Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Erarbeitung eines Planungssystems, wo mit Hilfe des Konzeptes der virtuellen Realität, das effektive Fördervolumen von vorschublosen Schaufelradbaggern im Kopfblockverhieb für beliebige Schneidwiderstände, Scheibenzusammensetzungen, Schneid- und Blockgeometrien bestimmt werden kann. Hierzu wurden am Schaufelradbagger 1510 SRs 6300.50.15 im Braunkohlentagebau Nochten intensive Feldmessungen des Schneidwiderstandes sowie des effektiven Fördervolumens durchgeführt. Besonderes Augenmerk wurde auf Fördervolumenverluste gelegt, welche durch Brems- und Beschleunigungsvorgänge des Radauslegers an den Schwenkenden entstehen. Der Einfluss dieser Fördervolumenverluste an den Schwenkenden wurde analysiert und bewertet. Durch umfangreiche VR Simulationen konnten für den Schaufelradbagger SRs 6300 im Tagebau Nochten optimierte Technologieparameter (Scheibenhöhe, Spantiefe) vorgeschlagen werden.

The cutting of foods is characterized by deformation, fracture and friction processes, and the viscoelastic properties of the cutting materials determine their rate-dependent cutting behavior. This is responsible for uncontrolled fracture and deformation events with increasing cutting velocity. There is a significant information deficit regarding the assignment of material properties and cutting parameters, as well as regarding a process description for industrial high-speed cutting. The aim of the work is the analysis of the velocity-dependent cutting behavior of foods up to the high-speed range. The focus is on the deformation and fracture phenomena, analysed by methods of classical material analysis but also associated cutting experiments performed in the range from low to high cutting velocities. For high-speed analyses, a test station enabling cutting velocities of up to 10 m/s was designed. To identify relevant material and cutting parameters and to establish a systematic experimental program, elastomer-based model systems with controllable viscoelastic profiles were developed. The results of the respective investigations were further verified for foods. The velocity-dependent deformation behavior during cutting could be described by dynamic-mechanical material analyses in the frequency range. Cutting force slopes at the beginning of the cutting process correlated with the complex moduli and were furthermore dependent on the cutting velocity; this dependency corresponded to the frequency behavior from material analysis. The fracture properties could be attributed to ductile (polymeric systems) or brittle behavior (cellular plant systems). Confectionary products had a strong temperature- and time-dependent behavior with ductile-brittle transition within the experimental conditions. The results obtained demonstrate that there is a significant relationship between viscoelasticity and velocity-dependent cutting behavior. They allow a phenomenological process description of high-speed cutting and can be used as a basis for the balancing of cutting forces and as input parameters for numerical analyses of the cutting process. / Das Schneiden von Lebensmitteln ist geprägt durch Deformations-, Bruch- und Reibvorgänge. Dabei bestimmen die viskoelastischen Eigenschaften der Schneidgüter deren geschwindigkeitsabhängiges Schneidverhalten. Dies führt mit zunehmender Schneidgeschwindigkeit zu unkontrollierten Bruch- und Deformationsereignissen. Dabei besteht ein Informationsdefizit bei der konkreten Zuweisung von Materialeigenschaften und Schneidparametern sowie einer Verfahrensbeschreibung für das industrielle Hochgeschwindigkeitsschneiden. Ziel der Arbeit ist die Analyse des geschwindigkeitsabhängigen Schneidverhaltens von Lebensmitteln bis in den Hochgeschwindigkeitsbereich. Der Fokus richtet sich auf die Untersuchung der Teilphänomene Deformation und Bruch durch Methoden der klassischen Materialanalyse sowie zugeordnete Schneidexperimente im Bereich von niedrigen bis hohen Schneidgeschwindigkeiten. Für entsprechende Hochgeschwindigkeitsanalysen wurde ein Versuchsstand mit Schneidgeschwindigkeiten von bis zu 10 m/s konzipiert. Zur Identifikation relevanter Material- und Schneidparameter und zur Aufstellung des systematischen Versuchsprogramms wurden Modellsysteme auf Elastomerbasis mit steuerbarem viskoelastischen Profil entwickelt. Die Ergebnisse wurden für Lebensmittel verifiziert. Das geschwindigkeitsabhängige Deformationsverhalten beim Schneiden konnte durch dynamisch-mechanische Materialanalysen im Frequenzbereich beschrieben werden. Dabei korrelierten Kraftanstiege zu Beginn des Schneidvorganges mit den Komplexmoduln. Die Anstiege zeigten eine Abhängigkeit von der Geschwindigkeit; diese entsprach dem Frequenzverhalten aus der Materialanalyse. Die Brucheigenschaften konnten produktspezifisch duktilem (polymere Systeme) oder sprödem Verhalten (zelluläre, pflanzliche Systeme) zugeordnet werden. Zuckerwaren zeigten ein stark temperatur - und zeitabhängiges Verhalten mit duktil-sprödem Übergang innerhalb der Versuchsbedingungen. Die gewonnenen Erkenntnisse demonstrieren den Zusammenhang von Viskoelastizität und geschwindigkeitsabhängigem Schneidverhalten. Sie erlauben eine phänomen ologische Verfahrensbeschreibung des Hochgeschwindigkeitsschneidens und können als Basis für die Bilanzierung von Schneidkräften und als Eingangsparameter für numerische Analysen des Schneidvorganges dienen.

Based on an application in the field of server consolidation, we consider the one-dimensional cutting stock problem with nondeterministic item lengths. After a short introduction to the general topic we investigate the case of normally distributed item lengths in more detail. Within this framework, we present two lower bounds as well as two heuristics to obtain upper bounds, where the latter are either based on a related (ordinary) cutting stock problem or an adaptation of the first fit decreasing heuristic to the given stochastical context. For these approximation techniques, dominance relations are discussed, and theoretical performance results are stated. As a main contribution, we develop a characterization of feasible patterns by means of one linear and one quadratic inequality. Based on this, we derive two exact modeling approaches for the nondeterministic cutting stock problem, and provide results of numerical simulations.

Gegenstand der Dissertationsschrift ist eine Darstellung des gegebenen Wissensstandes zum Scherschneiden anhand der Literatur, mit einer Einordnung des Schrägschneidens. Auf dieser Grundlage erfolgt eine Verfahrens- und Prozeßbeschreibung des Schrägschneidens, als Variante des Scherschneidens, insbesondere eine Untersuchung des auftretenden Verschleisses. Es wird die Anwendung des Laser-Pulver-Auftragschweißen an Schneidwerkzeugen zur Verschleißminimierung erprobt und bewertet.

Im Rahmen des Bundesxzellenzclusters MERGE EXC 1075 an der TU Chemnitz erfolgte die Entwicklung einer neuartigen großserientauglichen Technologie zur Herstellung faserverstärkter Thermoplastbauteile. Für die Demonstration der Technologie wurde eine Pilotanlage realisiert, die zum Ablegen des Thermoplasttapes über eine Verlegeeinheit – einen sog. Tapelegekopf – verfügt. Mit Abschluss des Legeprozesses wird das Halbzeug, das aus einer angebremsten Spule abgezogen wird, abgeschnitten und der Prozess wird von neuem begonnen. Für das Schneiden des Materials haben Voruntersuchungen gezeigt, dass konturierte Klingen erforderlich sind, um ein Verlaufen des Bandes zu vermeiden. Darüber hinaus hat sich als zweckmäßig erwiesen eine zusätzliche Fixierung vorzunehmen. Dies verbessert die Schnittqualität und Zuverlässigkeit des Systems. Aufgrund enger Bauraumrestriktionen wurde entschieden die Schneidbewegung und das Fixieren zwangläufig synchronisiert auf einen Antrieb zurück zu führen. Hierfür wurden zwei ungleichmäßige Rastgetriebe synthetisiert, ausgelegt sowie in weiteren Entwicklungsstufen auskonstruiert, gefertigt und getestet. Mit der Inbetriebnahme des Gesamtanlagensystems erfolgte ebenfalls der Funktionsnachweis dieses mechanisch zwangläufigen Schneidsystems, das im Rahmen des Vortrags vorgestellt wird. Diese Arbeiten entstanden im Rahmen des Bundesexzellenzclusters EXC 1075 „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen“ und wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert. Die Autoren danken für die finanzielle Unterstützung.

Im Rahmen des Bundesxzellenzclusters MERGE EXC 1075 an der TU Chemnitz erfolgte die Entwicklung einer neuartigen großserientauglichen Technologie zur Herstellung faserverstärkter Thermoplastbauteile. Für die Demonstration der Technologie wurde eine Pilotanlage realisiert, die zum Ablegen des Thermoplasttapes über eine Verlegeeinheit – einen sog. Tapelegekopf – verfügt. Mit Abschluss des Legeprozesses wird das Halbzeug, das aus einer angebremsten Spule abgezogen wird, abgeschnitten und der Prozess wird von neuem begonnen. Für das Schneiden des Materials haben Voruntersuchungen gezeigt, dass konturierte Klingen erforderlich sind, um ein Verlaufen des Bandes zu vermeiden. Darüber hinaus hat sich als zweckmäßig erwiesen eine zusätzliche Fixierung vorzunehmen. Dies verbessert die Schnittqualität und Zuverlässigkeit des Systems. Aufgrund enger Bauraumrestriktionen wurde entschieden die Schneidbewegung und das Fixieren zwangläufig synchronisiert auf einen Antrieb zurück zu führen. Hierfür wurden zwei ungleichmäßige Rastgetriebe synthetisiert, ausgelegt sowie in weiteren Entwicklungsstufen auskonstruiert, gefertigt und getestet. Mit der Inbetriebnahme des Gesamtanlagensystems erfolgte ebenfalls der Funktionsnachweis dieses mechanisch zwangläufigen Schneidsystems, das im Rahmen des Vortrags vorgestellt wird. Diese Arbeiten entstanden im Rahmen des Bundesexzellenzclusters EXC 1075 „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen“ und wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert. Die Autoren danken für die finanzielle Unterstützung.

Gegenstand der Dissertationsschrift ist eine Darstellung des gegebenen Wissensstandes zum Scherschneiden anhand der Literatur, mit einer Einordnung des Schrägschneidens. Auf dieser Grundlage erfolgt eine Verfahrens- und Prozeßbeschreibung des Schrägschneidens, als Variante des Scherschneidens, insbesondere eine Untersuchung des auftretenden Verschleisses. Es wird die Anwendung des Laser-Pulver-Auftragschweißen an Schneidwerkzeugen zur Verschleißminimierung erprobt und bewertet.:1. Einleitung 2. Systematisierung von Profilen und Rohren 3. Herstellung von Profilen und Rohren 3.1. Fertigung von Profilen und Rohren 3.2. Trennen von Profilen und Rohren 4. Zerteilen – Stand der Technik 4.1. Systematik der Zerteilverfahren 4.2. Scherschneiden von Feinblechen 4.2.1. Schneidspalt und Schnittflächenqualität 4.2.2. Schneidkraft Scherschneiden im vollkantigen Schnitt Scherschneiden im kreuzenden Schnitt, Schrägschneiden 4.2.3. Werkzeugverschleiß 4.2.4. Schneidgeschwindigkeit 4.3. Beschichtungen an Werkzeugen zum Schneiden 5. Zielstellung und Inhalt der Arbeit 6. Scherschneiden von Leichtbauprofilen und –rohren 6.1. Schneidvorgang 6.2. Werkzeugaufbau 6.3. Auslegung von Scherschneidwerkzeugen für Leichtbauprofile und –rohre 6.4. Versuche zum Scherschneiden mit Schneidmessern von Leichbauprofilen und –rohren 6.4.1. Schneidspalt und Schnittflächenqualität 6.4.2. Schneidkraft und Schneidkraftverlauf 6.4.3. Werkzeugverschleiß 7. Laser-Pulver-Auftragsschweißen hartstoffverstärkter Verschleißschutz- schichten auf Schneidflächen von Schneidmessern 7.1. Laser-Pulver-Auftragschweißen 7.2. Werkstoffe 7.2.1. Grundmaterial 7.2.2. Zusatzwerkstoffe/Hartstoffe 7.2.3. Versuche zum Laser-Pulver-Auftragschweißen an Schneidflächen von Schneidmessern 7.3. Versuche zum Schrägschneiden mit hartstoffverstärkten Verschleißschutzschichten 8 Vergleich und Bewertung der Beschichtungssysteme 9. Zusammenfassung und Ausblick Anhang Literaturverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis