Das Recycling von edelmetallhaltigen Materialien kann zum Eintrag von Ruthenium in die Kupfergewinnungselektrolyse führen, wo es zu leicht flüchtigem Rutheniumtetroxid oxidiert wird. Um bei der Elektrolyse Rutheniumverluste zu vermeiden, wurde das Oxidationsverhalten von Ruthenium in einer Kupfergewinnungselektrolyse an Bleilegierungs- sowie Diamantanoden mit unterschiedlicher Sauerstoffüberspannung durch Variation der Temperatur sowie der Stromdichte untersucht. Die Ergebnisse der Arbeit zeigen, dass Ruthenium nicht direkt elektrochemisch an der Anode zum Rutheniumtetroxid oxidiert wird. Vor allem an Anoden mit hoher Sauerstoffüberspannung erfolgt parallel zur Sauerstoffentwicklung die Bildung von weiteren Oxidationsmitteln, welche durch chemische Reaktionen mit den im Elektrolyt enthaltenen Rutheniumverbindungen zu leicht flüchtigem Rutheniumtetroxid oxidieren. Diese Reaktionen sind vor allem von der Temperatur und die Bildung der dafür notwendigen Oxidationsmittel vom Anodenpotential abhängig. Zur Vermeidung von Rutheniumverlusten in Kupfergewinnungselektrolysen sollten daher Anoden mit einem niedrigen Potential bei niedrigen Elektrolyttemperaturen eingesetzt werden.

Gegenstand dieser Arbeit ist der Nachweis der allgemeinen Anwendbarkeit der Umsetzung optimaler und taktratenabhängiger Bewegungen. Dafür werden vorhandenen Methoden der Professsur am Beispielprozess des Applizierens von Etiketten untersucht. Eine wesentliche Besonderheit dieses Prozesses ist die an der Wirkpaarung entstehende Reaktionskraft und die Rückwirkung auf die Antriebe. Durch Verwendung eines Modells werden die Reaktionskräfte in Reaktionsmomente umgerechnet und anschließend in die Vorsteuerung des Regelkreises eingelesen. Im Anschluss wird die Modellgüte abgeleitet. Unter Nutzung vorhandener Algorithmen werden optimale Bewegungen für verschiedene Taktraten erstellt und in Antriebsgrößen umgerechnet. Diese bilden die Grundlage für eine Kennfelderstellung mittels linearer Interpolation durch die Steuerung. Innerhalb dieses Kennfeldes kann ohne Umschaltprozeduren eine beliebige Taktrate eingestellt werden. Durch diese Kombination aus optimaler Bewegungsvorgabe und linearer Interpolation zu einem Kennfeld können enge Qualitätskriterien des Prozesses über einen festgelegten Taktratenbereich eingehalten werden. Unter Variation der Anzahl der Bewegungsvorgaben zur Kennfelderstellung werden Messungen durchgeführt, die den Erfolg bestätigen.

Die Modellierung und Simulation dynamischer Vorgänge ist ein etabliertes Werkzeug bei der Entwicklung und Untersuchung technisch-physikalischer Systeme. Gleichungsbasierte und objektorientierte Modellbeschreibungssprachen wie Modelica ermöglichen eine effiziente Modellierung bei gleichzeitig guter Wiederverwendbarkeit und Übersichtlichkeit. Der Modelica-Compiler übersetzt das Modell in eine mathematisch lösbare Form und erzeugt ein ausführbares Simulationsprogramm. Mithilfe symbolischer Verfahren kann der Berechnungsaufwand und die Zeit zur Auswertung der Modellgleichungen positiv beeinflusst werden. Die vorliegende Arbeit identifiziert Potenziale zur automatisierten Laufzeitverbesserung von Modelica-Modellen und untersucht geeignete Verfahren, welche in den open source Compiler OpenModelica implementiert werden. Die vorgeschlagenen Methoden basieren auf einer graphentheoretischen Repräsentation des Gleichungssystems. Graphenalgorithmen werden zur symbolischen Manipulation des Gleichungssystem benutzt, um die Ausführungszeit zu reduzieren und ein nicht-deterministisches Laufzeitverhalten zu vermeiden. Es werden Methoden aufgezeigt, welche automatisiert und generalisiert ohne manuelles Eingreifen in den Übersetzungsprozess zu einer beschleunigten Modellauswertung führen. Die vorliegende Arbeit leistet somit einen Beitrag für die Echtzeitfähigkeit von Modellen mit steigender Komplexität, effizienter Modellerstellung und leistungsfähigen, automatisierten Simulationsläufen, wie bspw. Parameterstudien oder virtuellen Testläufen. / Modelling and simulation of dynamic processes is a well-established tool for the development of technical and physical systems. Equation-based and object-oriented modelling languages such as Modelica enable an efficient way of modelling as well as good reusability and structuring of the model. The Modelica-Compiler translates the model to a solvable representation and compiles an executable simulation program. With the help of symbolic compiler methods, the calculation costs and executation time can be reduced. The present paper identifies potentials for the automated improvement of execution times of Modelica-based simulation models and investigates suitable methods which have been implemented in the OpenModelica Compiler. The proposed compiler methods are based on a graph representation of the underlying equation system. Graph algorithms are used for the symbolic manipulation of the system of equations to reduce execuation time and non-deterministic runtime behaviour. All presented methods can be applied automatically without addtional manual modifications during the compilation process. Hence, the present paper is a contribution to achieve faster simulation times of models with increasing complexity. This is an eminent requirement for a productive and highly automated virtual development process.

Die Menschheit arbeitet schon seit Jahrtausenden daran, wie die Umgebungstemperatur auf gezielte Art und Weise unterschritten werden kann, um z. B. Lebensmittel länger haltbar zu machen. Im 19. Jahrhundert wurde dafür mit der Entwicklung von Kältemaschinen eine technische Lösung gefunden. Diese können die Temperatur künstlich absenken, benötigen zu diesem Zweck jedoch eine ausreichende Energiezufuhr. Im Zuge der Klimaerwärmung wird die Energieeffizienz einer solchen Kühlung immer wichtiger. Eine Alternative zu den gängigen Gaskompressionsanlagen stellen dabei festkörperbasierte Kühlmethoden dar. Dafür werden unter anderem Materialien mit einer spontanen, langreichweitigen Ordnung eingesetzt. In diesen kann ein äußeres Feld eine Phasenumwandlung induzieren, welche dann zum Kühlen genutzt wird. Abhängig vom eingesetzten Material können unterschiedliche Arten von Feldern verwendet werden (z. B. magnetische, elektrische, elastische oder hydrostatische). Die abgeleiteten Kühlverfahren werden entsprechend als Magneto-, Elektro , Elasto- bzw. Barokalorik bezeichnet. Das Anlegen bzw. Entfernen eines solchen Feldes sorgt für eine Phasenumwandlung im Material. Dabei kann der Festkörper Wärme von der Umgebung aufnehmen und sie später auch wieder abgeben, wenn die Richtung des Phasenüberganges umgekehrt wird, was die Konstruktion eines Kühlkreislaufs möglich macht. Die verwendeten Materialien müssen dafür optimiert werden. Bei der ersten in dieser Arbeit untersuchten Materialgruppe handelt es sich um Heusler-Legierungen. Diese zeichnen sich durch gute Werte in vielen für die Kühlung relevanten Eigenschaften aus. Problematisch ist jedoch die vergleichsweise große thermische Hysterese, welche in der komplexen, martensitischen Phasenumwandlung begründet liegt. Das Verständnis des resultierenden, martensitischen Gefüges ist ein wichtiger Schritt, um die funktionalen Eigenschaften zu verbessern und damit auch Ansätze zur Reduktion der Hysterese effektiver verfolgen zu können. Für die Untersuchung wurde das Prototyp-System Ni-Mn-Ga(-Co) in Form von epitaktischen Dünnschichten ausgewählt. Das auftretende, martensitische Gefüge mit seinen alle Längenskalen umfassenden, hierarchischen Zwillingsstrukturen wurde schon ausführlich untersucht. Die dafür verwendeten Ansätze setzen sich jedoch in der Regel nur einzeln mit einer speziellen Längenskala auseinander. Ein Ziel dieser Arbeit ist es daher, die bestehenden Modelle zu kombinieren. Es wird gezeigt, dass es im Wesentlichen möglich ist, mit einem einzigen Schlüsselparameter alle Längenskalen geschlossen zu beschreiben, wobei ein aus fünf Ebenen bestehendes Modell genutzt wird. Um dieses Konzept auch mittels Röntgenbeugung verifizieren zu können, wird zusätzlich eine Beugungssimulation in MATLAB implementiert und mit Beugungsexperimenten verglichen. Aus der zweiten betrachteten Materialgruppe, den Antiperowskiten, wurden Mn3GaC und Mn3GaN ausgewählt. Diese Verbindungen weisen keine martensitische Umwandlung auf und ermöglichen es, eine zusätzliche Einflussgröße – das Aufbringen einer biaxialen Dehnung – zu untersuchen. Dafür wurden die beiden Materialien epitaktisch mittels Laserstrahlverdampfen auf PMN-PT Substraten aufgewachsen und das Schichtwachstum optimiert. Anschließend konnte für Mn3GaN in einer ersten Voruntersuchung gezeigt werden, dass die biaxiale Dehnung ausreichend ist, um einen teilweisen Phasenübergang zwischen der antiferromagnetischen und der paramagnetischen Phase zu induzieren.

Verbundwerkstoffe aus textilen Hochleistungsmaterialien sind bekannt für ihre überragenden mechanischen Eigenschaften und ihren überzeugenden Leichtbaucharakter. Da die belastungsoptimierte Auslegung der Bewehrungsstruktur der Schlüssel zu erfolgreichen Leichtbau-Verbundwerkstoffen ist, liegt das Augenmerk auf der Konstruktion anisotroper und inhomogener Bewehrungen, die sowohl anspruchsvoll als auch vielversprechend ist. Dennoch ist die Entwicklung komplexer textiler Preforms sowie die Realisierung des Preformprozesses derzeit kosten- und zeitintensiv. Da die moderne Leichtbauindustrie auf Vollautomatisierung und absolute Flexibilität zusteuert, steht die Motivation für eine simulative Vorhersage von Verbundeigenschaften auf der Agenda. Die Bemühungen, eine automatische Produktionsumgebung mit kundenspezifischer Entwicklung, flexibler Fertigung und moderner Logistik zu schaffen, sind im Begriff Industrie 4.0 gebündelt. Die allgemeine Digitalisierung von Design, Entwicklung und Fertigung birgt große Möglichkeiten für den Composite-Markt. In dieser Arbeit wird eine vollständig virtuelle Entwicklungskette für Faserverbundwerkstoffe aufgestellt. Ein Verfahren zur Modellierung von Verbundverstärkungen auf der Mikroskale in Abhängigkeit von den Fertigungsparametern wird etabliert. Die vorgestellten Mikroskalenmodelle sind in der Lage, sowohl die mechanischen Eigenschaften der trockenen Textilien als auch die mechanischen Eigenschaften der Verbundwerkstoffe vorherzusagen. Mit diesem Ansatz werden virtuelle Drapiersimulationen zur Optimierung des Preformingprozesses und Simulationen der Tragfähigkeit der Verbundteile ermöglicht. Es wird gezeigt, dass ein ganzheitlicher Ansatz - von der Faser bis zur Verbundstruktur - auf einer vollständig virtuellen Ebene durchgeführt werden kann. Die digitalen Methoden sind in der Lage, Daten entlang der gesamten Composite-Entwicklungskette zu liefern.

No description available.

No description available.

In der Verpackungsindustrie werden Becher und Schalen u.a. mittels Druckluftformautomaten aus Folienbahnen geformt. Die Kiefel GmbH ist Hersteller solcher Anlagen zum Umformen aus Kunststoffhalbzeugen mittels Warmumformprozessen. Die Herausforderung an die Bewegungstechnik besteht bei diesem Prozess darin, die Taktzeiten möglichst gering zu halten und somit die Produktionsrate zu erhöhen. In der KTR Baureihe der Kiefel GmbH wird die Werkzeugbewegung hauptsächlich über zwei Komponenten bestimmt. Die Geometrie der Bewegungsbahn wird über Kurvenscheiben vorgeschrieben. Der zeitliche Verlauf der Bahn wird über die Drehgeschwindigkeit der Kurvenscheiben mittels eines Servoantriebes variiert. Auch wenn die Kombination von Kurvenscheibe und Servoantrieb verschiedene Vorteile bietet, ist die optimale Synthese beider Komponenten noch unzureichend erforscht. Innerhalb einer Kooperation vom Institut für Getriebetechnik, Maschinendynamik und Robotik (IGMR) der RWTH Aachen University und der Kiefel GmbH wurde das Potential von servogesteuerten Kurvengetrieben für die Flexibilisierung des Tiefziehprozesses untersucht. Dabei sind neue Ansätze zur Auslegung des Gesamtsystems entstanden. Ergebnisse dieser Untersuchung werden innerhalb dieser Veröffentlichung dargestellt. Dabei wird zuerst auf den Thermoformprozess eingegangen, bevor das generelle Potential servogesteuerter Kurvengetriebe beschrieben wird. Anschließend wird ein kleiner Einblick in den gemeinsam entwickelten Auslegungsprozess gegeben. [... aus der Einleitung]

Die abpackende Industrie steht im Zeitalter von Individualisierung und Industrie 4.0 vor neuen produktionstechnischen Herausforderungen. Der Markt fordert einerseits: kürzere Produktzyklen (mehr zielgruppenspezifische Produktlinien, Promotions- und Saisonware), häufige Umrüstungen und kurze Auftragslaufzeiten, marketinggetriebene Produktvielfalt. Gleichzeitig soll die Produktivität angehoben und ein dauerhaft hohes Qualitätsniveau erreicht werden. [... aus dem Text]

Die Effizienz von Verarbeitungs- und Verpackungsmaschinen hängt ganz wesentlich vom Erfahrungs- und Prozesswissen der Bediener ab. Unerfahrenen Bedienern ist nur selten möglich, Störungen im Prozess mit einer fundierten Ursachenanalyse nachhaltig zu beseitigen. Die Folge sind sich häufig wiederholende Mikrostörungen und eine geringe Anlageneffizienz. Um den Bediener bei der Ursachenfindung zu unterstützten setzt das Fraunhofer IVV Dresden auf ein selbstlernendes Bedienerassistenzsystem. Dieses erfasst die aktuelle Situation aus vorhandener Sensorik, anhand kooperativer Dialoge mit dem Bediener und über Kamerasysteme. In Verbindung mit einer wachsenden Datenbank zu möglichen Störungen und Ursachen wird dem Bediener ein virtueller Kollege zur Seite gestellt, welcher mit Erfahrungswissen aller Mitarbeiter in der richtigen Situation unterstützen kann.