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

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.

Die effektive sowie effiziente Planung von Energieeffizienzmaßnahmen hat große Bedeutung für Produktionsunternehmen. Die um energetische Betrachtungen erweiterte Materialflusssimulation wird in diesem Kontext zunehmend als Werkzeug zur Untersuchung komplexer Wechselwirkungen von Material- und Energieflüssen in Fabriken eingesetzt. Die vorliegende Arbeit hat die Konzeptionierung und Systematisierung einer Methodik zur Ausgestaltung derartiger Simulationsstudien speziell in Umplanungsprojekten zur Energieeffizienzsteigerung zum Inhalt. Unter besonderer Beachtung entscheidungstheoretischer Ansätze soll es diese ermöglichen, unabhängig von der jeweils eingesetzten Simulationslösung projektspezifische Ausprägungen für die relevanten Gestaltungsaspekte einer Simulationsstudie in diesem Problemfeld zu bestimmen (z. B. zur Art und Weise der Modellierung des Energieverbrauchs). Das entwickelte Lösungskonzept besteht aus einem 13 Schritte umfassenden Vorgehensmodell sowie neun Lösungsmodulen zur Unterstützung von Entscheidungen hinsichtlich der Ausprägung ausgewählter Gestaltungsaspekte. Auf diesem Wege wird der gesamte Prozess von der Entwicklung einer Effizienzmaßnahme über die eigentliche Simulationsanwendung (in Anlehnung an die VDI-Richtlinie 3633 Blatt 1:2014) bis hin zur finalen Investitionsentscheidung unterstützt. Exemplarisch wurde die im Ergebnis der Arbeit stehende Methodik an drei Fallstudien erprobt. Dabei konnten alle definierten Anforderungen erfolgreich geprüft werden. / Effective and efficient planning of energy efficiency measures is of great importance to manufacturing companies. Material flow simulation that has been extended to also include energy is increasingly used in this context as a tool for the analysis of complex interactions between material flows and energy flows in factories. This thesis deals with the conception and the systemization of a methodology for designing such simulation studies specifically in re-planning projects that aim for energy efficiency improvements. Taking basic approaches from decision theory into particular consideration, it is intended to provide guidance in deciding on the project-specific manifestation for relevant characteristics of a simulation study in this problem area (e.g. the manner to model energy consumption), regardless of the utilised simulation solution. The developed solution comprises a 13 steps spanning process model as well as nine solution modules to support decisions concerning the choice of manifestation for selected characteristics. In this way, the entire process from the development of an energy efficiency measure through the actual application of simulation (following VDI guideline 3633 Part 1:2014) to the eventual investment decision is assisted. The results of this thesis were exemplarily tested in three case studies. All initially defined requirements could thereby be positively verified.

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.

Den Kern der vorliegenden Arbeit bilden sog. sensorgeführte Roboterbewegungen, d. h. die Nutzung von Informationen externer Sensoren zur Regelung des Roboters. Da gängige Industrierobotersysteme üblicherweise positionsgeregelt sind und seitens der Robotersteuerung lediglich der Zugriff zu den Sollwerten der Lageregelkreise erlaubt wird, kann auch der Regelkreis der sensorgeführten Roboterbewegung nur über den Lageregelkreis geschlossen werden. Aus diesem Grunde werden hier nur positionsbasierte Regelungsansätze verfolgt. Die Kraft-/ Momentregelung gilt als eine der wichtigsten Varianten sensorgeführter Roboterbewegungen. Dementsprechend widmet sich auch ein großer Teil dieser Arbeit dem Thema, mit dem Ziel durch innovative und übersichtliche Regelalgorithmen die Akzeptanz der Kraft-/ Momentregelung in industriellen Produktionsprozessen zu erhöhen. Beginnend mit der eindimensionalen Kraftregelung führt der Weg dabei über Konzepte zur Konturenverfolgung und kraft-/ momentgeregelten Montageaufgaben hin zur Kooperation von Robotern. In einem weiteren Teil wird ein Konzept zur Kollisionsvermeidung zwischen Robotern und Hindernissen präsentiert. Es basiert auf dem Ansatz der virtuellen Potential- bzw. Kraftfelder. Dabei ruft das künstliche Feld eine Bewegung des Roboters hervor, die vom Hindernis weg führt. Um das Feld zu erzeugen, wird die Methode der künstlichen Punktladungen entwickelt. Diese werden auf der Oberfläche eines Hindernisses platziert und generieren dann das virtuelle Kraftfeld. Die Platzierung kann z. B. mithilfe der CAD-Daten des Hindernisses erfolgen. Bei bewegten Objekten müssen alle Ladungspositionen ständig aktualisiert werden. Für Lehr- und Präsentationszwecke ist das sog. inverse Pendel eine oft genutzte Regelstrecke. Sein Aufrichten und Stabilisieren ist auch mit Hilfe eines Industrieroboters möglich. Dazu beschäftigt sich ein Kapitel dieser Arbeit mit Fragen zur Modellbildung der Kombination inverses Pendel und Industrieroboter und mit Regelungskonzepten für das Aufschwingen und Balancieren. Letztendlichen wird in diesem Zusammenhang noch ein Visual-Servoing System präsentiert, dass den Neigungswinkel des Pendels mit einer Kamera bestimmt. Alle hier vorgestellten Konzepte und Algorithmen werden Anhand von praktischen Experimenten verifiziert. / This work deals with so-called sensor guided robot motions, which means using the data of external sensors to control the robot. The control loop of the sensor guided robot motion can be only closed around the position control loop, because industrial robot systems usually work position controlled and only access to the desired positions is enabled. For this reason here only position based control approaches are regarded. Force/torque control is a very important type of sensor guided robot motions. According to this, a good portion of this work deals with the subject of force/torque control. Thus, the acceptance of force/torque control in industrial production processes should be increased, by using innovative and clear control algorithms. For this purpose force control in one degree of freedom, contour-following, force/torque controlled assembling tasks and the cooperation between robots are discussed here in different chapters. Thereafter, a concept to collision avoidance between robots and obstacles is presented. It uses the approach of virtual potential/force fields. In this case the artificial field induces a robot motion away from the obstacle. The method of artificial charges is developed to generate this field. For this purpose virtual charges are placed on the surface of the obstacles. Placing of the charges can be performed using e.g. CAD data of the obstacles. Having moving obstacles charge positions must be updated continuously. The inverted pendulum is commonly used teaching students in control theory. The swinging up and the stabilization of the pendulum also can be performed by an industrial robot. One chapter of this work deals with modelling of the robot mounted inverted pendulum and control algorithms for its swinging up and its stabilization. Finally, in combination with the inverted pendulum a visual-servoing system is presented, which measures the pendulum inclination angle by camera. All concepts introduced in this work are verified by practical experiments.

Im Rahmen dieser Arbeit werden Gleichungen und Methoden zur Berechnung nicht-koaxial gekoppelte, insbesondere offener Umlaufrädergetriebe erweitert. Eine Formelsammlungen fasst bekannte und neue Gleichungen für offene und rückkehrende Umlaufrädergetriebe zusammen. Ein methodischer Ansatz der Getriebesynthese (Ermittlung von Übersetzungen und Zähnezahlen) für derartige, im Dreiwellenbetrieb genutzte Getriebe, wird unter Beachtung definierter Mindestanforderungen entwickelt. Die neuen Berechnungstheorien und Methoden der Getriebesynthese werden am Beispiel der Herleitung optimaler Getriebekonfigurationen für die Antriebsstränge von Orbital-Bearbeitungsmaschinen gezeigt und mittels Systemsimulation verifiziert. Einsatzgrenzen sowie Konstruktionsrichtlinien werden für diese Maschinengattung abgeleitet.:1 Einleitung der Arbeit 2 Grundlagen der Umlaufrädergetriebe 3 Berechnung der Umlaufrädergetriebe 4 Orbital-Bearbeitungsmaschine 5 Getriebesynthese 6 Systemsimulation einer Orbital-Bearbeitungsmaschine 7 Schlussbetrachtungen der Arbeit Anlagen / In this paper, equations and methods for the calculation of non-coaxially coupled, in particular open planetary gearboxes are extended. A collection of formulas summarizes known and new equations for open and standard planetary gearboxes. A methodical approach of gear synthesis (determination of ratios and numbers of teeth) for such gearboxes driven in three-shaft operation is developed under consideration of defined minimum requirements. The new calculation theories and methods of gear synthesis are demonstrated using the example of deriving optimal gear configurations for the drive trains of orbital machining centres and verified by means of system simulation. Application limits and design guidelines are derived for this type of machine tool.:1 Einleitung der Arbeit 2 Grundlagen der Umlaufrädergetriebe 3 Berechnung der Umlaufrädergetriebe 4 Orbital-Bearbeitungsmaschine 5 Getriebesynthese 6 Systemsimulation einer Orbital-Bearbeitungsmaschine 7 Schlussbetrachtungen der Arbeit Anlagen

Verteilte, Eingebettete Systeme beeinflussen unser tägliches Leben in unzähligen Bereichen. Getrieben durch technologische Weiterentwicklungen und neue Nutzungsprofile nimmt der Vernetzungsgrad elektronischer Geräte rapide zu. Neben einem ausgeprägten Netzwerkcharakter sind aktuelle und zukünftige Anwendungsszenarien wesentlich durch einen hohen Mobilitätsgrad geprägt. Daraus ergeben sich zunehmend Problemstellungen bzgl. geeigneter Kommunikationskonzepte und der hierfür benötigten Energieressourcen. Dieses Buch befasst sich mit Technologien, Konzepten und Protokollen zur energieeffizienten Kommunikation in verteilten, ressourcenbeschränkten Systemen. Es definiert grundlegende Begrifflichkeiten und vermittelt einen umfassenden Einblick in die verschiedenen Forschungsschwerpunkte. Relevante, technologische Entwicklungen der beiden letzten Dekaden werden vorgestellt, thematisch eingeordnet und kritisch analysiert. Anschließend erfolgt die funktional getrennte Betrachtung von Kommunikationsprozessen auf Netzwerk-, Daten- sowie Energiemanagementebene. Darauf aufbauend widmet sich das Buch der Systemintegration und damit einhergehend dem komplexen Systemkonfigurationsprozess. Unter Berücksichtigung applikationsspezifischer Rahmenbedingungen sowie funktionaler Anforderungen werden gezielt geeignete Optimierungsstrategien ausgewählt und in einer ganzheitlich angepassten Systemarchitektur kombiniert. Erst durch das präzise Zusammenspiel von Kommunikationsparadigma, Kommunikationstechnologien und Kommunikationsprotokollen entsteht ein optimiertes Gesamtsystem, welches die zur Verfügung stehenden Ressourcen effizient nutzt. Zur Bewertung kommt ein neu entwickeltes, erweitertes Quantifizierungsmodell zum Einsatz, welches die kommunikativen Aspekte verteilter Applikationsszenarien vollständig einbezieht. Im Rahmen umfangreicher Fallstudien werden ausgewählte Optimierungsverfahren simulativ sowie auf Basis unterschiedlicher Hardwareplattformen evaluiert. Aus den Ergebnissen resultieren qualitative und quantitative Rückschlüsse auf das mögliche Optimierungspotential unter realen Einsatzbedingungen. Die gewonnenen Erkenntnisse dienen als wichtige Richtgrößen für zukünftige Entwicklungen im Bereich eingebetteter, ressourcenbeschränkter Kommunikationssysteme. / Embedded systems are used in almost every domain of our daily lives. Actual research and development activities focus on wireless connected and mobile system architectures. The resulting network topologies represent embedded, distributed systems, which are able to process complex tasks in a collaborative way. Most of the respective hardware platforms are energy self-sufficient with strongly limited resources for data processing, data storage and communication. With focus on the energy resources, communication tasks have a huge impact on the systems power consumption. In order to optimise the energy efficiency of these communication tasks, one key challenge for engineers is the application-specific integration of adapted communication concepts, radio technologies, and protocol stacks into an all-embracing communication architecture. This book critically discusses energy efficiency in distributed, embedded systems with focus on the communication aspects. The first part introduces basic definitions as well as a novel estimation model for quantifying energy efficiency on both local (system) and global (network) layer. In the second part, this book proposes several optimisation approaches for energy-efficient, resource-limited communication systems. This include hardware approaches as well as software approaches to optimise the runtime environment and the data processing tasks. Each approach operates on different abstraction layers within the system architecture. The last part of the book deals with the evaluation of specific optimisation strategies under real-world conditions. The test cases includes simulation scenarios as well as hardware test benches within a heterogeneous network environment. The respective results and analyses represent important guidelines for future developments in field of distributed, embedded communication platforms.