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Moderne elektronische Geräte setzten vermehrt auf den Austausch von Informationen mit dem Benutzer oder einem Online-Dienst des Herstellers, wie zum Beispiel im Smart Home, der Staubsauger-Roboter oder die Waschmaschine. Die Verbindung erfolgt zumeist über drahtlose Kommunikation zum Beispiel auf dem 2,4 GHz-Funkkanal, welcher gerade in dicht besiedelten Städten teilweise schon überlastet ist. Eine Alternative bietet die drahtgebundene Kommunikation über die Stromversorgungsleitung, auch Powerline-Kommunikation genannt. Hierbei werden die Informationen auf freie Frequenzbänder oberhalb der Netzfrequenz moduliert und konkurrieren dabei nur mit den anderen Teilnehmern des eigenen Stromnetzes. Ein Problem bei dieser Art der Kommunikation ist der Übetragungskanal, der nicht für eine hochfrequente Übertragung ausgelegt ist und starke Störungen durch Lastwechsel oder Reflexionen an Impedanzsprüngen erzeugt. Um diese Störungen zu kompensieren verwenden moderne Powerline-Kommunikationsstandards robuste Kanalkodierverfahren, um Fehler in den übertragenen Informationen empfangsseitig korrigieren zu können. Auf Grund dieser robusten Fehlerkorrketurverfahren, eignen sich diese Standards auch für die Kommunikation unter extremen Umweltbedingungen in der Tiefenbohrtechnik. Dabei befinden sich die elektronischen Komponenten entlang der letzten 100 m des Bohrstrangs mehrere Kilometer tief unter der Erde, wo Umgebungstemperaturen mehr als 150 °C, Drücke bis 207 MPa und mechanische Schocks auftreten. Diese extremen Umweltbedingungen haben sowohl Einfluss auf die elektronischen Komponenten, als auch auf den Übetragungskanal der Powerline-Kommunikation selbst. In dieser Arbeit wird erstmalig eine Entwurfsraumexploration für hochtempteraturfeste Hardware-Plattformen eines Breitband-Powerline-Kommunikationssystems durchgeführt. Dabei wird ein Abtausch zwischen Durchsatz, Flexibiltät und Hardware-Ressourcen aufgezeigt, der verschiedene Pareto-optimale Punkte enthält. Diese Pareto-optimalen Punkte umfassen sowohl Prozessor-basiere Plattformen, als auch eine dedizierte Implementierung. Die dedizierte Implementierung wird anschließend in einer FPGA-basierten Emulationen bezüglich Durchsatz, Latenz und Skalierbarkeit des Netzwerkes evaluiert und optimale Konfigurationen aufgezeigt. Abschließend wird diese optimale Konfiguration für die Fertigung als Chip in einer Hochtemperaturtechnologie vorbereitet. Der gefertigte Chip wird auf einer hochtemperaturfesten Leiterplatte in einer Klimakammer unter extremen Umweltbedingungen verifiziert und evaluiert. Die Ergebnisse zeigen eine geringe Leistungsaufnahme und eine stabile Kommunikation mit geringen Paketverlustraten bis zu einer Sperrschichttemperatur von 220 °C. Die Messungen zeigen einen linearen Abtausch zwischen Spannungsversorgung und Stabilität der Kommunikation von 7 mW/°C. Damit erweitert diese Arbeit den aktuellen Stand der Forschung um den ersten Breitband-Powerline-Kommunikation-Chip, der unter extremen Umweltbedingungen evaluiert und charakterisiert wurde.

Aufgrund der fortschreitenden Automatisierung in der Fertigungstechnik erh��lt die automatische Verschlei��- und Prozessparameterkontrolle einen immer h��heren Stellenwert. In der Serienfertigung werden heute der allgemeine Maschinenzustand sowie der Prozess selbst ��berwacht und gegebenenfalls korrigierende Ma��nahmen ergriffen. Der Bearbeitungsprozess wird in der Einlaufphase von erfahrenen Maschinenbedienern empirisch optimiert. In der Produktion erfolgt in den meisten F��llen nur eine Postprozess-��berwachung. Dies bedeutet, dass an einem Fertigungsteil Abweichungen detektiert werden, jedoch erst beim folgenden Fertigungsteil korrigierend eingegriffen wird. Ein solches Vorgehen ist in der Einzelfertigung nicht m��glich. Man verl��sst sich hier haupts��chlich auf die Kompetenz des Maschinenbedieners, welcher mit Erfahrung und seiner menschlichen Sensorik durch aktiven Eingriff in die Prozessparameter einen stabilen Bearbeitungsprozess erh��lt. In der Einzel- oder Kleinserienfertigung wird noch kaum eine aktive Prozess��berwachung und Prozessregelung realisiert. Dies liegt vor allem an der Funktionsweise dieser Systeme. Aufgrund von Wirtschaftlichkeits��berlegungen wird Mehrmaschinenbedienung und Maschinenverf��gbarkeit ein immer gr����eres Thema. Daher ist der Wunsch begr��ndet, auch in der Einzelfertigung entsprechende Prozess��berwachungs- und Korrektursysteme einzusetzen. Gerade beim Bearbeitungsprozess des Tiefbohrens besteht f��r solche Prozess��berwachungssysteme eine besondere Nachfrage. Dieser Prozess ist sehr kostenintensiv und wird h��ufig bei sehr teuren Werkst��cken am Ende der Bearbeitungskette eingesetzt. In dieser Arbeit wird zuerst versucht, ein generelles Verst��ndnis ��ber die Verh��ltnisse am Schneidkeil zu erlangen, um die Grundlagen f��r ein den Bearbeitungsprozess abbildendes Modell zu entwickeln. Da die Qualit��t jedes Modells direkt von der Aussagekraft seiner Eingangsvariablen abh��ngt, wurden ausf��hrlich die verschiedenen Messsysteme diskutiert und auf deren Tauglichkeit hin ��berpr��ft. Das gew��hlte Modell, kontinuierlich durch prozessrelevante Messdaten erweitert, soll eine sehr kurzfristige Vorhersage zur Stabilit��t des Bohrprozesses erm��glichen und gegebenenfalls Daten f��r ein korrigierendes Eingreifen liefern. Im Zuge der Analyse werden vor allem die physikalischen Verh��ltnisse am Schneidkeil und deren schallemittierende Effekte im Besonderen untersucht. Es wird nicht nur deren Entstehung betrachtet, sondern das Forschungsziel ist daraufhin ausgerichtet, mittels Messungen, Filterung der Rohdaten und deren Bewertung mit anschlie��ender Auswertung der gewonnenen Daten auf die Verh��ltnisse direkt am Schneidkeil zu schlie��en. Aufgrund der Ergebnisse wird in Echtzeit automatisch in den Arbeitsprozess regulierend eingegriffen. Den Anforderungen der Wirtschaft folgend wurden die Grenzen des heute technisch M��glichen ausgelotet, L��sungsans��tze analysiert, weiterentwickelt und daraus ein Anforderungskatalog zur Umsetzung ausgearbeitet. In Kooperation zwischen dem Institut f��r Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik (IFT) und der Firma Schoeller-Bleckmann Oilfield Technology GmbH & Co. KG (SBOT) konnte dieses Konzept speziell f��r den Bereich Einlippenbohren und BTA-Bohren umgesetzt werden. Zu diesem Zweck wurde am IFT eine universelle ELB-Tiefbohrbank entwickelt und als Versuchstr��ger genutzt. Nach erfolgreichen Laborversuchen konnte das System probeweise auf eine industrielle Tiefbohrbank der Firma SBOT ��bertragen und Feldversuche unter in der Industrie ��blichen Einsatzbedingungen durchgef��hrt werden. Somit konnte durch diese Entwicklung aufgezeigt werden, dass eine automatische In-Prozess-��berwachung basierend auf der Beobachtung von K��rperschallemissionen m��glich ist. Dar��ber hinaus wird ansatzweise versucht, die Anwendung dieses Prozess��berwachungskonzeptes auf beliebige spanende Fertigungsprozesse zu ��bertragen., Due to the progressive automation in manufacturing technology, the automatic wear and process parameter control gains an increasing importance. In a series production these days, it will monitor the general machine condition and the process itself. And, if needed, appropriate corrective interventions are taken. In the single or small batch production, however, the monitoring process and corrective intervention is still in its infancy. This is mainly due to the operation of these systems. During a series production, highly experienced machine operators optimize the initial start-up phase of the cutting tool process empirically. In most cases, only post-production process monitoring exists. That means that when a deviation is detected in one produced part then corrective action is taken when the next part is produced. Such a process is not possible when a single part is produced. In that case, the quality of the product relies mainly on the competence of the machine operator. It is through experience and the human senses that an operator actively engaged in the process parameters establishes a stable production process. Due to economic considerations there is a growing cost issue associated with operating multiple machines and with machine availability. There is therefore the desire to employ appropriate automatic process monitoring and corrective systems in the individual production process as well. There is particularly a demand for a process monitoring system when deep drilling with gundrills at extreme depths up to six hundred times the drill diameter. Not only is the process itself costly, the parts themselves are also very expensive. In this paper, the objective is to create a general understanding of the conditions at the cutting edge in order to establish a foundation for developing an accurate process model. This model, continuously fed by process-relevant data, is designed to generate a short-term forecast of the stability of the drilling process and, if needed, to provide data for a corrective intervention. A model can only be as good as its input variables, so the various measurement systems are described in detail as well as their suitability. In analyzing the above and the physical conditions at the cutting edge, particular attention was focused on the sound-emitting effects that were created. During the analysis, the physical relationship between the cutting edge and the sound-emitting effects was examined. The structure-born noises were measured, filtered and validated to establish the relationship to the cutting edge. Based on this data, corrective intervention could be made in real time. Following the demands of the economy, the technical limits today were explored, possible solutions analyzed, developed and elaborated in a catalogue listing the requirements for implementing the process monitoring system. In collaboration with the Institute for Production Engineering and High Power Laser Technology (IFT) and Schoeller-Bleckmann Oilfield Technology GmbH & Co. KG (SBOT) this concept has been implemented specifically for the field of gundrilling and BTA drilling. To this end, a universal gundrill machine was developed and used as a test vehicle at the IFT. Following successful laboratory tests, the system was tentatively assigned to an Industrial gundrill machine from SBOT, and field trials were carried out under standard industrial conditions. This work proved that automatic monitoring of the gundrill process is possible by observing the structure-borne noise emissions. Further studies could confirm that such a concept can also be applied to other cutting applications.