Zur Book-On-Demand Herstellung von Hardcover sowie Softcover Büchern sind die durch das Produkt vorgegebenen Prozessschritte einzuhalten. Um in diesem Rahmen eine wirtschaftliche Herstellung zu ermöglichen, wird ein Konzept erarbeitet und vorgestellt, das die verkettete Steuerung automatisierter Weiterverarbeitungsmaschinen ermöglicht.

Ein wesentlicher Nachteil der Sensoren auf optischer Ba­sis re­sul­tiert aus der zum Schweißprozess ungünstigen Wellen­länge. Das heißt, dass das Licht als Informations­trä­ger der Sensorik durch die Licht­emissionen der gebräuchlichsten Schweißverfahren we­sent­lich beeinflusst wird. Dies muss durch aufwändige Abschirmmaßnahmen, Abstands­ver­größerung zwischen Sensor und Mess­oberfläche sowie softwaretechnisch kompensiert wer­den. Aus dieser Überlegung heraus bie­tet sich die Radarsensorik auf Grund ihrer günstigeren Wellenlänge für den Einsatz in der Schweißtechnik nahezu an. Diese größere Wellenlänge bewirkt eine Un­empfindlichkeit gegenüber den Störungen des Schweiß­lichtbogens. In dieser Arbeit werden zum einen grundlegende Aspekte und technische Randbedingungen beleuchtet und andererseits Anwendungsbeispiele für den Einsatz beschrieben.

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Cast-iron (CI) based bulk amorphous alloy with compositions of Fe₇₅.₅₋ₓC₆.₀ Si₃.₃B₅.₅P₈.₇Cu₁.₀Alₓ (x = 0, 1 at.%) was synthesized by Cu mold casting. As indicated by increased critical diameters (dmax) for the amorphization, the substitution of Al enhanced the glass-forming ability of the alloy. However, the onset temperature of crystallization (Tₓ) and the range of supercooled liquid region (ΔTₓ) of the alloy decreased upon Al addition from 500 °C and 28 °C to 475 °C and 25 °C, respectively. It was revealed that the decreased thermal stability of the amorphous phase is related to the enhanced crystallization tendency to form primary α-Fe phase. Upon the nanocrystallization of primary α-Fe phase the Al-added alloy shows enlarged Ms of 176 emu g⁻¹, still keeping a reasonable small Hc value of 0.086 Oe. The present study revealed that the minor Al addition enhances not only the glass-forming ability, but also the nanocrystallization behavior of the CI based bulk amorphous alloy.

Im Rahmen der vorgelegten Arbeit wurde das Niederdruck-Hohlteilgießverfahen untersucht. Dieses Verfahren beruht auf dem Niederdruckgießverfahren, jedoch wird die Druckbeaufschlagung auf das System vor dem kompletten Erstarren des Gussstückes beendet, wodurch nicht erstarrtes Material aus der Form fließen kann und ein hohles Gussstück ohne Einsatz von Kernen entsteht. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Probekörper aus verschiedenen Al-Legierungen in Sand- und Metallformen hergestellt und ausgewertet, wobei die Einflussfaktoren Druckhaltezeit und Temperaturgradient zwischen Schmelze und Form variiert wurden. Anschließend erfolgte eine Auswertung der Probekörper hinsichtlich Ausbildung der Wanddicke und deren Rauhigkeit. Dabei wurden Abhängigkeiten zwischen Haltezeit und Wanddicke gefunden. Die Rauhigkeit des ausgebildeten Hohlraumes ist dabei legierungsabhängig und unterscheidet sich zwischen Sand- und Kokillenguss stark.

In Rahmen dieser Arbeit wurde ein Simulationsprogramm für Gießprozesse weiterentwickelt. Zunächst wurden die Richtigkeit der mathematischen Lösung und die Sensibilität der Software bestätigt. Dazu wurde ein Vergleich der berechneten mit den experimentellen Werten durchgeführt. Zur Messung der Wanddicke des erstarrenden Gussteils wurde eine neue Methode zur Visualisierung der Berechnungsergebnisse erarbeitet. Anhand zweier Beispiele zur Berechnung eines dünnwandigen, komplizierten Al-Gussteils und eines exothermischen Speisers wurde eine korrekte Nutzung neuer Gießtechnologien aufgezeigt. Das Simulationssystem wurde speziell für das Stranggießen modifiziert. Die neu entwickelten Berechnungsalgorithmen sowie die Visualisierungsmöglichkeiten erlauben eine exakte Modellierung des Strangabzuges in der Gießmaschine. Auch in diesem Falle liefert der Vergleich zwischen den durchgeführten Berechnungen und den erzielten Versuchswerten die Richtigkeit und Exaktheit der neu eingesetzten Methode.

Das Antriebskonzept von modernen Umformmaschinen basiert zunehmend auf Verdrängersteuerung anstatt der klassisch eingesetzten Drosselsteuerung. Bei diesem Ansatz werden die Achsen über fluid-mechatronische Direktantriebe unmittelbar in Geschwindigkeit, Position und Kraft verfahren. Durch das prinzipbedingte Vermeiden von Drosselverlusten lassen sich hier erhebliche energetische Einsparungen verzeichnen. Des Weiteren ist es durch den Einsatz von vierquadrantfähigen Motor-Pumpeneinheiten möglich, Brems- und Dekompressionsenergie im Prozess zurückzugewinnen und wiederzuverwenden. Dies setzt allerdings voraus, dass die Energie zwischengespeichert oder in das Netz zurückgespeist werden kann. Ein Nachteil, der sich bei diesem Technologiewechsel zu elektrohydrostatischen Antrieben ergeben kann, ist, dass die Anschlussleistung der Antriebe und somit der gesamten Maschine stark ansteigt. Dies ist besonders der Fall, wenn zuvor ein Hydraulikaggregat in Kombination mit Hydrospeichern verwendet wurde. Durch den Einsatz der Speicher wird hier hydraulische Lastspitzenkappung betrieben und die Leistungsspitzen vom Netz werden stark reduziert. Bei den elektrohydrostatischen Antriebsachsen wird hier -- ohne zusätzliche Maßnahmen -- die gesamte Spitzenleistung direkt vom Netz bezogen. Ziel der Arbeit ist es, zu untersuchen, wie bei Umformmaschinen mit Verdrängersteuerung -- durch den Einsatz des richtigen Leistungs- und Energieversorgungssystems -- die Anschlussleistung ebenfalls verringert werden kann. Hierzu wird recherchiert, welche Ansätze nach heutigem Stand der Technik bereits zur Verfügung stehen und in welchen anderen Bereichen Leistungsversorgung, Energiespeicherung und Lastspitzenvermeidung untersucht und angewendet werden. Mit Hilfe von Modellen des Prozesses, des elektrohydrostatischen Antriebsstrangs und ausgewählten Komponenten des Leistungs- und Energieversorgungsystems soll eine Simulationsumgebung geschaffen werden, die es ermöglicht, verschiedene Applikationen zu simulieren und zu analysieren. Ziel ist es, herauszufinden, bei welchen Anwendungen welche Einspeisungs- und Speichertypen eingesetzt werden können, um ein Minimierung der Anschlussleistung zu erreichen und mit welchen Mehraufwänden bei den Speichern, aber auch mit welchen Ersparnissen an der Elektroperipherie, zu rechnen ist. \\ Anschließend wird eine Methodik erarbeitet, die mit Hilfe des gemessenen oder simulierten Leistungsflusses eine Empfehlung für ein sinnvolles Leistungs- und Energieversorgungssystem ausgibt. Da diese Betrachtung aus eher zentral-europäischer Sicht erfolgt, wird außerdem ein punktebasiertes Ranking erarbeitet, welches Leistungs- und Energieversorgungsysteme für Umformmaschinen vergleichend für variierende Anforderungen quantifiziert.:1 Einleitung 1 1.1 Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 Stand der Technik und Grundlagen 8 2.1 Grundlagen der Fertigungstechnik und Prozesssimulation . . . . . . . . . . 11 2.2 Energiemanagement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.3 Hydraulische Umformmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.4 EHA Anwendungen und Ausprägungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2.5 LEV-Systeme bei EHAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.6 LEV-Systeme bei Maschinen mit elektromechanischen Antrieben . . . . . . 24 2.7 LEV-Systeme auf Fabrikebene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.8 LEV-Systeme bei weiteren stationären und bei mobilen Anwendungen . . . 26 2.9 Zwischenfazit und Klassifizierung von LEV-Systemen . . . . . . . . . . . . 30 2.10 Einordnung & Grundlagen Einspeisungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.10.1 Netzrückwirkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 2.11 Einordnung & Grundlagen Energiespeicher . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 2.11.1 Motorauswahl für kinetische Energiespeicher . . . . . . . . . . . . . 48 3 Zielstellung 52 4 Anforderung des LEV-Systems für EHAM 54 4.1 Analyse von Hydrospeichern für LEV-Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . 58 4.2 Finale Auswahl der LEV-Komponenten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 5 Modellierung der Maschine und der EHA Komponenten 67 5.1 Prozess, Zylinder und Maschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 5.2 Verdrängereinheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 5.3 Motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 5.4 Wechselrichter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 6 Modellierung der LEV-Komponenten 79 6.1 Nicht aktiver Gleichrichter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 6.2 Aktiver Netzstromrichter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 6.3 Gleichrichter mit DC-DC Wandler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 6.4 Generisches Einspeisemodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 6.5 Kondensatorspeicher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 6.5.1 Elektrolytkondensatoren und Doppelschichtkondensatoren . . . . . 85 6.5.2 Kondensatormodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 6.5.3 Verluste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 6.5.4 Regelung eines aktiven Kondensatorspeichers . . . . . . . . . . . . . 90 6.6 Kinetischer Speicher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 6.6.1 Aufbau und Regelung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 6.6.2 Einfluss der Dynamik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 6.6.3 Verlustmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 6.6.4 Ansätze der Leistungsfluss-Regelung/Steuerung . . . . . . . . . . . 101 7 Simulation von LEV-Systemen mit EHA basierten Maschinen 105 7.1 Charakteristische Kenngrößen des Leistungsflusses . . . . . . . . . . . . . . 105 7.2 Simulationsbeispiel 1: 1000 kN Ringwalzanlage . . . . . . . . . . . . . . . . 106 7.3 Simulationsbeispiel 2: 16000 kN Warmumformpresse . . . . . . . . . . . . . 114 7.4 Simulationsbeispiel 3: Gaskompressor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 7.5 Automatisierte Komponentenauslegung und Kostenschätzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 7.6 Kostenbetrachtung der Simulationsbeispiele 1 bis 3 . . . . . . . . . . . . . 148 7.7 Weitere Simulationsstudien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 8 Regelbasierte Empfehlungsmethodik für LEV-Systeme 157 8.1 Diskussion des Ergebnisses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 9 Punktebasiertes Ranking von LEV-Systemen unter variierenden Anforderungen 162 9.1 Bewertungskriterien für LEV-Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 9.1.1 Anschlussleistung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 9.1.2 Effizienz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 9.1.3 Netzrückwirkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 9.1.4 Kosten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 9.2 Gesamtbewertung und Bias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 9.3 Bewertungsbeispiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 10 Zusammenfassung und Ausblick 172 10.1 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 10.2 Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176

The vibrational properties of spruce (Picea abies Karst.) and European beech (Fagus sylvatica L.) were investigated in this study in dependence on the relative humidity (RH). The RH was measured at 20 °C ranging from oven-dried to 85%. For the evaluation of the vibrational properties the dynamic modulus of elasticity E’ and the damping coefficient tan δ were measured at 7 climate steps. The same samples used for the vibrational tests were afterwards mildly thermally modified at 180 °C and measured at the same climate steps. Both wood species were compared and evaluated considering the property changes (E’, tan δ, sorption isotherms and volume swelling) due to the thermal modification. The chosen modification resulted in a marginal change in the vibrational properties of spruce, whereas the properties of beech were clearly changed. The vibrational properties of beech could be improved in the usual RH range (35–85%) due to this thermal modification. For spruce, it was concluded that a mild modification, conducted in this study, is not suitable for improving the vibrational properties. Further conclusions concerning the underlying causes as well as the use in musical instruments were drawn.

In carbon fiber (CF) production, the stabilization process step is the most energy- and time-consuming step in comparison with carbonization and graphitization. To develop optimization routes for energy and productivity, the stabilization needs to be monitored continuously via inline analysis methods. To prognose the evolution of high-performance CF, the density of stabilized fibers has been identified as a robust pre-indicator. As the offline analysis of density is not feasible for inline analysis, a density-soft sensor based on the stabilization indices of Fourier Transform Infrared spectrum (FTIR)-analysis and Electron Paramagnetic Resonance (EPR) Spectroscopy could potentially be used for inline monitoring. In this study, a Polyacrylonitrile-based precursor fiber (PF) stabilized in a continuous thermomechanical stabilization line with varying stretching profiles was incrementally analyzed using density, FTIR-based relative cyclization index (RCI), and EPR-based free radical concentration (FRC). Our findings show RCI and EPR dependencies for density, correlated for RCI with sensitivity by stretching to cubic model parameters, while FRC exhibits linear relationships. Therefore, this study identifies two possible soft sensors for inline density measurement, enabling autonomous energy optimization within industry 4.0-based process systems.

In recent years, neuromorphic computing has gained attention as a promising approach to enhance computing efficiency. Among existing approaches, neurotransistors have emerged as a particularly promising option as they accurately represent neuron structure, integrating the plasticity of synapses along with that of the neuronal membrane. An ambipolar character could offer designers more flexibility in customizing the charge flow to construct circuits of higher complexity. We propose a novel design for an ambipolar neuromorphic transistor, utilizing carbon nanotubes as the semiconducting channel and an ion-doped sol–gel as the polarizable gate dielectric. Due to its tunability and high dielectric constant, the sol–gel effectively modulates the conductivity of nanotubes, leading to efficient and controllable short-term potentiation and depression. Experimental results indicate that the proposed design achieves reliable and tunable synaptic responses with low power consumption. Our findings suggest that the method can potentially provide an efficient solution for realizing more adaptable cognitive computing systems.