In vielen industriellen Anwendungen sind Dichtungen im Einsatz. Vergleicht man den Preis mit dem eines Gesamtsystems, in denen Dichtungen verwendet werden, so sind Dichtungen verhältnismäßig günstig. Jedoch führt ein Versagen von Dichtungen meist zu schwerwiegenden Konsequenzen. Dichtungen sind komplexe Subsysteme und ihre Auslegung erfordert umfangreiche Kenntnisse im Bereich Materialmodellierung, Belastung und Versagenskriterien. Die heutige Simulationstechnologie ermöglicht einen parametrischen Workflow für die Berechnung des Verhaltens von Dichtungen mit den auftretenden Effekten wie nichtlinearem Materialverhalten, wechselnden Kontaktbedingungen und Flüssigkeitsunterwanderung bei Druck. Als ein führendes Simulationswerkzeug für diese physikalische Fragestellung wird ANSYS Mechanical für die Auslegung herangezogen. Desweiteren kann das Verständnis für das Produkt erhöht werden, was zu einer Verbesserung der Funktionalität und der Zuverlässigkeit führt. Versuchsdaten können als Spannungs-Dehnungskurven in ANSYS importiert werden, welche das Materialverhalten des hyperelastischen Werkstoffs mit traditionellen Materialmodellen wie Mooney Rivlin, Ogden and Yeoh oder einer neueren Formulierung, der Antwortfunktionsmethode, widerspiegeln. Robuste Kontakttechnologien beschleunigen die Simulation und Entwicklungszeit-Berechnungszeiten und gewährleisten ein genaues Verhalten des Simulationsmodells. Insbesondere bei Dichtungen ist die druckbeaufschlagte Fläche in 2D und 3D Anwendungen von Bedeutung. ANSYS berechnet diese automatisch in Abhängigkeit des aktuellen Kontaktzustandes. Diese benutzerfreundliche Unterstützung führt zu einer höheren Genauigkeit des Simulationsergebnisses, da ein manuelles Schätzen der Druckflächen entfällt. Mit einem parametrischen und durchgängigen Ansatz innerhalb von ANSYS Workbench, beginnend bei der CAD-Geometrie, über die Vernetzung, Material- und Randbedingungsdefinition und Lösung. können eine Reihe von Varianten in kurzer Zeit berechnet werden. Neben einem besseren Verständnis für das Produkt hilft dies dem Ingenieur Änderungen vorzunehmen, was zu exakten und aussagekräftigen Ergebnissen führt. Desweiteren kann der Einfluss von Unsicherheiten berücksichtigt werden, sodass der Berechnungsingenieur fernab von idealen Bedingungen robuste und zuverlässige Dichtungen entwickeln kann.

Aufgrund der stetig wachsenden Anforderungen hinsichtlich Gewichtsreduzierung und Funktionsintegration, besonders im Bereich des Automobilbaus, werden traditionell aus metallischen Werkstoffen gefertigte Komponenten immer häufiger durch Kunststoffbauteile substituiert. Dem entgegen steht derzeit die Tatsache, dass, trotz hohen Prozessverständnisses und des Wissens um die Prozess-Struktur-Eigenschafts-Beziehungen beim Vibrationsschweißen, die theoretisch erzielbaren Schweißnahtfestigkeiten, von 90 % bis 100 % des unverstärkten Grundmaterials, in der industriellen Serienfertigung bei weitem nicht erreicht werden. Die Komplexität eines industriell gefertigten Bauteils wird an Plattenprüfkörpern simuliert. Die Ergebnisse der Schweißversuche zeigen, dass unterschiedliche Wandstärken im Schweißnahtbereich, Bauteilverzug und unterschiedliche Schwingrichungen innerhalb einer Schweißnaht zu ungleichmäßigen lokalen Prozessbedingungen währenden des linearen Vibrationsschweißprozesses führen. Diese hinterlassen lokale Schwachstellen, welche das Gesamtbauteilversagen bestimmen. Durch alternative Prozessführungsstrategien, wie das Hochdruckanfahren und die IR-Vorwärmung, können diese Schwachstellen reduziert und die Gesamtbauteilfestigkeit angehoben werden. Dies wird am Beispiel des Bauteilverzugs veranschaulicht. / Due to the increasing demands for weight reduction and integration of function, especially in the field of automotive, components made of metallic materials are increasingly being substituted by components made of thermoplastic materials. In contrast to this there is currently the fact that, despite the high process understanding of the vibration welding and the knowledge of the process-structure-property relationships, the theoretically achievable weld strengths of 90 % to 100 % of the unreinforced base material strength are far to be achieved in industrial series production. The complexity of an industrially manufactured component is simulated by using plate test specimens. The results of the welding experiments show that different wall thicknesses in the weld area, component warpage and different friction angle within the weld leads to nonuniform local process conditions during linear vibration welding process. This results in local weak spots, which reduce the total component strength. These local weak spots can be reduced by using alternative process strategies, such as in-process pressure variation and IR preheating. So not only the local strengths but also the total component strength will be increased. This is shown on the example of component warpage.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der kennwertorientieren Ermittlung günstiger Hauptabmessungen bei ebenen Schrittgetrieben. Auf Basis normierter Größen wird ein Verfahren vorgestellt, welches die Dimensionierung der Eingriffsorgane (Kurvenrollen) in den Syntheseprozess integriert und somit eine eigenschaftsbezogene Auslegung ermöglicht. Es werden Grenzabmessungen definiert und getriebespezifische, normierte Kennwert-Diagramme entwickelt, die dem Auslegungsprozess als Grundlage dienen. / The document covers the determination of convenient dimensions for indexing parallel cam mechanisms based on characteristic values. Based on this normalized values a method is introduced, which integrates the dimensioning of the cam rollers into the mechanism synthesis, hence a design process is facilitated regarding properties. Limitations for dimensions are defined and mechanism specific, normalized graphs will be the basis for the whole design process.

Within this work, bonding technologies based upon the alloying of gallium with other metals to assemble semiconductor substrates for the possible application of encapsulation and 3D-integration of micro systems and devices have been researched. Motivated by the important demand to achieve low temperature processes, methods with bonding temperatures below 200°C were investigated. Necessary technologies like the deposition of gallium as thin film and subsequent micro structuring have been developed. The alloying between gallium and gold as well as gallium and copper was analysed in detail. A good correlation between the elemental composition of the interface and its mechanical and electrical parameters was established, particularly regarding its thermal dependence. It emerged that in case of combination Au/Ga Kirkendall void are extensively formed whereby serious problems with mechanical strength as well as hermeticity emerged. In case of Cu/Ga, this problem is existent to a much lesser degree; it was possible to create hermetic tight bonds. For the necessary pre-treatment of copper, several methods could be successfully demonstrated. In summary, the development of bonding technologies based upon metallic interfaces that exhibit electric conductance, high strength and hermetic seal could be demonstrated. / In dieser Arbeit werden Bondverfahren zum Fügen von Halbleitersubstraten für mögliche Anwendungen für die Verkapselung und 3D-Integration von Bauelementen der Mikrosystemtechnik erforscht, die auf der Legierungsbildung von Gallium mit anderen Metallen beruhen. Motiviert von der zentralen Anforderung an niedrige Prozesstemperaturen wurden Methoden mit Fügetemperaturen deutlich unter 200°C untersucht. Dafür nötige Technologien zum Abscheiden von Gallium als Dünnschicht und das anschließende Mikrostrukturieren wurden entwickelt. Die Legierungsbildung zwischen Gallium und Gold sowie zwischen Gallium und Kupfer wurde im experimentell im Detail analysiert. Dabei konnte eine gute Korrelation zwischen der stofflichen Zusammensetzung und den mechanischen bzw. elektrischen Parametern der Zwischenschicht, auch und insbesondere hinsichtlich ihrer Temperaturabhängigkeit gefunden werden. Es stellte sich heraus, dass im Falle der Kombination Au/Ga Kirkendall Hohlräume in einer Menge entstehen, die zu erheblichen Problemen bezüglich mechanischer Festigkeit und Dichtheit der Fügeverbindung führen. Bei der Materialkombination Cu/Ga hingegen trat dieses Problem nur begrenzt auf; es war möglich hermetisch dichte Verbindungen herzustellen. Für die bei Kupfer nötige Vorbehandlung wurden mehrere Methoden erfolgreich getestet. Insgesamt konnte die Entwicklung von Fügetechnologien gezeigt werden, die metallische Zwischenschichten verwenden, elektrisch leitfähig sind, sehr gute Festigkeiten aufweisen und hermetisch dicht sind.

Der Vortrag zeigt die Neuigkeiten in PTC Creo Simulate 3.0 auf. Zudem werden 10 "Tips & Tricks" erklärt, welche das Arbeiten effizienter machen.

Der Vortrag beschreibt, wie sich mittels Kettenlinien als Kerbgeometrie der Spannungskonzentrationsfaktor an Querschnittsübergängen auf nahezu 1 reduzieren lässt. Mittels globaler Sensitivitätsstudien in der p-FEM-Software Creo Simulate wird mithilfe eines in Creo Parametric parametrisierten CAD-Modells der Kettenlinie in Parameterdarstellung ein normiertes Kerbzahldiagramm erstellt. Dieses erlaubt die Dimensionierung einer Kerbe, d.h. die Festlegung ihrer exakten Geometrie und der damit verbundenen Kerbzahl αk ohne die weitere Verwendung eines FEM-Programmes. / The presentation describes how to reduce the stress concentration factor at cross section transitions to nearly 1 by using a catenary curve as notch geometry (catenary fillet). With help of global sensitivity studies performed in the p-FEM-code Creo Simulate, a normalized stress concentration factor diagram is drawn. Therefore, a CAD-model of the catenary curve in parametric representation was developed. The diagram created allows to dimension the notch, that means to determine its exact geometry and stress concentration factor Kt, without further usage of a FEM code.

Vor dem Hintergrund zukünftiger Sensoren, basierend auf dem piezoresistiven Effekt von einwandigen Kohlenstoffnanoröhren (SWCNT), werden in dieser Arbeit umfangreiche Ergebnisse zum mechanischen Verhalten von Grenzflächen zwischen SWCNTs und edlen Metallen am Beispiel von Pd und Au präsentiert. Im Fokus steht dabei die Synergie von rechnerischen und experimentellen Methoden Molekulardynamik (MD), nanoskalige Tests und Analytik , um (1) mit guter Genauigkeit maximale Kräfte von gezogenen SWCNTs, welche in Metall eingebettet sind, vorauszuberechnen und (2) einen wertvollen Beitrag zum Verständnis der zu Grunde liegenden Fehlermechanismen zu liefern. Es wurde ein MDModell eines in eine einkristalline Matrix eingebetteten SWCNTs mit Randbedingen eines Auszugsversuchs entwickelt. Mit diesem Modell können Kraft-Weg-Beziehungen und Energieverläufe für einen quasistatischen verschiebungsgesteuerten Auszugsversuch errechnet werden. Das Modell liefert kritische Kräfte bei Versagen des Systems. Des Weiteren können mit diesem Modell der Einfluss des SWCNT-Typus, der Einbettungslänge, der Temperatur, von intrinsischen Defekten und Oberflächengruppen (SFGs) auf das Grenzflächenverhalten untersucht werden. Zum Vergleich wurden kritische Kräfte experimentell durch in situ Auszugsversuche in einem Rasterelektronenmikroskop bestimmt. Es wurde eine sehr gute Übereinstimmung von rechnerischen und experimentellen Daten festgestellt. Der vorherrschende Fehler im Experiment ist der SWCNT-Bruch, jedoch wurden auch einige SWCNT-Auszüge beobachtet. Mit Hilfe der MD-Simulationen wurde gefunden, dass die SFGs als kleine Anker in der umgebenden metallischen Matrix wirken und somit die maximalen Kräfte signifikant erhöhen. Diese Grenzflächenverstärkung kann Zugspannungen verursachen, die genügend hoch sind, so dass SWCNT-Bruch initiert wird. Im Gegensatz dazu zeigten Simulationen von Auszugstests mit idealen SWCNTs nur kleine Auszugskräfte, welche meistens unabhängig von der Einbettungslänge des SWCNTs sind. Dieses Verhalten wird mit einer inkommensurablen Konfiguration der Kristallstrukturen an der Grenzfläche von SWCNTs und der einbettenden Edelmetalle interpretiert. Zur Qualifizierung der Existenz von carboxylatischen Oberflächengruppen auf dem genutzten SWCNT-Material wurden analytische Untersuchungen mittels Fluoreszenzmarkierung von Oberflächengruppen durchgeführt. In Übereinstimmung mit Literaturstellen zum gesicherten Nachweis von SFGs, bedingt durch technologische Behandlungen, weisen diese Experimente stark auf das Vorhandensein von carboxylatischen Oberflächengruppen auf dem genutzten SWCNT-Material hin. Demnach kann der dominante SWCNT-Bruch Fehler durch die Grenzflächenverstärkung auf Grund von SFGs erklärt werden. / In the light of future sensors, that are based upon the piezoresistive effect of singlewalled carbon nanotubes (SWCNTs), this work presents comprehensive results of studies on the mechanical behavior of interfaces between SWCNTs and noble metals using the examples of Pd and Au. With this contribution, the focus is on a synergy between computational and experimental approaches involving molecular dynamics (MD) simulations, nanoscale testing, and analytics (1) to predict to a good degree of accuracy maximum forces of pulled SWCNTs embedded in a noble metal matrix and (2) to provide valuable input to understand the underlying mechanisms of failure. A MD model of a SWCNT embedded in a single crystalline matrix with pull-out test boundary conditions was developed. With this model, force-displacement relations and energy evolutions for a quasi-static displacement controlled test can be computed. The model provides critical forces for failure of the system. Furthermore, the influence of SWCNT type, embedding length, temperature, intrinsic defects and surface functional groups (SFGs) on the interface behavior can be studied using this model. For comparison, critical forces were experimentally determined by conducting pull-out tests in situ, inside a scanning electron microscope. A very good agreement of computational and experimental values was discovered. The dominant failure mode in the experiment was a SWCNT rupture, although several pull-out failures were also observed. From MD simulations, it was found that SFGs act as small anchors in the metal matrix and significantly enhance the maximum forces. This interface reinforcement can lead to tensile stresses sufficiently high to initiate SWCNT rupture. In contrast, pull-out test simulations of ideal SWCNTs show only small pull-out forces, which are mostly independent on SWCNT embedding length. This behavior is interpreted with an incommensurate configuration of crystal structures at the interface between SWCNTs and embedding noble metals. To qualify the existence of carboxylic SFGs on the used SWCNT material, an analytical investigation by means of fluorescence labeling of surface species was performed. In agreement with literature reports on the secured verification of SFGs due to necessary technological treatments, these experiments strongly indicate the presence of carboxylic SFGs on the used SWCNT material. Thus, the dominant SWCNT rupture failure is explained with an interface reinforcement by SFGs.

Aktuell finden umfangreiche Neuerungen und Veränderungen im Elektroenergiesystem statt. Dabei stellen die Netzintegration von Energiespeichern, EE-Anlagen und Elektrofahrzeugen sowie die Realisierung von Energiemanagementsystemen wichtige Neuerungen in der Niederspannungsebene dar. Analysen der Ladevorgänge von Elektrofahrzeugen zeigen einen nennenswerten Einfluss auf den Lastbedarf. Als ein Ergebnis wird die maximal zulässige Anzahl an Elektrofahrzeugen ermittelt, bei der kein Netzumbau notwendig wird. Neben der Untersuchung verschiedener Ladevarianten wird die zufällige Ladung als innovative Ladevariante vorgestellt und deren Nutzen simuliert. / Currently, fundamental innovations and changes are occurring in the power system. The grid integration of energy storage systems, renewable energy systems and electric vehicles as well as the implementation of energy management systems are important innovations in the low-voltage grid. Analyses of charging processes for electric vehicles show significant impacts on the load demand. As one result, the maximum number of electric vehicles is determined assuming that no grid expansion is needed. Besides studying various charging options, a random charging method is proposed as an innovative charging option and its benefits are shown by simulations.

In der Arbeit werden normativ-technische und verfahrenstechnische Voraussetzungen zur Richtighaltung von Kreisformmessgeräten dargelegt. Dazu wird ein umfassendes Begriffssystem für die allgemeine Beschreibung von Bewegungsabweichungen von bewegten Bauteilen an Werkzeugmaschinen oder Formmessgeräten, z.B. Kreisformmessgeräten, als Grundlage für ihre Tolerierung und Messung vorgeschlagen. Bekannte Messverfahren zur Bestimmung von Rotationsabweichungen der Spindel von Kreisformmessgeräten werden theoretisch und praktisch untersucht. Es wird ein neues Messverfahren, das kontinuierliche Relativlagenmessverfahren, entwickelt und ebenfalls untersucht. Die untersuchten Messverfahren zur Bestimmung von Rotationsabweichungen ermöglichen verschiedene Messunsicherheiten bis zu weniger als 0,02 µm. Vorschläge für die Gestaltung des Prüfschemas zur Richtighaltung von Kreisformmessgeräten werden unterbreitet. auch unter: Zentralbibliothek/Magazin/MPF1443:Verzeichnis der verwendeten Abkuerzungen V Vorwort VII 1. Einleitung 1 2. Grundlagen der radiusbezogenen Kreisformmessung 2 2.1. Eliminierung der Exzentrizitaet 2 2.2. Messunsicherheit der Kreisformmessung 3 2.3. Bewegung eines rotierenden Teiles 3 3. Begriffe und Definitionen zur Bewegung eines Teiles 5 3.1. Allgemeine Bemerkungen 5 3.2. Internationaler Stand 9 3.2.1. Bekannte Begriffe und Definitionen fuer die Bewegung eines Teiles 10 3.2.2. Bekannte Begriffe und Definitionen fuer die Bewegung eines rotierenden Teiles 11 3.2.3. Einschaetzung 14 3.3. Aufgabenstellung zur Erarbeitung von Begriffen und Definitionen 15 3.4. Vorschlag fuer neue Begriffe und Definitionen 16 3.4.1. Vorbemerkungen 16 3.4.2. Begriffe fuer die Verschiebung eines Punktes eines bewegten Teiles 19 3.4.2.1. Begriffe fuer die allgemeine Bewegung 19 3.4.2.2. Begriffe fuer die Rotation 21 3.4.2.3. Begriffe fuer die Translation 23 3.4.2.4. Erlaeuterungen zu den Begriffen 25 3.4.3. Begriffe fuer die Verdrehung einer Strecke eines bewegten Teiles 31 3.4.3.1. Begriffe fuer die allgemeine Bewegung 31 3.4.3.2. Begriffe fuer die Rotation und Translation 37 3.4.3.3. Erlaeuterungen zu den Begriffen 37 3.5. Vergleich und Einschaetzung der neuen Definitionen 43 3.6. Zeichnungsangaben von Bewegungs- und Verdrehungsabweichungen 49 4. Messverfahren zur Bestimmung von Rotationsabweichungen 51 4.1. Theoretische Untersuchungen 52 4.1.1. Vergleichsmessverfahren 53 4.1.2. Mehrlagenmessverfahren 54 4.1.2.1. Umkehrmessverfahren 55 4.1.2.2. Relativlagenmessverfahren 57 4.1.2.2.1. Relativlagenmessverfahren mit zwei Messstellungen 58 4.1.2.2.2. Relativlagenmessverfahren mit punktweiser Berechnung 59 4.1.2.2.3. Relativlagenmessverfahren mit Fourier-Reihen- Berechnung 60 4.1.2.3. Kontinuierliches Relativlagenmessverfahren 61 4.1.3. Weitere Messverfahren 64 4.1.3.1. Frequenztrennmessverfahren 64 4.1.3.2. Fotodiodensignalmessverfahren 65 4.1.4. Einschaetzung 66 4.2. Messtechnische Untersuchungen 67 4.2.1. Relativlagenmessverfahren mit punktweiser Berechnung 68 4.2.2. Vergleichsmessverfahren 73 4.2.3. Kontinuierliches Relativlagenmessverfahren 76 4.2.4. Einschaetzung 86 4.3. Messverfahren zur Richtighaltung von Kreisformmessgeraeten 87 5. Metrologische Richtighaltung 88 5.1. Pruefschema fuer Kreisformmessgeraete 90 5.1.1. Spezialnormal der Laenge fuer die Kreisform 91 5.1.2. Referenznormale 91 5.1.3. Arbeitsmessmittel 92 5.2. Pruefvorschriften fuer Kreisformmessmittel 93 5.2.1. Pruefvorschriften fuer die Eichung der Haupt- normale 93 5.2.2. Betriebliche Pruefvorschriften fuer Kreisformmessgeraete 93 5.3. Einschaetzung 95 6. Weitere Aufgaben 95 Verzeichnis der Anmerkungen 97 Literaturverzeichnis 98 Verzeichnis der Abbildungen 105 Verzeichnis der Anlagen 108 Anlagen 110 Thesen

The size reduction of transistors has been the main reason for a successful development of semiconductor integrated circuits over the last decades. Because of the physically limited downscaling of transistors, alternative technologies namely the information processing and nonvolatile resistive switches (also termed memristors) have come into focus. Memristors reveal a fast switching speed, long retention time, and stable endurance. Nonvolatile analog bipolar resistive switching with a considerable large On/Off ratio is reported in BiFeO3 (BFO)-based resistive switches. So far resistive switches are mainly applied in memory applications or logic operations. Given the excellent properties of BFO based memristors, the further exploration of functionalities for memristive devices is required. A new approach for hardware based cryptographic system was developed within the framework of this dissertation. By studying the power conversion efficiencies on BFO memristor at various harmonics, it has been shown that two sets of clearly distinguishable power ratios are achievable when the BFO memristor is set into high or into low resistance state. Thus, a BFO-based binary encoding system can be established. As an example the unrecoverable seizure information from encoded medical data suggests the proper functioning of the proposed encryption system. Aside from cryptographic functionality, the single pairing spike timing dependent plasticity (STDP) in BFO-based artificial synapses is demonstrated, which can be considered as the cornerstone for energy-efficient and fast hardware-based neuromorphic networks. In comparison to the biological driven realistic way, only single one pairing of pre- and postsynaptic spikes is applied to the BFO-based artificial synapse instead of 60-80 pairings. Thus, the learning time constant of STDP function can be reduced from 25 ms to 125 us. / In den letzten Jahrzehnten war die Größenreduktion von Transistoren einer der Hauptgründe für die Leistungssteigerung von integrierten Halbleiterschaltungen. Aufgrund des physikalisch beschränkten Skalierungspotentials, werden alternative Technologien für Halbleiterschaltungen entwickelt. Dazu zählen neuartige Widerstandsschalter, sogenannte Memristoren, welche wegen ihrer schnellen Schaltgeschwindigkeit, langen Speicherzeit und stabilen Haltbarkeit in den Fokus der Forschung gerückt sind. Das nichtflüchtige analoge bipolare Schalten des Widerstandwertes mit einem On/Off Verhältnis größer als 100 wurde in BiFeO 3 (BFO)-basierten Widerstands-schaltern beobachtet. Bisher wurden Widerstandsschalter hauptsächlich als Speicher oder in rekonfigurierbaren Logikschaltungen verwendet. Aufgrund der ausgezeichneten Eigenschaften von BFO-basierten Memristoren, ist die Untersuchung weiterer neuer Funktionalitäten vielversprechend. Als neuer Ansatz für ein Hardware-basiertes Kryptosystem wird in der vorliegenden Arbeit die Ausnutzung des Leistungsübertragungskoeffizienten in BFO Memristoren vorgeschlagen. Mit Hilfe der unterschiedlichen Oberschwingungen, welche von einem BFO Memristor im ON und OFF Zustand generiert werden, wurde ein Kryptosystem zum Kodieren binärer Daten entwickelt. Ein Test des Hardware-basierten Kryptosystems an Biodaten ergab, dass die kodierten Biodaten keine vorhersagbare Korrelation mehr enthielten. In der vorliegenden Arbeit wurden darüberhinaus BFO-basierte künstliche Synapsen mit einer Aktionspotentials-Intervall abhängigen Plastizität (STDP) für Einzelpulse entwickelt. Diese Einzelpuls-STDP legt den Grundstein für energieffiziente und schnelle neuromorphe Netzwerke mit künstlichen Synapsen. Im Vergleich zu biologischen Synapsen mit einer 60-80-Puls-STDP und einem Lernfenster auf der ms-Zeitskale, konnte das Lernfenster von BFO-basierten künstlichen Synapsen von 25 ms auf 125 μs reduziert werden. Solch ein schnelles Lernen ermöglicht auch die extreme Reduzierung des Leistungsverbrauchs in neuromorphen Netzwerken.