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ERP-Systeme sind längst – nicht zuletzt durch mittelstandsspezifische Anbieter derartiger
Systeme – eine Selbstverständlichkeit auch in kleinen und mittleren Unternehmen (KMU).
Gleichzeitig stellen sie gerade in KMU häufig auch die einzige Informationsquelle für das
Controlling dar. Welche Anforderungen vor di esem Hintergrund an ein mittelstandsorientier-
tes Controlling gestellt werden, ist Gegenstand der hier aufgenommen Beiträge. Die Thematik
wird dabei sowohl aus einer konzeptionell-the oretischen, als auch aus einer anwendungsori-
entierten Perspektive behandelt. Die Beiträge sind hervor gegangen aus der langjährigen Ko-
operation zwischen den Lehrstühlen für Unte rnehmensrechnung und Controlling (Kaiserslau-
tern) sowie Controlling und Wirtschaftsinformatik (Zielona Gó ra), deren wesentliches Ziel
die Untersuchung von Möglichkeiten und Grenzen der Umsetzung aktueller betriebswirt-
schaftlicher Erkenntnisse in Standard-ERP Software für KMU ist.
Im ersten Beitrag geht es um Möglichkeiten und Grenzen der Befriedigung des Informations-
bedarfs von Controllinginstrumenten in Standard-ERP Software. Der zw eite Beitrag beschäf-
tigt sich mit dem (kaum vorhandenen) ERP-Bez ug in Standardlehrbüchern zur Kostenrech-
nung. Der dritte Beitrag geht von der Erkenntnis aus, dass die zunehmende mathematische
Komplexität betriebswirtschaftlicher Instrumente insbesondere im KMU-Kontext nicht auch
zu „besseren“ entscheidungsrelevanten Informationen führt. Die Originalbeiträge sind 2009 in
einem Sonderheft der polnischen Zeitschrift Management erschienen.
Personalentwicklung junger Graduierter und Forschender - Das Personalkonzept der TU Kaiserslautern
(2010)
Der Artikel befasst sich mit dem Personalkonzept der TU Kaiserslautern (TUK) im Bereich des Postgradualen. Der Grundgedanke konnte u.a. mit den Förderungen der Stiftung Mercator und des Stifterverbands für die Deutsche Wissenschaft erstmalig an der TUK erprobt werden und wurde anschließend als Teil des Weiterqualifizierungskonzepts der TUK von der International School for Graduate Studies (ISGS )übernommen.
Das vorliegende Buch soll den Studenten der Natur- und Ingenieurwissenschaften
mit den Grundlagen der Thermodynamik vertraut machen und an prägnanten
Beispielen mit ausführlichen Lösungen zeigen, wie konkrete Probleme anzugehen
sind. Die Begriffe Temperatur und Wärme entsprechen der Alltagserfahrung. An-
ders als in der Mechanik und Elektrodynamik ist es jedoch erst nach 1900 zu einer
mathematisch tragfähigen Formulierung der Thermodynamik gekommen. Dies liegt
vor allem daran, daß sie alltägliche Vorgänge der Vielteilchenphysik beschreibt, die
ihrer Natur nach statistischen Unbestimmtheiten unterliegen. Deshalb besitzt die
Thermodynamik eine andere mathematische Struktur als etwa die Mechanik und
wird im Prinzip erst durch die statistische Mechanik vollständig beschrieben, die
makroskopische Eigenschaften aus den mikroskopischen molekularen Eigenschaften
herleitet. Demgegenüber interessieren in den technischen Anwendungen vor allem
die Beziehungen zwischen makroskopischen Mittelwerten, wobei Abweichungen von
diesen Mittelwerten nur gelegentlich eine Rolle spielen. In der Thermodynamik
gelingt es, die für die Anwendungen wichtigsten statistischen Sachverhalte bereits
durch zwei Größen nämlich Temperatur und Entropie darzustellen, ohne die mikro-
skopischen Eigenschaften der Moleküle heranziehen zu müssen. Die beiden Größen
lassen sich über wenige Erfahrungstatsachen (Hauptsätze) der makroskopischen Phy-
sik widerspruchsfrei einführen. Für die meisten Anwendungen in der technischen
Thermodynamik und physikalischen Chemie erweist sich diese makroskopische
Beschreibung als hinreichend.
Das Buch besteht aus vier Teilen:
Teil I befaßt sich mit den Grundbegriffen der Thermodynamik. Sie werden für
die Gleichgewichtszustände der Systeme über die vier Hauptsätze (Null bis drei)
eingeführt. Die Hauptsätze reichen aus, um die Rolle der Temperatur und der
thermodynamischen Potentiale zu verstehen und das physikalische Verhalten am
absoluten Nullpunkt herzuleiten. Die Anwendungen sind so ausgewählt, daß die we-
sentlichen Begriffsbildungen an charakteristischen Beispielen aus den verschiedenen
Spezialgebieten der Thermodynamik geklärt werden.
Teil II behandelt die Thermodynamik irreversibler Prozesse. Hier wird die lineare
Theorie der Ausgleichsvorgänge in räumlich inhomogenen Systemen beschrieben.
Diese Systeme werden als Vereinigung vieler kleiner homogener Materialelemen-
te mit Konvektionsbewegung dargestellt, von denen sich jedes in einem inneren
Gleichgewicht im Sinne von Teil I befindet. Aus der Unterschiedlichkeit der Gleichge-
wichtsparameter ergeben sich dann Näherungen für den Zeitverlauf des Ausgleichs-
vorgangs. Auf diese Weise entsteht eine zeitabhängige Kontinuumsthermodynamik,
die für die meisten praktischen Anwendungen hinreichend ist. Dabei sind die Phä-nomene der thermischen Schwankungen vernachlässigt, die man bei sehr kleinen
Materialelementen gesondert beachten muß.
Teil III erläutert deshalb die thermischen Schwankungen. Hier werden die statis-
tischen Methoden soweit besprochen, als es für Verständnis und Beurteilung der
Schwankungen notwendig ist. Eine zentrale Rolle spielt dabei das Schwankungs-
-Dissipations Theorem, welches die Höhe und Breite der mittleren Fluktuation
abschätzt. Darüberhinaus stellt Teil III den Zusammenhang zwischen Thermodyna-
mik und klassischer Mechanik des Vielteilchensystems auf Basis der statistischen
Mechanik der Gleichgewichtsphänomene dar. Hier wird der statistische Hintergrund
der thermodynamischen Potentiale und der Temperatur erläutert.
Teil IV enthält die ausführlichen Lösungen aller Aufgaben.
Das Buch ist auch zum Nachschlagen für Physiker, Chemiker und Lehrer geeignet.
Mathematisch werden nur Kenntnisse der Differential- und Integralrechnung sowie
der Vektoranalysis vorausgesetzt. Zur Orientierung in der Vielfalt der Spezialgebiete
werden Hinweise zu Lehrbüchern der technischen Thermodynamik und physikali-
schen Chemie gegeben. Die Tabellen im Anhang stellen dem Leser einige für die
Praxis wichtige Daten direkt zur Verfügung.
In Zeiten rasant ansteigender Energiepreise wird die Energieeinsparung durch Gewichtsreduzierung
bewegter Massen, z. B. im Automobilbau, zunehmend wichtiger. In immer mehr Bereichen des
Automobilbaues werden Faser-Kunststoff- Verbunde (FKV) aufgrund ihrer geringen Dichte eingesetzt.
Positive Aspekte einer Faserverstärkung von Kunststoffen sind Verbesserungen der Steifigkeit und
der Festigkeit. Negativ wirkt sich die Faserverstärkung hingegen auf die Bruchdehnung aus. Je nach
eingesetztem FKV kann durch die geringe Bruchdehnung bei einem Crash nur wenig Energie absorbiert
werden und es kommt zum strukturellen Versagen. Wegen der günstigen Material- und
Verarbeitungskosten werden im Auto- mobilbau häufig langglasfaserverstärkte Thermoplaste (LFT)
verwendet. Diese können allerdings aufgrund ihrer suboptimalen Crasheigenschaften in vielen
Bereichen des Fahrzeugbaues nicht eingesetzt werden. Die vorliegende Arbeit befasst sich daher mit
der Verbesserung der Crasheigenschaften von LFT durch eine Verstärkung mit Metalltextilien. Ziel
ist es, den Anwendungsbereich von LFT im Auto- mobilbau zu erweitern. Aufgrund der Erfahrungen in
vorangegangenen Arbeiten liegt der Fokus der vorliegenden Arbeit auf den Eigenschaften eines mit
Edelstahl- schweißgitter (ESG) verstärkten LFT. Das Material wurde mit einer Vielzahl an Versuchen
einer eingehenden mechanischen Charakterisierung unterzogen. Vor der Probenentnahme wurde die
herstellungsbedingte Faserorientierung in Plattenebene untersucht. Dies geschah durch die
Auswertung von Röntgen- und Durchlicht- aufnahmen. Es wurde eine hochgradige Faserausrichtung in
Fließrichtung fest- gestellt. Mit Hilfe der Computertomographie war eine qualitative Untersuchung
der lokalen Faserorientierung möglich. Weiterhin konnte die Beeinflussung der Faser- orientierung
durch die Metalltextilverstärkung beobachtet werden. Aufgrund der Be- deutung der
Interfaceeigenschaften zwischen Stahl und LFT für den ESG-LFT- Verbund wurden die Scher- und
Normalfestigkeit mit Hilfe von Drahtauszug- und Stirnabzugversuchen bestimmt. Die
Interfaceeigenschaften wurden für verschiedene Vorbehandlungsmethoden der metallischen Oberfläche
untersucht. Eine Vorbehand- lung durch Druckluftstrahlen der Oberfläche führte zu den besten
Haftungs- eigenschaften. Als Strahlmittel wurden Korundpartikel eingesetzt. Neben metall-
textilverstärkten LFT-Proben wurden auch unverstärkte LFT-Proben als Referenzuntersucht. Es wurden quasistatische Versuche unter Zug- und Schubbelastung
durchgeführt. Wegen der Crashanwendung wurden die Zugversuche auch unter
kurzzeitdynamischer Belastung durchgeführt. Zusätzlich wurden Durchstoßversuche
durchgeführt, um den Einfluss auf die Energieabsorption beobachten zu können. Um
die Verbesserung der strukturellen Integrität zu demonstrieren, wurden einfache
Demonstratorbauteile unter Zugbelastung getestet. Dabei konnte neben einer
Bestimmung wichtiger Materialparameter eine erhöhte Energieaufnahme und eine
verbesserte strukturelle Integrität nachgewiesen werden. Zur Erweiterung der
experimentellen Erkenntnisse wurde ein parametrisiertes Simulationsmodell auf
Mikroebene entwickelt. Anhand des Mikromodells gelang es, einen detaillierten
Einblick in den Spannungszustand und das Versagensverhalten von ESG-LFT zu
erhalten. Des Weiteren war es damit möglich, den Einfluss verschiedener Geometrieund
Haftungsparameter auf die Verbundeigenschaften zu untersuchen. Die
vorliegenden Erkenntnisse wurden zur Programmierung eines makromechanischen
Simulationsmodells genutzt. Dieses zeigte, trotz der vorgenommenen
Vereinfachungen, bereits gute Übereinstimmungen von Simulation und Experiment
und konnte Hinweise für weiterführende Arbeiten liefern. Das entwickelte makromechanische
Modell kann damit als Basis für die Weiterentwicklung dieses Materialmodells genutzt werden.
Fiber-reinforced plastics are hybrid materials designed for the needs of the 21st century.
With their capability to form low weight structures, while preserving high stiffness
and excellent damping, these composites provide solutions for a broad range of markets.
Unfortunately, some of these advantages are not used in practice because there exist
no fast and automated manufacturing processes for efficient production. In the research
field of continuous-reinforced thermoplastic composites, industry is facing a
challenge of high viscose polymer melt and thereby an imperfect fiber wet-out. As a
result, synergy effects of fibers within a polymer could not be fully exploited.
The topic of this work is to adapt new processing technologies for reactive thermoplastic
polymers. On one hand, fast heating and cooling options offer processes with
shorter cycle time, and on the other hand, low viscosity of reactive polymers impregnates
the textile structures faster. This results in faster and cheaper manufacturing of
composites that are yet to be realized for the market.
All FRPCs were produced on a continuous compression molding press. As a noncontinuous
technology, an inductive heated CageSystem® from RocTool has been
selected. Entropically driven ring-opening cyclic oligomers form Cyclics with waterlike
melt viscosities are chosen as reactive matrix.
The viscosity of Cyclic Butylene Terephthalate (CBT*) was measured using a rheometer.
The rheological behavior is determined under isothermal conditions for various
temperatures. The chemical transformation from oligomer to macromolecule pCBT1
was assessed by size exclusion chromatography. Based on these studies, a kinetic
polymerization model was constructed which involved an Arrhenius-type equation. By
using the activation energy and pre-exponential factor, it was possible to offer an
exact mathematical solution for the prediction of isothermal conversion. A numerical
solution of the Arrhenius equation helped to predict the polymerization for any timetemperature
conditions. Furthermore, the polymerization model was extended to describe
the chemo-rheology. Inserting specific material parameters, the bipartite model
was able to provide a numerical prognosis for the viscosity with the input parameters
time-temperature. All models were calibrated and validated with the experimental
data. The continuous compression molding press was used to consolidate CBT-prepregs
and PBT-prepregs. As reinforcing phase, a multiaxial non-crimp-fabric from Ahlstrom
was used. This fabric contained glass fibers with a “CBT*-compatible” sizing. The
design of experiments was mainly focusing on the variation in the temperature distribution
in process direction with respect to process speeds. An extensive analysis,
from optical to energy absorption, was performed on the resulting FRPC-product,
called organic sheet. All test results showed a better performance for GF-pCBT
compared to GF-PBT. Even for much higher process speed, the material properties
of GF-pCBT did not deteriorate strongly in contrast to GF-PBT. The enhancement
was traced to a better fiber-matrix interface (e.g., ILSS values) and to an excellent
fiber wet-out with pCBT (e.g., SEM pictures).
Viscosity and impregnation are the main factors behind the transversal visco-elastic
impregnation model that was deduced. An arithmetic function that tracks the impregnation
process for the classical thermoplastic PBT and its reactive pendant CBT*
was derived. This was based on the dimensionless B-factor which was considered as
technology independent performance indicator. The model was able to link the fast
impregnation with CBT* - the viscosity of which is 10-5 magnitude lower than PBT - to
all temperature-time-conditions. An optimization method was used to find process
parameters to realize a minimum cycle time for the continuous process. This model
was adapted to the non-continuous pressing technology to find the minimum cycle
time.
To evaluate the economic potential, a transparent process analysis was set up in
form of a static cost calculation. In a first step, all monetary activities from each technology
were identified and rated. The cycle time - as main capacity indicator - was
based on the chemo-rheological model introduced above. Different break-even
analyses and production costs highlighted the techno-economic potential of the related
process-material-combination. A synergistic effect between innovative process
technologies and reactive thermoplastic polymer was found.
Faster and more efficient technologies for the production of fiber-reinforced plastics
have been systematically developed and evaluated. The results were achieved with
an intelligent combination of manufacturing technology and modern reactive thermoplastic
polymers. Moreover, the approach of this work can be transferred to the other
reactive thermoplastic matrix-based composites.
The aim of this study is to describe the consolidation in thermoplastic tape placement
process to obtain high quality structure, making the process viable for automotive
and aerospace industrial applications. The major barrier in this technique is very
short residence time of material under the consolidation roller to accomplished complete
polymer diffusion in the bonded region. Hence investigation is performed to find
out the optimize manufacturing parameters by extensive material, process, product
testing and through process simulation.
Temperature distribution and convective heat transfer under the hot gas torch is experimentally
mapped out. Bonding process inside the laminate is the combine effect
of layers (tapes) intimate contact Dic development and resulting polymer diffusion Dh
at these contacted sections. Three energy levels are identified based on the process
velocity and hot gas flow combinations. For the low energy parameter combinations,
the energy input to the incoming tape and substrate material is limited and result in
incomplete intimate contact which restricts the bonding process. On other hand high
energy input although could increase the bonding degree Db even up to the 97%, but
also activate the thermal degradation phenomena. It is found out that the rate of polymer
healing (diffusion) and polymer crosslinking follows the Arrhenius laws with the
activation energies of 43 KJ/mol and 276 KJ/mol. The polymer crosslinking at high
temperature exposure hinder the polymer diffusion process and reduces the strength
development. So the parameters combination at intermediate energy level provides
the opportunity of continuous interlaminar strength improvement through out the layup
process.
Deformation of tape edges is identified as the dictating factor for the laminate’s transverse
strength. Tape placement with slight overlap reinforced the transverse joint by
more 10 % as compared to pure matrix joint. Finally the simulation tool developed in
this research work is used for identifying the existing limitation to achieve full consolidation.
A parameter study shows that extended consolidation either by mean of additional
pass or by increasing consolidation length widens the high strength (over 90%)
bonding degree Db contour. Thus high lay-up velocity (up to 7 m/min) is viable for industrial
production rate.
In recent years the consumption of polymer based composites in many engineering
fields where friction and wear are critical issues has increased enormously. Satisfying
the growing industrial needs can be successful only if the costly, labor-intensive and
time-consuming cycle of manufacturing, followed by testing, and additionally followed
by further trial-and-error compounding is reduced or even avoided. Therefore, the
objective is to get in advance as much fundamental understanding as possible of the
interaction between various composite components and that of the composite against
its counterface. Sliding wear of polymers and polymer composites involves very
complex and highly nonlinear processes. Consequently, to develop analytical models
for the simulation of the sliding wear behavior of these materials is extremely difficult
or even impossible. It necessitates simplifying hypotheses and thus compromising
accuracy. An alternative way, discussed in this work, is an artificial neural network
based modeling. The principal benefit of artificial neural networks (ANNs) is their ability
to learn patterns through a training experience from experimentally generated data
using self-organizing capabilities.
Initially, the potential of using ANNs for the prediction of friction and wear properties
of polymers and polymer composites was explored using already published friction
and wear data of 101 independent fretting wear tests of polyamide 46 (PA 46) composites.
For comparison, ANNs were also applied to model the mechanical properties
of polymer composites using a commercial data bank of 93 pairs of independent Izod
impact, tension and bending tests of polyamide 66 (PA 66) composites. Different
stages in the development of ANN models such as selection of optimum network
configuration, multi-dimensional modeling, training and testing of the network were
addressed at length. The results of neural network predictions appeared viable and
very promising for their application in the field of tribology.
A case example was subsequently presented to model the sliding friction and wear
properties of polymer composites by using newly measured datasets of polyphenylene
sulfide (PPS) matrix composites. The composites were prepared by twinscrew
extrusion and injection molding. The dataset investigated was generated from
pin-on-disc testing in dry sliding conditions under various contact pressures and sliding speeds. Initially the focus was placed on exploring the possible synergistic effects
between traditional reinforcements and particulate fillers, with special emphasis on
sub-micro TiO2 particles (300 nm average diameter) and short carbon fibers (SCFs).
Subsequently, the lubricating contributions of graphite (Gr) and polytetrafluoroethylene
(PTFE) in these multiphase materials were also studied. ANNs were trained
using a conjugate gradient with Powell/Beale restarts (CGB) algorithm as well as a
variable learning rate backpropagation (GDX) algorithm in order to learn compositionproperty
relationships between the inputs and outputs of the system. Likewise, the
influence of the operating parameters (contact pressure (p) and sliding speed (v))
was also examined. The incorporation of short carbon fibers and sub-micro TiO2
particles resulted in both a lower friction and a great improvement in the wear resistance
of the PPS composites within the low and medium pv-range. The mechanical
characterization and surface analysis after wear testing revealed that this beneficial
tribological performance could be explained by the following phenomena: (i)
enhanced mechanical properties through the inclusion of short carbon fibers, (ii)
favorable protection of the short carbon fibers by the sub-micro particles diminishing
fiber breakage and removal, (iii) self-repairing effects with the sub-micro particles, (iv)
formation of quasi-spherical transfer particles free to roll at the tribological contact.
Still, in the high pv-range stick-slip sliding motion was observed with these hybrid
materials. The adverse stick-slip behavior could be effectively eliminated through the
additional inclusion of solid lubricant reservoirs (Gr and PTFE), analogous to the
lubricants used in real ball bearings. Likewise, solid lubricants improved the wear resistance
of the multiphase system PPS/SCF/TiO2 in the high pv-range (≥ 9 MPa·m/s).
Yet, their positive effect, especially that of graphite, was limited up to certain volume
fraction and loading conditions. The optimum results were obtained by blending
comparatively low amounts of Gr and PTFE (≈ 5 vol.% from each additive). An introduction
of softer sub-micro particles did not bring the desired ball bearing effect and
fiber protection. The ANN prediction profiles for PPS tribo-compounds exhibited very
good or even perfect agreement with the measured results demonstrating that the
target of achieving a well trained network was reached. The results of employing a
validation test dataset indicated that the trained neural network acquired enough
generalization capability to extend what it has learned about the training patterns to
data that it has not seen before from the same knowledge domain. Optimal brain surgeon (OBS) algorithm was employed to perform pruning of the network
topology by eliminating non-useful weights and bias in order to determine if the
performance of the pruned network was better than the fully-connected network.
Pruning resulted in accuracy gains over the fully-connected network, but induced
higher computational cost in coding the data in the required format. Within an importance
analysis, the sensitivity of the network response variable (frictional coefficient
or specific wear rate) to characteristic mechanical and thermo-mechanical input variables
was examined. The goal was to study the relationships between the diverse
input variables and the characteristic tribological parameters for a better understanding
of the sliding wear process with these materials. Finally, it was demonstrated that
the well-trained networks might be applied for visualization what will happen if a certain
filler is introduced into a composite, or what the impacts of the testing conditions
on the frictional coefficient and specific wear rate are. In this way, they might be a
helpful tool for design engineers and materials experts to explore materials and to
make reasoned selection and substitution decisions early in the design phase, when
they incur least cost.