsträchtiges Potenzial, welches es praxisrelevant aufzubereiten und zu überführen gilt. Mit der Integration dieser Technologie in die Prozesssteuerung bzw. in ihre Abläufe wird die Eigenschaft genutzt, Zustands- und Prozessdaten zeitkonform zu erkennen, bewerten, aktualisieren und sie wieder an Objekte mit ausgestattetem Transponder zu übertragen, um operativ auf die Prozesse Einfluss nehmen zu können. Die wissenschaftlichen Erkenntnisse und die in hohem Maße gemeinsam mit der Praxis erzielten Forschungsinhalte entstanden aus einem gemeinsam mit dem Fachgebiet Logistik der Universität Dortmund (Prof. Dr.-Ing. R. Jansen, MSc St. Harms, Dipl.-Ing. M. Finger, Dipl.-Kfm. J. Schmidt, Dr.-Ing. B. Bohl ) erarbeiteten und von der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) geförderten Vorhaben Integration der Transpondertechnologie zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit der operativen Produktionssteuerung (ITELOP). Die AiF- Vorhaben- Nr. lautet: ZUTECH 65 ZBG / 1. Die Ergebnisse des Forschungsprojektes münden in einen internetbasierten Leitfaden, in welchem auf Basis der Planungsmethodik die Schritte zur Neuplanung eines RFID-Systems - wahlweise zur Produkt- oder Ladungsträgeridentifikation aufbereitet und gestaltet werden (http://www.tu-chemnitz.de/mb/InstBF/ITELOP).

Soziale Innovation – Sie gilt als Lebenselixier moderner Gesellschaften und wird im sozialen Miteinander doch wenig benannt. Politiker und Wissenschaftlicher sehen in ihr den Schlüssel der gesellschaftlichen Neuerung, die durch Bürgerinnen und Bürger veranlasst wird. Und doch birgt die Vergegenständlichung einige Herausforderungen. Mit und in diesem Herausgeberband, der an der Technischen Universität Chemnitz entstanden ist, fragen wir uns: Mit welchem Paradigma wird sie belegt? Können wir das Konstrukt philosophisch fassen? Wie können Prozessmodelle der sozialen Innovation visualisiert werden? Welche Besonderheiten treten bei der Evaluierung und Steuerbarkeit auf? Und sind Non Profit Organisationen ein Inkubator für soziale Innovationen? Somit intendieren wir im vorliegenden Band einen holistischen Blick auf das beschriebene Phänomen für Wissenschaftler, Studierende und Interessierte. / Social Innovation - It is regarded as an elixir of modern societies, but sparse named in social togetherness. Politicians and scholars see it as the key to new social practices, which is caused by citizens. However, the clarification contains some challenges. In this publication, which was developed at Technische Universität Chemnitz, we ask: Which paradigm is deposited? Can we comprehend the construct philosophically? How can process models of social innovation be visualized? Are there conditions of evaluation and controllability? Are non-profit organizations an incubator for social innovation? Thus, in the present volume we intend a holistic view of the described phenomenon for scientists, students and interested parties.

In dieser Arbeit wurde die Grenzfläche zwischen Ti-3Al-2,5V und CF/PEEK in thermoplastischen Ti-CF/PEEK-Laminaten untersucht. Vergleichende Untersuchungen von mechanischen, chemischen, chemisch-physikalischen und physikalischen Oberflächenvorbehandlungen im Zugscherversuch haben gezeigt, dass sich durch die Vorbehandlung mit einem Nd:YAG-Laser ein stabiles und feuchtigkeitsbeständiges Grenzflächensystem erzeugen lässt. Ti-CF/PEEK-Laminate wurden bruchmechanisch im Mixed-Mode-Bending-Versuch sowohl bei reiner als auch bei überlagerter Mode I- und Mode II-Belastung geprüft. Die Versagensmechanismen wurden an den Bruchflächen der Mixed-Mode-Bending-Proben und an den Bruchflächen der Zugscherproben mittels mikroskopischer und spektroskopischer Methoden bestimmt. Verschiedene Analyseverfahren wurden eingesetzt, um Ti-3Al-2,5V-Oberflächen vor und nach der Laservorbehandlung, um laserbehandelte und wärmebehandelte Ti-3Al-2,5V-Oberflächen und um das Grenzflächensystem im Verbund zwischen Ti-3Al-2,5V und CF/PEEK vor und nach Alterung in 80°C warmem Wasser zu analysieren. Dabei wurden sowohl die grenzflächennahen Phasen im Ti-3Al-2,5V als auch die grenzflächennahen Phasen im PEEK berücksichtigt. Die Untersuchgen zeigen, dass sich nicht alle eingesetzten Analyseverfahren zur Charakterisierung eignen und dass nicht jedes Analyseverfahren eindeutig interpretierbare Ergebnisse liefert. Die eingesetzten Analyseverfahren werden in dieser Arbeit miteinander verglichen und in Bezug zu ihrer Einsetzbarkeit und zu ihren Einsatzgrenzen bewertet. Titan-PEEK-Verbindungen zeigen je nach eingesetzter Vorbehandlungsmethode unterschiedliche Adhäsions-, Versagens- und Alterungsmechanismen. Die Ergebnisse aus den Untersuchungen der Verbindung zwischen PEEK und laserbehandeltem Ti-3Al-2,5V zeigen, dass neben mechanischer Adhäsion auf Mikro- und Nanoebene weitere Adhäsionsmechanismen in Frage kommen. Die Aluminiumanreicherung an der Oberfläche und die erhöhte Reaktivität durch mikro- und nanostrukturierte Oberflächen können chemische Wechselwirkungen zwischen PEEK und laserbehandeltem Ti-3Al-2,5V begünstigen. Die Untersuchungen geben ebenfalls Hinweise darauf, dass die Verbundeigenschaften im Titan-PEEK-Verbund durch die Morphologie von PEEK beeinflusst wird. An der Titan-PEEK-Grenzfläche wurde Grenzflächenkristallisation nachgewiesen, von der bekannt ist, dass sie die Verbundeigenschaften von faserverstärkten Kunststoffen senkrecht zur Faserorientierung verbessern. Nicht nachgewiesen, aber durchaus möglich ist, dass sich mechanisch verklammertes PEEK in der porösen Oxidschicht aufgrund thermischer Eigenspannungen während der Abkühlung orientiert und die mechanischen Eigenschaften an der Grenzfläche in Analogie zu selbst verstärkten Polymeren verbessert. Dieser Ansatz kann eine Erklärung dafür sein, warum im MMB-Versuch nicht nur hohe kritische Energiefreisetzungsraten bei reiner Mode II-Belastung, sondern vor allem auch bei reiner Mode I-Belastung beobachtet wird. Die auf PEEK basierenden Mechanismen sind materialspezifisch und nicht auf chemisch aushärtbare Klebstoffe anwendbar. Der Einfluss der Größenordnung von Oberflächenstrukturen auf die Langzeit- und Feuchtigkeitsbeständigkeit, der bereits aus der Literatur bekannt ist, wird in dieser Arbeit bestätigt. Mit mikrostrukturierten Oberflächen, die mittels Sandstrahlen erzeugt werden, lassen sich im Gegensatz zu nanostrukturierten Oberflächen, die mittels Laserbehandlung erzeugt werden, keine langzeit- und feuchtigkeitsbeständige Verbindungen zwischen PEEK und Ti-3Al-2,5V erzeugen. In Titan-PEEK-Verbindungen ist nicht nur die Haftung zwischen PEEK und Ti-3Al-2,5V entscheidend, sondern auch die Stabilität der Phasen im Grenzflächensystem, wie am Beispiel der Verbindung zwischen anodisiertem Ti-3Al-2,5V und PEEK gezeigt wird. Geringe Verbundfestigkeiten können somit als Folge thermischer Alterung während der Verbundherstellung verursacht werden, bei der die Oxidschicht durch Sauerstoffdiffusion geschädigt wird. Thermische Eigenspannungen, die sowohl zur Rissbildung im Oxid als auch im martensitischen Bereich führen, und ungenügende Verbundqualität, die beispielsweise durch eingeschlossene Luft bei großflächigen Klebungen entsteht, begünstigen die Alterung in hydrothermischer Umgebung. Zum Verständnis von Adhäsions- und Alterungsmechanismen an der Grenzfläche zwischen Ti-3Al-2,5V und PEEK trägt nicht nur das Eigenschaftsbild der Metall-, Oxid- und Polymerphasen im Grenzflächensystem bei, sondern auch Änderungen in den einzelnen grenzflächennahen Phasen während Oberflächenvorbehandlung und der Konsolidierung. Bei der Verwendung von thermoplastischen Klebstoffen sind im Gegensatz zu Reaktionsklebstoffen besonders die vergleichsweise hohen Konsolidierungstemperaturen, die Kristallisationskinetik und die Schmelzviskosität zu berücksichtigen. So sollte bereits bei der Oberflächenvorbehandlung die Bildung thermisch unstabiler Oberflächenphasen vermieden werden, da diese während der Herstellung thermisch geschädigt werden können. Der Verbindungsprozess erfordert besonders bei großen Klebeflächen Maßnahmen, um das Phänomen der «eingeschlossenen Luft» zu vermeiden, da sich schlecht infiltrierte Bereiche negativ auf die Alterungsbeständigkeit auswirken. Bei porösen Oberflächenstrukturen auf Nanoskala ist ebenso eine Abstimmung zwischen Porengröße und Schmelzviskosität des Thermoplasten erforderlich, um ausreichende Infiltration des Thermoplasten an porösen Oberflächenstrukturen zu gewährleisten. Die grenzflächennahen Phasen von PEEK wurden erstmals an der Ti-3Al-2,5V-Oberfläche nachgewiesen. Die Einflussfaktoren und die Eigenschaften der grenzflächennahen Phasen von PEEK sind bereits aus Untersuchungen von CF/PEEK-Verbunden bekannt. Die Ergebnisse zeigen großes Potential der Übertragbarkeit auf die Titan-PEEK-Grenzfläche. So kann beispielsweise die PEEK-Morphologie durch gezielte Temperaturführung beim Kleben beeinflusst werden. Die Mechanismen an der Grenzfläche und die daraus resultierenden Verbundeigenschaften, die sich an der Grenzfläche zwischen Ti-3Al-2,5V und PEEK ergeben, zeigen großes Potential. Die Erkenntnisse aus dieser Arbeit zur Herstellung von Ti-PEEK-Grenzflächen mit hoher Verbundfestigkeit und Alterungsbeständigkeit zeigen ebenfalls großes Potential der Übertragbarkeit auf andere Metall-Thermoplast-Verbindungen. / The interface between titanium Ti-3Al-2,5V and Polyetheretherketone (PEEK) in Ti-CF/PEEK laminates are investigated. Comparative investigations of mechanical, chemical, chemo-physical and physical surface pre-treatments evidenced that surface pre-treatment by a pulsed Nd:YAG laser (physical pre-treatment) offers both good adhesion and superior moisture resistance of the titanium-PEEK interface. The titanium-PEEK interface modified by laser pre-treatment is characterized mechanically and analytical in detail. This investigation takes into account all process steps (surface pre-treatment, bonding, and ageing) as well as all the phases and interfaces in the titanium-PEEK system (i.e. titanium, oxide, and also PEEK). The delamination behavior is investigated mechanically with the mixed mode bending experiment (MMB). The MMB loading was represented by a superposition of simple mode I and mode II loadings. Based on MMB fracture surface analysis, a failure and damaging mechanism could be assumed. The analytical methods used in this investigation are a cryo-fracture, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX), secondary electron microscopy (SEM, EDX, transmission electron microscopy (TEM), analytical TEM (EDX, EFTEM, EELS), adsorption/desorption experiments (Krypton-BET), Laser scanning microscopy (LSM), contact angle measurements, and Raman microscopy. The adhesion and degradation mechanism observed at the titanium-PEEK interface strongly depends on the applied surface pre-treatment. The interface properties between pretreated Ti-3Al-2.5V and PEEK show an influence of the morphology of PEEK. For the first time, interfacial crystallization of PEEK at the Ti-3Al-2.5V surface was confirmed by experimental results. Interfacial crystallization is known for its strengthening effect perpendicular to C-fibers within CF/PEEK laminates and implies a strong interaction between PEEK and the oxide layer on the Ti-3Al-2.5V joining partner. Moreover, the investigations of the interface between laser treated Ti-3Al-2.5V and PEEK indicate that adhesion is not only due to mechanical interlocking on micro- and nano-scale. Chemical interactions between the polymer and the joining surface seem be promoted byan increased surface reactivity due to the high surface area structures on micro- and nano-scale. In addition, an aluminum-enrichment was detected with TEM at the treated surface that may play a role in the bonding. During the cooling phase of the consolidation of the thermoplastic, thermal stress arise at the interface due to suppressed expansion and contraction of the individual components. It can be assumed that PEEK, which is interlocked within the oxide pores, reduces the stress by relaxation processes. Relaxation induced re-orientation of the molecule structure is able strengthen the interface as it is known from self-reinforced polymers. This assumption could explain the interface behavior characterized by mode I and mode II loadings. High energy release rates observed at mode I loadings could be traced back to the re-orientated molecule structure which is equal to the direction of mode I loading. This mechanism is material specific and can be applied only to cure-free thermoplastics. The long-term durability is enhanced significantly when of surface structures on nano-scale are formed by the pretreatment. This result is in good agreement with the literature. However, during the bonding process not only on the formation of adhesion between PEEK and Ti-3Al-2.5V is important but also the stability of the interfacial phases within the Ti-PEEK interfacial system as shown on the interface properties between anodized Ti-3Al-2.5V. Anodized oxide phases, for example, which degrade during the bonding by oxidation diffusion, were found to result in low interfacial strength and low long-term durability. Aging in hydro-thermal environment are enhanced by further factors. Residual stress which arises during the bonding process leads to cracks within the oxide and within martensitic region. Entrapped air which especially develop when large areas are bonded enhance water diffusion along the interface and hydrothermal aging. A basic understanding of the titanium-PEEK system requires that all phases and interfaces in the titanium-PEEK system as well as all process steps are taken into account. Although the polymer will be neglected in most cases this investigation reveals that even the polymer morphology significantly influences the interface properties.