Die Optik gilt als Schlüsseltechnologie für Hightech-Produkte. Optische Systeme finden in großer technologischer Breite Anwendung, so in der Metall- und Elektroindustrie mit Prüftechnik oder Laserbearbeitung, in der Medizintechnik mit bildgebenden Verfahren, in der Telekommunikation mit optischen Netzwerken, in der Consumer-Elektronik mit optischen Laufwerken, Mäusen, Laserdruckern und Scannern sowie in der Optikindustrie selbst. Moderne Optiken für diese Anwendungen werden durch leistungsfähigere Berechnungs- Programme und Fertigungstechnologien immer komplexer. Die Prüfung der Formhaltigkeit und der Funktion dieser Optiken stellt derzeit noch einen begrenzenden Faktor in der Produktionstechnik dar. Vorhandene Verfahren können häufig die verlangte hohe Präzision bei gleichzeitig großem Messbereich nicht bieten. In dieser Dissertation wird ein neues Verfahren zur Wellenfrontmessung auf den Grundlagen des Shack-Hartmann Prinzips untersucht, das die flexible Prüfung stark asphärischer Wellenfronten möglich macht. Dabei wird das Mikrolinsen-Array in konventionellen Shack-Hartmann Sensoren durch eine digitale Mikrospiegelmatrix (DMD) ersetzt. Mit dem DMD kann eine sehr schnelle sequenzielle Messung der einzelnen Messpunkte durchgeführt werden. Bei der sequenziellen Messung steht der gesamte Dynamikumfang eines Detektors jedem Messpunkt zur Verfügung, wodurch ein größerer Messbereich bei gleichzeitig höherer Auflösung erfasst werden kann. Im Einzelnen wird beschrieben, - wie Beugungseffekte am DMD beherrscht werden - wie stabil die Winkelpositionen der einzelnen DMD-Spiegel sind - wie die Pupillenabbildung stark aberrierter Wellenfronten ausgelegt wird - wie ein optischer Analysator zur Messung hoher Feldwinkel ausgelegt wird - wie eine Lateraleffektdiode zur schnellen Messung des Signals eingesetzt wird.

Focus of the thesis, "Position-oriented Vibration Monitoring of Finish Milling Thin-walled Components" is the development of a monitoring system for finish milling thin, free-standing components. In particular this system is of great interest for the production of impellers and blisks used in compressor and turbine stages. Because of the component’s varying dynamic behavior and the associated change in process stability, the core steps of development presented for such a monitoring system are: - the reliable and trouble-tolerant identification of the current process state by means of appropriate measuring signals, - the development of analytical strategies for the process diagnosis and - the implementation and verification of algorithms, which allow an online evaluation of the product’s quality, during the finish milling operation. Based on the identified process disturbances that occur during the finish milling of thin-walled components, the essential requirements for such a monitoring system are defined. As an analogy to machining blades, the finishing of thin-walled cantilevers, which are stepwise varied in their length, is examined. To measure the dynamic process behavior a non-contact eddy current sensor and two piezoelectric acceleration sensors are identified as suitable sensor solutions. While the eddy current sensor is positioned towards the tool, one acceleration sensor is mounted on the machine table and the other at the machine spindle’s housing. A key result of the signal analysis is the finding that a position-oriented evaluation of the sensor signals is needed to perform a distinct evaluation of the process behavior. To illustrate this requirement, a new analysis method called frequency map analysis is developed and introduced for the first time. The frequency map analysis shows that amplitudes of certain frequencies are assignable to resulting dimensional deviations and the surface roughness of the thin-walled component. Based on these findings monitoring algorithms are specified, implemented and verified, which allow a segmented evaluation of the component’s finishing quality. The developed monitoring strategy performs an automated signal evaluation and an implemented assessment of the process’s status using three levels of quality evaluation: acceptable, borderline and unacceptable. The monitoring system is verified, machining cantilever beams and finish milling an impeller. The thesis concludes with an outlook presenting a concept for position-oriented, model-based control of a finish milling operation.

Das Hartmetall Wolframkarbid-Kobalt (WC-Co) vereint die hohe Härte der WC-Phase mit der Zähigkeit der metallischen Bindephase Kobalt. Durch die chemische Zusammensetzung und das eingestellte Gefüge des Hartmetalls kann ein definiertes Eigenschaftsprofil erzeugt werden, das durch eine hohe Verschleißbeständigkeit sowie eine hohe chemische Stabilität bestimmt wird. Für die Herstellung von WC-Co-Produkten ist derzeit stets ein formgebendes Werkzeug oder eine kosten- und zeitintensive Bearbeitung von Halbzeugen erforderlich. Eine Verarbeitung von WC-Co durch einen generativen Fertigungsprozess wie Lasersintern ermöglicht eine künftige Einzelteil- oder Kleinserienfertigung von geometrisch komplexen Bauteilen und Werkzeugen aus Hartmetall. Anwendungen stellen beispielsweise hartmetallische Schneidwerkzeuge und Werkzeugeinsätze für abrasive Anwendungen in der Kunststoffverarbeitung dar. Lasersintern ist ein pulvermetallurgisches Verfahren, bei dem die Verfestigung des Pulvers lokal begrenzt innerhalb eines sehr kurzen Zeitraums erfolgt. Durch die zyklische Wiederholung von schichtweisem Materialauftrag und lokaler Verfestigung des Werkstoffs mittels eines Laserstrahls kann die Technologie zur Fertigung komplex geformter Werkstücke eingesetzt werden. Bei einer Verarbeitung von WC-Co durch Lasersintern wird nur die niedrigschmelzende Komponente, also die metallische Bindephase Kobalt, kurzzeitig und lokal begrenzt in den schmelzflüssigen Zustand überführt. Die hochschmelzende WC-Phase wird nicht aufgeschmolzen und liegt nach Prozessende gleichmäßig in der Kobalt-Bindephase vor (Flüssigphasensintern). In dieser Veröffentlichung werden die werkstoff-, atmosphären-, laserstrahl- und prozessspezifischen Einflussgrößen auf die Verfestigung von WC-Co-Pulver unter der Einwirkung eines Laserstrahls erarbeitet. Ein Modell des Prozesses wird entwickelt, um den Pulverwerkstoff wie auch den Fertigungsprozess im Hinblick auf eine maximale Werkstoffdichte bei ausreichender Härte auszulegen. Die Erkenntnisse werden in experimentellen Untersuchungen angewandt und abschließend durch einen Wissenstransfer auf Pilotanwendungen validiert. Diese Anwendungen stellen WC-Co-Werkzeuge für die Kunststoffverarbeitung und Verschleißteile für den Sondermaschinenbau dar.

In einem Unternehmen entstehen Ideen und Impulse zur Strategiearbeit an vielen Stellen. Während in größeren Betrieben Strategiearbeit methodisch gleichwie organisatorisch in hohem Maße etabliert und institutionalisiert ist, findet in kleinen und mittleren Unternehmen Strategiearbeit eher zufällig, unstrukturiert oder mangelhaft statt – oder sie wird erst gar nicht betrieben. Als klassische Vertreter der Einzel- und Kleinserienfertigung stehen Unternehmen aus der Branche Werkzeugbau an genau dieser Stelle: Ihre dominante Position in der industriellen Wertkette zwischen Produktentwicklung und Serienfertigung lässt eine treffsichere Vorhersage der Zukunft kaum zu, da das Unternehmen von den Produkt- und Investitionsplanungen seiner Kunden abhängt. Aufgrund der geringen Unternehmensgröße und oft auch bedingt durch mangelndes strategisches Denken findet Strategiearbeit zudem nur selten strukturiert statt. Bei einem Großteil erfolgt die Ausrichtung vielmehr an den Bedürfnissen der Kunden, welche sich insbesondere in wirtschaftlich schwierigen Zeiten hoch volatil darstellen. Zudem entstehen innerhalb eines Betriebs strategische Impulse auf allen Hierarchieebenen, vom Seniorchef über die Geschäftsführung bis hin zur Meisterebene. Auch bedingt durch das Abhängigkeitsverhältnis von sich schnell ändernden Branchen mit hoher Unsicherheit ist es kaum möglich ex ante festzulegen, welche Strategie erfolgreich sein wird und welche nicht. In der Konsequenz entstehen Geschäftsmodelle, welche einzig an vermeintlichen Kundenbedürfnissen ausgerichtet sind, deren Nachhaltigkeit aber weder hinterfragt noch aus Unternehmenssicht als realisierbar überprüft wird. Aufgrund dieser Tatsache braucht es einen Prozess, welcher bestehende Geschäftsmodelle hinsichtlich ihrer Stimmigkeit aus Perspektive der Kundenbedürfnisse und gleichermaßen aus der internen Sichtweise eines Unternehmens heraus in Bezug auf seine Strukturen und Fähigkeiten überprüft. Diese Arbeit unterstützt den Anwender konkret dabei, bestehende Unstimmigkeiten ganzheitlich aufzuzeigen: In einer strukturierten Aufbereitung des Innen- wie des Außenverhältnisses eines Geschäftsmodells wird dieses den strategischen Erfolgspositionen für ein Geschäftsfeld gegenübergestellt, welche die Schnittstelle der Fähigkeiten und Ressourcen eines Unternehmens zum Kundennutzen darstellen. Durch vernetzten Denkens können so sinnvolle Aussagen über Widersprüche und Konsistenzen im Geschäftsmodell eines Unternehmens getroffen werden.

Umformprozesse, allen voran das Tiefziehen, nehmen in der deutschen Industrie eine Schlüsselstellung in Bezug auf Qualität, Kosten und Zeit ein. Der Nutzwert der Produktionssysteme wird dabei in starkem Maße von der Verfügbarkeit von Presse und Werkzeug bestimmt. Sowohl im Pressenbau als auch im Werkzeug- und Formenbau besetzt Deutschland eine Spitzenposition im internationalen Wettbewerb. Beide Sektoren sind von einem starken Preisverfall bedroht, der auf die Öffnung der Binnenmärkte und das wachsende Angebot aus China zurückzuführen ist. Um der Preisspirale zu entgehen, müssen Lösungen entwickelt werden, die einen deutlichen Mehrwert für den Anwender bieten und so höhere Preise am Markt erzielen können. Im Verbundforschungsprojekt „SMART STAMPING“ wird die Steigerung der Verfügbarkeit des Presse-Werkzeug-Systems durch technologiebasierte Dienstleistungen als Lösungsansatz verfolgt. Die Basis für diese Dienstleistungen ist die Gewinnung erweiterter Prozess- und Zustandsdaten aus der Presse und direkt aus dem Werkzeug. Aufbauend auf diesen Informationen können detaillierte Zustandsinformationen abgeleitet werden, die eine höhere Verfügbarkeit der Presse und der eingesetzten Werkzeuge während des Prozessanlaufs und des Serieneinsatzes ermöglichen. Dabei werden die zusätzlichen Sensoren sowohl mit den schon an der Presse vorhandenen Sensoren kombiniert, als auch mit Verschleißzuständen und Schadensereignissen in Bezug gesetzt, mit dem Ziel einer rechtzeitigen Indikation der Schadensereignisse.

Programmieren einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine ist seit der Erfindung der NC-Steuerung mit erheblichem Aufwand und Fehlerrisiko behaftet. Heutige Planungs- und Programmiersysteme unterstützen zwar den Anwender bei der Übernahme der Bearbeitungsgeometrie, der Festlegung von Arbeitsschritten und Operationen sowie bei der Auswahl geeigneter Werkzeuge und Technologieparameter. Sie können diese Informationen jedoch nur in Form elementarer Weg- und Schaltbefehle nach DIN 66025 an die NC-Steuerung austauschen. Auf dieser Grundlage kann weder der Werker noch die Maschinensteuerung die Bearbeitungsaufgabe rekonstruieren und in Abhängigkeit von der realen Rüstsituation oder aktuellen Prozessstörungen korrigieren. Zur Lösung dieser Einschränkung trägt die vorliegende Arbeit durch die Definition und Evaluierung einer neuen, von der Planung bis in die NC-Steuerung durchgängig merkmals-, aufgaben- und operationsorientierten NC-Programmierung bei. Die erarbeiteten Ergebnisse sind international abgeglichen und als ISO 14649 standardisiert worden. Anhand von Programmbeispielen werden der Aufbau der als STEP-NC bekannten Schnittstelle sowie Einsatzszenarien erläutert. Im zweiten Teil der Arbeit werden auf Grundlage der entwickelten NC-Programmierschnittstelle Konzepte vorgestellt und beispielhaft realisiert, die den Werker von der verlustfreien Übernahme der Planungsinformationen, über die Programmanpassung an der Maschine bis hin zur prozessabhängigen Korrektur des laufenden NC-Programms unterstützen. An der Maschine muss die Bearbeitung nicht mehr in Form abstrakter Weg- und Schaltbefehlen programmiert und verfolgt werden. Stattdessen wird die Denkweise des Werkers in der Benutzeroberfläche aufgegriffen und der Abarbeitungsfortschritt in Form von Arbeitsschritten, Featuren und Operationen zur Anzeige gebracht. Während der Bearbeitung können Werkzeuge und Technologieparameter geändert werden, die die NC-Steuerung dann online in optimierte Bahnen und Schaltbefehle umsetzt.

Over the past two decades, precision glass molding has gradually become a competitive hot-replicating manufacturing technology for precision glass optical components. But form errors occur on surface of molded glass optics as a result of a diverse range of effects including viscoelastic relaxation and thermal shrinkage of optical glass material during the molding and cooling processes. Conventionally these errors can be compensated solely via time-consuming and cost-intensive try-out molding experiments.

Umfassende Ansätze zum Qualitätsmanagement und, damit einhergehend, zertifizierte Qualitätsmanagementsysteme (QM-Systeme) werden immer bedeutsamer um im globalen Wettbewerb erfolgreich zu bestehen. Trotz einer steigenden Anzahl von Zertifizierungen bleiben die intendierten positiven Effekte der QM-Systeme meist hinter den Erwartungen der Unternehmen zurück. Die Systeme erzielen nicht ihre gewünschten Effekte zur Verbesserung der Produkte, Dienstleistungen und Prozesse. Diese Tatsache gründet oftmals darin, dass die QM-Systeme nur formal implementiert und genutzt werden – im Extremfall evtl. nur der Aufrechterhaltung der Zertifizierung dienen. Hierbei wird meist vernachlässigt, dass es sich bei QM-Systemen um soziotechnische Systeme handelt, deren Funktion vom Zusammenspiel von Mensch und prozessualen Strukturen abhängt. Sie definieren die Rahmenbedingungen für den Arbeitsalltag der Mitarbeiter und stellen so organisatorische Strukturen für alle im Unternehmen arbeitenden Menschen bereit. Die Funktionsweise und der Nutzen von QM-Systemen entwickelt sich deshalb meist nur soweit, wie die Systeme aktiv und motiviert durch die Mitarbeiter eines Unternehmens gelebt und ausgestaltet werden. Die Arbeit verortet sich in einem interdisziplinären Feld zwischen Organisationspsychologie und Ingenieurwissenschaften mit einem starken Fokus auf die unternehmerische Praxis in kleinen und mittleren Unternehmen. Sie stellt eine Methodik zur Verfügung, mit der es möglich ist, bestehende QM-Systeme hinsichtlich ihrer motivationsrelevanten Ausgestaltung zu bewerten und konkrete Verbesserungspotentiale zur Integration motivationspsychologischer Erkenntnisse in die Systeme abzuleiten – ohne die Systemkomplexität zu erhöhen oder die Zertifizierbarkeit zu erschweren.