Zur kontinuierlichen Herstellung von Faser-Kunstoff-Verbunden in Form von Profilen hat sich das Pultrusionsverfahren seit langem erfolgreich industriell etabliert. Bis jetzt wurden fast ausschließlich duroplastische Matrizes verwendet. Aufgrund der zahlreichen Vorteile wecken thermoplastische Faserverbundwerkstoffe zunehmend das Interesse der Industrie; der Einsatz und die Fertigung von thermoplastischen Profilen in hohen Stückzahlen werden jedoch bislang wegen mangelnder Grundkenntnisse noch nicht realisiert. In der vorliegenden Arbeit wird der Pultrusionsprozess thermoplastischer Faserverbundwerkstoffe im Hinblick auf Realisierbarkeit und Optimierung von Prozessparametern untersucht. Ziel war es bereits vorliegende Erkenntnisse zu erweitern und bestehende Wissenslücken zu schließen. Als Ausgangsmaterial wurden verschiedene Garntypen verwendet: ein Garn aus Kohlenstoff- und Polyamid 12-Fasern, ein Mischgarn aus Glas- und Polypropylen-Fasern sowie Polypropylen pulverimprägnierte Glasfasern (sogenannte Towpregs). Besonderes Augenmerk lag auf dem ersten Garntyp aus CF/PA12, der diskontinuierliche Fasern enthält. Mit diesen Materialien wurden unidirektional faserverstärkte, rechteckige und runde Profile hergestellt. Weiterhin wurde der Einfluss von zwei Hauptprozessparametern, die Temperatur der Vorheizzone und der Heizdüse und die Abzugsgeschwindigkeit, sowie von der Länge der Heizdüse auf die Profilqualität analysiert. Die jeweils verwendeten Garntypen, der sich einsstellende Faservolumengehalt sowie der Feuchtigkeitseinfluss wurden zusätzlich systematisch untersucht. Weiterhin wurde die Abzugskraft analysiert. Die Charakterisierung der Pultrudatqualität erfolgte durch mechanische und morphologische Prüfungen. Der Imprägnierungsgrad, die Biegeeigenschaften und die Scherfestigkeit, sowie zweitrangig die Charpy-Schlagzähigkeit und die Zugeigenschaften wurden hierzu ermittelt und anschließend bewertet. Weiterhin wurde die Oberflächenqualität mittels Laserprofilometrie untersucht. Einen entscheidenden Faktor stellte die Abzugsgeschwindigkeit dar. Bis auf die Oberfläche wurden Verschlechterungen der Imprägnierung und der mechanischen Eigenschaften mit zunehmender Geschwindigkeit beobachtet. Weiterhin wurde der Abkühlungsprozess untersucht. Die bei der Pultrusion vorhandenen Abkühlraten sind sehr hoch und werden von der Abzugsgeschwindigkeit sowie der Kühldüsentemperatur beeinflusst.Die Erstellung eines Verarbeitungsfensters für das Garn aus CF/PA12 wurde erfolgreich durch Verwendung einer Qualitätskennzahl durchgeführt. Des Weiteren wurde die Erstarrung und der Prozess der Kristallisation aus der Schmelze für das CF/PA12 System näher untersucht. Zur Beschreibung der isothermen sowie nicht-isothermen Kristallisationskinetik wurden verschiedene Methoden angewandt. In diesem Zusammenhang lieferten das Modell von Chuah zufriedenstellende Ergebnisse. Weiterhin erfolgte die Modellierung der Wärmeübertragung zur Vorhersage der Temperatur im Material während der Pultrusion mit der Finiten Elemente Methode. Aufbauend hierauf können im Versuchsvorfeld die am besten geeigneten Werkzeugtemperatur-/Abzugsgeschwindigkeitskombinationen eingestellt werden.

The introduction to the topic is a description of the techno-economic evolution of composites. Apart from this, today’s market state of the art of composites is also explained. As a conclusion, the principal trend towards the higher quality by the increased application of carbon fibers is ascertained. In particular, it is pointed out that the restraints of the market growth are mainly caused by the high price, most notably, of the fiber materials. This situation, in connection with the maturation of the composite manufacturing processes, demands the need of a cost calculation tool. In the second step, former composite cost models and their implementations into software – if available – are described and benchmarked. As a result it is proposed to combine, different approaches because of their fundamental potential as well as the deficits. It is suggested to use a resource-based methodology combined with the PBKM (prozessbasierte Kostenmodellierung = process-based cost modelling) and to implement the models in a cost calculation software. The first aim is an economic process analysis which is carried out to receive an abstract and modular system. Thereby, it is possible to describe the production processes by successive refinement more and more detailed. The process is divided in multiple steps which are itself subdivided in technical activities or handlings. The relevant cost objects with the identifiable cost positions are assigned to those handlings. This approach assures modularity and offers the possibility of an easy software implementation. In addition, the functionality of this methodology is demonstrated considering the two examples “thermoplastic tape placement” and “continuous pressing”. For that reason these composite manufacturing techniques are analyzed and the structure is mapped within the use of suggested methodology. The next topic deals with the modelling of the cycle time for the thermoplastic tape placement with the use of the PBKM. Within this methodology the derivation of the cycle time depends only on physical process parameters, which results in a geometrical complexity based model. The developed model is verified by comparing of the theoretically derived values with practical experiments. Along with this, the assumptions for this model are revised and verified. As a technical enhancement of the tape placement process, different designs of a geometry-adaptive consolidation role are introduced. This technical extension of the process technology is necessary for the final verification of the model. The new consolidation unit enables to move all geometrical degrees of freedom and complexities with the same laminate quality. Finally, a possibility to transfer the methodology of the PBKM to other technologies is proved. Therefore, it is offered a modus operandi how the continuous pressing technique can be modelled with the help of the PBKM. The last chapter deals with the cost calculation tool concerning the structural configuration, design, and functionality of the software. It is the consequential synthesis of the results of the economic process analysis and the cycle time models. The practicability of the modularity is proved by its application in the design phase of the software and by the integration of the modelling into the tool. The developed cost calculation software for composite manufacturing processes offers a standardization of the inputs and calculation algorithms by the use of introduced process analysis, the subdivision into smallest units. The cycle time calculation models are process specific know-how which can easily be used unlike an expert's system. The separation of the single functional entities assures a stringent data management, possibilities for the advancement, and furthermore, the variableness of representation and reuse of the derived data. The functionality of the cost tool concerning evaluations and comparisons are pointed out with two case studies. Plus, the postulated transferability of the methodology on other composite technologies is demonstrated. The main advantage of this system is that the modelling offers economical statements of different process variations without experimentation. Besides, the values ascertained by the PBKM are more precise compared to other existing models. Therefore, the PBKM can be the basis for investment decisions like technology change or modifications and helps to identify techno-economic limitations and potentials. This version of the cost calculation software offers only the standard repertoire of cost evaluations and comparisons which turn out to be upgradeable. Thus, there exists potential to enhance the functionality concerning sensitivity analyses, the integration of cycle time models for other composite processing technologies, and further possibilities for the graphic processing. As a conclusion the software with the combination of different attempts offers a good starting position with respect to the current evolution status and should be extended.

Die Begrenzung und Minimierung der Belastung der Bevölkerung durch Umgebungslärm ist ein wichtiges Handlungsfeld der Raumplanung und insbesondere der Stadtplanung als koordinierender Gesamtplanung auf örtlicher Ebene. Obwohl für die Immissionssituation empfindlicher Gebiete in vielen Fällen nicht nur eine Anlage, sondern die Kombination mehrerer, z. T. unterschiedlicher Emittenten maßgeblich ist, fehlt bisher ein fachlich abgesichertes und in der Planungspraxis anwendbares Konzept zur Modellierung und zum Management kombinierter Umgebungslärmimmissionen. Die unter dem Stichwort ’Gesamtlärm’ geführte fachliche und rechtliche Diskussion hat sich in diesem Zusammenhang bislang sehr stark auf Summationsregeln für Immissionspegel und daraus abgeleitete Belastungsgrenzwerte reduziert. Zielsetzung der Arbeit ist es, eine strukturierte Modellierung als Basis für ein Managementkonzept zu erarbeiten, das die Erfassung und Interpretation kombinierter Umgebungslärmbelastungen ermöglicht. Maßgeblich für die Modellierungsparadigmen ist der Anspruch, die Anforderungen und Handlungsspielräume der Stadtplanung zu berücksichtigen, sich also an praktisch verfügbaren und planerisch steuerbaren Daten und Erkenntnissen zu orientieren, mit Unschärfen transparent umzugehen und auch die im internationalen Umfeld schon praktisch angewandten Konzepte auf Übertragbarkeit zu untersuchen. Der dafür gewählte Modellierungsansatz basiert auf der Charakterisierung des Umgebungslärms als Interaktion zwischen emittierenden und empfindlichen Raumnutzungen und damit als Raumnutzungskonflikt, der sich zum Einen als räumliches Risiko (z. B. für die menschliche Gesundheit) und zum Anderen als Ressourcenkonflikt um die Ruhe als Qualitätsmerkmal von Standorten darstellen lässt. Durch die Vielzahl der in die Modellierung einzubeziehenden Elemente und Parameter in den Bereichen Emission, Transmission, räumliche Immission, Exposition und Lärmwirkung ergibt sich die Notwendigkeit, neben fachlichen Vereinfachungen auch räumliche Abschichtungen vorzunehmen. Im Ergebnis wird ein dreistufiges Modellkonzept vorgeschlagen, das auf der ersten Stufe - Raumbezogenes Belästigungsrisiko - Optimierungskriterien für Gesamträume mit dem Ziel der Risikominimierung auf Basis vorliegender, stark generalisierender Belästigungskenngrößen herleitet und sich vor allem für räumlich übergeordnete Planungsaufgaben wie die Flächennutzungs- und die Gesamtverkehrsplanung eignet. Als räumliche Konkretisierung wird für die Bearbeitung quartiersbezogener Planungsaufgaben eine Modellebene ’Ruhezonierung’ vorgeschlagen, die sich vom Risikoansatz löst und Maßstäbe für die qualitätsorientierte Optimierung kleinräumiger Immissionssituationen enthält. Die letzte, in der Arbeit nur skizzierte Modellebene - Lokale akustische Qualität - enthält gebäudebezogene Ansätze zur Qualitätssteigerung. Damit entsteht ein durchgängiges Managementkonzept zur Anwendung in der örtlichen Gesamtplanung, das versucht, die vorhandenen Erkenntnisse der Lärmwirkungsforschung unter Beachtung der Datenqualität und des erforderlichen Detaillierungsgrads in schlüssiger und anwendbarer Weise für die räumlichen Handlungsebenen der Stadtplanung nutzbar zu machen.

Die Computerisierung der Gesellschaft bedingt ein ständiges Zunehmen der Geschwindigkeit, mit der neue Daten erzeugt werden. Parallel zu dieser Entwicklung steigt der Bedarf an geeigneten Analyseverfahren, die in diesen großen und oftmals heterogenen Datenmengen Muster finden, Zusammenhänge entdecken und damit Wissen erzeugen. Das in dieser Arbeit entwickelte Verfahren findet die passende Struktur in einer ungeordneten, abstrakten Datenmenge, ordnet die zugrunde liegenden Informationen und bündelt diese somit für eine gezielte Anwendung. Dieser Prozess des Information Clustering ist zweistufig, es erfolgt zuerst ein generelles Clustering, an das sich eine interpretierende Visualisierung anschliesst. Für das Clustering wird das Verfahren der Voronoidiagramme erweitert. Durch den Einsatz einer generellen Distanzfunktion wird die Modellierung der durch die großen Datenmengen entstehenden multidimensionalen Parameter sowie weiterer Gewichte ermöglicht. Eine anschließende Visualisierung aus dem Bereich der Informationsvisualisierung unterstützt die Interpretation der neu gewonnenen Informationen. Für die praktische Anwendung wird die Stadtplanung betrachtet. In der Stadtplanung wird das Modell des Planungsablaufes eingesetzt, mit dem verschiedene Planungsalternativen erzeugt werden. Dieses Modell ist jedoch zu starr, um den dynamischen Anforderungen in der Realität gerecht zu werden. Das Information Clustering erweitert den klassischen Planungsablauf, die Flexibilität des Modells wird dadurch erhöht und die Komplexität reduziert. Das Ergebnis der Berechnung ist genau eine Planungsalternative, die sämtliche Eingabeparameter kanalisiert.

This thesis introduces so-called cone scalarising functions. They are by construction compatible with a partial order for the outcome space given by a cone. The quality of the parametrisations of the efficient set given by the cone scalarising functions are then investigated. Here, the focus lies on the (weak) efficiency of the generated solutions, the reachability of effiecient points and continuity of the solution set. Based on cone scalarising functions Pareto Navigation a novel, interactive, multiobjective optimisation method is proposed. It changes the ordering cone to realise bounds on partial tradeoffs. Besides, its use of an equality constraint for the changing component of the reference point is a new feature. The efficiency of its solutions, the reachability of efficient solutions and continuity is then analysed. Potential problems are demonstrated using a critical example. Furthermore, the use of Pareto Navigation in a two-phase approach and for nonconvex problems is discussed. Finally, its application for intensity-modulated radiotherapy planning is described. Thereby, its realisation in a graphical user interface is shown.