Die funktionsorientierte Messtechnik ist gegenwärtig für die Optimierung von Herstellung und Endbearbeitung thermisch gespritzter, tribologisch belasteter Kontakte unterrepräsentiert. Obwohl sich das Leitmotiv „Messen, Analysieren und Verbessern“ wie ein roter Fa-den durch gängige Standards (ISO/TS 16949, VDA 6.1, …) zieht, werden kaum effektive Verbesserungspotenziale identifiziert und industriell umgesetzt. In der Praxis wird vor allem die Stückzahl von fehlerbehafteten Teilen mittels statistischer Methoden gesteuert und geregelt (IPC 9199/DGQ-Band 16). Werden Fehlerzustandspopulationen in Softwaresystemen auf solche Weise identifiziert, verifiziert und mitigiert, so spricht man gem. IEC 62304 von Black-Box-Testing. Solange der Ertrag stimmt, steht die Zahl nicht zurückweisbarer Güter im Vordergrund und nicht, ob die Ereignisse im Produktentstehungsprozess beherrschten Regeln folgen. Im Gegensatz hierzu steht das sog. White-Box-Testing. Es bietet die Möglichkeit, Qualität nach DIN 55350 Teil 11 (sowie DIN ISO 9126) entlang aller Hilfs-, Stütz-, Wertschöpfungs- und Nutzungsvorgängen der Produkte konsistent zu behandeln. Das White-Box-Testing wird in der Fertigung von tribologischen Kontakten jedoch bisher nicht angewendet. In der vorliegenden Arbeit wird aufgezeigt, warum dieser Ansatz bei erstmaliger Implementierung zwar aufwändiger, umfassender Analysen bedarf, über das veränderte Leitmotiv im Gesamten jedoch die Erfolgsaussichten von Optimierungsinitiativen steigert. „Wie etwas Positives funktioniert“ wird dabei alternativ zur Frage, „wie etwas Schlechtes“ zu verhindern ist, behandelt. Über die Methodik hinaus werden konkrete Werk-zeuge vorgeschlagen, funktionsorientierte Konformitätszustände über den Fingerabdruck der Werkstoffbelastung zu identifizieren, in smarten und vernetzten Mess- und Prüfketten zu überwachen, zu regeln sowie mittels Leistungskennzahlen zu beurteilen.:1 EINLEITUNG UND MOTIVATION 1.1 Ausgangsituation 1.2 Allgemeine Bewertungskriterien der Zylinderlaufbahn 1.3 Beurteilungsformen fertigungstechnischer Aspekte 1.3.1 Verfahrensbeurteilung der Endbearbeitung und Herstellung 1.3.2 Beurteilung von Verfahrensanwendungen unter Gesichtspunkten industrieller Messtechnik 1.4 Zusamenfassung und Rezension existierender Konzepte zur Qualitätssicherung der technischen Oberfläche 2 FORSCHUNGSBEDARF UND THEMATISCHE EINGRENZUNG 2.1 Bestimmung des Untersuchungsgegenstandes 2.2 Problemstellung Anomalien thermisch gespritzter Zylinderlaufflächen in Serie und Vorserie 2.2.1 Konsekutive Phänomene der Materialauftragungen sowie Mikrofresser in motorischer Belastung und vorheriger Endbearbeitung 2.2.2 Beeinflusste Materialparameter durch Endbearbeitung und Auswirkungen auf die Laufstabilität/ Fressneigung 2.2.3 Limitierung in der Anwendung und Deutung genormter Parameter industrieller Oberflächenmesstechnik 2.3 Hypothesen und theoretischer Ansatz 2.4 White-Box-Ansatz zur funktionsorientierten Herstellung und Endbearbeitung 3 UMFELDANALYSE ZUR METHODENENTWICKLUNG 3.1 Einordnung existierender theoretischer Modelle und Konzepte 3.2 Tribologische Systemgrößen Zylinderlaufbahn im Betrieb und während der Endbearbeitung 3.2.1 Reibungsszustände 3.2.2 Verschleißmechanismen und -kenngrößen 3.2.3 Schmierung 3.2.4 Nutz- und Verlustgrößen, Tribologische Prüfungen 3.3 Gegenwärtige Gestaltung und Ausführung der Zylinderlaufbahn 3.3.1 Zylinderlaufbahnkonzepte 3.3.2 Einfluss moderner Konzepte der Kolbengruppe und der Schmierung 3.3.3 Topographie und abgeleitete Endbearbeitungskonzepte 3.3.4 Honen von Zylinderbohrungen 3.4 Tribologie der Endbearbeitung als Schlüssel zu funktionsgerechten Oberflächen 3.4.1 Abtragsvorgänge beim Honen und Superfinishen 3.4.2 Oberflächenanalytik zur Beschreibung von Abtragsmechanismen 3.4.3 Kraftdynamik in der Endbearbeitung 3.4.4 Kombinierte Technologie: Sensitives-adaptives Honen und Superfinishen 3.5 Thermisches Spritzen von Zylinderlaufflächen 3.5.1 Vorgänge des Werkstoffauftrags im Zuge des Thermischen Spritzens 3.5.2 Lichtbogendrahtspritzen, LDS 3.5.3 Zerstäubung und Spritzstrahlausprägung 3.5.4 Auftreffen und Erstarrung der Spritzpartikel im Schichtverbund 3.6 Werkstoffintegrität der LDS-Spritzschicht 4 ABLEITUNG UND FESTLEGUNG FUNKTIONSRICHTIGER MESSSTRATEGIE 4.1 Begründung und Verwertung des White-Box-Testing-Ansatzes 4.2 Werkstoffparameter funktionaler Oberflächen 4.2.1 Struktureigenschaften und Festigkeit 4.2.2 Physikalische und chemische Eigenschaften 4.3 Technische Oberfläche, lang- und kurzwellige Gestaltabweichungen 4.3.1 Skalenabhängige, geometrische Kontaktbedingungen 4.3.2 Meso- und Mikrokontakt der Zylinderlauffläche 4.4 Operationalisierung der Testhypothese 5 NUTZUNG MESSTECHNISCH RÜCKFÜHRBARER WECHSELWIRKUNGEN FÜR HERSTELLUNG UND ENDBEARBEITUNG 5.1 Funktionsorientierte, definierte Variation lokalisierter Fertigungsmerkmale 5.1.1 Endbearbeitung der Spritzschicht 5.1.2 Herstellung der Spritzschicht 5.1.3 Spezifikation und Verifikation varianter Merkmale der Laufbahn 5.2 Versuchseinrichtung und -bauteile zur Methodenentwicklung 5.2.1 Ausführung im Sinne des White-Box-Testings 5.2.2 Flachproben 5.2.3 Zylinder 6 ANWENDUNG FUNKTIONSORIENTIERTER WERKZEUGE IM QUALITÄTSREGELKREIS 6.1 Verifikationsstrategie 6.2 Spezifische Merkmale der Werkstoffbelastung in Fertigung und Tribometrie 6.3 Fehlerinduktion, -Verifikation und -Behandlungsroutine im geschlossenen Qualitätsregelkreis 6.3.1 Charakterisierung zuordbarer Zylinderlaufbahnperformanceabweichungen 6.3.2 Rückverfolgbare Messkette von tribologischer Belastung über die Endbearbeitung bis zur Herstellung 6.3.3 Werkstoffintegrität als Einflussgröße in der Endbearbeitung und Tribometrie 6.4 Ermittlung von Leistungskennzahlen während der Fertigung mit Auswirkung auf das Verhalten bei tribologischer Prüfung zur Qualitätsregelung 7 ZUSAMMENFASSUNG UND FAZIT 8 LITERATURVERZEICHNIS 9 VERZEICHNIS DER ABBILDUNGEN UND TABELLEN 10 ANHANG 10.1 Messtechnische Grundlagen, Stichwortverzeichnis 10.2 Oberflächenunvollkommenheiten nach DIN EN ISO 8785 10.3 Weiterführende Ergebnisse der Analyse von Oberflächenunvollkommenheiten 10.4 Ausgewählte Ergebnisse im Zuge der Zusammenarbeit und Veröffentlichung Hick et al. 2018 [336] (nicht in der Form veröffentlichtes Material) / Function-oriented measurement technology is currently underestimated when it comes to optimizing layer production and finishing of thermally sprayed, tribologically stressed contacts. Although the fundamental premise 'measure, analyse and improve' runs like a common thread through all the common standards (ISO/TS 16949, VDA 6.1, ...), hardly any effective improvement potentials are identified and realized with industrial profit. In today’s industrial applications, the number of defective parts is controlled and regulated using conventional statistical methods (IPC 9199/DGQ Volume 16). This is a so-called “black box testing” according to IEC 62304 when used at error management in software applications for identifaction, verification and mitigation. Finally, quantitative production output is focussed and not the inner operating system’s processes of the manufacturing system or interdependencies at product use. Opposite to this, the so-called “white box testing” alternatively focuses on the inner functioning of the processes and the quality of its results according to DIN 55350 Part 11 (as well as DIN ISO 9126) at each value-added process from production to product use on an equal footing. While this approach is more elaborate and demanding because of wide-ranging analysis, in the presented work it is demonstrated why it is more promising at holistic optimisations efforts in terms of the leitmotiv with the question 'how something positive works' versus the more conventional defensive recognized question 'how something bad can be prevented'. However, white box testing has not yet been used in manufacturing of tribological contacts. In addition to the methodology, concrete tools are proposed to identify function-oriented states of conformity via the fingerprint of the material load, to monitor and regulate them in smart, networked measurement and test chains using suitable performance indicators.:1 EINLEITUNG UND MOTIVATION 1.1 Ausgangsituation 1.2 Allgemeine Bewertungskriterien der Zylinderlaufbahn 1.3 Beurteilungsformen fertigungstechnischer Aspekte 1.3.1 Verfahrensbeurteilung der Endbearbeitung und Herstellung 1.3.2 Beurteilung von Verfahrensanwendungen unter Gesichtspunkten industrieller Messtechnik 1.4 Zusamenfassung und Rezension existierender Konzepte zur Qualitätssicherung der technischen Oberfläche 2 FORSCHUNGSBEDARF UND THEMATISCHE EINGRENZUNG 2.1 Bestimmung des Untersuchungsgegenstandes 2.2 Problemstellung Anomalien thermisch gespritzter Zylinderlaufflächen in Serie und Vorserie 2.2.1 Konsekutive Phänomene der Materialauftragungen sowie Mikrofresser in motorischer Belastung und vorheriger Endbearbeitung 2.2.2 Beeinflusste Materialparameter durch Endbearbeitung und Auswirkungen auf die Laufstabilität/ Fressneigung 2.2.3 Limitierung in der Anwendung und Deutung genormter Parameter industrieller Oberflächenmesstechnik 2.3 Hypothesen und theoretischer Ansatz 2.4 White-Box-Ansatz zur funktionsorientierten Herstellung und Endbearbeitung 3 UMFELDANALYSE ZUR METHODENENTWICKLUNG 3.1 Einordnung existierender theoretischer Modelle und Konzepte 3.2 Tribologische Systemgrößen Zylinderlaufbahn im Betrieb und während der Endbearbeitung 3.2.1 Reibungsszustände 3.2.2 Verschleißmechanismen und -kenngrößen 3.2.3 Schmierung 3.2.4 Nutz- und Verlustgrößen, Tribologische Prüfungen 3.3 Gegenwärtige Gestaltung und Ausführung der Zylinderlaufbahn 3.3.1 Zylinderlaufbahnkonzepte 3.3.2 Einfluss moderner Konzepte der Kolbengruppe und der Schmierung 3.3.3 Topographie und abgeleitete Endbearbeitungskonzepte 3.3.4 Honen von Zylinderbohrungen 3.4 Tribologie der Endbearbeitung als Schlüssel zu funktionsgerechten Oberflächen 3.4.1 Abtragsvorgänge beim Honen und Superfinishen 3.4.2 Oberflächenanalytik zur Beschreibung von Abtragsmechanismen 3.4.3 Kraftdynamik in der Endbearbeitung 3.4.4 Kombinierte Technologie: Sensitives-adaptives Honen und Superfinishen 3.5 Thermisches Spritzen von Zylinderlaufflächen 3.5.1 Vorgänge des Werkstoffauftrags im Zuge des Thermischen Spritzens 3.5.2 Lichtbogendrahtspritzen, LDS 3.5.3 Zerstäubung und Spritzstrahlausprägung 3.5.4 Auftreffen und Erstarrung der Spritzpartikel im Schichtverbund 3.6 Werkstoffintegrität der LDS-Spritzschicht 4 ABLEITUNG UND FESTLEGUNG FUNKTIONSRICHTIGER MESSSTRATEGIE 4.1 Begründung und Verwertung des White-Box-Testing-Ansatzes 4.2 Werkstoffparameter funktionaler Oberflächen 4.2.1 Struktureigenschaften und Festigkeit 4.2.2 Physikalische und chemische Eigenschaften 4.3 Technische Oberfläche, lang- und kurzwellige Gestaltabweichungen 4.3.1 Skalenabhängige, geometrische Kontaktbedingungen 4.3.2 Meso- und Mikrokontakt der Zylinderlauffläche 4.4 Operationalisierung der Testhypothese 5 NUTZUNG MESSTECHNISCH RÜCKFÜHRBARER WECHSELWIRKUNGEN FÜR HERSTELLUNG UND ENDBEARBEITUNG 5.1 Funktionsorientierte, definierte Variation lokalisierter Fertigungsmerkmale 5.1.1 Endbearbeitung der Spritzschicht 5.1.2 Herstellung der Spritzschicht 5.1.3 Spezifikation und Verifikation varianter Merkmale der Laufbahn 5.2 Versuchseinrichtung und -bauteile zur Methodenentwicklung 5.2.1 Ausführung im Sinne des White-Box-Testings 5.2.2 Flachproben 5.2.3 Zylinder 6 ANWENDUNG FUNKTIONSORIENTIERTER WERKZEUGE IM QUALITÄTSREGELKREIS 6.1 Verifikationsstrategie 6.2 Spezifische Merkmale der Werkstoffbelastung in Fertigung und Tribometrie 6.3 Fehlerinduktion, -Verifikation und -Behandlungsroutine im geschlossenen Qualitätsregelkreis 6.3.1 Charakterisierung zuordbarer Zylinderlaufbahnperformanceabweichungen 6.3.2 Rückverfolgbare Messkette von tribologischer Belastung über die Endbearbeitung bis zur Herstellung 6.3.3 Werkstoffintegrität als Einflussgröße in der Endbearbeitung und Tribometrie 6.4 Ermittlung von Leistungskennzahlen während der Fertigung mit Auswirkung auf das Verhalten bei tribologischer Prüfung zur Qualitätsregelung 7 ZUSAMMENFASSUNG UND FAZIT 8 LITERATURVERZEICHNIS 9 VERZEICHNIS DER ABBILDUNGEN UND TABELLEN 10 ANHANG 10.1 Messtechnische Grundlagen, Stichwortverzeichnis 10.2 Oberflächenunvollkommenheiten nach DIN EN ISO 8785 10.3 Weiterführende Ergebnisse der Analyse von Oberflächenunvollkommenheiten 10.4 Ausgewählte Ergebnisse im Zuge der Zusammenarbeit und Veröffentlichung Hick et al. 2018 [336] (nicht in der Form veröffentlichtes Material)

Ferroelectrics are promising for nonvolatile memories. However, the difficulty of fabricating ferroelectric layers and integrating them into complementary metal oxide semiconductor (CMOS) devices has hindered rapid scaling. Hafnium oxide is a standard material available in CMOS processes. Ferroelectricity in Si-doped hafnia was first reported in 2011, and this has revived interest in using ferroelectric memories for various applications. Ferroelectric hafnia with matured atomic layer deposition techniques is compatible with three-dimensional capacitors and can solve the scaling limitations in 1-transistor-1-capacitor (1T-1C) ferroelectric random-access memories (FeRAMs). For ferroelectric field-effect-transistors (FeFETs), the low permittivity and high coercive field Ec of hafnia ferroelectrics are beneficial. The much higher Ec of ferroelectric hafnia, however, makes high endurance a challenge. This article summarizes the current status of ferroelectricity in hafnia and explains how major issues of 1T-1C FeRAMs and FeFETs can be solved using this material system.

Spanende Werkzeugmaschinen stellen einen zentralen Faktor in der Produktion technischer Güter dar. Sie haben einen erheblichen Anteil am industriellen Ener-gieverbrauch und fanden somit Aufnahme in die ErP-Richtlinie 2009/125/EG für energiegetriebene Produkte (Ökodesign-Richtlinie). Ähnlich Gebäuden, Konsum-gütern und Elektromotoren müssen Werkzeugmaschinen nachweislich energieef-fizienter werden. Obwohl die Energieeffizienz von Werkzeugmaschinen und de-ren Vergleichbarkeit seit langem Gegenstand wissenschaftlicher Untersuchungen ist, konnten noch keine geeigneten Methoden zur energetischen Klassifizierung gefunden werden, die ein Energielabel ermöglichen. Zentrale Herausforderun-gen liegen vor allem im Fehlen geeigneter Bezugsgrößen, der Fülle potenzieller Einflussgrößen und der Vielfalt der Anwendungsfälle. Deshalb werden zunächst etablierte Klassifizierungsmethoden anderer Produktgruppen auf deren Über-tragbarkeit analysiert. Der daraus abgeleitete modulare Lösungsansatz umfasst neben einer detaillierten Vorgehensweise die empirisch-statistischen Methoden zur Normierung signifikanter Einflussgrößen auf einen Kennwert. Am Beispiel eines prozessunabhängigen Energieeffizienzindikators wird die Klassifizie-rungsmethode angewendet und diskutiert. Der so klassifizierte Kennwert fließt als Modul in zwei Label-Entwürfe ein.:1 Einleitung und gesellschaftliche Einordnung 23 1.1 Motivation 23 1.2 Relevanz 25 1.3 Wirkungsbetrachtung 30 2 Zielsetzung und Aufbau der Arbeit 35 2.1 Zielsetzung 35 2.2 Aufbau der Arbeit 36 3 Analyse bestehender Ansätze und Rahmenbedingungen 39 3.1 Normen und rechtlicher Rahmen 39 3.2 Ausgeführte Energielabel 43 3.3 Methoden zum energetischen Vergleich spanender Werkzeugmaschinen 55 3.4 Energetische Kennwerte als mögliche Bezugsgröße 66 3.5 Kennwertermittlung 81 3.6 Zwischenfazit zu bestehenden Ansätzen und Rahmenbedingungen 90 4 Ansatz zur energetischen Klassifizierung 93 4.1 Methode zur energetischen Klassifizierung 93 4.2 Vorgehen zur Kennwertermittlung und Klassifizierung 96 4.3 Analyse von Einflussgrößen und Randbedingungen zur Kennwertbildung 96 4.4 Konzeption der Klassifizierungsmodule 118 4.5 Zwischenfazit zum entwickelten Ansatz zur energetischen Klassifizierung 121 5 Anwendung der Kennwertermittlung und Klassifizierung 123 5.1 Schritt 1: Maschinenklasse festlegen 123 5.2 Schritt 2: Bilanzgrenzen definieren 124 5.3 Schritt 3: Bezugsgröße bestimmen 124 5.4 Schritt 4: Potenzielle Einflussparameter auswählen 127 5.5 Schritt 5: Bezugsgröße und Einflussparameter messen bzw. erfassen 130 5.6 Schritt 6: Datensatz empirisch-statistisch analysieren 132 5.7 Schritt 7: Maschinen energetisch klassifizieren 141 5.8 Zwischenfazit zum ermittelten Kennwert für die prozessunabhängige Klassifizierung 145 6 Label-Entwurf 151 6.1 Auswahl der Beispielparameter 151 6.2 Label-Typ „Hexagon“ 153 6.3 Label-Typ „Piktogramm“ 154 6.4 Wirkung der Klassifizierungsmodule 155 7 Diskussion 157 7.1 Übertragbarkeit auf andere Maschinenklassen 157 7.2 Erfüllung der Anforderungen an ein Energielabel für Werkzeugmaschinen 157 8 Zusammenfassung 161 9 Ausblick 163 10 Literaturverzeichnis 165 A Anhang 189 A 1 Umwelt- und Verbrauchskennzeichnung nach ISO 14020 189 A 2 Ökodesign nach DIN 50598 191 A 3 Einflussgrößen und deren Auswirkungen auf die Schnittkraft 194 A 4 Liste der untersuchten Maschinen 196 A 5 Energetische Testwerkstücke und Messergebnisse 197 A 6 Scatterplott-Matrix aller Parameter 203 A 7 Begriffsdefinition für Anforderungen an ein Energielabel für Werkzeugmaschinen 204 A 8 Historische Entwicklung 205 / Cutting Machine tools are playing an important role in the production of technical goods. Their energy consumption is significant in the industrial sector and so they were included in the European directive 2009/125/EC for energy-related products (ecodesign requirements). As buildings, consumer goods, and electric engines, machine tools must become verifiable more efficient. As the energy efficiency of machine tools and their comparison are research topics since a long time, no suitable methods for classification were found to facilitate an energy label. Cen-tral challenges are the lack of appropriated reference values as well as the large amount of impact values and use cases. Therefore, this work initially analyses established classification methods of other product groups and their applicability. The derived modular approach consists of a detailed procedure as well as statisti-cal methods for the normalization of significant impact parameters to one charac-teristic value. The classification method is applied and discussed exemplarily to a process-independent energy efficiency indicator. This classified value becomes one module in two drafts for an energy label.:1 Einleitung und gesellschaftliche Einordnung 23 1.1 Motivation 23 1.2 Relevanz 25 1.3 Wirkungsbetrachtung 30 2 Zielsetzung und Aufbau der Arbeit 35 2.1 Zielsetzung 35 2.2 Aufbau der Arbeit 36 3 Analyse bestehender Ansätze und Rahmenbedingungen 39 3.1 Normen und rechtlicher Rahmen 39 3.2 Ausgeführte Energielabel 43 3.3 Methoden zum energetischen Vergleich spanender Werkzeugmaschinen 55 3.4 Energetische Kennwerte als mögliche Bezugsgröße 66 3.5 Kennwertermittlung 81 3.6 Zwischenfazit zu bestehenden Ansätzen und Rahmenbedingungen 90 4 Ansatz zur energetischen Klassifizierung 93 4.1 Methode zur energetischen Klassifizierung 93 4.2 Vorgehen zur Kennwertermittlung und Klassifizierung 96 4.3 Analyse von Einflussgrößen und Randbedingungen zur Kennwertbildung 96 4.4 Konzeption der Klassifizierungsmodule 118 4.5 Zwischenfazit zum entwickelten Ansatz zur energetischen Klassifizierung 121 5 Anwendung der Kennwertermittlung und Klassifizierung 123 5.1 Schritt 1: Maschinenklasse festlegen 123 5.2 Schritt 2: Bilanzgrenzen definieren 124 5.3 Schritt 3: Bezugsgröße bestimmen 124 5.4 Schritt 4: Potenzielle Einflussparameter auswählen 127 5.5 Schritt 5: Bezugsgröße und Einflussparameter messen bzw. erfassen 130 5.6 Schritt 6: Datensatz empirisch-statistisch analysieren 132 5.7 Schritt 7: Maschinen energetisch klassifizieren 141 5.8 Zwischenfazit zum ermittelten Kennwert für die prozessunabhängige Klassifizierung 145 6 Label-Entwurf 151 6.1 Auswahl der Beispielparameter 151 6.2 Label-Typ „Hexagon“ 153 6.3 Label-Typ „Piktogramm“ 154 6.4 Wirkung der Klassifizierungsmodule 155 7 Diskussion 157 7.1 Übertragbarkeit auf andere Maschinenklassen 157 7.2 Erfüllung der Anforderungen an ein Energielabel für Werkzeugmaschinen 157 8 Zusammenfassung 161 9 Ausblick 163 10 Literaturverzeichnis 165 A Anhang 189 A 1 Umwelt- und Verbrauchskennzeichnung nach ISO 14020 189 A 2 Ökodesign nach DIN 50598 191 A 3 Einflussgrößen und deren Auswirkungen auf die Schnittkraft 194 A 4 Liste der untersuchten Maschinen 196 A 5 Energetische Testwerkstücke und Messergebnisse 197 A 6 Scatterplott-Matrix aller Parameter 203 A 7 Begriffsdefinition für Anforderungen an ein Energielabel für Werkzeugmaschinen 204 A 8 Historische Entwicklung 205

Spanende Werkzeugmaschinen stellen einen zentralen Faktor in der Produktion technischer Güter dar. Sie haben einen erheblichen Anteil am industriellen Ener-gieverbrauch und fanden somit Aufnahme in die ErP-Richtlinie 2009/125/EG für energiegetriebene Produkte (Ökodesign-Richtlinie). Ähnlich Gebäuden, Konsum-gütern und Elektromotoren müssen Werkzeugmaschinen nachweislich energieef-fizienter werden. Obwohl die Energieeffizienz von Werkzeugmaschinen und de-ren Vergleichbarkeit seit langem Gegenstand wissenschaftlicher Untersuchungen ist, konnten noch keine geeigneten Methoden zur energetischen Klassifizierung gefunden werden, die ein Energielabel ermöglichen. Zentrale Herausforderun-gen liegen vor allem im Fehlen geeigneter Bezugsgrößen, der Fülle potenzieller Einflussgrößen und der Vielfalt der Anwendungsfälle. Deshalb werden zunächst etablierte Klassifizierungsmethoden anderer Produktgruppen auf deren Über-tragbarkeit analysiert. Der daraus abgeleitete modulare Lösungsansatz umfasst neben einer detaillierten Vorgehensweise die empirisch-statistischen Methoden zur Normierung signifikanter Einflussgrößen auf einen Kennwert. Am Beispiel eines prozessunabhängigen Energieeffizienzindikators wird die Klassifizie-rungsmethode angewendet und diskutiert. Der so klassifizierte Kennwert fließt als Modul in zwei Label-Entwürfe ein.:1 Einleitung und gesellschaftliche Einordnung 23 1.1 Motivation 23 1.2 Relevanz 25 1.3 Wirkungsbetrachtung 30 2 Zielsetzung und Aufbau der Arbeit 35 2.1 Zielsetzung 35 2.2 Aufbau der Arbeit 36 3 Analyse bestehender Ansätze und Rahmenbedingungen 39 3.1 Normen und rechtlicher Rahmen 39 3.2 Ausgeführte Energielabel 43 3.3 Methoden zum energetischen Vergleich spanender Werkzeugmaschinen 55 3.4 Energetische Kennwerte als mögliche Bezugsgröße 66 3.5 Kennwertermittlung 81 3.6 Zwischenfazit zu bestehenden Ansätzen und Rahmenbedingungen 90 4 Ansatz zur energetischen Klassifizierung 93 4.1 Methode zur energetischen Klassifizierung 93 4.2 Vorgehen zur Kennwertermittlung und Klassifizierung 96 4.3 Analyse von Einflussgrößen und Randbedingungen zur Kennwertbildung 96 4.4 Konzeption der Klassifizierungsmodule 118 4.5 Zwischenfazit zum entwickelten Ansatz zur energetischen Klassifizierung 121 5 Anwendung der Kennwertermittlung und Klassifizierung 123 5.1 Schritt 1: Maschinenklasse festlegen 123 5.2 Schritt 2: Bilanzgrenzen definieren 124 5.3 Schritt 3: Bezugsgröße bestimmen 124 5.4 Schritt 4: Potenzielle Einflussparameter auswählen 127 5.5 Schritt 5: Bezugsgröße und Einflussparameter messen bzw. erfassen 130 5.6 Schritt 6: Datensatz empirisch-statistisch analysieren 132 5.7 Schritt 7: Maschinen energetisch klassifizieren 141 5.8 Zwischenfazit zum ermittelten Kennwert für die prozessunabhängige Klassifizierung 145 6 Label-Entwurf 151 6.1 Auswahl der Beispielparameter 151 6.2 Label-Typ „Hexagon“ 153 6.3 Label-Typ „Piktogramm“ 154 6.4 Wirkung der Klassifizierungsmodule 155 7 Diskussion 157 7.1 Übertragbarkeit auf andere Maschinenklassen 157 7.2 Erfüllung der Anforderungen an ein Energielabel für Werkzeugmaschinen 157 8 Zusammenfassung 161 9 Ausblick 163 10 Literaturverzeichnis 165 A Anhang 189 A 1 Umwelt- und Verbrauchskennzeichnung nach ISO 14020 189 A 2 Ökodesign nach DIN 50598 191 A 3 Einflussgrößen und deren Auswirkungen auf die Schnittkraft 194 A 4 Liste der untersuchten Maschinen 196 A 5 Energetische Testwerkstücke und Messergebnisse 197 A 6 Scatterplott-Matrix aller Parameter 203 A 7 Begriffsdefinition für Anforderungen an ein Energielabel für Werkzeugmaschinen 204 A 8 Historische Entwicklung 205 / Cutting Machine tools are playing an important role in the production of technical goods. Their energy consumption is significant in the industrial sector and so they were included in the European directive 2009/125/EC for energy-related products (ecodesign requirements). As buildings, consumer goods, and electric engines, machine tools must become verifiable more efficient. As the energy efficiency of machine tools and their comparison are research topics since a long time, no suitable methods for classification were found to facilitate an energy label. Cen-tral challenges are the lack of appropriated reference values as well as the large amount of impact values and use cases. Therefore, this work initially analyses established classification methods of other product groups and their applicability. The derived modular approach consists of a detailed procedure as well as statisti-cal methods for the normalization of significant impact parameters to one charac-teristic value. The classification method is applied and discussed exemplarily to a process-independent energy efficiency indicator. This classified value becomes one module in two drafts for an energy label.:1 Einleitung und gesellschaftliche Einordnung 23 1.1 Motivation 23 1.2 Relevanz 25 1.3 Wirkungsbetrachtung 30 2 Zielsetzung und Aufbau der Arbeit 35 2.1 Zielsetzung 35 2.2 Aufbau der Arbeit 36 3 Analyse bestehender Ansätze und Rahmenbedingungen 39 3.1 Normen und rechtlicher Rahmen 39 3.2 Ausgeführte Energielabel 43 3.3 Methoden zum energetischen Vergleich spanender Werkzeugmaschinen 55 3.4 Energetische Kennwerte als mögliche Bezugsgröße 66 3.5 Kennwertermittlung 81 3.6 Zwischenfazit zu bestehenden Ansätzen und Rahmenbedingungen 90 4 Ansatz zur energetischen Klassifizierung 93 4.1 Methode zur energetischen Klassifizierung 93 4.2 Vorgehen zur Kennwertermittlung und Klassifizierung 96 4.3 Analyse von Einflussgrößen und Randbedingungen zur Kennwertbildung 96 4.4 Konzeption der Klassifizierungsmodule 118 4.5 Zwischenfazit zum entwickelten Ansatz zur energetischen Klassifizierung 121 5 Anwendung der Kennwertermittlung und Klassifizierung 123 5.1 Schritt 1: Maschinenklasse festlegen 123 5.2 Schritt 2: Bilanzgrenzen definieren 124 5.3 Schritt 3: Bezugsgröße bestimmen 124 5.4 Schritt 4: Potenzielle Einflussparameter auswählen 127 5.5 Schritt 5: Bezugsgröße und Einflussparameter messen bzw. erfassen 130 5.6 Schritt 6: Datensatz empirisch-statistisch analysieren 132 5.7 Schritt 7: Maschinen energetisch klassifizieren 141 5.8 Zwischenfazit zum ermittelten Kennwert für die prozessunabhängige Klassifizierung 145 6 Label-Entwurf 151 6.1 Auswahl der Beispielparameter 151 6.2 Label-Typ „Hexagon“ 153 6.3 Label-Typ „Piktogramm“ 154 6.4 Wirkung der Klassifizierungsmodule 155 7 Diskussion 157 7.1 Übertragbarkeit auf andere Maschinenklassen 157 7.2 Erfüllung der Anforderungen an ein Energielabel für Werkzeugmaschinen 157 8 Zusammenfassung 161 9 Ausblick 163 10 Literaturverzeichnis 165 A Anhang 189 A 1 Umwelt- und Verbrauchskennzeichnung nach ISO 14020 189 A 2 Ökodesign nach DIN 50598 191 A 3 Einflussgrößen und deren Auswirkungen auf die Schnittkraft 194 A 4 Liste der untersuchten Maschinen 196 A 5 Energetische Testwerkstücke und Messergebnisse 197 A 6 Scatterplott-Matrix aller Parameter 203 A 7 Begriffsdefinition für Anforderungen an ein Energielabel für Werkzeugmaschinen 204 A 8 Historische Entwicklung 205

CsPbBr₃ is an inorganic perovskite material that is promising for light-emitting applications. Such applications are known to benefit from an island-type active layer structure, which enhances the device’s light emission efficiency. Here, the impact of the environment on the island formation in thermally deposited bilayers of CsPbBr₃/LiBr is investigated. It is demonstrated that the island formation occurs only in humid environments, leading to an enhancement of the photoluminescence quantum yield by a factor of 350. Timeresolved grazing-incidence wide-angle X-ray scattering experiments document the island growth process and reveal that the LiBr has already changed the perovskite crystal orientation prior to the island formation.

Durch Funktionsintegration lassen sich im Automobilbau nicht nur die Anzahl der Bauteile, sondern auch Kosten und Gewicht reduzieren. Diese Methode wurde insbesondere für die Werkstoffe Blech und Kunststoff erforscht. Der Stand der Technik erlaubt es jedoch nicht, beide Werkstoffe mit ihren spezifischen Eigenschaften optimal zu kombinieren, um Bauteile mit integrierten Funktionen in großer Stückzahl herzustellen. In dieser Arbeit wurde ein sensorischer Werkstoffverbund behandelt, bestehend aus einer thermoplastischen Folie mit piezokeramischen Partikeln, einem Aluminiumblech und Kupferelektroden. Der Fokus lag auf den Prozessschritten des Fügens der thermoplastischen sensorischen Folie mit einem Aluminiumblech sowie der schädigungsfreien Weiterverarbeitung des sensorischen hybriden Laminats mittels Blechumformprozessen. Dabei wurde ein robuster kontinuierlicher Fügeprozess zwischen thermoplastischer Folie und Aluminiumblech realisiert und die mechanischen und technologischen Eigenschaften des sensorischen Hybridlaminats umfassend charakterisiert. Das sensorische Laminat wurde anschließend in einen Blechumformprozess überführt, um einen Funktionsdemonstrator herzustellen. Zusätzlich wurde ein Finite-Elemente-Modell zur Beschreibung des Umformverhaltens mit Fokus auf die Metall-Kunststoff-Grenzfläche entwickelt. Diese Methoden ermöglichten die Analyse und Optimierung des Prozesses. Abschließend wurde die Funktion des sensorischen Hybridlaminats als haptisches Eingabesystem und zur Zustandsüberwachung im Automobilbau demonstriert.

This paper presents an innovative, eco-friendly and sustainable tape manufacturing technology that transforms waste carbon and polyamide fibers into a new class of fibrous structure with unidirectional fiber orientation, termed “unidirectional tapes structure” for the fabrication of high performance composites. This novel technology imparts homogeneity, uniformity, orientation and thermal stability in unidirectional tapes structure that resemble conventional prepreg material. Unidirectional configuration of the tapes structure brings a revolution towards development of cost efficient carbon fiber composites for load bearing structural applications. This paper introduces the concept of tape manufacturing technology and highlights the modifications, optimization, and technological developments carried out to develop unidirectional tapes. The structural parameters that play a significant role in the properties of the high performance composite, such as fiber length, fiber orientation, fiber damage, and uniformity, were assessed during tape manufacturing. The results reveal composites fabricated from unidirectional tape structures with optimum parameters deliver tensile strength and modulus of 1370 ± 22 MPa and 85 ± 4 GPa, respectively.

Despite increasing attention for the recently found ferro- and antiferroelectric properties, the polymorphism in hafnia- and zirconia-based thin films is still not sufficiently understood. In the present work, we show that it is important to have a good quality X-ray absorption spectrum to go beyond an analysis of the only the first coordination shell. Equally important is to analyze both EXAFS and XANES spectra in combination with theoretical modelling to distinguish the relevant phases even in bulk materials and to separate structural from chemical effects. As a first step toward the analysis of thin films, we start with the analysis of bulk references. After that, we successfully demonstrate an approach that allows us to extract high-quality spectra also for 20 nm thin films. Our analysis extends to the second coordination shell and includes effects created by chemical substitution of Hf with Zr to unambiguously discriminate the different polymorphs. The trends derived from X-ray absorption spectroscopy agree well with X-ray diffraction measurements. In this work we clearly identify a gradual transformation from monoclinic to tetragonal phase as the Zr content of the films increases. We separated structural effects from effects created by chemical disorder when ration of Hf:Zr is varied and found differences for the incorporation of the substitute atoms between powders and thin films, which we attribute to the different fabrication routes. This work opens the door for further in-depth structural studies to shine light into the chemistry and physics of these novel ferroelectric thin films that show high application relevance.

In this paper we present a comparison of aerogels which are dried under different conditions. Of those, most important are the solvent, temperature, and pressure. Criteria of comparison rely mostly on results from analysis of nitrogen adsorption experiments, as well as transmission electron microscopy imaging. Platinum loaded indium oxide aerogels were picked as a model system for this study as they can be used as highly effective heterogeneous catalysts in methanol steam reforming. The compared drying methods include supercritical drying from CO2, supercritical CO2 - ethanol mixture, freeze drying from tert-butanol and ambient conditions drying from acetone and 1-Methoxyheptafluoropropane. High porosities and large specific surface areas can be achieved via supercritical, freeze- and ambient conditions drying, while retaining the original gel morphology in this system for most methods except freeze drying and ambient conditions drying from acetone.

This report deals with the influence of different sizing agents on carbon fiber (CF) heavy tows towards their impregnation with a geopolymer (GP) suspension and resulting properties of mineral-impregnated carbon-fiber composites (MCF) produced in an automated, continuous process. Three different commercial CFs were investigated after treatment with either thermoplastic, epoxy, or vinyl-ester sizing agents and then compared to unsized CFs. During impregnating, diverse yarn-spreading behavioral modes and degrees of wetness were observed, indicating different degrees of impregnation, both in quality and quantity. All sizing agents decreased the hydrophobic nature of unsized CFs significantly. Supported by microscopic investigation, water contact angle measurement, and thermal gravimetric and mercury intrusion porosity, the epoxy sizing showed the best fiber-matrix distribution over the cross-section and a dense microstructure. Moreover, in single-fiber pullout tests each sizing brought about a significant increase in maximum pullout force, indicating enhanced bond between fiber and matrix. This is attributed to more intense interaction in the interfacial region, fully corroborating the topological characteristics obtained in microscopic analysis. With higher interfacial bond strength, the thermoplastic sizing enabled the highest tensile properties of MCF despite slightly less impregnation quality in comparison with epoxy-sized samples.:Abstract Keywords 1. Introduction 2. Materials and methods 2.1. Raw materials 2.2. Preparation of the mineral-impregnated carbon fiber composites (MCF) 2.3. Single-fiber pullout tests 2.4. Characterization of fresh state properties of MCF 2.5. Mechanical testing of MCF 2.6. Analytical and morphological characterization 3. Results and discussion 3.1. Characterization of CF yarns 3.2. Characterization of yarn processing 3.3. Morphological and analytical characterization of MCF 3.4. Bending behavior of MCF 3.5. Pullout behavior of carbon fibers 3.6. Uniaxial tensile behavior of MCF 3.7. Microscopic analysis of the fracture surfaces of MCF 4. Summary and conclusions CRediT authorship contribution statement Declaration of Competing Interest Acknowledgment References