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Batterie

weitere Buchkapitel

Kapitel 6. Das Training

„Lernen ist wie Rudern gegen den Strom. Hört man damit auf, treibt man zurück.“ Dieses chinesische Sprichwort prangte in meiner Schulzeit an meiner Pinnwand. Damals noch mit Benjamin Britten unterschrieben, aber da uns das Netz klüger macht, weiß ich heute, es kommt ganz woanders her. Wichtiger ist allerdings, wo es „hinfällt“. Als Schülerin auf den wenig fruchtbaren – gleich faulen – Boden außerhalb der kognitiven Erkenntnis, dass da natürlich was dran sei. Heute habe ich allerdings die Aufgabe zu erfüllen, Ihnen einen sogenannten Mehrwert zu liefern, statt nur schöne Worte zu schwingen.

Stefanie Simone Klief

Kapitel 1. Energiewende in Zeiten populistischer Bewegungen – Einleitende Bemerkungen

Ausgangspunkt des vorliegenden Bandes ist die gleichnamige Tagung der Themengruppe Energietransformation der Deutschen Vereinigung für Politikwissenschaft im Frühjahr 2017 in der Schader-Stiftung in Darmstadt. Provokativ wurde dort gefragt: „Wir schaffen die Energiewende! Wirklich?“ Im Hinblick auf den Ausbau der Erneuerbaren Energien bestand um die Jahrtausendwende noch die Sorge, dieser Ausbau könnte zu langsam erfolgen, um bei den Klimazielen stärkere Fortschritte zu erzielen. Zwar ist Ende der 2010er Jahre der Anteil der Erneuerbaren an der Stromproduktion stark angestiegen, zugleich ist die Energiewende zum Gegenstand heftiger politischer Debatten geworden und steht gesellschaftlich unter erheblichem Druck.

Jörg Radtke, Weert Canzler, Miranda A. Schreurs, Stefan Wurster

Kapitel 6. Energiewende in Australien: Polarisierungstendenzen in der Diskurskultur?

Dem internationalen Trend vieler Länder folgend, befindet sich auch Australien inmitten einer Energiewende. Diese wird von einer nationalen und internationalen Klimapolitik als auch der deutlich gestiegenen Konkurrenzfähigkeit der Erneuerbare Energien angetrieben. Der Erfolg der neuen Technologien hat in den letzten Jahren zu anhaltenden politischen Auseinandersetzungen über die Energiesicherheit und gestiegene Stromkosten geführt.

Franziska Mey

22. Elektrischer Strom – Gleichstromkreise

Wenn wir Licht einschalten, verbinden wir die Glühlampe mit den Polen einer Spannungsquelle, zwischen denen eine Potenzialdifferenz – eine elektrische Spannung – besteht. Diese Potenzialdifferenz bewirkt, dass elektrische Ladungen durch den Glühdraht fließen, ähnlich wie Wasser, das infolge des Druckunterschieds durch einen Gartenschlauch strömt, sobald wir den Wasserhahn aufdrehen. Einen Fluss elektrischer Ladungen Strom elektrischer elektrischer Strom elektrischer Strom als Ladungsfluss bezeichnet man als elektrischen Strom. Wir denken dabei normalerweise an Ladungsträger, die sich durch einen leitfähigen Draht bewegen. Weniger alltägliche Beispiele sind der Elektronenstrahl einer Bildröhre und der Ionenstrahl in einem Teilchenbeschleuniger.Manchmal ist es nützlich, sich mit der Funktionsweise von Gleichstromkreisen auszukennen – zum Beispiel, wenn man bei leerer Batterie sein Auto fremdstarten möchte, ohne die Batterie und sich selbst zu gefährden. (© Daisy-Daisy/Getty Images/iStock.)? Welcher Anschluss des Überbrückungskabels gehört an welchen Pol der Batterie? (Siehe Beispiel 22.10)

Peter Kersten, Jenny Wagner, Paul A. Tipler, Gene Mosca

20. Das elektrische Potenzial

In Kap. 5 haben wir die potenzielle Energie der Gravitation eingeführt. Dabei hat sich gezeigt, dass diese sowohl in konzeptioneller Hinsicht als auch für praktische Berechnungen außerordentlich nützlich ist. Dies trifft ebenso auf die elektrische Energie zu, die wir in diesem Kapitel einführen werden. In diesem Zusammenhang wird auch der Begriff des elektrischen Felds weiterentwickelt. Dabei werden wir sehen, wie das elektrische Feld, das wir in Kap. 18 und 19 kennen gelernt haben, mithilfe des elektrischen Potenzials beschrieben werden kann. Da das elektrische Potenzial ein skalares Feld ist, ist es in vielen Fällen leichter zu handhaben als das elektrische Feld selbst, das ein Vektorfeld ist.Das Mädchen, das mit einer Hand die Elektrode eines Van-de-Graaff-Generators Van-de-Graaff-Generator berührt, wird auf ein hohes Potenzial geladen. Es steht auf einem Podest, sodass es elektrisch vom Boden isoliert ist und sich die Ladungen bei ihm sammeln. Da die Ladungen auf seinem Kopf und auf seinen Haaren alle dasselbe Vorzeichen haben und sich damit gegenseitig abstoßen, stehen seine Haare ab. (© Science History Images/Alamy Stock Foto.)? Wussten Sie schon, dass das maximale Potenzial, auf das die Elektrode des Van-de-Graaff-Generators geladen werden kann, von ihrem Radius abhängt? (Siehe Beispiel 20.12.)

Peter Kersten, Jenny Wagner, Paul A. Tipler, Gene Mosca

5. Energie und Arbeit

Bisher haben wir die Bewegung von Körpern anhand ihres Orts, ihrer Geschwindigkeit, ihrer Beschleunigung und der auf sie wirkenden Kräfte untersucht. Manche Bewegungsformen lassen sich jedoch mit den Newton’schen Axiomen nur schwer beschreiben. Halten Sie sich z. B. die Bewegung eines Körpers im Gravitationsfeld noch einmal vor Augen. Daher werden wir in diesem Kapitel alternative Verfahren zur Behandlung der Bewegung kennenlernen, die auf zwei weiteren physikalischen Größen, der Energie und der Arbeit, beruhen. Anders als die Kraft, die eine vektorielle Größe ist, sind die Energie und die Arbeit skalare Größen, durch die Teilchen und Teilchensysteme charakterisiert werden können. Oft wird zur Bewegungsbeschreibung der Energieerhaltungssatz genutzt. Er ist eines der wichtigsten Grundprinizipien in der Wissenschaft überhaupt und besagt, dass die Gesamtenergie eines Systems einschließlich seiner Umgebung immer konstant bleibt.Während der Achterbahnwagen durch Loopings rast und in die Tiefe stürzt, finden zahlreiche Energieumwandlungen statt. Wenn der Wagen mit den Mitfahrern an den höchsten Punkt der Bahn gezogen wird, wird vom Elektrizitätswerk bezogene Elektroenergie in potenzielle Energie der Gravitation umgewandelt. Wenn er anschließend die steile Abfahrt herunterrast, wird diese potenzielle Energie der Gravitation in kinetische Energie und in Wärmeenergie umgewandelt. Dabei steigen sowohl die Temperatur des Wagens als auch die der Umgebung etwas an. (© by_Him/Getty Images/iStock.)? Wie lässt sich aus einer Betrachtung der Energieumwandlungen darauf schließen, wie hoch die Wagen zu Beginn gezogen werden müssen, damit sie die Fahrt durch den Looping schaffen? (Siehe Übung 5.5.)

Peter Kersten, Jenny Wagner, Paul A. Tipler, Gene Mosca

21. Die Kapazität

Kennen Sie jemanden, der weder eine Digitalkamera noch ein Mobiltelefon (oft mit integrierter Digitalkamera) Digitalkamera oder noch irgendein anderes transportables elektronisches Gerät besitzt? Alle diese kleinen Helfer enthalten einen oder mehrere Kondensatoren, und ein Leben ohne sie ist heute kaum noch vorstellbar. Dank Mobiltelefon Mobiltelefon gelingt es uns, trotz der heutzutage unumgänglichen Mobilität problemlos mit anderen in Kontakt zu bleiben, sogar unterwegs E-Mails zu senden.In den bisherigen Kapiteln zur Elektrizität haben wir die Beziehung zwischen Ladungen und elektrischen Feldern und die Abhängigkeit der elektrischen Energie von der Lage der Ladungen erörtert. Im Folgenden wollen wir zeigen, wie elektrische Energie gespeichert und wieder abgegeben werden kann. Im Mittelpunkt wird dabei der Begriff der Kapazität stehen.Die Energie für das Fotoblitzlicht Fotoblitzlicht Kapazität dieser Kamera wurde von einer Batterie auf einen Kondensator übertragen. (© Koldunov/Getty Images/iStock.)? Wie lässt sich ermitteln, wie viel Energie in einem Kondensator gespeichert werden kann? (Siehe Beispiel 21.3.)

Peter Kersten, Jenny Wagner, Paul A. Tipler, Gene Mosca

25. Die magnetische Induktion

Spannungen und Ströme, die von einem zeitlich veränderlichen Magnetfeld hervorgerufen werden, bezeichnen wir als induzierte Spannungen Spannung induzierte Induktionsspannung und induzierte Ströme Strom induzierter Induktionsstrom , der Vorgang selbst ist die magnetische Induktion magnetische Induktion Induktionsspannung Induktionsstrom . Michael Faraday Faraday, Michael und Joseph Henry Henry, Joseph entdeckten diesen Effekt unabhängig voneinander in den 1830er Jahren und stellten weiterhin fest, dass auch in statischen Magnetfeldern ein Strom induziert wird, wenn sich der magnetische Fluss durch eine Fläche ändert, die von einer bewegten Leiterschleife umschlossen ist.Die induzierte Spannung im Demonstrationsversuch: Bewegt man den Magneten in die Spule hinein oder aus ihr heraus, so wird in der Spule eine Spannung induziert – Sie erkennen dies am Ausschlag des Galvanometers. Wird der Magnet nicht bewegt, so schlägt das Messgerät nicht aus. (© 1990 Richard Megna/Fundamental Photographs.)? Wie berechnet man die in einer Spule induzierte Spannung? (Siehe Beispiel 25.2.)

Peter Kersten, Jenny Wagner, Paul A. Tipler, Gene Mosca

37. Elektrische Eigenschaften von Festkörpern

Bei klassischer Beschreibung des spezifischen Widerstands und der elektrischen Leitfähigkeit verschiedener Materialien ergibt sich eine Diskrepanz zwischen gemessenen und theoretisch berechneten Werten. Erst die quantenmechanische Beschreibung erlaubt es, korrekte Vorhersagen zu treffen und die Materialien in Leiter, Nichtleiter und Halbleiter einzuteilen.Metallisches Arsen ist ein Halbmetall, das für seine giftige Wirkung in löslichen Verbindungen oder im Oxid an der Oberfläche bekannt ist. Weniger bekannt ist die Tatsache, dass eine geringe Konzentration von Arsenatomen in Siliciumkristallen den spezifischen Widerstand verringert (im Vergleich zu reinem Silicium). Dem Halbleiter Galliumarsenid verleiht Arsen Festkörpereigenschaften, die für ein Lasermedium geeignet sind. (© The Natural History Museum/Alamy Stock Foto)? Wissen Sie, wie viele Arsenatome nötig sind, um die Ladungsträgerdichte in reinem Silicium auf das Fünfmillionenfache zu erhöhen? (Siehe Übung 37.1.)

Peter Kersten, Jenny Wagner, Paul A. Tipler, Gene Mosca

Kapitel 6. Kraft der Start-ups – Schnellster Weg, Innovation zu skalieren

Start-ups haben immer wieder gezeigt, dass in ihnen die Kraft stecken kann, Abläufe in der Wirtschaft neu zu definieren und durch ihre Produkte beziehungsweise Dienstleistungen nachhaltige Veränderungen zu bewerkstelligen, auch wenn die Erfolgschancen zunächst gering erscheinen. Zu diesen Firmen zählen zum Beispiel aus der jüngeren Zeit Facebook, Amazon oder Apple. Neben diesen „Winner takes it all“-Unternehmen etablieren sich auch immer mehr Start-ups, deren Gründer sich Social Entrepreneure nennen und mit ihrem Geschäftsmodell zur Verbesserung der Gesellschaft beitragen wollen. Zwei von diesen Firmen werden hier porträtiert. Manouchehr Shamsrizi entwickelte mit seiner Firma RetroBrain R&D eine digitale Lösung für die Sturzprävention von Senioren. Lange war nicht klar, ob Kranken- oder Pflegekasse bereit sein würden, für seine Lösung zu zahlen. Auch die ReDI School von Anne Kjær Riechert hat einen klaren Mangel entdeckt: 82.000 offene Stellen gab es im Jahr 2018 in der deutschen IT-Branche. Ihre Idee war, mit einer eigenen Schule „digitalen Talenten“ unter anderem aus dem Migrantenumfeld ein Sprungbrett in den hiesigen IT-Arbeitsmarkt zu bieten. Ob und wie sie daraus ein längerfristiges Geschäftsmodell machen konnte, erzählen wir in diesem Kapitel. Schließlich zeigen wir anhand von Oliver Risse und seiner Firma Floatility, wie mutig man sein muss, um seine Geschäftsidee zu realisieren, weil die deutsche Gesetzgebung über Jahre die Zulassung von simplen E-Rollern blockierte.

Mirko Bass, Herbert Stoffels

Kapitel 14. Elektrostatik

Mit dem Stichwort „Elektrizität“ verbinden viele von euch sicher vor allem die allseits beliebte Steckdose und den Fernseher, Computer oder Kühlschrank, die man daran anschließen kann. Darüber hinaus wird sie euch vielleicht vom Anschluss der Lampe in eurem Studentenzimmer und der Tatsache, dass, wenn ihr eine Leitung angebohrt habt, der Elektriker kommen muss, in schmerzlicher Erinnerung sein. Und manchem, der schon mal einen Elektronikbaukasten von innen gesehen hat, graust es vor diesen ganzen technischen Einzelheiten.

Christoph Kommer, Tim Tugendhat, Niklas Wahl

Kapitel 15. Elektrodynamik

Die Freude sollte euch an diesem Punkt ins Gesicht geschrieben stehen, denn wir kommen von der Statik zur Dynamik! Und was bedeutet das? Wir haben fließende elektrische Ströme, also sich bewegende Elektronen. Das heißt das Ladungssystem, das wir betrachten, verändert sich mit der Zeit. Das kommt in der Realität auch viel häufiger vor, im Gegensatz zum recht langweiligen statischen Fall. Es war allerdings wichtig, statisch zu beginnen, um euch mit den Grundkonzepten vertraut zu machen! Im Folgenden kommen auch Widerstände und die allseits erwarteten Stromkreise ins Spiel. Anfangs behandeln wir sogenannten Gleichstrom, der meistens in Endgeräten fließt, und kommen nach Abhandlung magnetischer Phänomene zum Konzept des Wechselstroms, wie er aus der Steckdose kommt.

Christoph Kommer, Tim Tugendhat, Niklas Wahl

Kapitel 1. Geschäftsführer sind Menschen

Man könnte auch sagen: „Geschäftsführer sind auch nur Menschen.“ Sie machen Fehler und verfügen über die Eigenschaften, die man/frau so hat. Mit einem kleinen, aber durchaus entscheidenden Unterschied: Fehler, die ihnen unterlaufen, haben in der Regel weiter reichende Folgen als bei Menschen, die weniger in der Verantwortung stehen.

Lothar Volkelt

Kapitel 2. Elektrotechnische Grundlagen

In diesem Kapitel werden die wichtigsten Grundbegriffe und die grundlegenden physikalischen Prinzipien der Elektrotechnik eingeführt. Der Umgang mit wichtigen Rechengrößen, wie der Energie und Leistung im elektrischen Stromkreis, wird dabei ebenso behandelt, wie der Widerstand als zentrales Bauelement elektrischer Schaltungen. Damit werden die Voraussetzungen für die Berechnung elektrischer Schaltungen, die z. B. in der Signalverarbeitung genutzt wird, geschaffen. Schließlich wird der ohmsche Widerstand als das wichtigste Element elektrischer Schaltungen vorgestellt. Er dient u. a. zur Analyse elektrischer Netzwerke, die im nächsten Kapitel behandelt werden.

Karsten Berns, Alexander Köpper, Bernd Schürmann

Kapitel 4. Künstliche Intelligenz modelliert unseren Arbeitsmarkt um, oder: Auf der Suche nach dem Sinn, neuen Zielen und wie und wo neue Jobs entstehen

Über die Branchen und Aufgabengebiete hinweg haben sich Prozesse bereits automatisiert oder lassen sich automatisieren. An genau diesem Punkt stehen wir. Nichts und niemand bleibt von der Digitalisierung unangetastet.

Daniel Rebhorn

Kapitel 3. Maschinen schaffen mehr Mehrwert als der Mensch, oder: Welche Auswirkungen künstliche Intelligenz auf unsere Arbeitsplätze haben wird

Obwohl ich meine Zeit lieber in einem Baumarkt anstatt in einem Geschäft für Sportausstattung verbringe, kommt es doch mal vor, dass ich ein paar neue Turnschuhe besorgen muss oder eine Schwimmbrille. Bei uns in der Region hat sich „Decathlon“ als Hersteller und Händler von Sportgeräten und -bekleidung etabliert, ursprünglich ein französisches Unternehmen. Es wirbt damit, Ausrüstung und Bekleidung für mehr als 70 Sportarten im Sortiment zu haben. Neulich bei einer kleinen Shoppingtour bei „Decathlon“ fiel mir auf, wie stark die Digitalisierung der Wirtschaft in meinem Alltag schon angekommen ist. Und welche Auswirkungen das unmittelbar auf das Arbeitswesen hat.

Daniel Rebhorn

Kapitel 2. Demokratische Integration in Europa: Deutschland im europäischen Vergleich

Von einer hohen demokratischen Integration in einem Land kann man ausgehen, wenn in diesem Land das Ausmaß des Vertrauens in politische Institutionen und staatliche Organisationen im Durchschnitt sehr hoch ist, wenn es eine große Bereitschaft gibt, sich an demokratischen Wahlen zu beteiligen und wenn ein großer Teil der Bevölkerung sich ehrenamtlich für das Gemeinwesen engagiert. In dem seit 2002 in zweijährigem Abstand durchgeführten European Social Survey (ESS) werden zu diesen Themen kontinuierlich Indikatoren für Länder der Europäischen Union und für einige weitere Länder (u. a. Norwegen, Schweiz, Israel, Ukraine, Russland und Türkei erhoben). Auf diese Weise wurde eine Datenbank geschaffen, die sowohl Ländervergleiche ermöglicht als auch Untersuchungen über Veränderungen im Zeitverlauf.

Baldo Blinkert, Thomas Klie

Unbemannte Kampfsysteme in Händen nichtstaatlicher Gewaltakteure – vom Albtraum zur baldigen Realität ?

Unbemannte Luftfahrzeuge, oft auch als UAVs (Unmanned Aerial Vehicles) oder Drohnen bezeichnet, werden inzwischen von vielen Staaten militärisch genutzt. Waren es 2004 nach Aussage des US General Accountability Office (GAO 2012, S. 9) 41 Staaten, die militärische Drohnen in ihren Arsenalen hatten, hielten diese 2011 schon 76 Staaten vor. Inzwischen wird davon ausgegangen, dass mehr als 90 Staaten UAVs besitzen (Catalano Ewers et al. 2017, S. 2), von denen wiederum ca.

Niklas Schörnig

6. Einführung in die objektorientierte Modellierung

In diesem Kapitel soll der Leser schrittweise an die objektorientierte Modellierung herangeführt werden. Dazu werden zuerst einige verfügbaren Sprachen grob vorgestellt, um dann das Beispiel des Feder-Masse-Dämpfer Schwingers aus Abschnitt 4.2 und dessen Modifikationen mit der Modellierungssprache Modelica umzusetzen (Abschnitt 6.2).

Thomas Lienhard Schmitt, Markus Andres

7. Modelica

Eine erste Einführung in die Modellierungssprache Modelica wird in Abschnitt 6.2 gegeben. Dabei findet Modelica Anwendung, um das Konzept der Modellierung über Gleichungen zu erläutern.

Thomas Lienhard Schmitt, Markus Andres

Die Gestaltung der Energiewende aus Sicht der Unternehmen – Passive, aktive oder gesamtgesellschaftliche Partizipation?

Auf der Basis einer explorativen Studie, die im Kopernikusprojekt SynErgie durchgeführt wurde, werden im vorliegenden Artikel die Einstellungen zu Partizipationsprozessen aus Sicht der Unternehmen vorgestellt. Diese wurden in einer Zweitauswertung der Daten ermittelt. Im Mittelpunkt der Studie steht die Analyse der Flexibilisierungsstrategien der Unternehmen und ihr Einfluss auf innerbetriebliche Prozesse. Hierbei wurde die Leitfrage entwickelt, wie negative Konsequenzen einer fluktuierenden Energieversorgung auf der Ebene der Unternehmensführung sowie auf der Ebene der betrieblichen Organisationsabläufe vermieden werden können. Was diese Studie eindrücklich zeigt, ist, dass aus Sicht der Unternehmen die Notwendigkeit eines gesamtgesellschaftlichen Aushandlungsprozesses im Hinblick auf die Gestaltung der deutschen Energiewende von großer Bedeutung ist. Hierbei werden Partizipationsprozesse zwar als relevant eingeschätzt, allerdings eher nach außen als nach innen in die Betriebe hinein. Dieses Ergebnis wird abschließend kritisch diskutiert.

Bettina-Johanna Krings

Welche Rolle kann Wasserstoff in der Energie- und Verkehrswende spielen?

Positionen und Einschätzungen von Verbänden zur Akzeptanz von Wasserstoff

Um dem Ziel einer postfossilen Gesellschaft näher zu kommen, müssen Industrie, Zivilgesellschaft, Forschung und Politik kooperieren und an neuen Lösungen arbeiten. Ein zunehmender Anteil erneuerbarer Energien erfordert neue Flexibilitätsoptionen. P2X-Technologien und speziell Wasserstoff könnte eine solche Flexibilitätsoption sein. Neben der technischen Machbarkeit stellt sich die Frage nach einer gesellschaftlich akzeptierten Umsetzung. Verbände können dabei eine relevante Rolle in Bezug auf die Wahrnehmung sowie den öffentlichen Diskurs zum Thema Wasserstoff einnehmen. Die Ergebnisse der vorliegenden Untersuchung zeigen auf, dass die Umweltverbände noch zu keiner abschließenden Beurteilung hinsichtlich des Einsatzes von Wasserstoff gekommen sind. Potenzielle Anwendungen werden vor allem als flexibler Speicher für erneuerbare Energien und in der Nutzung als Kraftstoff für Güter- und Schwerlastverkehr sowie Schiff- und Luftfahrt gesehen. Es werden kaum Bedenken bezüglich der Akzeptanz in der Gesellschaft gesehen, aber der eingesetzte Wasserstoff muss langfristig aus erneuerbaren Energien hergestellt werden.

Anke Schmidt, Weert Canzler, Julia Epp

Invisible Kids: Eine Akzeptanzuntersuchung zu Power-to-X-Technologien bei Jugendlichen

Die Umsetzung der Energiewende verfolgt das langfristige Ziel, fossile Energieträger durch erneuerbare Energien im Energiesystem zu substituieren. Durch die Elektrifizierung mit erneuerbarem Strom sollen auch weitere Sektoren wie der Verkehr und die Industrie dekarbonisert werden (Sektorkopplung). Die energieintensivste Art der Elektrifizierung sind dabei Power-to-X-Technologien, welche jedoch aufgrund ihrer spezifischen Eigenschaften insbesondere im Schwer- und Langstreckenverkehr sowie der chemischen Industrie eine wichtige Rolle spielen könnten. Ziel der Industrie ist es, die sich bislang noch in F&E-befindlichen Technologien zur Marktreife zu bringen und in den nächsten Jahrzehnten großtechnisch umzusetzen. Entsprechend werden die heutigen Kinder und Jugendlichen diejenigen sein, welche nachhaltig von den Entwicklungen der Energiewende und insbesondere den Anwendungen von Power-to-X-Technologien betroffen sind. Bislang berücksichtigen Politik und Wissenschaft die Wahrnehmung dieser Akteursgruppe jedoch geringfügig. Diesem Defizit soll entgegen gewirkt werden, indem der Diskurs mit Jugendlichen durch quantitative und qualitative Forschungsarbeiten aufgenommen wird. Im Zentrum steht dabei eine durch textliche und grafische Erklärungen begleitete Online-Befragung, welche die Akzeptanz gegenüber der Energiewende und den Anwendungsmöglichkeiten von Power-to-X-Technologien zwischen Jugendlichen und Erwachsenen vergleicht. Beide Altersgruppen befürworten den weiteren Ausbau der Erneuerbaren. Zudem stehen sowohl Erwachsene als auch Jugendliche den Power-to-X-Technologien grundsätzlich positiv gegenüber und gehen davon aus, dass diese in Zukunft eine wesentliche Rolle in ihrem Alltag spielen werden. In Bezug auf den Energie- und Verkehrssektor bestehen große Wissensdefizite bei beiden Altersgruppen, jedoch äußern sie den Bedarf und das Interesse an Information und Partizipation in der Energiewende.

Julia Epp, Erika Bellmann

Anforderungen an die gesellschaftliche Einbettung von Power-to-X Pfaden – Entwicklung einer Akzeptanzmatrix als Bewertungsmethodik

Power-to-X – die Umwandlung von Strom in einen flüssigen, gasförmigen Energieträger oder chemischen Grundstoff – bietet eine mögliche Option für eine mittel- und langfristige Speicherung von Strom. Diese Flexibilisierungsoption wird für das Energiesystem bei einem zunehmenden Ausbau der fluktuierenden Leitenergieträger Wind und Sonne essenziell. Wie die Erfahrungen mit anderen Energieinfrastrukturen wie z. B. erneuerbaren Energieträgern zeigen, stellt eine breite gesellschaftliche Akzeptanz dabei einen wesentlichen Erfolgsfaktor für die großflächige Diffusion neuer Technologieansätze dar. Für die Bewertung der Akzeptanz stellen die zum Teil noch relativ niedrigen Technologieentwicklungsstadien eine wesentliche Herausforderung dar; noch existieren wenig konkrete Erfahrungswerte in größeren Anwendungsmaßstäben. Daher ist es umso wichtiger, Kriterien für die gesellschaftliche Akzeptanz frühzeitig in den Entwicklungsprozess einfließen zu lassen und gleichzeitig Möglichkeiten zur partizipativen Gestaltung wahrzunehmen. Der Beitrag wirft hierfür zentrale konzeptuelle Fragen auf und beschreibt einen möglichen Ansatz für eine akzeptanzbezogene Bewertungsmethodik sowohl theoretisch als auch an einem Anwendungsbeispiel (Hochtemperatur-Ko-Elektrolyse).

Jan Hildebrand, Caroline Gebauer, Ansgar Taubitz

Kapitel 1. Grundlagen und Historisches

In Kap. 1 machen wird uns zuerst einmal klar, worum es beim Verschlüsseln bzw. Chiffrieren eigentlich geht, nämlich geheime und vertrauliche Informationen beim Senden vor unbefugtem Abhören oder gar vor unerlaubter Veränderung durch Dritte zu schützen. Entsprechendes gilt auch für Daten, die beispielsweise auf Festplatten oder Chips abgespeichert sind. Die Wisenschaft, die sich um all das kümmert, nennt man Kryptografie. Um wesentliche Methoden der Kryptografie möglichst anschaulich zu erläutern, gehen wir zunächst einmal auf einfache, historische Beispiele ein, nämlich auf die Caesar-Chiffre, die Vigenére-Chiffre, die Illuminati-Geheimschrift und die Enigma-Maschine. Den Versuch, Chiffren zu „knacken“, nennt man Kryptoanalyse. Bei historischen Chiffren führen häufig statistische Methoden zum Ziel, wie wir ausführlich am Beispiel des Kasiski- und des Friedman-Angriffs demonstrieren. Kryptoanalytische Angriffe werden allerdings nicht nur von echten Angreifern gefahren, sondern auch von den Kryptografen selbst, nämlich um neu konzipierte Chiffrierverfahren auf ihre Güte hin zu testen und zu optimieren.

Olaf Manz

Kapitel 20. Smarte Objekte – Wie Smart Speaker und Smarthome die medizinische und pflegerische Versorgung zu Hause unterstützen werden

Smarte Objekte spielen in der Industrie 4.0, aber auch im privaten Umfeld eine immer wichtigere Rolle. Der digitale natürlichsprachliche Assistent Alexa von Amazon und verschiedene Varianten von Google oder Apple bieten neue und interessante Möglichkeiten für Dienstleistungen in der Pflege, der Medizin, generell für den Gesundheitsbereich. Sprache ist die wichtigste menschliche Kommunikationsform, konnte sich aber in den letzten Jahrzehnten als Interaktionsform mit Computern nur bedingt durchsetzen. Zu gering war die Erkennungsqualität, zu groß die Anforderungen an die Hardware, zu eingeschränkt die Anzahl der erkannten Äußerungen. Mit der Einführung von Siri (Apple) und Google Now (Android) hat sich dies drastisch geändert. Diese führen die Verarbeitung der Sprache auf dedizierten Servern durch und setzen auf die massive Verwendung von Deep-Learning-Ansätzen aus dem Bereich künstliche Intelligenz (KI) zur Verarbeitung von Sprachsignalen. Moderne natürlichsprachliche Systeme weisen eine hohe Erkennungsqualität auf und bieten sich an neue Geschäftsmodelle für den Gesundheitsbereich zu entwickeln. Der Beitrag gibt eine Einführung über die dahinter liegende Technik und zeigt verschiedene Anwendungsmöglichkeiten dieser Technologie im Gesundheitsbereich auf.

Klemens Waldhör

Kapitel 17. Auf dem Weg zu intelligenten Assistenzsystemen am Beispiel eines Manipulatorarms

Der technologische Fortschritt in der letzten Dekade im Bereich der Robotik und der künstlichen Intelligenz birgt großes Potenzial für robotische Assistenzsysteme im medizinischen/pflegerischen Bereich. Das Potenzial wird dabei besonders ausgeschöpft, wenn das System mit autonomen Funktionalitäten ausgestattet ist. Nach einem Vorschlag zur Taxonomie von autonomen Funktionalitäten im medizinischen/pflegerischen Bereich betrachten wir einen Demonstrator, der das Potenzial autonomer Teilfunktionalitäten selbst für eng definierbare Aufgaben aufzeigt. Es wird hierzu die Aufgabe des autonomen „Löffelns“ unter Verwendung eines handelsüblichen, im medizinischen/pflegerischen Bereich genutzten Manipulatorarms implementiert. Die Funktionsweise des Systems und seiner wichtigsten Komponenten wird vorgestellt. Nach einer experimentellen Durchführung der Aufgabe betrachten wir abschließend den Nutzen und die durch die autonomen Funktionen entstandenen Zusatzkosten.

Alfred Schöttl

Verkehrswende und ökologischer Umbau der Automobilindustrie

Strategische Herausforderungen für die IG Metall

Dieselgate, Elektromobilität, verstopfte Innenstädte, Fahrverbote, Klimawandel, Rechtspopulismus: An den Themen Auto und Autoindustrie kreuzen sich im Moment die zentralen öffentlichen Debatten. Die IG Metall, deren Mitglieder zum Großteil in der Automobilindustrie beschäftigt sind, sieht sich derzeit mit diesen vielfältigen Problemlagen konfrontiert. Der Artikel stellt die Diskussion über die Zukunft der (Auto-)Mobilität zwischen industrie- und beschäftigungspolitischer und klimapolitischer Verantwortung aus der Perspektive der Arbeitnehmervertretung dar. Er geht auf die Ebenen der politischen Regulierung ein, benennt Zielkonflikte und arbeitet Kriterien einer gelingenden Transformation heraus. Auch die IG Metall wird in den nächsten Jahren tradierte Muster der betrieblichen und überbetrieblichen Interessenvertretung hinterfragen und ändern müssen. Ohne einen starken Fokus auf Beteiligung und demokratische Legitimation werden stimmungsgeleitete Regulierungskonzepte die dringend notwendige Energie- und Mobilitätswende behindern oder gar einer gegenteiligen Agenda Vorschub leisten.

Frank Iwer, Maximilian Strötzel

Kommodifizierte Kollektivität?

Die Transformation von Mobilität aus einer Polanyi’schen Perspektive

Das im globalen Norden lange Zeit auf das Auto zugeschnittene Mobilitätssystem befindet sich in einem tiefgreifenden Wandel, der entlang von drei Entwicklungslinien verläuft: vom Verbrennungsmotor zum Elektro-Antrieb, vom individuellen Besitz eines Fahrzeugs zu dessen kollektiver Nutzung und vom Fahrer bzw. von der Fahrerin zum autonomen Algorithmus. Alle drei Entwicklungen sind Gegenstand von Konflikten, in denen es letztlich um die Frage geht, wer das Mobilitätssystem künftig kontrolliert. Aus einer Polanyiʼschen Perspektive lässt sich die Transformation von Mobilität als Konflikt zwischen kommodifizierenden und dekommodifizierenden Kräften charakterisieren. Dies zeigt sich vor allem an der Organisation von Mobilitätsdienstleistungen: Je stärker die Autohersteller aufgrund der Krise ihres traditionellen Geschäfts darauf angewiesen sind, sich neue Geschäftsfelder zu erschließen, desto mehr dringen sie weiter in den Bereich des bislang öffentlich organisierten kollektiven Personentransports vor, wo sie mit neuen privaten und den existierenden öffentlichen Anbietern konkurrieren. Dieser „Kommodifizierung von Kollektivität“ ließe sich mit einer demokratischen Organisation nicht nur von Mobilitätsdienstleistungen, sondern auch der Produktion der dafür nötigen Transportmittel begegnen.

Markus Wissen

Kapitel 10. Rechenszenarien

Im Folgenden wird mit Hilfe verschiedener Rechenszenarien die Anwendbarkeit und Nützlichkeit des entwickelten Modellansatzes demonstriert. Es soll insb. aufgezeigt werden, wie mit dem Modell Fragestellungen politischer Entscheidungsträger beantwortet werden können.

Benjamin Dahmen

Kapitel 11. Übertragbarkeit des entwickelten SD-Modells auf andere Kommunen

Im Folgenden wird ein Überblick über die Datenanforderungen und -quellen des entwickelten Modells geliefert, um dessen Übertragbarkeit auf andere Kommunen zu bewerten.

Benjamin Dahmen

Kapitel 7. Flottenentwicklungsmodelle

Es existieren vereinzelte SD-Modelle, die sich ausschließlich mit der zeitlichen Entwicklung und Zusammensetzung von Pkw- oder von Lkw-Flotten auseinandergesetzt haben. Die Modelle, die sich mit den Pkw-Flotten auseinandersetzen, betrachten i.d.R. auch die Diffusion von alternativ angetriebenen Fahrzeugen. Die Modelle, die auch Lkw-Flotten betrachten, sind tendenziell als qualitative, d. h. als nicht quantifizierte und theoretische Konzepte einzustufen. Es konnten keine SD-Modelle ermittelt werden, die die Entwicklung der Pkw-Flotte und der LkwFlotte gemeinsam abbilden.

Benjamin Dahmen

Kapitel 3. Die Formulierung des Fragebogens

In diesem Kapitel geht es darum, wie man einen „guten“ Fragebogen formuliert, indem man möglichst reliable und valide Fragen stellt (zu den Gütekriterien Validität und Reliabilität vgl. Kapitel 1.3), wie man Fragen also so stellt, dass man eine verwertbare Antwort erhält. Wir befassen uns dafür zunächst mit allgemeinen Kriterien sinnvoller Formulierung und wenden uns dann den unterschiedlichen Arten von Fragen, ihren Vor- und Nachteilen sowie Einsatzmöglichkeiten zu. Neben der Frage spielen dabei insbesondere Art und Inhalt der Antwortvorgaben eine Rolle sowie abschließend die Anordnung der Fragen im Fragebogen.

Wiebke Möhring, Daniela Schlütz

61. Handlungsfelder und Maßnahmen zur Steigerung der Ressourceneffizienz von Pedelecs und E-Lastenrädern

Elektromotorisch unterstützte Fahrräder und Lastenräder stellen aufgrund ihrer geringeren Umwelteinwirkungen pro Fahrkilometer eine ökologisch sinnvolle Alternative für Individualmobilität und Wirtschaftsfahrten dar. Ziel dieses Beitrages ist es, Handlungsfelder und Maßnahmen für die Steigerung der Ressourceneffizienz von Pedelecs aufzuzeigen. Hierzu werden zunächst die Umwelteinwirkungen von Pedelecs im Vergleich zu konventionellen Fahrrädern und anderen Fahrzeugen dargelegt sowie die Heterogenität der Lebensdauer von Pedelec-Komponenten hervorgehoben. Es wird aufgezeigt, dass Lebens- und Nutzungsdauer des Gesamtsystems und einzelner Teilsysteme wesentlichen Einfluss auf die Ressourceneffizienz haben. Ausgehend von etablierten Ansätzen zur Verlängerung der Lebensdauer von Produkten durch Produktaufwertungen und Services werden exemplarische Handlungsfelder und Maßnahmen für die Steigerung der Ressourceneffizienz von Pedelecs und E-Lastenrädern formuliert. Diese sind Grundlage für zukünftige Forschungs- und Entwicklungsarbeiten.

David Inkermann, Johannes Schering, Anja Cudok

14. Bike2X – Konzept, Potenziale und Anwendungsszenarien von Fahrradsensorik im Smart City-Kontext

In den vergangenen Jahren zeichnet sich eine massive Zunahme des motorisierten Individualverkehrs mit nachteiligen Folgen für Umwelt- und Lebensqualität in Städten ab. Alternative Verkehrsmittel wie das Fahrrad, weisen jedoch ein hohes Potenzial zur Stärkung nachhaltiger Mobilität auf und können diesem Trend entgegenwirken. Smart Cities werden auch als Städte der Zukunft angesehen. Akteure innerhalb dieser großen sensorgesteuerten Quartiere müssen jedoch einen hohen Grad an Vernetzung aufweisen. Obwohl der Radverkehr über die angesprochenen Potenziale verfügt, weisen Anwendungen von Sensortechnologien an Fahrrädern noch begrenzte Verbreitung auf. Durch das Bike2X-Konzept wird eine verknüpfende Kommunikation mit Infrastrukturen, anderen Verkehrsteilnehmern sowie Anbietern von Smart Services und Produkten mit dem Fahrrad betrachtet.

Christian Janßen, Johannes Schering

4. Elektromobilität in ländlichen Regionen

Obwohl die Bedeutung nachhaltiger Mobilität stark steigt, läuft die Verbreitung von emissionsfreier Elektromobilität schleppend. Maßnahmen zur Steigerung der Akzeptanz von Elektromobilität fokussieren sich vornehmlich auf Großstädte. Dabei kommt individueller Mobilität in ländlichen Regionen wegen längeren Strecken und einem schlechter ausgebauten öffentlichen Nahverkehr eine wesentlich höhere Bedeutung zu. Der vorliegende Beitrag untersucht daher die Eignung von E-Mobilität für den ländlichen Raum und identifiziert mit Hilfe einer Literaturrecherche und Experteninterviews Fördermaßnahmen, die schließlich mit einer Umfrage unter 103 Personen im ländlichen Raum evaluiert werden. Im Rahmen einer multimethodischen Analyse werden die Ergebnisse trianguliert und Handlungsempfehlungen zur Steigerung der Akzeptanz von Elektromobilität in ländlichen Regionen abgeleitet.

Christian Fitte, Lisa Berkemeier, Frank Teuteberg, Oliver Thomas

Kapitel 3. Analyse der Fehlerpotenziale

Der erste und wichtigste Schritt beim Testen ist die Definition und Festlegung der Testspezifikation. Hierzu ermöglicht die Analyse der Fehlerpotenziale einer Kommunikation ein systematisches Vorgehen. Das Ergebnis der Analyse liefert in einem ersten Schritt einen Leitfaden zur Ermittlung der benötigten Prüffunktionen für die empfangenen Nachrichten. Aus den ermittelten Fehlerpotenzialen lassen sich in weiteren Schritten Stimulifunktionen beziehungsweise -nachrichten ableiten, da aus diesen Potentialen Hinweise auf notwendige und sinnvolle Fehlerinjektionen ersichtlich sind.

Frank Brosi

Industrie 4.0 und Digitale Transformation als unternehmerische Gestaltungsaufgabe

Unter dem Stichwort Industrie 4.0 wird seit geraumer Zeit die Vision einer sich anbahnenden vierten industriellen Revolution beschrieben – um nicht zu sagen ausgerufen. Kern dieser Vision stellt nach den vorangegangenen Revolutionen Mechanisierung, Automatisierung und Digitalisierung nun die Vernetzung von industrieller Infrastruktur und allen an der Wertschöpfung beteiligten Akteuren dar.

Robert Obermaier

Kapitel 16. Geotechnische Messverfahren

In der Geotechnik kommt den verschiedenen Messverfahren bereits seit Jahrzehnten eine besondere Bedeutung zu. Der Baugrund, sei es Fest- oder Lockergestein, lässt auf Grund seiner Heterogenität im Allgemeinen nur eine begrenzte Schärfe bei der Festlegung von Kennwerten bzw. Materialeigenschaften zu.

Roman Marte, Florian Scharinger, Monika Paulus-Grill, Werner Lienhart

12. Getriebesteuerung – Elektrik, Elektronik, Aktuatorik und Sensorik

Viele Innovationen im Bereich der Getriebe- und Antriebstechnik sind maßgeblich durch die Integration von Mechanik, Elektronik und Software sowie die Vernetzung von Steuergeräten bestimmt (Abschn. 12.1). Das Kapitel spannt den Bogen vom Aufbau von elektrohydraulischen Steuereinheiten, über das Zusammenspiel der Mechanik-, Hydraulik-/Pneumatik-, Elektronik- und Software-Komponenten, bis hin zur Vernetzung des Getriebesteuergeräts im Gesamtfahrzeug. Der Aufbau und die Funktionsweise der elektronischen Getriebesteuerung (TCU) als Hardware mit ihren Bestandteilen und den Schnittstellen werden beschrieben (Abschn. 12.2). Die gängigsten Sensoren eines Getriebes werden erläutert (Abschn. 12.4). Grundelemente der Funktions- und Softwareentwicklung sowie der Getriebeabstimmung (Calibration) werden vorgestellt (Abschn. 12.5). Fragestellungen zu Entwicklungsstandards wie „Automotive Spice“ und „Functional Safety“ werden behandelt (Abschn. 12.6). Neben dem Getriebesteuergerät werden bei Fahrantrieben mit Elektromotoren zusätzlich leistungsstarke Treiber für die Ansteuerung der elektrischen Maschinen benötigt. Daher wird ein Einblick in das Thema Leistungselektronik gegeben und Unterschiede der Bordnetzstrukturen von konventionellen gegenüber elektrifizierten Fahrzeugen aufgezeigt (Abschn. 12.7).

Dr.-Ing. Harald Naunheimer, Prof. Dr.-Ing. Bernd Bertsche, Dr.-Ing. Joachim Ryborz, Dr.-Ing. Wolfgang Novak, Dr.-Ing. Peter Fietkau

3. Leistungsbedarf und Leistungsangebot

Das Fahrzeuggetriebe ist Mittler zwischen Motor und Antriebsrädern. Durch Drehmoment- und Drehzahlwandlung passt das Getriebe das Leistungsangebot dem Leistungsbedarf an. Der Leistungsbedarf wird durch die Fahrwiderstände bestimmt. In Abschn. 3.1 wird deren Berechnung gezeigt. Die Fahrwiderstände müssen vom Antriebsaggregat in Zusammenarbeit mit den übrigen Komponenten des Antriebsstrangs überwunden werden. Hierfür kann der Antrieb eines Fahrzeugs aus einer Vielzahl von Kombinationen aus energiespeichernden, energie- und kennungswandelnden Komponenten zusammengesetzt werden (Abschn. 3.2). Antriebe in Kraftfahrzeugen sind: Verbrennungsmotoren, Elektromotoren und Hybridantriebe. Das eingesetzte Antriebsaggregat bestimmt den nachfolgenden Antriebsstrang in seinen Baugruppen und deren Auslegung entscheidend. Daher werden die charakteristischen Kennwerte und Kennlinien von Verbrennungsmotoren (Abschn. 3.3) und von Elektromotoren (Abschn. 3.4.) vorgestellt und erörtert.

Dr.-Ing. Harald Naunheimer, Prof. Dr.-Ing. Bernd Bertsche, Dr.-Ing. Joachim Ryborz, Dr.-Ing. Wolfgang Novak, Dr.-Ing. Peter Fietkau

1. Einführung

Kein Kraftfahrzeug ohne Getriebe! Fahrzeuggetriebe für Pkw und Nkw sind komplexe mechatronische Serienprodukte. Aufgabe eines Fahrzeuggetriebes ist es, durch Drehmoment- und Drehzahlwandlung das Zugkraftangebot des Antriebsaggregats fahrzeug-, strecken-, fahrer- und umweltgerecht an den Antriebsrädern bereitzustellen. Das Getriebe bestimmt entscheidend Zuverlässigkeit, Kraftstoff- bzw. Energieverbrauch, Emissionen, Bedienungsfreundlichkeit, Verkehrssicherheit sowie Fahr- und Transportleistung von Pkw und Nkw. Dieses Buch will den Entwicklungsprozess für Fahrzeuggetriebe in seiner Gesamtheit darstellen. Es will Gedankengänge vermitteln, die über die reine Auslegung der Bauteile hinausgehen. Aus der Vergangenheit für die Zukunft lernen! Entwicklungsingenieure sollten einen Überblick über die historische Entwicklung ihrer Produkte haben. Sie können dann abschätzen, welche Entwicklungsschritte noch möglich sind, bzw. welche Technologiehöhe die gegenwärtige Produktentwicklung aufweist. Neben einer allgemeinen Einführung zeigt dieses Kapitel die Geschichte der Fahrzeuggetriebe und gibt einen Überblick über deren Basisinnovationen und Entwicklungsschritte.

Dr.-Ing. Harald Naunheimer, Prof. Dr.-Ing. Bernd Bertsche, Dr.-Ing. Joachim Ryborz, Dr.-Ing. Wolfgang Novak, Dr.-Ing. Peter Fietkau

6. Systematik der Fahrzeuggetriebe: Konstruktive Grundkonzepte

Bevor auf die Auslegung und Gestaltung wichtiger Komponenten von Fahrzeuggetrieben eingegangen wird, sollen zunächst konstruktive Grundkonzepte von Getrieben vorgestellt und systematisch behandelt werden. Das Kapitel legt damit die Basis zum Verständnis der ausgeführten Seriengetriebe, die in Kapitel 11 „Beispiele ausgeführter Konstruktionen“ erörtert werden. Es startet mit Erläuterungen zu Anordnungsmöglichkeiten der Getriebe in Pkw- und Nkw-Antriebssträngen sowie dem grundsätzlichen Aufbau von Getrieben. In Abschn. 6.5 werden dann systematisch die Getriebekonzepte für Pkw anhand von Räderschemata entwickelt. Dies geschieht für quer und längs eingebaute Getriebe, eingeteilt in Handschaltgetriebe (MT), Automatisierte Schaltgetriebe (AMT), Doppelkupplungsgetriebe (DCT), Automatgetriebe (AT), Stufenlosgetriebe (CVT) sowie für verschiedene Konzepte von Hybridantrieben und reinen E-Antrieben. Die Darstellung der Getriebekonzepte für Nkw in Abschn. 6.6 erfolgt analog, obgleich Nkw-Getriebe sich bei den Konzepten in vielerlei Hinsicht von Pkw-Getrieben unterscheiden. Auf diese Besonderheiten, wie beispielsweise deren Aufbau als Gruppengetriebe, wird eingegangen. Behandelt werden Konzepte für Nkw-MT, AMT, DCT, AT, CVT sowie Hybrid- und E-Antriebe. Konzepte für Endantriebe (Achsgetriebe, Differentialgetriebe, Verteilergetriebe) von Pkw und Nkw werden in Abschn. 6.7 systematisch dargestellt. Für Nkw von hoher Bedeutung sind ferner Nebenabtriebe (Abschn. 6.8) und Dauerbremsen, sogenannte „Retarder“ (Abschn. 6.9).

Dr.-Ing. Harald Naunheimer, Prof. Dr.-Ing. Bernd Bertsche, Dr.-Ing. Joachim Ryborz, Dr.-Ing. Wolfgang Novak, Dr.-Ing. Peter Fietkau

5. Zusammenarbeit Motor – Getriebe

In Kap. 3 wurden der Leistungsbedarf und das Leistungsangebot behandelt und in Kap. 4 die Grundlagen für die Wahl der Übersetzungen erarbeitet. In diesem Kapitel geht es nun um die Abstimmung des Getriebes auf Motor und Fahrzeug. Dabei handelt es sich um Problemstellungen der Fahrzeuglängsdynamik. Die wesentlichen Optimierungskriterien sind: die Fahrleistungen, der Kraftstoffverbrauch, die Emissionen und der Fahrkomfort. Ausgangspunkt vieler Betrachtungen ist das Zugkraftdiagramm. Abschn. 5.1 zeigt die Ermittlung des Zugkraftdiagramms und die daraus ableitbaren Erkenntnisse für verschiedene Motor-Getriebekombinationen sowie für einen Elektroantrieb. Die Getriebeauslegung ist auf die Fahrleistungen, d.h. Beschleunigungs- und Steigvermögen in den einzelnen Gangstufen sowie die erreichbare Höchstgeschwindigkeit zu überprüfen (Abschn. 5.2). Die Ermittlung des Kraftstoffverbrauchs durch Rechnung und Messung wird in Abschn. 5.3 gezeigt. Dazu werden die Messzyklen vorgestellt und auf die Bestimmung des Kraftstoff- bzw. Energieverbrauchs von verbrennungsmotorisch, elektromotorisch und hybridisch angetriebenen Fahrzeugen (Pkw und Nkw) eingegangen. Ein weiteres Optimierungskriterium ist der Komfort und hier das dynamische Verhalten. Der Antriebsstrang ist ein schwingungsfähiges System, daher muss dem Schwingungs- und in erster Linie dem Geräuschverhalten des Antriebsstrangs Rechnung getragen werden. In Abschn. 5.4 wird hierzu in Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor und solche mit Elektroantrieb unterschieden.

Dr.-Ing. Harald Naunheimer, Prof. Dr.-Ing. Bernd Bertsche, Dr.-Ing. Joachim Ryborz, Dr.-Ing. Wolfgang Novak, Dr.-Ing. Peter Fietkau

11. Beispiele ausgeführter Konstruktionen von Fahrzeuggetrieben

In diesem Kapitel werden exemplarisch Getriebekonstruktionen vorgestellt, ihr konstruktiver Aufbau besprochen, Funktionen erläutert und interessante Lösungen beschrieben. Die in den vorderen Kapiteln behandelte Theorie zu Getriebekonzepten sowie zur Auslegung und Gestaltung von Komponenten und Teilsystemen soll nun hier anhand ausgeführter Serienkonstruktionen griffig werden. Es ist nicht das Ziel, die neuesten und allerletzten Entwicklungen zu zeigen, vielmehr soll das Grundlegende und Allgemeingültige herausgearbeitet werden. Abschn. 11.1 beschäftigt sich mit 32 verschiedenen Pkw-Getrieben. Es werden quer und längs eingebaute Getriebe unterschiedlicher Ausführungen und Hersteller vorgestellt, eingeteilt in Handschaltgetriebe (MT), Automatisierte Schaltgetriebe (AMT), Doppelkupplungsgetriebe (DCT), Automatgetriebe (AT), Stufenlosgetriebe (CVT) und verschiedene Konfigurationen von Hybridantrieben sowie reinen E-Antrieben. Abschn. 11.2 geht dann auf 22 verschiedene Nkw-Getriebe ein und zeigt die ganze Bandbreite von MT, AMT, DCT, AT, CVT sowie Hybridantriebe und reine E-Antriebe. Zur leichteren Orientierung ist zu Beginn des Pkw- und Nkw-Teils eine Übersichtstabelle mit den vorgestellten Getrieben abgebildet. In Abschn. 11.3 werden ausgeführte Achsgetriebe von Pkw und Nkw vorgestellt sowie verschiedene Differentialgetriebe und Sperrdifferentiale. Im Abschn. 11.4 werden schließlich ausgewählte Teile des Allradantriebs gezeigt. Bezüglich der Grundkonzepte auf denen die ausgeführten Konstruktionen dieses Kapitels basieren sei auf die Getriebeschemata in Kap. 6 verwiesen.

Dr.-Ing. Harald Naunheimer, Prof. Dr.-Ing. Bernd Bertsche, Dr.-Ing. Joachim Ryborz, Dr.-Ing. Wolfgang Novak, Dr.-Ing. Peter Fietkau

Kapitel 3. Logikbasierte Wissensrepräsentation und Inferenz

In diesem Kapitel werden wir auf die Grundlagen logikbasierter Ansätze zur Wissensrepräsentation und -inferenz eingehen. Neben einem allgemeinen Überblick werden wir dabei insbesondere die charakteristischen Eigenschaften klassisch-logischer Systeme herausarbeiten, die zum einen den Kern vieler Repräsentationssprachen bilden und zum anderen als Referenzobjekt zur Beurteilung von semantischer Fundierung, Ausdrucksstärke etc. solcher Sprachen dienen.

Christoph Beierle, Gabriele Kern-Isberner

Alle wollen in den Himmel – Keiner will sterben

Eine Reise zum gefährlichsten Ort Deutschlands

Sie wissen es: Sie werden sterben! Mit dem Tag der Geburt ist uns der Tod in die Wiege gelegt worden. Wir verdrängen den Gedanken daran auf einen Zeitpunkt fern in der Zukunft. Doch wir werden durch Meldungen in Presse und Fernsehen fast täglich daran erinnert, dass es uns jederzeit treffen kann.

Peter Mandry

Kapitel 6. Physikalische Eigenschaften

In diesem Kapitel behandeln wir eine Reihe von Eigenschaften, die nicht mechanischer und nicht chemischer Natur sind und die wir deshalb unter dem Oberbegriff physikalische Eigenschaften zusammenfassen. Die hier genannten Eigenschaften spielen für so genannte FunktionswerkstoffeFunktionswerkstoff eine Rolle, die Strom, Licht und Wärme leiten, als Speicher für Energie und Information dienen oder Sensor- und Aktoraufgaben erfüllen. Wir beginnen mit kernphysikalischen Eigenschaften und diskutieren Reaktionen in Kernreaktoren und Zustandsdiagramme von KernbrennstoffenKernbrennstoff. Dabei lernen wir auch Strahlenschäden kennen, die für Werkstoffe in der Kerntechnik eine Rolle spielen. Dann besprechen wir elektrische Eigenschaften von Werkstoffen und diskutieren die Temperatur- und Gefügeabhängigkeit des spezifischen Widerstandes verschiedener Werkstoffe. Wir lernen den Aufbau einer Solarzelle, eines Bleiakkumulators und einer Brennstoffzelle kennen. Dann besprechen wir die Wärmeleitfähigkeit von Festkörpern. Es folgt eine Betrachtung des Magnetismus und die Einteilung ferromagnetischer Festkörper in weich- und hartmagnetische Werkstoffe. Daran anschließend behandeln wir die Supraleitung und die thermische Ausdehnung. Abschließend werden die Phänomene Formgedächtnis und Magnetostriktion besprochen.

Erhard Hornbogen, Gunther Eggeler, Ewald Werner

32. Humor: Lache, und die Welt lacht mir dir!

Verschiedene Untersuchungen von Psychologen haben ergeben, dass Humor und Lachen eine reinigende Wirkung auf unser Gemüt haben. Aggressiv gestimmte Personen, denen man lustige Bilder zeigte, waren im Anschluss deutlich weniger aggressiv als solche, die „nichts zum Lachen“ hatten. Lachen hat zudem eine spannungslösende Wirkung, die uns im Service-Verkauf sehr nützlich sein kann (Schwarz 2008).

Falk Hecker

Kapitel 14. Erschütterungen und Schwingungen in Silos

Beim Fließen von Schüttgut in Silos kann es zu Erschütterungen und selbsterregten Schwingungen kommen. Die Frequenz der durch das Schüttgut ausgelösten Schwingungen kann größer als 1 Hz sein, manchmal sogar im hörbaren Bereich > 20 Hz liegen, wobei aber gewöhnlich kleine Amplituden vorherrschen. Werden hörbare Schwingungen erzeugt, spricht man vom „Silohupen“, bei Erschütterungen mit längerem Zeitabstand vom „Silobeben“. Da es keine allgemeingültigen Regeln zum Vermeiden der genannten Effekte gibt, wird eine Übersicht über Modellvorstellungen zu den Ursachen und über Experimente zur Ergründung der relevanten Mechanismen gegeben. Anhand von Beispielen aus der Literatur werden Problemlösungen vorgestellt.

Dietmar Schulze

Kapitel 3. Da haben wir ja Natur und Umwelt gründlich ruiniert

Die Ausbreitung des Homo sapiens hat die Umwelt umgewälzt und der Natur ihre gesamte Natürlichkeit ausgetrieben. Da ist nicht mehr viel zu retten, wir können nur versuchen, unsere Emissionen in etwas weniger schädliche Bahnen zu lenken und die überlebende Tier-und Pflanzenwelt vor ihnen zu schützen. Eigentlich geht es hier um Ökologie, also um das konstruktive Zusammenwirken der Arten, aber der Mensch ruiniert dieses halt permanent, von seinem ersten Wasserlassen bis zu seinem letzten Atemzug.

Michael Groß

Kapitel 4. Empirische Untersuchung

Um das in Kapitel 3.2 hergeleitete Kausalmodell mit den in den Hypothesen beschriebenen Vermutungen der Wirkungszusammenhänge anhand der Realität überprüfen zu können, bedarf es empirischen Datenmaterials, welches mittels geeigneten Methoden analysiert werden kann. Für das Generieren eines dem Forschungsvorhaben dienlichen Datenmaterials sind Entscheidungen, die das Untersuchungsdesign betreffen von grundlegender Bedeutung. Hierunter fallen insbesondere Entscheidungen über die Datenerhebungsmethode und deren differenzierte Ausgestaltung, über die Auswahl der Untersuchungseinheiten und die damit verbundene Untersuchungsdurchführung sowie über die Art der Verfertigung des empirischen Datenmaterials.

Christina Beisiegel

Kapitel 3. Parallele Systeme

Die Realisierung von parallelen Rechnersystemen erfolgt in verschiedenen Abstraktionsebenen. Nachfolgend werden diese vier Ebenen und die Möglichkeiten der ParallelisierungParallelisierungkurz vorgestellt. Es zeigt sich, dass durch die Vervielfachung von Recheneinheiten die Nutzung von gemeinsamem Speichergemeinsamer Speicher bei der Entwicklung paralleler Programme besonders betrachtet werden muss.

Michael Uelschen

Kapitel 5. Untersuchung B – Vergleichsfahrten

Die Untersuchung B befasst sich mit dem Tank-to-Wheel-Energiebedarf von elektrisch und konventionell angetriebenen Fahrzeugen in unterschiedlichen Fahrsituationen. Im Fokus stehen der Einfluss der Fahrumgebung, der Fahrweise, der Außentemperatur, dem Verkehrsaufkommen, der Beladung und des Kaltstarts. Die Ausführungen in Kapitel 3 lassen erwarten, dass sich viele Verbrauchsfaktoren unterschiedlich auf die beiden Fahrzeugtypen auswirken. Die Methodik, die zunächst vorgestellt wird, umfasst die Durchführung von Vergleichsfahrten mit einem batterieelektrisch angetriebenen und einem verbrennungsmotorisch angetriebenen Pkw.

Andreas Braun

Kapitel 4. Untersuchung A – Fahrmuster

Der Fokus der Untersuchung A liegt auf dem Zusammenhang zwischen dem Fahrmuster, also dem spezifischen Verlauf des Geschwindigkeitsprofils, und dem Tank-to-Wheel-Verbrauch elektrischer Energie im realen, alltäglichen Fahrbetrieb. Kapitel 1.3 hat gezeigt, dass Fahrmusterparameter in verschiedenen Anwendungsgebieten eine Relevanz besitzen. Für mehrere Gebiete ist es dabei notwendig, eindeutige und einflussreiche Parameter zu identifizieren, beispielsweise für die Erstellung mesoskopischer Verbrauchsmodelle. Die theoretischen und empirischen Hintergründe zum Verbrauchseffekt des Fahrmusters wurden in Kapitel 3.4 aufgezeigt.

Andreas Braun

Kapitel 6. Schlussfolgerungen

Die vorliegende Arbeit hat sich mit den Einflussgrößen des Streckenverbrauchs bei Elektrofahrzeugen beschäftigt. In diesem Themengebiet wurden zwei sich ergänzende Forschungslücken identifiziert. Zum einen wurde der Zusammenhang zwischen dem Fahrmuster von Elektrofahrzeugen und ihrem Verbrauch unter realen Fahrbedingungen analysiert (Forschungsfrage 1). Zum anderen hat die Arbeit untersucht, wie sich die unterschiedliche Technik von elektrischen und konventionellen Fahrzeugen auf das Fahrmuster und den Verbrauch auswirken und welchen Einfluss die primären Verbrauchsfaktoren jeweils haben (Forschungsfrage 2).

Andreas Braun

Kapitel 3. Einflussgrößen des Verbrauchs

Der Tank-to-Wheel-Verbrauch eines Elektrofahrzeugs im alltäglichen Fahrbetrieb hängt von einer Vielzahl von Faktoren ab. Da sich die Einflussgrößen des Verbrauchs auf unterschiedlichen Ebenen befinden und in wechselseitiger Abhängigkeit stehen, werden sie im ersten Teil dieses Kapitels zunächst in eine Systematik gebracht. In den weiteren Abschnitten wird der Einfluss der wichtigsten Größen für Elektrofahrzeuge in Theorie und Empirie diskutiert sowie auf Unterschiede zu konventionellen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor eingegangen.

Andreas Braun

Kapitel 2. Stand der Technik

Elektrische Kraftfahrzeuge verwenden für den Vortrieb wenigstens teilweise elektrische Energie. Die Umwandlung von elektrischer Energie in mechanische Energie erfolgt mittels Elektromotor. Verschiedene Typen elektrischer Kraftfahrzeuge unterscheiden sich insbesondere im Grad der Elektrifizierung.

Andreas Braun

8. Empirische Untersuchung der Prozessakzeptanz

Wie in den vorhergehen Kapiteln dargelegt, wird die Prozessakzeptanz im Zusammenspiel von Objekt, Subjekt und Kontext konstruiert. Folglich sollten diese drei Dimensionen untersucht werden. Dazu konzentriert sich das erste Experiment auf das Objekt, den Prozess, selbst.

Thomas Müllerleile

Kapitel 5. Mikrofone

Mikrofone dienen in elektroakustischen Übertragungssystemen als Umformer der Schallenergie in elektrische Energie. Hierzu wird prinzipiell eine Membran dem Schalldruckausgesetzt, welcher die Membran zu Schwingungen anregt. Diese Membranschwingungen werden dann in eine elektrische Leerlaufwechselspannung (Ausgangsspannung mit dem Effektivwert U0) umgeformt. Eine Tabelle zeigt technische Daten der verschiedenen Mikrofone.

Herbert Bernstein

Kapitel 6. Kleinsignalvorverstärker

Bei der Klassifizierung von Verstärkern unterscheidet man zwischen folgenden Kriterien: Signalart: Je nachdem, welche Art eines Signals verstärkt wird, kennt man Spannungs-, Strom- und Leistungsverstärker. Frequenz: In Abhängigkeit von der Amplitude der verstärkbaren Frequenz unterteilt man in Gleichspannungs-, Differenz-, Niederfrequenz- (NF) und Hochfrequenzverstärker (HF). Bandbreite: Je nachdem, wie groß der zu verstärkende Frequenzbereich ist, spricht man von Breitband-, Schmalband- und Selektivverstärkern. Aussteuerbereich: Bezüglich der Signalgröße bei der An- und Aussteuerung differenziert man zwischen Klein- und Großsignalverstärkern. Als Kleinsignalverstärker definiert man Leistungen bis zu 1 W, darüber als Großsignalverstärker. Aufbau: Je nach Art der Realisierung erhält man diskrete, hybride oder integrierte Verstärker.

Herbert Bernstein

7. Die Energiewende

Die sogenannte Energiewende ist ein Jahrhundertprojekt für Deutschland und vielleicht auch für die Welt. Dabei kann man natürlich darüber streiten, ob das Tempo das richtige ist und ob die Kosten fair verteilt werden. Abseits von solchen politischen Fragen klärt dieses Kapitel, wo denn eigentlich die grundsätzlichen Probleme des Umstiegs von Kohle & Co. hin zu Sonne und Wind liegen und mit welchen Strategien man diesen Problemen begegnen kann.

Martin Buchholz

Kapitel 6. Das Perpetuum mobile – Energiewandlung jenseits aller Grenzen

Wäre das nicht ein Traum: Eine Maschine, die ewig läuft und uns ohne Abgas und Stromrechnung mit Energie versorgt. Solch ein „Perpetuum mobile“ hat schon immer die Menschen fasziniert und tut es auch heute noch. Einige historische Fehlschläge und (scheinbare) Erfolge werden in diesem Kapitel vorgestellt. Wir lernen Perpetuum mobiles der ersten, zweiten und dritten Art kennen und sehen, warum sie alle entweder nicht funktionieren oder sinnlos sind. Wirklich alle? Auch die, denen man im Internet oder in gut sortierten technischen Museen bei der (ewigen) Arbeit zusehen kann?

Martin Buchholz

2. Einheiten

Die Beschäftigung mit Einheiten wirkt wenig sexy. Gleichzeitig ist die Chance, einen technischen Sachverhalt ohne die Kenntnis der verwendeten Einheiten zu verstehen, ebenso hoch, wie die Wahrscheinlichkeit eine Romanlektüre zu genießen, ohne das verwendete Alphabet zu kennen. Sofern Sie also den Unterschied zwischen kW und kWh nicht kennen bzw. deren Umrechnung in Watt, Joule und Kalorie nicht beherrschen, lohnt sich ein Blick in dieses Kapitel. Ganz nebenbei erfahren Sie, wie kalt Cola getrunken werden muss, damit man davon abnehmen kann, und was es mindestens kostet, sein Auto aufs Matterhorn zu heben.

Martin Buchholz

Kapitel 5. Reale Energiewandlungsprozesse und deren Grenzen

Wir erleben in unserem Alltag, wie permanent Energie umgewandelt wird: Holz verbrennt und es wird Wärme abgegeben. Strom wird zu Licht (Lampe) und Licht wird zu Strom (Photovoltaik). Der Kühlschrank stellt Kälte bereit und nimmt dabei Strom auf; im Kraftwerk hingegen wird Verbrennungswärme in Strom umgewandelt, der im Küchenmixer Arbeit verrichtet. Dieses Kapitel benennt und erklärt verschiedene Wandlungsprozesse und zeigt gleichzeitig Ihre praktischen und theoretischen Grenzen auf.

Martin Buchholz

Heft 2/2018: Mehr Mobilität im Mittelstand

Der Spott schien Dorothee Bär schnell sicher. Dabei hatte die Staatsministerin für Digitales doch Anfang März im „heute-journal“-Interview bestätigt, dass sie Investitionen in Infrastrukturen für wichtig halte, indes gehöre mehr dazu. Beispielsweise mithilfe nutzbarer Netzwerke autonom oder „mit einem Flugtaxi durch die Gegend“ zu fahren. Gedanken zur Zukunft darf man dergestalt offensichtlich hierzulande nicht äußern, ohne dass Bedenkenträger dies als Blödsinn brandmarken. Oder darf nur Frau nicht?

Thorsten Garber

Heft 6/2018: Ziele der Internationalisierung

Größe ist keine Voraussetzung für erfolgreiche Internationalisierung. Dies ergaben unsere Recherchen, als wir das Thema in return 03/2015 als Heftschwerpunkt aufgriffen, und bestätigen diesmal andere Beispiele in feiner Weise: Schon die vier Storys unserer Auslandskorrespondenten ab Seite 30 erzählen von Mut und Kraft vermeintlich Kleiner. Wenn es etwa ein Start-up aus Finnland in den boomenden Markt für E-Sport nach Südkorea zieht, eine Gründerin aus Estland für ihre App-Tests ein Netzwerk aus Prüfern weltweit aufbaut, zwei Modeschöpfer aus der Schweiz ausgerechnet im Fashion-Hotspot London gegen namhafte Konkurrenz antreten oder ein Deutsch-Taiwanese mit seinen 3-D-Grafiken an Hollywood-Blockbustern wie „Star Wars“ mitwirkt. Wieso wagen sie das?

Thorsten Garber

Kapitel 5. Chemische Reaktionen

Bei chemischen Reaktionen reagieren Elemente und/oder Verbindungen miteinander. Dabei entstehen neue Verbindungen und/oder Elemente.

Selma Sagman

7. Storytelling

Geschichten zu erzählen ist, über die Unterhaltung und Wissensvermittlung hinaus, zu einer Methode geworden, mit der explizites und implizites Wissen in Form einer Metapher weitergegeben werden kann. Diese Methode wird heute als „Storytelling“ bezeichnet und wird in unterschiedlichen Bereichen wie zum Beispiel in Unternehmen, in der Werbung oder auch in der Psychotherapie eingesetzt. Erkenntnisse und Erfahrungen werden dabei in Form von Geschichten transportiert, die die Zuhörer in ihrer individuellen „Welt“ ansprechen und die sie direkt in ihren Erfahrungshorizont einbauen können. In diesem Kapitel geht es darum, wie Geschichten aufgebaut sind und wie man Storytelling in Trainings und Präsentationen einsetzen kann. Dazu bietet das Improvisationstheater einen reichen Erfahrungs- und Übungsschatz, weil dort Geschichten im Moment auf der Bühne erfunden werden müssen.

Susanne Schinko-Fischli

Kapitel 2. Technische Systeme

Die Bezeichnung Technisches System wird heute statt der uneinheitlich gebrauchten und schwer abgrenzbaren Ausdrücke Maschine, Gerät, Apparat als fachübergreifender Grundbegriff zur Beschreibung technischer Produkte verwendet. Technische Systeme haben die Aufgabe, Energie, Stoffe (Material) und Information für Technik, Wirtschaft und Gesellschaft bereitzustellen und nutzbar zu machen. Es werden die systemtechnischen Grundlagen und die Eigenschaften technischer Systeme beschrieben, einschließlich der technischen Diagnostik und der Zustandsüberwachung für die Funktionssicherheit und die Strukturintegrität.

Horst Czichos

16. Cyber-physische Systeme

Cyber-physische Systeme (CPS) sind Mechatronische Systeme mit Internet-Kommunikation. CPS benutzen Sensoren, die Funktionsgrößen technischer Systeme erfassen und über digitale Netze mittels Aktoren auf Produktions-, Logistik- und Engineeringprozesse einwirken, wobei sie über multimodale Mensch-Maschine-Schnittstellen verfügen. Das Kapitel beschreibt das Prinzip Cyber-physischer Systeme sowie die für CPS erforderlichen Technologien der Objektidentifikation, Sensorik und Digitalisierung. Die Anwendung Cyber-physischer Systeme wird am Beispiel der Gefahrgutlogistik dargestellt.

Horst Czichos

17. Industrie 4.0

Industrie 4.0 ist ein Entwicklungsprojekt zur umfassenden Digitalisierung der industriellen Technik. Durch die Anwendung Cyber-physischer Systeme soll die Physische Welt (Produkte, Strukturen, Prozesse) mit der Digitalen Welt (Cloud Computing, Digitale Dienstleistungen) durch die Konnektivität des Internets (www) verbunden werden. Das Kapitel beschreibt die technologische Konzeption von Industrie 4.0 und skizziert das Anwendungspotenzial in den Technikbereichen Produktionstechnik, Energietechnik, Verkehrstechnik und Medizintechnik.

Horst Czichos

1. Grundlagen zur Audiotechnik

Mit Grundlagen der Audiotechnik kann ein umfassendes Werk gefüllt werden – in diesem Buch jedoch können nur die allernotwendigsten Dinge zur Sprache kommen.Zur Verarbeitung (wir wollen in diesem Zusammenhang künftig jedoch den Begriff Übertragung verwenden) von Tonsignalen müssen die Systeme einige Voraussetzungen erfüllen, um das Ursprungssignal möglichst wenig zu verändern. Andererseits gelten gewisse Anforderungen bei Systemen, die gezielte Tonsignaländerungen bewerkstelligen sollen (z. B. Filter). Wir werden – soweit notwendig – auf alle maßgebenden Kriterien für die Übertragungsqualität eingehen und teilweise sogar auf deren Messung. Dagegen soll weniger die Akustik zur Sprache kommen, die wiederum den Rahmen dieses Buches sprengen würde. S. 42 (Webers, Tonstudiotechnik. Franzis-Verlag, München, 1989; Stotz, Audio- und Videogeräte richtig einmessen und justieren. Franzis-Verlag, München, 1994.)Die Grundlagen werden sich dabei hauptsächlich auf analoge Signale beziehen – welche speziellen Effekte bei der Umwandlung ins digitale Format zu erwarten sind, ist Bestandteil des nächsten Kapitels.

Dieter Stotz

Vom Daten-Knecht zum Daten-Hecht – Eine Reflektion zu Anforderungen an die Statistik-Ausbildung für den zukünftigen Marktforscher

Für viele Studierende ist die Statistik-Ausbildung in ihrem Studium ein mehr oder minder großes Übel. Kein Wunder, dass sie von der vermittelten Theorie und deren potenziellen Anwendungsfeldern nur Weniges bis zum Start in die Praxis als brauchbar und nützlich behalten. Doch gerade die Marktforschung bedarf einer fundierten Ausbildung in grundlegenden und fortgeschrittenen statistischen Analyseverfahren. Der folgende Beitrag beschäftigt sich mit den Auswirkungen der sich abzeichnenden Entwicklungen in der Marktforschung auf die geänderten oder sich ändernden Anforderungen in der Statistik-Ausbildung im Studium. Er hinterfragt kritisch die derzeitige Wissensvermittlung in den Statistik-Vorlesungen und zeigt Optimierungspotenziale auf, die sich aus den Anforderungen an die sich dem Studium anschließende Praxis ableiten lassen, speziell im Hinblick auf die Marktforschung. Zusätzlich werden gerade entstandene oder entstehende, ausgewählte Tätigkeitsfelder der Marktforschung als mögliche Impulsgeber für modifizierte oder ergänzte Lehrinhalte untersucht.

Stefan Tuschl

Wird das automatisierte und vernetzte Auto zur digitalen Zwangsjacke für Verbraucher?

Automatisierung und Vernetzung sind mit einer hohen Nutzung von Daten im und um das Auto verbunden – und die meisten Personen, die davon betroffen sind, sind Verbraucherinnen und Verbraucher. Für sie kann das Autofahren zwar einfacher, leichter und sicherer werden, für steigt aber auch das Risiko, ihrer individuelle Autonomie zu verlieren und sich einer umfassenden Überwachung ihrer Mobilität, ihrer Kommunikation und ihrer Beziehungen auszusetzen. Daher geht der Beitrag der Frage nach, ob die steigende Automatisierung und Vernetzung des Autos Verbraucherinnen und Verbraucher an die digitale Leine legt und das vernetzte Auto für sie für zur digitalen Zwangsjacke wird. Diese Risiken können aber auch vermieden werden, wenn die jeweils Verantwortlichen die Datenschutzgrundsätze strikt beachten und die Hersteller diese durch „Privacy by Design“ in den Systemen für vernetztes und automatisiertes Fahren umsetzen.

Marion Jungbluth

Ökonomische Verwertung und informationelle Selbstbestimmung

Die Hoffnung auf neue, innovative Geschäftsmodelle ist ein wesentlicher Treiber der Entwicklung zum vernetzten und automatisierten Fahren. Die Einsatzmöglichkeiten für die im Automobil und aus diesem heraus erhobene Daten erscheinen grenzenlos. Da die Daten zumeist personenbezogen sind, stellt sich aus rechtlicher Perspektive die Frage, ob das Recht auf informationelle Selbstbestimmung die Kommerzialisierung der Daten einschränkt oder dieser sogar aus prinzipiellen Gründen entgegensteht. Der Beitrag erläutert diese Konfliktlinien und stellt eine primär ökonomische Perspektive auf die Frage der Nutzungsbefugnisse vor. Diese verdichtet sich zwar bis auf weiteres nicht zu einem Regelungsbedarf für diese Befugnisse; wohl aber lassen sich Erkenntnisse für die Auslegung des geltenden (Datenschutz-)Rechts gewinnen.

Gerrit Hornung

Selbstdatenschutz im vernetzten Fahrzeug und dessen technische Umsetzung

Um Datenschutz im vernetzten Fahrzeug umzusetzen, ist es notwendig, Fahrer und andere Insassen geeignet zu informieren und ihnen die Möglichkeit zu geben, auf die Verarbeitung personenbezogener Daten Einfluss zu nehmen. Der Beitrag basiert auf Ergebnissen des Forschungsprojekts Selbstdatenschutz im vernetzten Fahrzeug (SeDaFa) und stellt typische Anwendungsfälle vernetzter Fahrzeuge vor, zeigt Angriffsmöglichkeiten auf, identifiziert Sicherheits- und Datenschutzanforderungen für eine technische Lösung und beschreibt eine mögliche technische Architektur zum Selbstdatenschutz. Exemplarisch wird am Beispiel Parkplatzfinder eine konkrete Umsetzung der Architektur gezeigt, wie Selbstdatenschutz auch in einem vernetzten Fahrzeug gewährleistet werden kann.

Christoph Krauß

Kapitel 2. Wirklich etwas mitteilen: Die Pressemitteilung

Wir lesen in der Zeitung, was die Parteivorsitzende meint oder der Verkehrsminister plant. Wir hören im Rundfunk, was der Geschäftsführer von Greenpeace fordert und die Präsidentin von Brot für die Welt unterstützt.

Norbert Franck

Kapitel 3. Forschungsstand – Stereotype-Untersuchungen im deutschsprachigen Raum

Bevor eine Betrachtung der bisherigen Stereotype-Untersuchungen im deutschsprachigen Raum erfolgt, soll zuvor kurz auf den Forschungsstand im anglophonen Raum eingegangen werden. Oakes/Haslam/Turner (1994) bezeichnen die Studien von Lippmann (1990/1922), Katz/Braly (1933), Adorno et al. (1950), Allport (1971/1954), Sherif (1967), Tajfel (1969), Hamilton (1981) und Tajfel (1981) als „major milestones“ (vgl. Oakes/Haslam/Turner 1994: 8) der Stereotypenforschung fassen die genannten Publikationen in folgende Abbildung zusammen.

Stefan Ossenberg

Kapitel 3. Herausforderungen für multinationale Automobilunternehmen durch globale Umfeldtrends

Multinationale Automobilunternehmen stehen vor vielfältigen neuen Herausforderungen. Dies zeigen Studien und Prognosen und Diskussionen auf dem jährlich stattfindenden Duisburger „Wissenschaftsforum Mobilität“. Sie zeigen sich aber auch in Berichten und Gesprächen in Muttergesellschaften und in 90 Tochtergesellschaften von 15 deutschen Automobilherstellern und -zulieferern in den vier BRIC-Ländern (Brasilien, Russland, Indien und China), in Mexiko und in den USA zwischen 2013 und 2017.

Heike Proff

„Ever tried. Ever failed. No matter. Try again. Fail again. Fail better.“

(Samuel Beckett)
Aleksandar Rakić

Kapitel 10. Entwicklung von Plusenergie-Siedlungen

Obwohl die Verringerung des Flächenverbrauchs alternativlos ist, wird das Entstehen von Neubaugebieten auch in Zukunft nicht gänzlich zu verhindern sein. Eine nachhaltige Baulandentwicklung muss hohe soziale, ökologische und betriebswirtschaftliche Standards erfüllen, welche sowohl den Bewohnern als auch dem Klimaschutz zugutekommen.Durch den Bau von Plusenergie-Siedlungen – also Quartieren, die in, an und auf ihren Gebäuden und Grundstücken mehr Energie produzieren, als die Nutzer verbrauchen – kann dies gelingen. Die überschaubaren Mehrkosten von Plusenergie-Gebäuden amortisieren sich bereits innerhalb weniger Jahre, da beispielsweise Strom aus Fotovoltaik im Wohnungsbau heute schon günstiger ist als der Bezug aus dem Netz.Um den Plusenergie-Standard zu erreichen und damit im Betrieb CO2-neutal zu sein, reichen eine optimierte Bauweise und hohe Energieeffizienz der Gebäude nicht aus. Erst durch die Erzeugung erneuerbarer Energien über die Gebäudehülle, am Haus und auf dem Grundstück kann überschüssige Energie erzeugt werden, welche das gesamte Quartier zu einem smarten Kraftwerk macht.Das übergeordnete Ziel ist eine integrierte, nachhaltige Baulandentwicklung, die bei geringem Flächenverbrauch bezahlbaren Wohnraum schafft, der langfristig geringe Energie- und somit auch Nebenkosten generiert und damit sowohl den Bewohnern als auch dem Klimaschutz dient.Dieses Ziel steht im Einklang mit der Nachhaltigkeitsstrategie der Bundesregierung und trägt dazu bei, die globalen Ziele der Agenda 2030, die sogenannten Sustainable Development Goals (SDGs), zu erfüllen, insbesondere in den Bereichen „Bezahlbare und saubere Energie“ (SDG 7), „Nachhaltige Städte und Gemeinden“ (SDG 11) und „Maßnahmen zum Klimaschutz“ (SDG 13).

Martina Klärle, Ute Langendörfer

5. Erfolgskonzept: Evolutionäre Entwicklung

Das zweite Konzept einer erfolgreichen Strategieentwicklung ist die „Evolutionäre Entwicklung“. Am Beispiel der Schreiner Group wird erläutert, wie die Einkaufsstrategie evolutionär entwickelt werden kann und welcher Nutzen eine evolutionäre Vorgehensweise mit sich bringt. Neben der Begründung, weshalb ein evolutionäres Konzept empfohlen wird, werden die drei Ansätze zur evolutionären Strategieentwicklung präsentiert: Die strategische Story zur phasenweisen Ausrichtung der grundlegenden Strategieentwicklung; das Regelkreismodell als Grundgedanke einer evolutionären Steuerung; das 15M-Reifegradmodell zur Entwicklung der Methoden, Prozesse und Instrumente sowie deren Umsetzung.

Gerhard Heß, Manfred Laschinger

Autonome Systeme und ethische Reflexion

Menschliches Handeln mit und menschliches Handeln durch Roboter

Um ihre Handlungsziele zu erreichen, setzen Menschen auch Werkzeuge ein. Roboter sind in dieser Hinsicht moderne Werkzeuge, die immer weiter reichende Handlungsunterstützung bieten und auch schon Handlungen komplett übernehmen können. Damit verbunden ist die zunehmende Autonomie dieser Systeme, das heißt die Fähigkeit, Entscheidungen zu treffen, die in einem Handlungskontext getroffen werden müssen. Wie verhält sich diese technische Autonomie zur Autonomie des menschlichen Akteurs? Diese Frage wird aus der Perspektive der interdisziplinären Technikfolgenforschung beantwortet, indem zunächst die unterschiedlichen Ersetzungsverhältnisse beschrieben werden, wobei ein besonderes Augenmerk auf die ethische Ersetzbarkeit des Menschen gelegt wird. Anhand aktueller Fallbeispiele aus verschiedenen Anwendungskontexten, wie beispielsweise dem autonomen Fahren, werden die Folgen des Einsatzes autonomer Systeme diskutiert.

Michael Decker

6 Physikalische Eigenschaften

Dieses Kapitel liefert eine Reihe von Antworten zu Eigenschaften, die nicht mechanischer Natur sind. Wir beginnen mit Antworten zu kernphysikalischen Eigenschaften und diskutieren Reaktionen in Kernreaktoren. Dann folgen Antworten zu den elektrischen Eigenschaften von Werkstoffen, welche die Temperatur- und Gefügeabhängigkeit des spezifischen elektrischen Widerstandes verschiedener Werkstoffe betreffen. Weitere Antworten behandeln Aufbau und Wirkungsweise einer Solarzelle und einer Batterie zur Speicherung elektrischer Energie. Auf Antworten zur Wärmeleitfähigkeit, zur thermischen Ausdehnung und zur Wärmekapazität von Festkörpern folgen weitere Antworten zum Magnetismus und der Einteilung ferromagnetischer Festkörper in weich- und hartmagnetische Werkstoffe. Daran anschließende Antworten behandeln das Phänomen Formgedächtnis sowie Sensor- und Aktorwerkstoffe.

Ewald Werner, Erhard Hornbogen, Norbert Jost, Gunther Eggeler

6 Physikalische Eigenschaften

Dieses Kapitel bringt eine Reihe von Aufgaben zu Eigenschaften, die nicht mechanischer Natur sind. Wir beginnen mit Aufgaben zu kernphysikalischen Eigenschaften und diskutieren Reaktionen in Kernreaktoren. Dann folgen Fragen zu den elektrischen Eigenschaften von Werkstoffen, welche die Temperatur- und Gefügeabhängigkeit des spezifischen elektrischen Widerstandes verschiedener Werkstoffe betreffen. Weitere Aufgaben behandeln Aufbau und Wirkungsweise einer Solarzelle und einer Batterie zur Speicherung elektrischer Energie. Aufgaben zur Wärmeleitfähigkeit, zur thermischen Ausdehnung und zur Wärmekapazität von Festkörpern werden gefolgt von Aufgaben zum Magnetismus und der Einteilung ferromagnetischer Festkörper in weich- und hartmagnetische Werkstoffe. Daran anschließende Aufgaben behandeln das Phänomen Formgedächtnis sowie Sensor- und Aktorwerkstoffe.

Ewald Werner, Erhard Hornbogen, Norbert Jost, Gunther Eggeler

Kapitel 5. Gefahrgutrecht

Gefährliche GüterGüter, gefährliche werden in einer industrialisierten Gesellschaft häufig verwendet und natürlich auch befördert. Wichtig dabei ist es, Leben und Gesundheit von Menschen und Tieren zu schützen sowie Gefahren für die Umwelt, öffentliche Sicherheit und Ordnung abzuwenden. Zu diesem Zweck wurden Regelwerke geschaffen, die die sichere Beförderung dieser sensiblen Güter gewährleisten.

Uwe Jacobshagen

Kapitel 2. Zweiter Ausflug: Zum mühsamen Leben in der Ursuppe

Es ist eine bekannte Tatsache, dass UnordnungUnordnung leichter entsteht als OrdnungOrdnung . Unser wohlaufgeräumter Schreibtisch verwandelt sich nach wenigen Tagen oder Wochen der Benutzung in ein unübersichtliches Gemenge von Gegenständen und Unterlagen. Den gleichen Gesetzen gehorcht offenbar unser Werkzeugkasten in der Garage oder der Nähkasten in unserer Kleiderkammer. Nur unter EnergieaufwandEnergieaufwand lässt sich die verlorene Ordnung wiederherstellen. Ganz ähnlich erkennt man am allgemeinen Durcheinander, dass die Werkstatt längere Zeit für Arbeiten benutzt wurde, ohne dass Hilfskräfte Gelegenheit zum Aufräumen hatten.

Dieter Neubauer

Kapitel 6. Sechster Ausflug: Durch dick und dünn

Zucker macht dick! So lautet ein Schlachtruf der diätbesessenen Schlankheitsfanatiker. Der mit chemischem Grundwissen ausgestattete Skeptiker dagegen schüttelt ungläubig den Kopf. Wie sollen sich Kohlenhydrate in Fett umwandeln? Traubenzucker ist rein formal aus Kohlenstoff und Wasser zusammengesetzt – gehorcht also der Formel C6H12O6, Fett dagegen ist ein Ester aus Glycerin und Fettsäuren. Im Falle der Palmitinsäure rechnet er vor, dass das Glycerintripalmitat die Summenformel C51H98O6 hat, und um seinen Unglauben zu untermauern, stellt er die zugehörigen Strukturformeln ohne den für chemische Reaktionen typischen Pfeil einander gegenüber – er trennt sie lieber durch ein dickes Fragezeichen voneinander.

Dieter Neubauer

Kapitel 3. Elektrochemische Verfahren und Systeme der Wandlung elektrischer Energie

Ein Verfahren der elektrochemischen Energieumwandlung – die Brennstoffzelle – wird auch als „kalte Verbrennung“ bezeichnet. Der Zusammenhang zwischen Energieumwandlung, Verbrennung als der sicher anschaulichsten und unmittelbarsten Umwandlung und der Energetik elektrochemischer Prozesse wird darin angesprochen.

Rudolf Holze

Kapitel 1. Bedeutung und Besonderheiten elektrischer Energie

Unser Alltag ist allenfalls in seltenen Ausnahmesituationen ohne Nutzung elektrischer Energie vorstellbar. Selbst in der klassischen Urlaubszeit fernab elektrischer Maschinen und vernetzter Büros wird ein Mobiltelefon nicht fehlen, sein Betrieb ist ohne leistungsfähige, kleine und möglichst preiswerte Energiespeicher nicht denkbar.

Rudolf Holze

Kapitel 2. Energieumwandlung und Energiespeicherung

Für die Speicherung elektrischer Energie gibt es Optionen der direkten Speicherung und der Speicherung auf dem Umweg über eine Wandlung in eine andere speicherbare Energieform, man könnte dies auch als indirekte Speicherung bezeichnen, sie sind in Tab. 2.1 zusammengefasst. Die Nutzung der gespeicherten Energie macht den erneuten Weg, nun in umgekehrter Richtung, erforderlich. Es ergeben sich die in Tab. 2.1 dargestellten Möglichkeiten.

Rudolf Holze

Kapitel 4. Elektrochemische Energiespeicher und typische Anwendungen

Die im vorangegangenen Kapitel vorgestellten Verfahren der elektrochemischen Energiewandlung haben zu zahlreichen Systemen geführt, die in zahllosen technischen Anwendungen elektrischer und elektronischer Geräte im Alltag unentbehrlich geworden sind. Viele dieser Anwendungen sind wegen ihres Einsatzortes oder aus anderen technischen wie persönlichen Gründen nicht aus dem Stromnetz versorgbar.

Rudolf Holze

Prediction of the lifetime of urban electric bus traction batteries in the context of the overall system design

Driven by the ongoing discussion about clean air in German cities, many municipal transport companies are pushing ahead with the conversion of their bus fleets from diesel buses to electric buses. In many cities, this is an elementary step in the package of measures to reduce emissions and comply with legal limits.

Martin Ufert

15. Signalverarbeitung

Während die letzten Kapitel den Aufbau einer Schaltung in den Fokus nahmen, soll dieses Kapitel die Funktionsweise zum Thema haben. Wie eine Schaltung oder ein ganzes Gerät arbeitet, das Zusammenspiel der Einzelkomponenten gestaltet, nimmt bedeutenden Einfluss auf das EMV-Verhalten. Beispielsweise kann man die Verstärkung eines Sensorsignals fast beliebig steigern, um eine erforderliche Empfindlichkeit zu erreichen. Damit könnte jedoch auch vermehrt ein Störsignal überhandnehmen. Um dies zu verhindern, sollte die Verstärkung nur zu bestimmten, festgelegten Zeiten hochgesteuert werden, nämlich dann, wenn ein Signal tatsächlich zu erwarten ist. Man nennt diese Art der Steuerung auch Koinzidenz-Verfahren. Koinzidenz Die in diesem Kapitel erläuterten Methoden und Schaltungen dienen als Anregung – sie stellen keine fertigen Konzepte oder Detailschaltungen dar, dafür ist in diesem Buch kein Platz, denn die Anforderungen sind zu vielfältig.

Dieter Stotz

3. Elektrische Messtechnik

Neben den elementaren Aufgaben der Bestimmung elektrischer Größen wie Stromstärke oder Spannung wird die elektrische Messtechnik zur Kontrolle und Steuerung fast aller Produktionsabläufe eingesetzt. Ihre Verfahren zeichnen sich durch eine hohe Empfindlichkeit, Genauigkeit und Betriebssicherheit aus, ihre Messwerte können leicht verstärkt und auch in großer Entfernung angezeigt und verarbeitet werden. Alle physikalischen Größen lassen sich zudem mit geeigneten Aufnehmern in elektrische Signale umwandeln und damit in eine EDV-gestützte Prozesssteuerung einbringen, Lit. [1, 2, 3, 4].

Prof. Dr.-Ing. Rolf Fischer

4. Elektrische Maschinen

Die Energieumwandlung in umlaufenden (rotierenden) elektrischen Maschinen, sowohl in Generatoren wie in Motoren, beruht auf den im Abschn. 1.2.3 beschriebenen Wechselwirkungen zwischen der Erzeugung von Kräften bzw. Drehmomenten und von elektrischen Spannungen in Magnetfeldern. Deshalb haben Generatoren und Motoren den gleichen Aufbau. Der Elektromotor ist das Kernstück des elektrischen Antriebs, der in seinen verschiedenen Ausführungen in fast jeder industriellen Produktion, im Gewerbe und Haushalt zum Einsatz kommt. Der Generator hat eine entsprechende Bedeutung für die Erzeugung elektrischer Energie in Kraftwerken.Die Gliederung der einzelnen Maschinentypen erfolgt in der Regel zunächst nach der Stromart in Gleichstrom-, Wechselstrom- und Drehstrommaschinen. Innerhalb dieser Aufteilung unterscheidet man dann, z. B. mit Synchron- und Asynchronmaschinen, nach der Wirkungsweise und dem Konstruktionsprinzip.Transformatoren sind ruhende elektrische Energiewandler. Auf der Grundlage des Induktionsgesetzes werden damit Wechselspannungen nach Betrag und Phasenlage geändert (umgespannt). Man unterscheidet hier Wechselstrom- und Drehstromtransformatoren (Lit. [1, 2, 3, 4, 5]).

Prof. Dr.-Ing. Rolf Fischer

2. Elektronik

Zur Elektronik, dem jüngsten Teilgebiet der Elektrotechnik, zählt man die Vorgänge und Bauelemente, welche die Bewegung elektrischer Ladungsträger in Halbleitern und Gasen technisch ausnutzen, außerdem die mit Halbleiterbauelementen und den klassischen Bauteilen Widerständen, Kondensatoren und Spulen gebildeten Schaltungen. Durch die großen Fortschritte in der Halbleitertechnologie, die heute vom preiswerten Einzelbaustein z. B. einer Diode bis zur hochintegrierten Schaltung in einem Gehäuse eine fast unüberschaubare Vielzahl von Bauteilen bereitstellt, hat die Elektronik alle Bereiche der Elektrotechnik erfasst. Der Schwerpunkt der Anwendung liegt jedoch in der Informations- und Unterhaltungselektronik, der elektrischen Messtechnik, der Regelungstechnik und der Leistungselektronik. Ein weiter expandierendes Teilgebiet ist ferner immer noch die elektronische Datenverarbeitung EDV mit der Mikroprozessortechnik.Die nachstehenden Abschnitte sollen eine Einführung in das Gebiet der Elektronik geben und damit auch dem Ingenieur nichtelektrotechnischer Fachbereiche das erforderliche Grundlagenwissen vermitteln. Dazu werden zunächst die wichtigsten elektronischen Bauelemente mit ihrer Wirkungsweise und ihren typischen Daten vorgestellt und danach einfache Baugruppen, die häufig Bausteine umfangreicher Schaltungen sind, behandelt, Lit. [1, 2, 3, 4, 5, 6].

Prof. Dr.-Ing. Rolf Fischer

1. Grundlagen der Elektrotechnik

Im ersten Abschnitt des Buches werden die allgemeinen Grundlagen der Elektrotechnik behandelt, auf deren Erkenntnisse alle speziellen Fachgebiete wie z. B. die Messtechnik, Elektronik oder Antriebstechnik aufbauen. Sie stehen damit zwingend am Beginn jeder Ausbildung in elektrotechnischen Fächern.Die Grundlagen der Elektrotechnik sind eine für Ingenieurwissenschaften geeignete Darstellung der klassischen Elektrizitätslehre der Physik, die sich aus den Erkenntnissen vor allem im 18. und 19. Jahrhundert gebildet hat. An diesem Werk haben eine Vielzahl von Wissenschaftlern ihren Anteil, denen wir in der Bezeichnung fast aller Einheiten der elektrotechnischen Grundgrößen begegnen. Beispielhaft seien hier nur die Physiker Andre-Marie Ampère (1775–1836), Georg Simon Ohm (1789–1854) und schließlich Alessandro Volta (1745–1827) genannt, deren Namen in den Einheiten des wichtigsten Grundgesetzes – des Ohmschen Gesetzes – miteinander verbunden sind [1, 2, 3, 4].

Prof. Dr.-Ing. Rolf Fischer

4. Technologien – Ingenieurwissen – Technische Systeme: Die Welt der Technik

Technik bezeichnet die Gesamtheit der von Menschen geschaffenen, nutzorientierten Gegenstände und Systeme sowie die zugehörige Forschung, Entwicklung, Herstellung und Anwendung. Technologie ist die Wissenschaft von der Technik.

Horst Czichos

Spezifika der Komponentenauslegung des Ladungswechsels und der Emissionierung für die Fahrzeugintegration

Das Packaging heutiger Fahrzeuge, insbesondere im Bereich des Motorraums und der Abgasanlage, ist eine komplexe Aufgabe. Das Maßkonzept ist abhängig von Aufbauform, Antriebsart, Aggregateumfang und Randbedingungen wie zum Beispiel Fahrkomfort oder Fahr- und Bediensicherheit. Jedes Bauteil muss seine vorgegebenen räumlichen Grenzen einhalten, um Konflikte mit angrenzenden Bauteilen zu vermeiden.

Eric Brée, Hermann Middendorf

Der Ladungswechsel und das Stack-Management von modernen Brennstoffzellen-Systemen

Der effiziente und zuverlässige Betrieb einer Brennstoffzelle stellt hohe Anforderungen an das Luft- und Thermomanagement sowie an die Überwachung der Stack-Funktion.Neben der reinen Partikelfiltration muss die Prozessluft der Brennstoffzelle von Schadgasen befreit und gezielt befeuchtet und temperiert werden um einen zuverlässigen Betrieb über Lebensdauer zu gewährleisten. Daneben gilt es durch integrierte akustische Maßnahmen die Geräuschentwicklung der aktiven Bauelemente, wie dem Gebläse, zu verringern.Im Vergleich zu Verbrennungsmotoren bedarf es bei Brennstoffzellenantrieben spezieller Kühlsysteme, die eine sichere Kühlung des Stacks, und der elektrischen Komponenten auch bei niedrigerem Temperaturdifferenzen sicher stellen. Ein effizientes Thermomanagement ist hier der Schlüssel für die Integration in bestehende Fahrzeugbauräume.

Sven Alexander Kaiser, Michael Baumann, Stefan Biba, Hans-Ulrich Steurer

Patentanalyse von Hybridsystemen im Pkw mit Auswirkung auf den Ladungswechsel

Auf dem Gebiet der hybriden Antriebstechnik werden die unterschiedlichen Hybridisierungskonzepte vorgestellt und erläutert, wie die Leistungen eines Verbrennungsmotors und eines Elektromotors zum Antreiben eines Fahrzeuges kombiniert werden können. Um Trends und Schwerpunkte der Industrie auf dem Gebiet der hybriden Antriebstechnik aufzuzeigen, wurden 3215 europäische Patentanmeldungen gesichtet und bezüglich der offenbarten Konzepte ausgewertet. Um die daraus ableitbaren Aussagen besser verstehen zu können, werden Hintergründe zu üblichen Anmeldestrategien geliefert. Im Besonderen werden Schutzrechtsanmeldungen aus Deutschland und Japan als die beiden anmeldestärksten Länder auf dem Gebiet der hybriden Antriebstechnik genauer untersucht. Inwieweit aus den Patentanmeldungen für die hybriden Verbrennungsmotorenkonzepte Ableitungen für den Ladungswechsel des Verbrennungsmotors getroffen werden können, soll diskutiert werden.

Niklas Haverkamp, Wilhelm Hannibal

Kapitel 5. Optimierungsmodelle zur Abbildung des MEPVP

In diesem Kapitel werden das MEPVP-Modell und weitere Optimierungsmodelle zur Abbildung des MEPVP entwickelt. Es handelt sich dabei um gemischt-binäre und um reinbinäre Modelle. Zunächst werden die entwickelten Modelle bezüglich verschiedener Modelltypen eingeordnet und in einer Übersicht dargestellt.

Christoph Stich

3. Schülervorstellungen

Schülerinnen und Schüler haben sich schon viele Jahre mit Dingen in ihrer Alltagswelt auseinandergesetzt, bevor in der Schule der fächerdifferenzierte naturwissenschaftliche Unterricht beginnt: Sie haben die „Sendung mit der Maus“ gesehen, erste Versuche und Entdeckungen im Kindergarten und in der Vorschule gemacht, und sie sind im Sachunterricht und im naturwissenschaftlichen Unterricht mit naturwissenschaftlichen Fragestellungen in Berührung gekommen. Sie haben also bereits zahlreiche Erklärungen für Phänomene ihrer Lebenswelt entwickelt. Diese Erklärungsansätze entsprechen allerdings nicht immer der naturwissenschaftlichen Sichtweise. Solche vorwissenschaftlichen Erklärungen werden als Vorstellungen bezeichnet. Welchen Einfluss Vorstellungen auf das Lernen haben, über welche ursprünglichen Erklärungen Schüler für chemische Vorgänge verfügen, wie wir Vorstellungen im Chemieunterricht erkennen und adäquat berücksichtigen können, werden wir in diesem Kapitel in den Blick nehmen.

Sabine Streller, Claus Bolte, Dennis Dietz, Ruggero Noto La Diega

Kapitel 3. Wenn weniger mehr wird: die Technik der Subtraktion

Wenn wir ein Produkt, einen Prozess oder generell irgendetwas verbessern wollen, tendieren wir dazu, etwas hinzuzufügen. Doch gerade das Entfernen einer wichtigen Komponente des Systems ermöglicht es uns, einen völlig neuen Blick auf die Dinge zu bekommen, und führt uns zu radikal neuen Ansätzen. Die Technik der Subtraktion führt uns auf diesen Pfad.In diesem Kapitel erfahren Sie: Warum weniger viel mehr sein kann. Warum unser Denken voller Fixierungen ist. Wie man ganz einfach radikal umdenken kann.

Drew Boyd, Jacob Goldenberg

Kapitel 6. Neue Tricks für alte Hunde: die Technik der Task Unification

Gerade weil unsere Gesellschaft reich an Ressourcen ist, nutzen wir sie oft nicht wirklich aus. Doch viele Dinge können mehr als das, wofür sie vorgesehen sind. Mithilfe der Task-Unification-Technik können wir unseren Blick schärfen und genau diese Möglichkeiten ganz systematisch abfragen. Ein Denkmuster, das in ärmeren Ländern der Welt selbstverständlich ist, führt uns zu schlanken Lösungen oder ganz neuen Geschäftsmodellen.In diesem Kapitel erfahren Sie: Warum Sie vielleicht schon, ohne es zu wissen, für die New York Times gearbeitet haben. Wie Kinder in Afrika beim Spielen Wasser pumpen. Wie die Task Unification Ihnen eine neue Welt eröffnet.

Drew Boyd, Jacob Goldenberg

18. Hardware und Realisierung

Zur Realisierung des Klassifizierungssystems gibt es verschiedene Bausteine und Komponenten, deren Charakteristika und Zusammenstellungen im Folgenden anhand unterschiedlicher Anwendungen erläutert sind. Diese Anwendungen wurden passend gewählt, um die Einsatzmöglichkeiten von Mikroprozessoren, speicherprogrammierbaren Steuerungen und komplexen Bausteine zur Realisierung des Klassifizierungsverfahrens für diese Anwendungen aufzuzeigen. Für die verschiedenen Module der Trainings- und Arbeitsphase wird detailliert der Hard- und Softwareaufwand angegeben.

Gerhard Sartorius

Kapitel 2. Mikroplastik

Kunststoffe, die umgangssprachlich auch als Plastik (nicht zu verwechseln mit einer Plastik oder Skulptur eines Bildhauers) bezeichnet werden, werden aufgrund ihrer Haltbarkeit vielfältig eingesetzt. Dadurch ergeben sich Probleme mit der umweltschonenden Entsorgung, wobei insbesondere Mikroplastik eine besondere Rolle einnimmt.

Andreas Fath

Kapitel 4. Fazit, Forschungsdesiderata und praktische Implikationen

Die diskutierten RBeG-Instrumente wurden nur mangelhaft validiert, in der Regel von Personen und/oder Institutionen, die am Entwicklungsprozess beteiligt waren. Die zwei besprochenen SPJ-Checklisten – VERA und MLG – fußen hauptsächlich auf anekdotischen Evidenzen und Urteilen von konsultierten Anwendern. Signifikante Korrelationen oder radikalisierungsrelevante Kausalitäten konnten von den Instrumentenentwicklern kaum aufgezeigt werden. Als Heiliger Gral der RBeG wird daher das SPJ-Verfahren dargeboten, auch wenn sich das Verfahren in Ermangelung empirisch fundierter Risikofaktoren als stumpfes Schwert erweist.

Michail Logvinov

4. Marketingforschung und Kundenverhalten als Grundlagen des Versicherungsmarketings

Im vorhergehenden Kapitel sind die Akteure von FDL- und Versicherungsmärkten sowie die dort gehandelten Finanzdienstleistungsprodukte dargestellt worden. Ein grundlegendes Verständnis dieser Märkte und der dort agierenden Privatkunden erfordert jedoch die Anwendung der Marketingforschung und ihrer Methoden (Kap. 4.1). Im klassischen wie modernen Marketingverständnis bilden die Nachfrager mit ihren Bedürfnissen und ihrem Verhalten einen zentralen Bezugspunkt der Marketingforschung. Deswegen wird nach der Behandlung der Marketingforschung das Nachfrageverhalten privater Versicherungskunden ausführlich erörtert (Kap. 4.2).

Thomas Köhne

Kapitel 5. „Kundenservice ist Marketing.“ – Interview mit Mathijs Kok

Herr Kok, Sie leiten die Kundenservice-Abteilung von Aerosoft, einer deutschen Firma, die vor allem Software und Hardware für Flugsimulationen entwickelt, veröffentlicht und international verkauft, mit Kunden aus der ganzen Welt. Können Sie bitte kurz beschreiben, was Ihre täglichen Aufgaben sind?

Mario Donick

Kapitel 5. Effizienz von Speichertechnologien

Die fossile Energieversorgung aus thermischen Kraftwerken erfolgte nach einem Kraftwerkseinsatzplan entsprechend der Netzlast. Speicher waren nur in geringem Ausmaß notwendig. Insbesondere für die wenig flexiblen thermischen Kraftwerke wie Kernkraft- und Braunkohlekraftwerken wurden Erzeugungsprofile mit geringen Leistungsänderungen gefahren. Bei niedrigem Energiebedarf in der Nacht konnte die Überschussleistung der Kraftwerke in Pumpspeichern aufgenommen werden und als Spitzenlast zur Mittags- und Abendzeit des folgenden Tages zurückgespeist werden. Die Pumpspeicher waren zu diesem Zweck als Kurzzeitspeicher für Speicherzeiten von wenigen Stunden ausgelegt.

Günther Brauner

Kapitel 12. Wie erkennen wir ein lebendiges Universum?

Wir können die Hypothese vom lebendigen Universum heute nicht testen, doch eines Tages werden wir so weit sein, denn wir werden immer bessere Fernerkundungen durchführen können, und vielleicht werden wir einmal geeignete Exoplaneten und Exomonde besuchen können. Die schlechte Nachricht ist, dass dies immer noch Jahrzehnte dauern wird, die gute, dass dies ein Forschungsprogramm ist, das Weltraumbehörden auf der ganzen Welt bereits voranbringen, etwa mit Teleskopen, die die Planeten und Monde in anderen Sonnensystemen charakterisieren. Außerdem wird die Erkundung der Planeten und Monde unseres eigenen Sonnensystems mit Teleskopen und Raumfahrzeugen wertvolle Daten liefern. Im Laufe der nächsten Jahre und Jahrzehnte wird dieser fortschreitende Marsch der Technologie immer mehr Details über unsere kosmische Nachbarschaft enthüllen. Wir sind zuversichtlich, dass, wenn Leben gefunden wird, dieses dann auf vielen Welten komplex sein wird.

Dirk Schulze-Makuch, William Bains

Kapitel 9. Effizienz der Mobilität

Der Sektor Verkehr hatte in Deutschland im Jahr 2015 einen Anteil von 29,5 % am gesamten Endenergiebedarf. Der Schienenverkehr hat daran einen Anteil von nur 2,5 %, der Luftverkehr 13 % und die Binnenschifffahrt von unter 1 %. Der Straßenverkehr ist mit 84 % überwiegend für den Energiebedarf des Verkehrssektors verantwortlich.

Günther Brauner

3. Modellierung eines Wärmenetzes

In diesem Kapitel wird auf die angewendete Methodik der Wärmenetzmodellierung genauer eingegangen. Hierbei soll zuerst die Ausgangsbasis des Modells, welches um ein Wärmenetz erweitert wird, beschrieben werden. Anschließend wird die Zielsetzung für die Modellierung definiert.

Vanessa Hagedorn

4. Anwendung des Modells zur Analyse der Versorgungskonfigurationen

Zu Beginn werden in diesem Kapitel Siedlungstypen sowie die im Modell verwendeten Wohnquartiere genauer beschrieben. Anschließend wird auf die Bestimmung der Lastprofile und deren Verteilung in den Wohnquartieren weiter eingegangen. Daraufhin werden die in dieser Arbeit betrachteten Szenarien erläutert. Abschließend wird auf die Modellspezifikationen sowie auf deren Umsetzung genauer eingegangen.

Vanessa Hagedorn

5. Auswertung der Ergebnisse der Modellanwendung

Im Folgenden werden die durch die Modellanwendung gewonnenen Ergebnisse beschrieben. Dabei werden zuerst die Ergebnisse der Netzdimensionierung erläutert. Im Anschluss werden dann die Ergebnisse der Kapazitäten-Auslegung sowie der Betriebsweisen der Technologien geschildert. Zuletzt werden die ökologischen und ökonomischen Aspekte sowie die Autarkiegrade der Systeme genauer untersucht.

Vanessa Hagedorn

EMV bei elektrischen Maschinen im Antriebsstrang

Durch die voranschreitenden Entwicklungen der On-Board-Elektronik im Kfz-Bereich, steigt die Anzahl elektronischer Geräte und Komponenten innerhalb eines Kraftfahrzeuges drastisch. Steuergeräte bekommen unzählige Funktionen, viele Funk-Technologien werden eingesetzt (z. B. Navigation über GPS, GLONASS und BDS, Keyless Entry, C2X, RDK, Wi- Fi, Bluetooth, LTE, 5G). Je nach Einsatzfeld des Systems muss die sichere Funktionalität gewährleistet werden. Dieser sicherzustellenden Funktionalität können hochfrequente Störungen, hervorgerufen durch die benötigten leistungselektronischen Komponenten eines Elektrofahrzeuges, entgegenwirken.

S. Tsiapenko, J. Weber, H. Hirsch

Energiebedarf von elektrisch und verbrennungsmotorisch angetriebenen Kraftfahrzeugen in Abhängigkeit von Zuladung und Verkehrsumfeld

Die Einhaltung der Klimaziele der Bundesregierung und die daraus potentiell für konventionelle Verbrennerfahrzeuge entstehenden Konsequenzen führen zwangsläufig zu einem steigenden Interesse an alternativen Antrieben wie beispielsweise Elektrofahrzeugen. Bedingt durch drohende Fahrverbote für Dieselfahrzeuge aufgrund der Emittierung giftiger Stickoxide erscheinen elektrifizierte Fahrzeuge als eine attraktive Lösungsvariante, um die Mobilität im urbanen Raum zufriedenstellend aufrechtzuerhalten und lokale Emissionsfreiheit zu garantieren. Dieser Anreiz wird weiterhin durch staatliche Förderungen, die bei einem Erwerb eines solchen Fahrzeugs bereitgestellt werden, sowie Steuervorteile unterstrichen.[1]

P. Driesch, T. Weber, S. Tewiele, D. Schramm

Einordnung: Mobilität in Zeiten von Veränderung

Technische und betriebswirtschaftliche Aspekte

Der achte Tagungsband zu den technischen und betriebswirtschaftlichen Aspekten von Mobilität fasst Vorträge und Poster zusammen, die auf dem 10. Wissenschaftsforum Mobilität 2018 in Duisburg unter dem Rahmenthema „Mobilität in Zeiten der Veränderung – Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft“ diskutiert wurden. Er schlägt einen Bogen von den Anfängen der automobilen Mobilität Ende des 19. Jahrhunderts bis in die Zukunft mit autonom fahrenden Fahrzeugen und neuen urbanen Mobilitätskonzepten und stellt dabei den Übergang von der alten (Auto)Mobilität in eine neue Mobilität in den Mittelpunkt.

H. Proff

Methanol – der Kraftstoff, der uns morgen antreibt

Die Energie- und Rohstoffwende stellt uns in Deutschland vor zahlreiche Herausforderungen. In der gegenwärtigen Situation wird sie aus verschiedenen Gründen eher als Bedrohung denn als Chance gesehen, wodurch die Möglichkeiten, die die Energiewende bietet, verspielt werden. Dabei stehen wir vor einer historischen Gelegenheit, Umweltschutz, Energieeffizienz und Mobilität zum Nutzen aller zu vereinen.

Martin Bertau, Michael Kraft, Ludolf Plass, Hans-Jürgen Wernicke

Strom und erneuerbare Kraftstoffe – gemeinsame Lösung für die Verkehrswende

Im Vorgriff auf das Pariser Klimaschutzabkommen von 2015 hat die Bundesregierung bereits im Jahr 2010 Ziele für die Reduktion von Treibhausgasen in Deutschland veröffentlicht. Das Energiekonzept 2010 sah CO2-Minderungsziele von 55 % bis 2030, 70 % bis 2040 und 80 % bis 95 % bis 2050 vor [1]. Diese Ziele wurden durch den „Klimaschutzplan 2050“ der Bundesregierung bekräftigt und um die Erreichung einer globalen Treibhaugasneutralität in der zweiten Hälfte des Jahrhunderts erweitert [2].

Stephan Stollenwerk, Jens Kanacher, Frank-Detlef Drake

CO2 und Emissionsgesetze, Anforderungen & Lösungen

Die Entwicklung der Treibhausgasemissionen im gesamten Verkehrssektor stagniert auf den ersten Blick. Im Jahr 1995 wurden 177 Mio. t CO2 und Äquivalente emittiert. Das von der deutschen Bundesregierung im Klimaschutzplan 2050 festgelegte Ziel ist eine Reduktion von 40 % bis 2030, also rund 60–70 Mio. t CO2, und eine Reduktion von 80 % bis 2050.

Joachim Damasky, Tobias Block

Europäische Regulierungen für Kraftstoffe, alternative Kraftstoffinfrastrukur und CO2-Ausstoß von Fahrzeugen

Dieses Kapitel versucht einen Überblick über die wichtigsten klimarelevanten Gesetzgebungen zu geben, die das Fahrzeug, den Antriebsstrang und die Antriebsenergie im Straßenverkehr betreffen – also hauptsächlich den CO2-Ausstoß von Fahrzeugen, alternative Antriebe und die CO2-Intensität von Kraftstoffen.

Markus Maly

Mobilität und Energie bedeuten Wohlstand

Energie, Mobilität und Wohlstand sind in unserer Gesellschaft untrennbar miteinander verwoben. Klimapolitik durch geplante Energierestriktionen und -preiserhöhungen zu betreiben, wird dabei vor allem die einkommensschwachen Bevölkerungsschichten treffen. Sinnvolle Lösungen sind erforderlich. Eine physikalisch-wirtschaftliche Betrachtung von Wolfgang Maus.

Wolfgang Maus

Gibt es in der Industrie in 20 Jahren noch Verbrennungsmotoren?

Die oben gezeigten Arbeitsmaschinen und Industrieanwendungen mit mehr als 76 kW, werden heute vorwiegend durch Dieselmotoren bestritten. Ein kleiner Teil verwendet Gasmotoren mit LPG oder CNG. Weniger als 0,5 % bei mobilen Arbeitsmaschinen verwenden elektrische Antriebe.

Rudolf Ellensohn, Andreas Link

Das Potenzial einer alternativen Kraftstoffstrategie

Die Erreichung der in Paris vereinbarten Klimaziele zur Reduktion des CO2-Abdruckes („carbon footprint“) bedarf bedeutender Veränderungen, besonders jedoch zukunftsfähiger Innovationen im Energiebereich. In Deutschland haben sich hierbei die Sektoren des Energiesystems im Zuge der Energiewende und der Umsetzung des Klimaschutzplans 2050 in unterschiedlichem Maß weiterentwickelt. Während etwa im Jahr 2014 in der Energiewirtschaft und im Gebäudesektor bereits ein sichtbarer Rückgang bei den CO2-Emissionen gegenüber dem Referenzjahr 1990 erreicht wurde, stagnieren demgegenüber die CO2-Emissionen im Verkehrssektor.

Olaf Toedter, Thomas Koch

Strombasierte Kraft- und Brennstoffe als Verknüpfung von weltweiten Energiesystemen

Es gibt weltweit verschiedene Standorte, an denen künftig die Stromerzeugung aus Sonne und Wind zu Preisen im Bereich von 2 ct/kWh möglich sein wird. An Beispielstandorten in Marokko, Dubai und Australien wurden Systemauslegung zum konzeptionellen Design für Power-to-Fuel Anlagen durchgeführt. Die geeignete Wahl von Komponentengrößen und die zugehörige Betriebsstrategie führen zu Produktionskosten für strombasierte Kraft- und Brennstoffe von 1,0 bis 1,5 EUR/l im mittelfristigen Zeithorizont und unter 1 EUR/l im langfristigen Ausblick.Transportkosten flüssiger Energieträger sind im Vergleich dazu vernachlässigbar; selbst bei der Berücksichtigung globaler Transportwege. Es ist daher naheliegend die strombasierten Kraft- und Brennstoffe gezielt dort herzustellen, wo die besten Wetterbedingungen herrschen. Durch die Umwandlung in flüssige Energieträger wird der kostengünstige elektrische Strom nutzbar gemacht, selbst wenn es keinen Zugang zur elektrischen Netzinfrastruktur gibt.Die Chance besteht daher in der Verknüpfung globaler Energiesysteme. Gegenden mit sehr guten Wetterbedingungen haben einen strategischen Vorteil zur Produktion von strombasierten Kraft- und Brennstoffen und haben die Möglichkeit lokaler Wertschöpfung und Energieexport. Länder, die heute in großem Maße von Energieimporten abhängig sind und Dekarbonisierungsziele verfolgen, könnten somit auf Windenergie und Photovoltaik an weltweiten Standorten zugreifen.

Alexander Tremel

Kapitel 3. Grundlagen

Zum besseren Verständnis werden die wissenschaftlichen und technischen Grundlagen behandelt. Zunächst wird auf die Betriebsfestigkeitsanalyse und die Festigkeitsabsicherung im Fahrzeugbau eingegangen. Daran schließt sich ein kurzer Überblick über die Elektrifizierung von Fahrzeugen und die dafür verwendeten Komponenten an. Das Kapitel schließt mit einer Einführung in Multilevel-Ansätze in der Materialwissenschaft und die Übertragung des Konzepts auf die Festigkeitsanalyse komplexer Strukturen im Fahrzeugbau.

Dr.-Ing. habil. Andreas Dörnhöfer

Kapitel 7. Zusammenfassung und Ausblick

HV-Batterien und elektrische Steckkontakte sind im Detail komplexe, hierarchisch aufgebaute Fahrzeugkomponenten, deren Betriebsfestigkeit mittels Multilevel‐Ansätzen abgesichert werden kann. Dadurch lassen sich die Gesamtkomplexität der Versuche und Analysen sowie die Anzahl der Einflussgrößen reduzieren. Die Verknüpfung der einzelnen Komplexitätsebenen und die Einordnung der Ergebnisse finden durch begleitende Simulationen statt. Das Kapitel fasst die wesentlichen Erkenntnisse der Arbeit zusammen und gibt einen Ausblick auf zukünftige Forschungsschwerpunkte und Anwendungsgebiete.

Dr.-Ing. habil. Andreas Dörnhöfer

Kapitel 4. Konzept zur Betriebsfestigkeitsanalyse von Hochvoltspeichern

In diesem Kapitel wird die Entwicklung und Anwendung von Multilevel-Ansätzen zur Betriebsfestigkeitsanalyse von Hochvoltspeichern erläutert. Hochvoltspeicher gehören sicher zu den augenscheinlichsten Unterscheidungsmerkmalen in den Komponenten elektrifizierter Fahrzeuge gegenüber Fahrzeugen mit konventionellem Antrieb über Verbrennungsmotoren.

Dr.-Ing. habil. Andreas Dörnhöfer

Kapitel 3. Methodik der IT-Prüfung

In gemeinsamen Prüfungen von Business-Revisoren und IT-Revisoren kann die Frage aufkommen, welche Methoden und Standards relevant sind und wie mit Übereinstimmungen oder Unterschieden umgegangen werden sollte. Im nachfolgenden Kapitel wird ein Überblick über vorhandene Methoden der Internen Revision und eine Gegenüberstellung der beiden Standardrahmen des ISACA und des IIA geliefert, welche bei der Beantwortung dieser Frage hilfreich sein sollen. Dazu werden die Methoden der Internen Revision für die IT-Revision aufgefächert. Diese beinhalten solche Grundlagen wie die Steuerung von Prüferressourcen (Prüfungsmanagement), die Aufstellung und das Testen von Prüferhypothesen vor dem Hintergrund akzeptabler Prüferfehler, die Bedeutung einer guten Kommunikation in der Prüfung (einschließlich Überlegungen für gute Revisionsberichte) und nicht zuletzt die Sicherstellung der Nachvollziehbarkeit (und damit der Qualität) einer Prüfung durch gute Dokumentation.

Peter Duscha

Kapitel 7. Ihre Herausforderungen in der Logistik

Informations- und Kommunikationstechnologien (IuK) sollen Unternehmen dabei helfen, ihre Geschäftsprozesse effizient durchzuführen. Dieses Buch beschäftigt sich schwerpunktmäßig mit Softwarelösungen, welche logistische Prozesse unterstützen (Abbildung 7.1). Dies schließt allerdings nicht aus, dass dabei auch Prozesse und Funktionen des internen und externen Rechnungswesens, der Personalverwaltung oder anderer Bereiche betroffen sind, was daran liegt, dass sich Logistikunternehmen mit den unternehmensüblichen generischen Funktionen auseinandersetzen müssen.

Christoph Groß, Roland Pfennig

Grüne IT für eine grüne Logistik – Umweltorientierter Einsatz von Informationstechnologien für eine nachhaltige Logistik

Informationstechnologie (IT) kann einen Beitrag zur Verbesserung wirtschaftlicher und ökologischer Faktoren in der Logistik leisten. Dabei muss das Paradoxon von Energieverbrauch in der IT den Energieeinsparungen durch die IT gegenübergestellt werden. Der Bezug von Green IT zur Logistik wird bisher selten hergestellt. In diesem Beitrag soll deshalb das Zusammenspiel von umweltschonender grüner IT und grüner Logistik untersucht werden. Hierfür wird Green IT in der Logistik genauer definiert. Um die Relevanz von Green IT in der Logistik zu beleuchten, wurden Interviews mit Vertretern aus der Wirtschaftsbranche geführt. Diese haben bestätigt, dass IT ein wichtiger Bestandteil der Logistik ist, IT aber noch nicht grün gelebt wird.

Dieter Uckelmann, Tamara Bogenreuther, Iris Bräutigam

3. Festwiderstände

Ohm‘sche Widerstände werden in elektronischen Baugruppen und Geräten als Bauelemente in verschiedensten Ausführungsformen verwendet. Eine Gliederung von Widerständen ist nach festen, mechanisch veränderbaren und durch physikalische Größen veränderlichen Widerstandswerten möglich. Weiterhin können Festwiderstände nach ihrer Aufbauform (bedrahtet, Chip für SMD-Montage, Dick- oder Dünnschicht) sowie ihrer Aufbauart (Widerstandsmaterial draht- oder schichtförmig und dessen Struktur und Gestaltung) eingeteilt werden. In einer integrierten Schaltung wird oft ein besonders beschalteter Transistor als Widerstandsersatz benutzt.Die wichtigsten Kennwerte eines Widerstandes sind: der Widerstandsnennwert (Sollwert) in Ohm (kurz: Widerstandswert) die Toleranz des Widerstandswertes in Prozent vom Nennwert (herstellungsbedingte, maximale Abweichung vom Nennwert nach oben oder unten) Belastbarkeit in Watt Temperaturabhängigkeit (Temperaturkoeffizient TK, gibt die Temperaturabhängigkeit des Widerstandswertes an). Ein Widerstand ist ein passives Bauelement. Die Einheit für den elektrischen Widerstand ist Ohm. Das Einheitenzeichen für Ohm ist „Ω“, das Formelzeichen ist „R“. Ein idealer ohmscher Widerstand weist einen linearen Zusammenhang zwischen den durch ihn fließenden Strom I und der an ihm anliegenden Spannung U auf. Dies ist das ohmsche Gesetz $$R=\frac{U}{I}$$ . Ein Ohm ist definiert als $$1\,\Omega=\frac{1\,\text{V}}{1\,\text{A}}$$ .

Leonhard Stiny

5. Bipolare Transistoren

Ohm’sche Widerstände, Kondensatoren und Spulen sind wichtige passive und lineare Bauelemente. Auch eine Diode ist ein passives, aber nichtlineares Bauteil. Wie bereits in der Einleitung erwähnt, wurden die bisher ausführlich besprochenen Dioden in dieses Werk über aktive elektronische Bauelemente aufgenommen, weil sie auf der Halbleitertechnik beruhen, zu deren Verständnis ein umfangreiches Grundwissen erforderlich ist, welches auch bei den aktiven Halbleiterbauelementen benötigt wird.Soll ein elektrisches Signal verstärkt (vergrößert) werden, um z. B. die Verluste einer Übertragung auszugleichen, so benötigt man aktive Bauelemente. Mit einem aktiven Bauelement kann mit einer kleinen Steuerleistung am Eingang eine große Leistung am Ausgang gesteuert werden. Mit (bipolaren) Halbleiterbauelementen erfolgt diese Steuerung stufenlos und proportional zur Steuerleistung am Eingang. Man erhält einen linearen Verstärker. Aktive Bauelemente erzeugen oder liefern keine Leistung, mit ihnen kann nur mit einer kleinen Leistung am Eingang eine große Leistung am Ausgang gesteuert werden. Eine Ausnahme bilden die unabhängigen Spannungsquellen, welche ebenfalls zu den aktiven Bauelementen gehören und Energie liefern.Mit aktiven Halbleiterbauelementen lassen sich gesteuerte Quellen realisieren, deren Ausgangswerte von einem Eingangssignal abhängen und mehr Leistung abgeben als aufnehmen. Eine Hilfsenergiequelle (Netzgerät, Batterie als Betriebsspannungsquelle) liefert die für die Verstärkung notwendige Leistung.

Leonhard Stiny

Kapitel 2. Klimatisierungssysteme

Klimatisierungssysteme (HVAC, Heating, Ventilation and Air Conditiong) bilden ein System verschiedener Komponenten zur Bereitstellung von Wärme und „Kälte“ zur Konditionierung des Fahrgastraums. Der erforderliche Wärmestrom wird von einem Kältemittelkreislauf (zum Kühlen) und einem Zuheizer oder einer Wärmepumpe (zum Heizen) bereitgestellt und im Klimagerät an die Luft übertragen, die in den Fahrgastraum strömt.

Malte Westerloh

Kapitel 3. Thermisches Gesamtfahrzeugmodell

Die Entwicklungszeiten von Pkw werden trotz zunehmender Modellvielfalt und steigender Komplexität technischer Systeme immer kürzer. Daher steigt für den Automobilhersteller die Bedeutung einer frühzeitigen Auslegung und Bewertung anhand von Computermodellen. Neben der Untersuchung einzelner Bauteile ist dessen Zusammenspiel im Pkw von großer Bedeutung. In der Praxis erfolgt die Auslegung und Bewertung mittels eines Gesamtfahrzeugmodells [94].

Malte Westerloh

Kapitel 6. Methode zur Bewertung

Zur Beschreibung des elektrischen Energiebedarfs zum Heizen und Kühlen eines BEV werden für die Bewertungsmethode folgende Eingangsgrößen verwendet: Spezifischer Energiebedarf zum Heizen und Kühlen pro km eHV AC Anzahl N und Verteilung n der Pkw Durchschnittlich gefahrene Strecke je Pkw s im Jahr Häufigkeit der Temperaturbereiche je Stadt Hi

Malte Westerloh

Kapitel 5. Die Messung generalisierten Vertrauens

Die Frage, wie nun genau ein allgemeines Vertrauen in unbekannte Andere zu messen sei, wurde in der Literatur in den letzten Dekaden gelegentlich erörtert (vgl. Deutsch 1958; Rotter 1967; Couch und Jones 1997; Lewis und Weigert 1985; Glaeser et al. 2000; Miller und Mitamura 2003; Naef und Schupp 2009). In der Regel wird aber nicht hinterfragt, ob das was mit den etablierten Surveyfragen oder mit dem Verhalten in Experimenten gemessen wird tatsächlich Vertrauen ist (vgl. Nannestad 2008: 415). Neben diesen primären Erhebungsmethoden existieren zwar auch Versuche von Anthropologen, Vertrauen über „thick description“ zu identifizieren, experimentelle und umfragebasierte Studien stellen jedoch die Grundlage für den auf Empirie basierenden Korpus etablierter Theorien und generalisierender Aussagen dar.

Niels Michalski

Kapitel 6. Werte als Bestimmungsfaktoren von Vertrauen

Im theoretischen Teil wurde gezeigt, dass in der Literatur keineswegs Einigkeit über die Ursprünge von Vertrauen besteht. Insbesondere über die Frage, ob Vertrauen nun rationalstrategisch oder normativ fundiert oder sogar im Persönlichkeitssystem verankert ist, gibt es geteilte Ansichten. Um der Frage nachzugehen, ob im generalisierten Vertrauen empirisch tatsächlich alle drei Ansätze zu finden sind, werden Variablen gesucht, die diese Beziehungen jeweils begründen können. Konkrete Wertpräferenzen dienen hier als Ausgangspunkt, weil sie erlauben, die normative Beliefkomponente des Vertrauens zu identifizieren. Rational begründetes Vertrauen wird in Kapitel 7 indirekt über Kovariaten identifiziert, deren Mechanismus theoretisch in rationalem Verhalten begründet ist.

Niels Michalski

Kapitel 5. Modellbildung und Simulation

Aufbauend auf dem neu entwickelten methodischen Optimierungsansatz erfolgt in diesem Kapitel die Umsetzung des Simulations- und Optimierungs-Frameworks. Nach dem Vorbild der 3x3 Parametermatrix wird das Framework modular aufgebaut und berücksichtigt die äußeren wie inneren Betriebsparameter. Die einzelnen Simulationsmodelle werden detailliert erläutert und für die exemplarische Anwendung im darauffolgenden Kapitel mittels real gemessener Daten parametrisiert und validiert.

Raphael Pfeil

Kapitel 6. Anwendung der Methode am Beispiel E-Taxi

Auf Basis der in Kapitel 1 gestellten Forschungsfragen und den identifizierten Betriebsparametern wird in diesem Kapitel ein exemplarisches Nutzungsprofil einer Taxischicht analysiert. Bei diesen Untersuchungen werden die äußeren Betriebsparameter Nutzung, Infrastruktur und Umwelt variiert, die Zusammenhänge und Auswirkungen auf den Taxibetrieb untersucht sowie die Ergebnisse der dominierenden Kenngrößen des Fahrbetriebs Reichweite und Betriebsdauer gegenübergestellt und bewertet. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen wird im nächsten Schritt mit der entwickelten Optimierungsmethode die Ladestrategie im Taxibetrieb für verschiedene Szenarien optimiert.

Raphael Pfeil

Kapitel 3. Relevante Betriebsparameter

In diesem Kapitel werden die relevanten Betriebsparameter (BP), die Einfluss auf den Energieverbrauch beim Transportprozess und damit auch auf das Energieladen haben, vorgestellt und erläutert. Zunächst werden die e-taxispezifischen Betriebsparameter identifiziert und gruppiert. Anschließend wird der Einfluss der BP auf den Energieverbrauch analysiert und diskutiert.

Raphael Pfeil

Kapitel 1. Einleitung

Zur Einleitung in diese Arbeit wird im Unterkapitel 1.1 die Bedeutung der Elektromobilität in Bezug zur Mobilität im Allgemeinen erörtert. Darauf folgt die kritische Gegenüberstellung dieser mit konventionell angetriebenen Fahrzeugen (Fzg). Anschließend wird im Unterkapitel 1.3 das Themengebiet dieser Arbeit abgegrenzt und im darauffolgenden die Forschungsfragen formuliert sowie die Zielsetzung festgelegt. Im letzten Abschnitt 1.5 wird ein Überblick über den Inhalt dieser Arbeit gegeben.

Raphael Pfeil

Kapitel 2. Stand der Technik

In diesem Kapitel werden die für diese Arbeit relevanten Grundlagen und der aktuelle Stand der Technik wissenschaftlich beschrieben. Die Betriebsabläufe des Taxibetriebs sind im ersten Unterkapitel abstrahiert dargestellt. Es wird auf die Herausforderung der Optimierung dieser Betriebsform im Bezug zum GVRP diskutiert.

Raphael Pfeil

4. Elektrische Energiewandler und Speicher

Wesentliche Bereiche der Elektrotechnik beschäftigen sich mit der Wandlung und Speicherung von Energie. Transformatoren transformieren Wechselspannungen, Generatoren wandeln mechanische Antriebsenergie in elektrische Energie und Motoren elektrische in mechanische Energie. Photovoltaikanlagen wandeln Sonnenenergie direkt in elektrische Energie. Zuerst werden Bauformen von Transformatoren und ihr Betriebsverhalten erläutert. Danach geht es um den Aufbau, die Wirkungsweise und das Betriebsverhalten von Drehstrom-Asynchron- und Drehstrom-Synchronmaschinen. Aufbauend auf der Darstellung der Vorgänge in der Solarzelle werden Solarmodule, Solargeneratoren und die photovoltaische Systemtechnik behandelt. Insbesondere werden die unterschiedlichen Wechselrichtertypen hinsichtlich ihrer Funktion und ihrer Wirkungsgrade ausführlich erläutert. Abschließend werden Prinzipien der elektrischen Energiespeicherung dargelegt und ein Überblick über die verschiedenen Technologien zur Speicherung elektrischer Energie gegeben. Dabei wird auch auf die Techniken zur Unterbrechungsfreien Stromversorgung eingegangen. Die Wandlung elektrischer Energie mit leistungselektronischen Schaltungen wird in Abschn. 3.4 in Zusammenhang mit der Halbleitertechnik beschrieben.

Andreas Böker, Ekkehard Boggasch, Hartmuth Paerschke

1. Grundlagen der Elektrotechnik

Das erste Kapitel führt, ohne besondere Vorkenntnisse vorauszusetzen, in die Grundlagen der Elektrotechnik ein. Ausgehend von der Darstellung des elektrischen Feldes werden die Gesetzmäßigkeiten im Gleichstromkreis dargelegt. Es folgt das magnetische Feld und das Induktionsgesetz mit seinen Anwendungen. Beim elektrischen Feld wird auf die Verwendung der dielektrischen Verschiebung D und beim magnetischen Feld auf die magnetische Feldstärke H komplett verzichtet. Die Materialkonstanten εr und µr werden über die elektrische Polarisation und die Magnetisierung eingeführt. Diese vereinfachte Darstellung wird im Anhang mit den Maxwellgleichungen begründet. Es folgen die für die Anwendungen so wichtigen Themen der Wechselstrom- und Drehstromtechnik. Für die Berechnungen von Strömen und Spannungen wird mit Zeigerbildern und komplexen Größen gearbeitet. Es werden die Wirk-, Blind- und Scheinleistung sowie der Einfluss der Blindleistungskompensation auf den Wirkungsgrad erklärt. Auch wird auf von der Sinusform abweichende Stromverläufe eingegangen, die durch den verbreiteten Einsatz von leistungselektronischen Schaltungen verstärkt auftreten.

Andreas Böker

Der Einsatz von Elektromobilität zur Steigerung der Nachhaltigkeit in der Logistik

Es fahren mehr als 1,2 Milliarden Autos auf der Welt (vgl. Statista, 2018a). Im Jahr 2050 sollen es mehr als 2 Milliarden Autos sein (vgl. Kreyenberg, 2016). Bei den Nutzfahrzeugen ist die Fahrzeugmenge etwas geringer. Im Jahr 2016 sollen weltweit insgesamt 2,5 Millionen mittelschwere und schwere Trucks abgesetzt worden sein. Schon heute ist klar: Der enorme Bedarf nach Mobilität wird Engpässe bei der Kraftstoffbeschaffung von Verbrennungsmotoren erzeugen.

Horst Wildemann

Kapitel 5. Anforderungen der Unternehmensnachfolger an die Entrepreneurship Education

Die Literatur zur Unternehmensnachfolge sowohl im Bereich der Familienunternehmen als auch im Bereich des strategischen Managements ist umfangreich. Bevor das Forschungsfeld „Unternehmensnachfolge“ näher betrachtet wird, soll zunächst eine Definition des Begriffes vorgenommen werden. Bisher werden unterschiedliche Begrifflichkeiten zur Beschreibung der Unternehmensnachfolge verwendet, wie Unternehmernachfolge oder auch Generationswechsel.

Nadine Uebe-Emden

Kapitel 1. Einleitung, Motivation und Aufbau

Die Reduzierung des weltweiten CO2-Ausstoßes zur Begrenzung des voranschreitenden Klimawandels ist eine der Herausforderungen unserer modernen Gesellschaft. Dieses Ziel ist nur durch Betrachtung der gesamten Energieversorgung zu erreichen. Dazu zählt die Energieversorgung des mobilen Sektors (Straßen-, Schiffs- und Schienenverkehr) und des stationären Sektors (Industrie, Gewerbe und private Haushalte).

Lucas Mathusall

5. Nachhaltige Energiekreisläufe: Von der biologischen zur Künstlichen Photosynthese

Wie gelingt ein nachhaltiger Energiestoff-Kreislauf? Zur Beantwortung dieser Frage wird der Blick auf den großen Zusammenhang von vier Milliarden Jahren Erdgeschichte gerichtet. Der globale Kohlenstoff-Sauerstoff-Kreislauf hat im Holozän, dem Erdzeitalter der letzten 10.000 Jahre, eine außerordentliche Stabilität der Atmosphäre ermöglicht, gerät aber durch massive Nutzung fossiler Brennstoffe aus der Balance. Ein paralleler, nicht-biologischer Kreislaufs durch Künstliche Photosynthese soll diese Balance wiederherstellen. Anschließend fasst Kap. 5 zusammen, welche „Defizite“ der biologischen Photosynthese vermieden werden müssen, damit eine attraktive Künstliche Photosynthese gelingen kann. In Analogie zur Entwicklung vom Vogelflug zum Flugzeug wird eine „lockere Biomimetik“ vorgeschlagen. Es folgen „Fünf Wege zu nicht-fossilen Brennstoffen“, zusammen mit einer kurzen Einschätzung der jeweiligen Stärken und Schwächen bzw. offenen Fragen.

Holger Dau, Philipp Kurz, Marc-Denis Weitze

9. Was tun?!

„Es gibt nichts Gutes, außer: Man tut es.“ Das Epigramm von Erich Kästner spricht eine Herausforderung an, die in den vorhergehenden Kapiteln nur gestreift wurde. Es ist die Frage, ob und wie und wann die Künstliche Photosynthese den Schritt von der Vision zu einem Pfeiler der Energiewende schaffen kann. Unter der Überschrift „Was tun?“ zeigen sechs Thesen Schritte zur Realisierung der Künstlichen Photosynthese als ein neuer Pfad in der Energiewende hin zum nachhaltigen Energiesystem der Zukunft. Die Thesen lehnen sich an Empfehlungen der deutschen Wissenschaftsakademien zur Künstliche Photosynthese an [2] und beziehen sich auf langfristige Strategien, bei deren Gestaltung letztendlich der Dialog zwischen Wissenschaft, Öffentlichkeit, Politik und Wirtschaft entscheidend sein wird. [1] acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften (Hrsg.): Technik gemeinsam gestalten. Frühzeitige Einbindung der Öffentlichkeit am Beispiel der Künstlichen Fotosynthese (acatech IMPULS), München: Herbert Utz Verlag, 2016. [2] acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften, Nationale Akademie der Wissenschaften Leopoldina, Union der deutschen Akademien der Wissenschaften (Hrsg.): Künstliche Photosynthese. Forschungsstand, wissenschaftlich-technische Herausforderungen und Perspektiven. München, 2018.

Holger Dau, Philipp Kurz, Marc-Denis Weitze

Contribution of Hydrochemical and Geoelectrical (ERT and VES) Approaches to Investigate Salinization Process of Phreatic Aquifer and Climate Change Adaptation Strategy in Arid Area: Example of Garaat Douza and Its Proximities (Mediterranean Basin)

The geophysical, hydrogeochemical and climatological investigations of the plio-quaternary aquifer, in Garaat Douza (Moulares-Redayef Mining Basin, Southwestern Tunisia), enabled us to identify the origin and the extension of salinization in time and space. Thus, the hydrogeological study has revealed a piezometric drawdown, showing the insufficiency of the natural recharge of the aquifer due to the low rainfall events and the increasing use of groundwater. The hydrochemical study has shown that the high salinities are recorded at the level of Garaat Douza (outlet of the aquifer). The geophysical study (ERT and VES) has revealed that the surveyed area is characterized by the presence of two zones with different resistivities. The first zone is near the outlet, and generally has very low resistivity values (less than 3 Ω m) revealing the presence of salt-water, whereas in the second zone (far from the outlet), the resistivity values are higher than 100 Ω m, testifying for the presence of water with a better quality than the previous one.

Elhem Moussaoui, Abdelkader Mhamdi, Mouez Gouasmia, Ferid Dhahri, Mohamed Soussi

Wirkungsgradverbesserungen für moderne Dieselmotoren unter anspruchsvollen RDE-Randbedingungen

Die globalen Initiativen zur Absenkung der Schadstoff- und Treibhausgasemissionen erfolgen auch über die Einführung umfassenderer und anspruchsvollerer Zertifizierungszyklen. Insbesondere die Erweiterung auf das reale Betriebsverhalten während des Alltagsbetriebs (RDE) bedeutet einen massiven Anstieg der Anforderungen. Zudem kann angesichts der weltweiten Anstrengungen zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen nicht ausgeschlossen werden, dass neben CO2 auch die Emissionen weiterer klimarelevanter Abgasbestandteile (wie CH4 und N2O) zukünftig gesetzlich beschränkt werden.

Thomas Körfer, W. Bick, M. Pieper, R. Blum

Der Schmierstoff als Thermomanager

Verbrennungsmotoren haben unsere Welt als kompakte und mobile Antriebsaggregate für verschiedenste Maschinen erobert. Selbst moderne Verbrennungsmotoren für Kraftfahrzeuge arbeiten allerdings mit einem relativ geringen Wirkungsgrad. Nur etwa ein Drittel der im Kraftstoff gespeicherten Energie steht für den mechanischen Vortrieb zur Verfügung.

Rolf Luther

Hybridantriebe – kalte Herausforderung für die Reibungsreduzierung von Verbrennungsmotoren

Die Entwicklung emissionsarmer Antriebstechnologien hat in der Automobilindustrie hohe Priorität. Die zunehmende Hybridisierung des Antriebstranges sowie neue, strengere CO2-Grenzwerte führen dazu, dass der Motorbetrieb auch bei niedrigen Umgebungs- bzw. Kühlmitteltemperaturen eine höhere Relevanz erfährt. Dies hat einen Einfluss auf die Entwicklung und Gestaltung neuer Verbrennungsmotoren.

Christian Kehren, M. Plettenberg, T. Uhlmann, F.-G. Hermsen, S. Yadla

4. Elektrizität und Magnetismus

Die Elektrizitätslehre behandelt das Verhalten von Körpern, das durch die in ihnen vorhandene elektrische Ladung verursacht wird. So wie die Masse für die Mechanik ist die elektrische Ladung die Ursache der Wechselwirkung und somit der zentrale Begriff in diesem Teilbereich der Physik. Elektrische Ladungen sind an Teilchen als Ladungsträger gebunden und gehören zu den fundamentalen Eigenschaften von Materie (vgl. Exkurs in Abschn. 2.1.2). Ladungsträger können unbewegt (Elektrostatik) oder bewegt sein (Elektrodynamik, elektrische Ströme).Elektrische Ströme haben ausnahmslos die Entstehung von Magnetfeldern zur Folge, die ihrerseits wieder Kräfte auf die Ladungsträger ausüben. Diese Kräfte äußern sich als Phänomen der Induktion, die wiederum zur technischen Erzeugung von elektrischem Strom genutzt wird.

Prof. Dr. Horst Bannwarth, Dr. Bruno P. Kremer, Prof. Dr. Andreas Schulz

Kapitel 6. Analogien zwischen elektrischen und nichtelektrischen Systemen

Durch Analogien gelingt es, die physikalischen Grundgesetze elektrischer Netzwerke und ihrer mathematischen Methoden auf andere Teilgebiete der Physik zu übertragen und so physikalische Netzwerke einzuführen. Ihre Variablen sind dann allgemeine Fluss- und Differenz- oder Potentialgrößen. Erhalten bleiben die Kontinuitätsbeziehungen (Knoten-, Erhaltungssatz), der Energiesatz und die Ansätze für Netzwerkelemente. So gibt es Widerstände, Energiespeicher, Quellen, Übertrager und Wandler. Die Zuordnung zwischen elektrischen und nichtelektrischen Differenz- und Flussgrößen bestimmt die Analogie. Dominante Bedeutung haben elektrostatische, elektromagnetische und elektrodynamische Wandler. Durch eine elektrisch-thermische Analogie lässt sich auch die Umwandlung elektrischer Energie in Wärme veranschaulichen.

Steffen Paul, Reinhold Paul

Kapitel 4. Energie und Leistung elektromagnetischer Erscheinungen

Elektrostatische und magnetische Felder können Energie speichern (im Gegensatz zum Strömungsfeld). Deshalb wird die beim Feldaufbau zugeführte Energie (also Leistungsaufnahme) beim Energieabbau wieder abgegeben. Zu diesem Energiespiel gehört eine Bilanzgleichung für das von der Energie erfasste Raumgebiet. Für den Grundstromkreis beispielsweise lässt sich so der Energietransport von einer Spannungsquelle über eine Verbindungsleitung zum Verbraucherzweipol als Energiestrom des elektromagnetischen Feldes erklären.Besondere Bedeutung hat die wechselseitige Umwandlung zwischen elektromagnetischer und mechanischer Energie. Dazu zählen Kräfte auf ruhende Ladungsträger im elektrischen Feld sowie Spannungen an Grenzflächen. Entsprechende Vorgänge gibt es im magnetischen Feld. Sie finden wegen der größeren Kräfte breite Anwendung z. B. in Motoren und Hubmagneten. Auf solchen Energiewandlungen beruhen auch zeitveränderliche Kondensatoren und Induktivitäten.

Steffen Paul, Reinhold Paul

Kapitel 1. Das elektrische Feld

Der Übergang vom Gleichstromkreis und seinen Elementen zu Modellen elektrischer Strömungsfelder gelingt am anschaulichsten durch Einführung der Begriffe Feldstärke E, Potential und Stromdichte J im homogenen Strömungsfeld eines stromdurchflossenen linienhaften Widerstandes. Von diesem Feld ist der Übergang zum inhomogenen Strömungsfeld dann sehr einsichtig. Im nächsten Schritt werden die Kirchhoff’schen Sätze und das ohmsche Gesetz des Strömungsfeldes formuliert und die Grenzflächenbedingungen sowie seine Haupteigenschaften, die Quellen- und Wirbelfreiheit, betrachtet. Mit den Beziehungen zwischen Integral- und Feldgrößen sowie den unterschiedlichen Leitungsmechanismen in Strömungsfeldern schließt der Abschnitt.

Steffen Paul, Reinhold Paul

6. Großdieselmotoren

Seit dem Beginn der Entwicklung werden Motoren unterschiedlichster Größe und Ausführung eingesetzt. In diesem Abschnitt wird erläutert, was sich hinter dem Begriff Großdieselmotoren verbirgt. Die Tab. 6.1 zeigt dafür entsprechende Kennwerte. Wie aus der linken Spalte zu sehen ist, werden hiermit überwiegend Motoren mit Zylinderhubvolumina von mehr als 2,5 l charakterisiert. Die Werte für Bohrung und Hub sind üblicherweise größer als bei Dieselmotoren z. B. für LKW.In der rechten Spalte sind maximale Werte für diese Motoren angegeben, wie sie heute im Feld ausgeführt sind. Technisch ist es denkbar, dass die hier aufgeführten Werte zukünftig noch weiter nach oben getrieben werden. Ob dies, insbesondere bei der erzielten Maximalleistung, wirtschaftlich vertretbar ist, kann aktuell nicht abgesehen werden.Im Folgenden werden Dieselmotoren betrachtet, die sich in den hier definierten Grenzen befinden.Nach dieser Definition waren die ersten produzierten Dieselmotoren ausschließlich Großmotoren. Erst der Einsatz in LKW in den 1920er‐Jahren und in PKW in den 1930er‐Jahren führte zu den heute weit verbreiteten kleinen Dieselmotoren.Die Geschichte der Großmotoren ist ausgesprochen vielfältig. Viele Basismotortechnologien, die heute umfassend eingesetzt werden, wurden im Rahmen der Großmotorenentwicklung beim Streben nach höherer Leistungsdichte und besserem Wirkungsgrad bereits sehr frühzeitig erfunden und wurden im Lauf der Zeit weiter optimiert. Heute findet häufig ein Techniktransfer in umgekehrter Richtung statt, insbesondere beim Einsatz der Elektronik und Regelung.

Hon.-Prof. Dr.-Ing. Hinrich Mohr

14. Elektrifizierte Antriebssysteme

Eine möglichst kraftsparende Ortsveränderung und der damit verbundene Transport von Gütern und Personen war seit Beginn der Menschheit ein wesentliches Bedürfnis. Sehr früh wurde erkannt, dass dazu Transportmittel und Kraft‐ bzw. Antriebsquellen erforderlich waren. Je nach Transportaufgabe entwickelte sich daraus eine Vielzahl unterschiedlicher Symbiosen von Transportmitteln und Antriebssystemen.Heute ist der Verbrennungsmotor die dominierende Antriebsquelle. Das ist ein Ergebnis des aktuellen Stands der Entwicklung. Das war nicht immer so und muss in Zukunft auch nicht so bleiben. Der Verbrennungsmotor ist technologisch nur eine Möglichkeit von vielen, die wir heute als alternative Antriebe bezeichnen. Ein Motor allein ist auch noch kein Antriebssystem. Wie lange der Verbrennungsmotor eine wesentliche Antriebsquelle sein wird, hängt – neben vielen nicht technischen Randbedingungen – von der technologischen Entwicklung des Motors selbst und der Kombinationsfähigkeit mit anderen Antriebssystemen und Transportmitteln ab. Für einen zukunftsweisenden Weg des Verbrennungsmotors ist es erforderlich, die Eigenschaften alternativer Antriebssysteme zu kennen und zu erkennen, aus welchen Gründen sich bestimmte Technologien durchgesetzt haben und andere nicht, und darauf abgestimmte Motoren zum Einsatz zu bringen.

Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.-techn. Peter Fischer, Dipl.-Ing. Stefan Neunteufel

17. Der Verbrennungsmotor als Teil des gesamten Antriebsstrangs

Die verbrennungsmotorischen Antriebe stehen im Augenblick vor der größten Herausforderung ihrer mehr als hundertjährigen Geschichte. Die Entwicklung alternativer Antriebe, insbesondere von batterieelektrischen Antrieben, wird teilweise so euphorisch eingeschätzt, dass sogar über ein generelles Verbot von Verbrennungsmotoren ab 2030 offen diskutiert wird. Doch selbst bei einer realistischen Einschätzung der technischen, wirtschaftlichen und marktpolitischen Realitäten ergeben sich für den Verbrennungsmotor signifikante Herausforderungen (Fraidl et al. 2017):

Dr.-techn. Gunter Fraidl, Dr.-techn. Paul Kapus

18. Zukunft des Verbrennungsmotors

Der Verbrennungsmotor ist die am weitesten verbreitete Energiewandlungsmaschine. Weit über eine Milliarde Verbrennungsmotoren sind heute als Antrieb für Fahrzeuge (Personenkraftwagen, Nutzfahrzeuge, Zweiräder, Schiffe), zur Energieversorgung (Heizkraftwerke, Notstromaggregate, Generatorantrieb) oder für andere Zwecke wie beispielsweise als handgehaltene Arbeitsgeräte (Motorsägen, Motorsensen, Trennschleifer) im Einsatz. Als Hubkolbenmotor mit innerer Verbrennung ist er zudem die effizienteste Wärmekraftmaschine überhaupt. Bei alleiniger Nutzung der abgegebenen mechanischen Energie werden in Großgasmotoren bereits Antriebswirkungsgrade von etwa 50 % erreicht. Wird die bei der Verbrennung des Kraftstoffs freigesetzte Wärme zusätzlich zur Beheizung genutzt. Beispielsweise können in einem Blockheizkraftwerk (BHKW) deutlich höhere Systemwirkungsgrade bis zu 90 % erreicht werden. Vor dem Hintergrund dieses außerordentlichen Erfolgs ist die weitere Entwicklung von Verbrennungsmotoren auch zukünftig von großer Bedeutung. Der Bedarf an mechanischer, elektrischer und insbesondere auch thermischer Energie hat durch die Industrialisierung kontinuierlich zugenommen und wird auch in Zukunft weltweit weiter steigen. Aufgrund seiner hohen Flexibilität und seiner einfachen Bauform wird der Hubkolbenmotor weiterhin eine wichtige Rolle bei der Energieumwandlung spielen und in den unterschiedlichsten Anwendungsbereichen eingesetzt werden. Die Entwicklung von modernen Verbrennungsmotoren befindet sich jedoch dabei in einem besonderen Spannungsfeld zwischen tatsächlichem Nutzen, Umweltanforderungen sowie politischer und öffentlicher Diskussion. Höchste Ansprüche werden v. a. bei der Reduzierung des Schadstoffausstoßes und des Kraftstoffverbrauchs bzw. der CO‐Konzentration in der Luft (CO‐Emission) als ein wesentlicher Verursacher des als real existierenden und weltweit diskutierten Klimawandels gestellt. Darüber hinaus ist das bereits seit Anfang der 1970er‐Jahre diskutierte begrenzte Vorkommen fossiler Kraftstoffe, und hier insbesondere die begrenzten Erdölvorkommen, langfristig zu beachten, weshalb auch kraftstoffseitig eine zukünftige Lösung gefunden werden muss.

Univ.-Prof. em. Dr.-Ing. Ulrich Spicher

15. Hybridantriebe und Range Extender

Die für unsere heutige individuelle Mobilität mit dem Automobil erforderliche Energie ist zu etwa 95 % fossiler Herkunft und dabei überwiegend erdölbasiert. Gleiches gilt für den Gütertransport auf Straße und Wasser sowie für den Betrieb mobiler Arbeitsmaschinen. Aber auch im internationalen Zugverkehr und beim Betrieb stationärer Kraftmaschinen werden fossile flüssige oder gasförmige Kraftstoffe in großem Umfang eingesetzt. Die Reduzierung der CO2‐Emission bei steigendem Mobilitätsbedarf, die Endlichkeit der fossilen Energieträger und der Wunsch nach größtmöglicher politischer und wirtschaftlicher Unabhängigkeit im Energiesektor beeinflusst mittel‐ und langfristig die Energiewandlungsprozesse zur Erzeugung mechanischer Antriebsenergie. Trotzdem wird der Verbrennungsmotor, abhängig von der Anwendung, noch für lange Zeit der zentrale Energiewandler bleiben.Seit Jahrzehnten wird in Teilbereichen der konventionelle Kraftstoff zunehmend mit biogenen oder nicht erdölbasierten, aber immer noch fossilen Kraftstoffen ergänzt oder gar substituiert (Kap. 21). Eine weitere und gerade in den letzten etwa zehn Jahren intensiv entwickelte Technologie ist die Anwendung der lokal emissionsfreien elektrischen Energie für den Antrieb von Fahrzeugen und mobilen Arbeitsmaschinen.

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. Helmut Tschöke

31. Thermomanagement

Moderne Kraftfahrzeuge müssen aufgrund von immer strenger werdender Abgasgesetzgebung möglichst effizient betrieben werden. Daher ist es notwendig, alle im Fahrzeug auftretenden Energieströme im Sinne eines umfassenden Energiemanagements zu optimieren. Die Energieströme sind mechanischer, chemischer, elektrischer und thermischer Natur. Diese Aufzählung ist bereits ein Indiz für die weitreichenden Aufgaben, die hier zu bewältigen sind. Fahrzeugthermomanagement versteht sich als eine Kategorie innerhalb des Energiemanagements und befasst sich mit der effizienten Verteilung und Nutzung thermischer Energie. In Abb. 31.1 ist beispielhaft die Verteilung aller Energieströme in einem Hybridfahrzeug dargestellt. Der Begriff Thermomanagement wird in der Motoren‑ und Fahrzeugentwicklung oftmals in unterschiedlichen Zusammenhängen verwendet. Daher soll hier eine begriffliche Abgrenzung vorgenommen, beziehungsweise Entwicklungsbereiche aufgezählt werden, in welchen der Begriff häufig verwendet wird. Im vorliegenden Kapitel wird nach der begrifflichen Abgrenzung auf die in Abschn. 31.1.1 beschriebenen Inhalte vertiefend eingegangen.

Ao. Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.-techn. Raimund Almbauer, Dipl.-Ing. Andreas Ennemoser, Dr. techn. Heinz Petutschnig, Dr. techn. Armin Traußnig

13. Realfahrtsbezogene Funktions- und Korrekturbedatung

In Kap. 12 wurde die Methodik der modellbasierten Optimierung unter Nutzung der empirischen, mathematischen Modelle mit ihren Möglichkeiten – hauptsächlich für die stationäre Basisbedatung von Verbrennungsmaschinen – dargestellt.Es gibt darüber hinaus aber eine Vielzahl von weiteren Anforderungen bei der Bedatung moderner Steuergeräte, die sich aus dem Verbund von mehreren mechatronischen Systemen, aus der Realfahrt, aus dem transienten Betrieb und aus veränderten Umweltbedingungen, in denen unsere Fahrzeuge später betrieben werden, ergeben.Dementsprechend wird in diesem Kapitel auf die erweiterten Anwendungen der modellbasierten Optimierung eingegangen, die sich im Verbund mit semiphysikalischer Modellbildung und der Bedatung von Kennfeldstrukturen eröffnen.Anhand von konkreten Aufgaben zur Optimierung von Diesel- und Ottomotoren sowie Hybridaggregaten wird gezeigt, wie sich theoretische Überlegungen zur Modellbildung sowie eine zunächst abstrakte Beschreibung der Prozessführung – beispielsweise beim Einsatz von DoE-Methoden oder bei der Funktionsbedatung eines virtuellen Sensors – in die Anwendungsumgebung einer Motorenentwicklung überführen lassen und dort eine Voraussetzung für effiziente Abläufe und eine sichere Zielerreichung darstellen.

Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.-techn. Christian Beidl, Dr.-techn. Hans-Michael Koegeler, Mats Ivarson, Dipl.-Ing. Andreas Rainer

16. Grundlagen der Brennstoffzellentechnologie

Brennstoffzellen (BZ) werden seit vielen Jahren als vielversprechende Technologie in Hinblick auf ein effizientes und emissionsfreies Transport‐ und Energiesystem diskutiert. In den vergangenen zehn Jahren gab es enorme Entwicklungsfortschritte und alle wesentlichen technologischen und wirtschaftlichen Herausforderungen wurden gelöst. BZ erreichen heute die geforderten Lebensdauern, sind kompakt und von der Leistungsdichte mit Motoren vergleichbar und bei entsprechenden Stückzahlen auch zu wettbewerbsfähigen Kosten herstellbar. Dies wird auch belegt durch die einsetzende Markteinführung zahlreicher BZ‐Produkte. So sind im Moment drei BZ‐Fahrzeugmodelle kommerziell erhältlich, in Japan sind über 200.000 BZ‐Heizgeräte verkauft und Produkte für stationäre Energieerzeugung gewinnen Marktanteile. Im Folgenden sollen die wichtigsten technischen Aspekte von BZ beleuchtet werden.Die BZ ist ein elektrochemischer Energiewandler. Es wird chemische Energie direkt, ohne Umweg über mechanische Energie, in elektrische Energie umgewandelt. Grundlage für das Funktionsprinzip ist das Zustandekommen eines freien Elektronenflusses durch eine Reduktions‐ und Oxidationsreaktion. Zwischen diesen beiden Reaktionen findet nur ein Ionenaustausch über einen für Elektronen nicht durchgängigen Elektrolyten statt. Damit werden die Elektronen über einen externen Stromleiter gezwungen, wo elektrische Verbraucher angetrieben werden können. Durch die Reduktion von Wasserstoff werden Elektronen abgegeben, die bei der Oxidation mit Sauerstoff wieder aufgenommen werden (Abb. 16.1).

Dipl.-Ing. Jürgen Rechberger

7. Erneuerbare Energien

Die Suche nach erneuerbaren Energiequellen , die den weltweiten Bedarf decken ohne der Umwelt zu schaden gehört zu den schwerwiegendsten und dringlichsten Aufgaben unserer modernen Welt. Der größte Teil der der Energie, die wir heute nutzen, stammt immer noch von stark umweltverschmutzenden, nicht nachwaschsenden fossilen Brennstoffen. Kernkraft ist ebenfalls eine natürliche Energiequelle, aber in den Atomkraftwerken entstehen radioaktive Abfälle und selbst die sichersten Anlagen bergen das Risiko eine Katastrophe in sich. Zusätzlich zum Wind bildet die Wasserkraft eine vielversprechende Alternative, aber die zuverlässigste und unerschöpfliches von allen Energiequellen ist die Sonne.Trotz vielversprechender Aussichten sind alternative Energiesysteme nicht frei von Problemen. Allen voran steht die Notwendigkeit auf praktikable und trotzdem preisgünstige Weise Elektrizität für die Zeiten speichern zu können, in denen aus Mangel an Wind, Sonnenschein oder Wasser die Kraftwerke brach liegen. Trotzdem ist der Nutzen dieser Systeme enorm. Sie verringern die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen und reduzieren die Belastung der Umwelt. Bei einer ökologischen Sanierung sollte grundsätzlich der mögliche Einsatz regenerativer Energien untersucht werden. Dazu zählen solarthermische Anlagen, Photovoltaikanlagen, Wärmepumpen sowie Biomasse-Heizungen. Mit ihnen kann eine größere Unabhängigkeit von fossilen Brennstoffen und ihren Preisen sowie als Folge auch eine nachhaltige Reduzierung der CO2-Emissionen erreicht werden.

Dr. Michael Stahr

Effiziente Vorhersage des thermischen Verhaltens einer Traktionsbatterie unter dynamischer Last

Aufgrund der Komplexität elektrifizierter Antriebsstränge und der Wichtigkeit von Realfahremissionen kommt der Untersuchung vielfältiger Lastzyklen unter verschiedensten Randbedingungen eine besondere Bedeutung zu. Insbesondere bei Niedrigtemperatur Komponenten können sich hier thermischen Grenzen stark auf die maximal abrufbare Leistung auswirken (Derating). Idealerweise geschieht bereits in virtueller Umgebung eine umfangreiche Untersuchung.

Martin Hüske, Martin Lenz, Kamil Jaworczak, Mourad Marzouki

Verkehrssimulation im Hardware-in-the-Loop-Steuergerätetest

In der Fahrzeugentwicklung stellen Hardware-in-the-Loop (HIL)-Systeme den Stand der Technik für die Absicherung von Regler- und Steuergerätealgorithmen dar [1]. Für entsprechende Closed-Loop-Szenarien werden echtzeitfähige Simulationsmodelle eingesetzt. Zum Testen von Advanced Driver Assistance Systems (ADAS) oder auch autonomen Fahrfunktionen sind Simulationsmodelle erforderlich, die neben dem Fahrzeug notwendigerweise auch ein geeignetes Modell der Fahrzeugumgebung mit anderen Verkehrsteilnehmern umfassen.

Peter Reinold, Norbert Meyer, Dominik Buse, Florian Klingler, Christoph Sommer, Falko Dressler, Markus Eisenbarth, Jakob Andert

Direkte Kopplung von Mehrkörperdynamik und Thermodynamik zur realitätsnahen Abbildung von transienten Betriebszuständen im hybriden Antriebsstrang

Neben den Aspekten Effizienz, Emission, Masse sind Komfort und Fahrverhalten wesentliche Kriterien für die Entwicklung eines optimalen hybriden Antriebsstrangs. Im Vergleich zu rein verbrennungsmotorischen Antriebssträngen bieten parallele und leistungsverzweigte Hybridstrukturen mehr Flexibilität, sich an die ändernden Lastanforderungen im Passenger Car Bereich anzupassen. Dies spiegelt sich in einer größeren Anzahl von Betriebszuständen wider, welche in der Entwicklung und Applikation zu einer höheren Komplexität führen.

Sören Franke, Karl-Heinz Hartwig, Bernd Findeisen, Christian Meissner

6. Alarmierungsanlage

Nicht nur die Hitze des Feuers, sondern besonders die Rauchentwicklung ist für Personen gefährlich und verursacht große Sachschäden. Der durch Feuer entstehende Rauch breitet sich viel früher als Hitze in einem Gebäude aus. Dabei wird durch Sichteinschränkung, Kohlenmonoxid-Entwicklung und andere toxische Inhaltsstoffe die Flucht, Rettung und Brandbekämpfung wesentlich beeinträchtigt und erschwert. Personen und Rettungsdienste sind deshalb im Gefahrenfall unverzüglich durch eine Alarmanlage zu warnen bzw. zu alarmieren.

Peter Lein

10. Notbeleuchtung

Notbeleuchtung nach DIN EN 1838 [1] ist der Oberbegriff einer netzunabhängigen Zusatzbeleuchtung, die sich immer dann einschaltet, wenn die allgemeine künstliche Beleuchtung ausfällt (Abb. 10.1). Sie gliedert sich in

Peter Lein

3. Antriebsmaschinen, Leistungsübertragung

Die Begriffe „Bedarfskennlinie eines Fahrzeugs“ und „Lieferkennung einer Antriebsmaschine“ und deren grafische Darstellung werden eingeführt. Für die verschiedenen im Fahrzeugbetrieb verwendbaren Antriebsmaschinen (Dampfmaschine; Elektromotor als Gleichstrom-, Wechselstrom- und Drehstrommotor; Verbrennungsmotor; Gasturbine) werden die Drehmoment- bzw. Zugkraftkennlinien sowie die Leistungskennlinien dargestellt und besprochen, wobei sowohl die Kennlinien für Antrieb als auch für Bremsen (über die Antriebsanlagen) berücksichtigt sind. Auch der Begriff „Kennungswandler“ wird erläutert. Für Verbrennungsmotoren wird die Kennungswandlung durch mechanische und hydraulische Getriebe sowie durch elektrische Leistungsübertragung gezeigt. Die Konstruktionsprinzipien des mechanischen Teils elektrischer Antriebe werden ebenfalls dargestellt. Das Kapitel schließt mit Hybridantrieben für Schienenfahrzeuge.

Joachim Ihme

1. Einführung

Zunächst werden die verschiedenen Ausprägungen von Schienenbahnen (Eisenbahnen, S- und U-Bahnen, Stadt- und Straßenbahnen, Zahnradbahnen, Standseilbahnen usw.) und deren gesetzliche Grundlagen dargestellt. Die Systematik der Eisenbahnfahrzeuge sowie die der Straßenbahnfahrzeuge werden, auch an Beispielen, erläutert. Grundzüge der Spurführung schließen sich an, wobei einführend auf das Zusammenspiel von Fahrzeug und Gleis eingegangen wird. Einflüsse auf den Querschnitt von Schienenfahrzeugen sowie die Energiezuführung bei elektrischen Bahnen sind weitere Themen. Aussagen zur Bedeutung der Eisenbahn im Personen- und Güterverkehr in Deutschland sowie zur Schienenfahrzeugindustrie weltweit beschließen das Kapitel.

Joachim Ihme

17. Bahnbetriebliche Telekommunikationstechnik

Betrachtet man die Entwicklung der Eisenbahn von den Anfängen an, so ist festzustellen, dass die Bedeutung der Telekommunikationstechnik für das Eisenbahnwesen – früher Fernmeldetechnik genannt – kontinuierlich zugenommen hat und weiter zunimmt.Die Bedürfnisse einer zunehmend mobilen Gesellschaft, gepaart mit der Anforderung, Eisenbahnverkehr nicht nur sicher, sondern auch wirtschaftlich zu betreiben, sind wesentliche Treiber dieser Entwicklung. Die zentrale Betriebsführung des Eisenbahnverkehrs in Betriebszentralen oder Zentralstellwerken ist nur mit der Unterstützung leistungsfähiger und hoch verfügbarer Telekommunikationstechnik für die Daten- und Sprachkommunikation möglich.Die Gesetze und Verordnungen, die im Wesentlichen die Basis für den Eisenbahnbetrieb in Deutschland bilden, enthalten bereits die grundlegenden Anforderungen für die Ausprägung der Telekommunikationsanlagen (siehe z. B. AEG § 4 [1]). So besteht in der EBO [2] bereits die konkrete Forderung zur Ausrüstung von Betriebsstellen mit Fernsprechverbindungen oder von Eisenbahnstrecken mit Zugfunk (z. B. EBO § 16 Fernmeldeanlagen).Mit dem EU-Vertrag über die Arbeitsweise der Europäischen Union (siehe [3], Dritter Teil, Titel XVI, Artikel 170, 171), den EU-Richtlinien/-Verordnungen zur Interoperabilität des Eisenbahnwesens in der Europäischen Union [4, 8] bzw. deren nationaler Umsetzung [5] wurden in jüngster Vergangenheit die Regelungen geschaffen, welche die aktuellen Entwicklungen in der bahnbetrieblichen Telekommunikationstechnik am wesentlichsten beeinflussen (Beispiel Abb. 17.1).

Dipl.-Ing. Thomas Schnurrer

15. Stromversorgung der Infrastruktur

Neben dem Energieverbrauch für die Traktion von Zügen gibt es bei den Eisenbahnen zahlreiche, stationäre Energieverbraucher der Infrastruktur. Mit der weiteren Entwicklung der Technik und der immer höher werdenden Komplexität werden diese immer intensiver zur Anwendung von Elektroenergie übergehen und zunehmend an Bedeutung gewinnen.Normalerweise werden die Energieverbraucher aus bahneigenen Starkstromnetzen (3AC 400 V 50 Hz oder 3AC 6/12/20/30 kV 50 Hz) versorgt, die aus den anliegenden Netzen der regionalen Energieversorgung gespeist werden. In den Knotenpunkten nehmen diese zum Teil bedeutende Ausmaße an.

Dipl.-Ing. Eberhard Hunger, Dipl. Ing. Uwe Steinert

Kapitel 6. Konzeption und Methodik der empirischen Erhebung zur Untersuchung der Kulturabhängigkeit des Logikgebrauchs

Die Prüfung empirischer Sachverhalte kann grundsätzlich anhand von qualitativen oder quantitativen Forschungsmethoden erfolgen. Während qualitative Forschung Sinnstrukturen zu erschließen sucht, ist es die Zielsetzung quantitativer Forschung, diese Strukturen zu prüfen. Die hier angestellte Untersuchung widmet sich der Prüfung theoretisch erschlossener Strukturen und bedient sich daher eines quantitativen Designs.

Linda Kerner

Connected Cars als Instrument des Customer Relationship Managements

Ein großes Potenzial für die Automobilindustrie bietet die wachsende Vernetzung. Mit der zunehmenden Verbreitung der Smartphones, des Internet of Things und dem damit einhergehenden digitalen Lebensstil kommt auch der Vernetzung von Fahrzeugen eine stärkere Bedeutung zu. Mit dem Einzug des Internets steht die Automobilindustrie vor einer digitalen Revolution, die das Marktgleichgewicht derzeit fundamental verändert. Wie Tesla und Google als branchenfremde Player bereits eindrucksvoll bewiesen haben, sind das Connected Car und autonomes Fahren von futuristischen Spinnereien zur technisch umsetzbaren Realität avanciert.Mit der Digitalisierung und dem damit entstehenden Connected Car können die Hersteller für das Fahrzeug Software, also digitale Dienste, vermarkten, damit lassen sich auch in der Besitzphase des Fahrzeugs Erlöse erzielen.Das Connected Car bietet die ideale Grundlage, um Dialogmarketing zu betreiben. Durch seine Verbindung zum Internet stellt es einen neuen Kommunikationskanal dar, der es den Herstellern erlaubt, mit dem Kunden im Fahrzeug in den direkten Dialog zu treten. Mithilfe von Big-Data-Analysen, die dazu in der Lage sind, enorme, unstrukturierte Datenmengen in Echtzeit auszuwerten, kommt auch das Connected Car als Datenbasis für die 360-Grad-Sicht auf den Kunden infrage.

Heinrich Holland

Kapitel 5. Ich weiß was, was Du nicht weißt!? Meinungsführer und ihr Wissen zum Klimawandel

Meinungsführer helfen ihrem Umfeld, sich eine Meinung zu vielschichtigen und schwer verständlichen Themen wie dem Klimawandel zu bilden. Dieses Kapitel untersucht anhand von Befragungsdaten aus der ersten Welle der Online-Panel-Befragung (2013, n = 1463), wodurch sich Klimawandel-Meinungsführer besonders auszeichnen.Es zeigt sich, dass Meinungsführer ihren Wissensstand deutlich höher einschätzen als Nicht-Meinungsführer und sie insgesamt auch objektiv gemessen mehr wissen; allerdings weiß fast ein Drittel der Meinungsführer weniger als der Durchschnitt. Die Regressionsanalyse ergibt, dass eine hohe Selbsteinschätzung des Wissensstandes und die häufige Nutzung von Wissenschaftsmedien am stärksten Klimawandel-Meinungsführerschaft erklären. Auch die aktive Diskussion online ist ein relevanter Prädiktor. Hingegen erwiesen sich die Nutzung von Fachzeitschriften und von Online-Medien zur Information als nicht signifikante Erklärungsvariablen. Das tatsächliche Faktenwissen hat nur geringen Einfluss auf eine Meinungsführerschaft. Dieses Ergebnis unterstützt bisherige Untersuchungen, nach denen Meinungsführer nicht unbedingt mehr wissen als die restliche Bevölkerung.

Monika Taddicken, Fenja De Silva-Schmidt

Kapitel 7. Geschlechterrollen und Generationskonflikte: Unbekannte Bürger (1969)

Nach dem Ausflug in die filmische Vergangenheit wählte Ulrich Thein für seinen nächsten Fernsehfilm Unbekannte Bürger (1969) wieder einen eigenen Gegenwartsstoff. Hinsichtlich thematischer, narrativer und bildgestalterischer Elemente, aber auch in Bezug auf Produktions- und Rahmenbedingungen war der Fünfteiler für die Weiterentwicklung der Gegenwartsdramatik bedeutsam. Hier wurden dokumentarische Inszenierungsstrategien – in Theins OEuvre bereits erprobt, im Kontext der Fernsehdramatik noch ungewöhnlich – auf eine fiktive Entwicklungsgeschichte angewendet, um grundsätzliche, philosophische Fragen über privates und berufliches Glück, Liebe, Familie und die Generationskonflikte zu verhandeln.

Andy Räder

Kapitel 4. Computer als Hardware

Ein Computer lässt sich ganz vereinfacht als eine Maschine darstellen, die Eingaben verarbeitet und Resultate ausgibt. Man nennt dies das EVA-Prinzip für Eingabe-Verarbeitung-Ausgabe.

Claudio Franzetti

Kapitel 5. Schlussbemerkungen

Die Vergangenheit hat gezeigt, dass Innovationen das Potential haben können, ganze Märkte zu zerschlagen und etablierte Unternehmen aus diesen zu verdrängen. Kodak und Nokia sind nur zwei berühmte Beispiele unter vielen. Clayton Christensen hat mit seinem 1997 veröffentlichten Buch „The Innovator’s Dilemma“ eine Theorie vorgestellt, die unter Wissenschaftlern und Managern gleichermaßen Anklang gefunden hat. Christensen unterscheidet mit seiner „Disruptive Innovation Theory“ Sustaining Innovations von Disruptive Innovations. Sustaining Innovations sind solche, die ein Produkt oder eine Dienstleistung entlang bestehender Leistungspfade verbessert.

Timo Strathmann

Kapitel 3. Disruptive Innovationen in der Automobilindustrie

Die Elektromobilität gehört zu den meistdiskutierten Themen in der Automobilbranche. Ein Blick in die Historie zeigt jedoch, dass die Elektromobilität keine Erfindung der Neuzeit darstellt. Bereits 1888 fuhren erste Elektrofahrzeuge durch die Städte. Bis zu 40% Marktanteil konnten elektrisch angetriebene Fahrzeuge zu Beginn des 20. Jahrhunderts in den USA einnehmen.

Timo Strathmann

Kapitel 4. Die Herausforderungen für den etablierten Automobilhersteller durch Elektromobilität und Implikationen für das Geschäftsmodell

Die Auswirkungen disruptiver Innovationen auf Organisationen können sehr vielfältig sein. Je nach Art der Innovation sowie dem Marktumfeld sind Organisationen unterschiedlich stark betroffen und haben unterschiedliche Möglichkeiten, auf disruptive Innovationen zu reagieren. Diese Arbeit beschränkt sich darauf, die Auswirkungen der Elektromobilität als Innovation mit Disruptionspotential auf die etablierten Automobilhersteller zu untersuchen.

Timo Strathmann

2. Bewertungskriterien des Energieumsatzes

In einigen Ländern (z. B. in Deutschland, Spanien, USA, aber auch in China) nimmt die regenerativ gewonnene Energiemenge derzeit rasch zu. Ein weltweites Wachstum wird jedoch noch durch im Vergleich zu konventionellen Energieträgern relativ hohe Investitionskosten und den notwendigen Technologietransfer erschwert.

Franz Joos

5. Die Energiewende – Handicap oder Chance?

Der Monitoring-Prozess „Energie der Zukunft“ des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie überprüft regelmäßig den Fortschritt der Zielerreichung und den Stand der Umsetzung der Maßnahmen zur Energiewende mit Blick auf eine sichere, wirtschaftliche und umweltverträgliche Energieversorgung, um bei Bedarf nachsteuern zu können. Drei Aspekte stehen im Mittelpunkt. Der Monitoring-Prozess gibt einen faktenbasierten Überblick über den Fortschritt bei der Umsetzung der Energiewende. Dazu wird die Vielzahl der verfügbaren energiestatistischen Informationen auf ausgewählte Kenngrößen (Indikatoren) verdichtet und aufbereitet. Im Rahmen der jährlichen Monitoring-Berichte wird als zweiter Aspekt das Erreichen der Ziele aus dem Energiekonzept verfolgt und die Maßnahmen bewertet. Bei absehbaren Zielverfehlungen schlagen zusammenfassende Fortschrittsberichte in einem Rhythmus von drei Jahren aufgrund der dann mehrjährigen Datenbasis Maßnahmen vor, um Hemmnisse zu beseitigen und die Ziele zu erreichen. Zum Dritten richtet der Monitoring-Prozess sein Augenmerk auch auf die absehbare weitere Entwicklung wichtiger Kenngrößen. Dazu machen die Fortschrittsberichte Trends erkennbar.

Franz Joos

Zur Spezifizierung von Risiko und Unsicherheit in räumlichen Modellen

Beiträge zur räumlichen Theorie des Wählens gehen zumeist von idealisierten Bedingungen aus: Wähler sind vollständig informiert und entscheiden sich strikt rational, Parteien beziehen klare und eindeutig identifizierbare Positionen im politischen Wettbewerbsraum, Wählereinstellungen zum Umgang mit Risiko und Unsicherheit sind à priori in theoretischen und statistischen Modellen fixiert. Dieser Beitrag hinterfragt diese Grundannahmen der „Neo-Downsianischen“ Modelltradition. Er bestimmt empirisch, wie Wähler räumliche Distanzen in Nutzenfunktionen übersetzen und wie sie dabei mit Risiko und Unsicherheit umgehen. Ein wesentlicher Aspekt betrifft dabei die Angemessenheit von konkaven oder konvexen Nutzenfunktionen, also die Frage, ob theoretische und/ oder statistische Modelle Verlustfunktionen mit quadratischen oder mit linearen Metriken spezifizieren sollten. Die empirische Analyse verwendet das umfangreiche Datenmaterial desWahlforschungsprojekts „The Comparative Study of Electoral Systems“ (CSES). Vergleichende Analysen des Wahlverhaltens zeigen dabei eindeutig, dass Wähler über neunzig heterogene Wahlkontexte hinweg wesentlich weniger risikoavers sind als von der großen Mehrheit theoretischer und empirischer Beiträge unterstellt wird. Stattdessen zeigen dieser Beitrag, dass moderne Wähler sich im Wesentlichen risikoneutral verhalten.

Guido Tiemann

Kapitel 13. Alltagsmedienkompetenzen in den Lokalitäten der Feldstudie

Im Anschluss an die bisher vorgenommenen Darstellungen der Lebenslagen (Kap. C1) und des Alltagsmedienhandelns (Kap. C12) wendet sich dieses Kap. C13 nun als abschließender Teil der Ergebnisdarstellungen entlang der Forschungsfragenleitung den Alltagsmedienkompetenzen in den Lokalitäten der Feldforschung zu. Die Ausführungen in der Folge beginnen dabei mit der Darstellung jener sich in der Performanz des Alltagsmedienhandelns zeigenden Alltagsmedienkompetenzen der FeldteilnehmerInnen, die in den Analysen herausgearbeitet werden konnten. Im Sinne einer Bestandsaufnahme wird dabei v.a. das Vermögen der FeldteilnehmerInnen in den Blick genommen – jene Alltagsmedienkompetenzen also, welche die Menschen mitbringen bzw. welche vorhanden sind (Kap. C13.1).

Michael Waltinger

Kapitel 12. Alltagsmedienhandeln in den Lokalitäten der Feldstudie

Im Anschluss an die oben vorgenommene Darstellung der Lebenslagen der Menschen im Sinne einer Kontextsetzung jener äußeren Bedingungen und Ressourcenbezüge, vor deren Hintergrund das Alltagsmedienhandeln stattfindet, findet nun die Darstellung besagten Alltagsmedienhandelns selbst statt. Dieser Teil wird zunächst eingeleitet von einer Darstellung jener Medien, mit welchen die Menschen im Alltag überhaupt typischerweise umgehen – und welcher Stellenwert dem Mobiltelefon innerhalb ebendiesem „Medienensemble, mit dem heute jedermann umgeht“ (Bausinger, 1984, S. 66) (= Alltagsmediensetting), zukommt (Kap. C12.1). Von hier aus weiter den Gegenstand Mobiltelefon fokussierend, findet auf Ausführungen zum Aufkommen des Mobiltelefons in den Lokalitäten der Feldstudie sowie einer Deskription der dort vorhandenen Gerätetypen eine Darstellung dessen statt, was die Menschen mit dem Mobiltelefon im Alltag machen, was hierbei insbes. typische Handlungssituationen und -weisen sind – und inwiefern dieses Typische, Routinierte evtl. auch durchbrochen wird (Kap. C12.2).

Michael Waltinger

Verstreute Einzelkenntnisse und nichts dahinter? Zur Messung politischen Wissens mittels Faktenfragen

Einige Forscher postulieren, dass die häufig zur Messung politischen Wissens eingesetzten Faktenfragen nur konkrete Einzelkenntnisse erfassen und damit überhaupt keine Schlüsse auf den politischen Wissensstand zulassen. Andere Forscher gehen demgegenüber basierend auf kognitionspsychologischen Überlegungen davon aus, dass auch Faktenfragen zur Wissensmessung geeignet sind. Die Ergebnisse dieses Beitrags zeigen für den deutschen Kontext, dass Personen, die bei Faktenfragen überdurchschnittlich abschneiden, in den meisten Fällen auch erfolgreicher bei Aufgaben sind, deren Lösung unbestritten das Vorhandensein elaborierter Wissensstrukturen erfordert. Insgesamt sprechen die Befunde damit für den Einsatz von klassischen Faktenfragen, da letztere nicht nur „verstreute Einzelkenntnisse“ messen, sondern die dabei abgerufenen Inhalte ebenfalls in Wissensnetzwerke eingebettet sind.

Thomas Schübel

Soziodemografische Cues zur Beurteilung von Parteienkompetenz

Politisches Wissen sollte die Grundlage jeder politischen Orientierung oder Entscheidung sein. Dieser normative Anspruch lässt sich in einem immer komplexeren politischen System, in dem das politische Interesse der Bürger nur mäßig ausgeprägt ist, allerdings nur bedingt durchsetzen. Als Alternative zu politischem Wissen nutzen Individuen Heuristiken, um hierdurch Informationen über die politischen Akteure abzuleiten. Im Rahmen eines Priming-Experiments wird untersucht, inwiefern sich die soziodemographischen Eigenschaften der Parteien als heuristische Hinweise (Cues) auf die Einschätzung ihrer Kompetenzen auswirken. Das individuelle politische Wissen wird als Moderatorvariable in die Analyse einbezogen. Die Ergebnisse sind ambivalent. Einerseits lassen sich einzelne Effekte des Primings nachweisen, andererseits zeigen sich keine systematischen Effekte des individuellen Wissensniveaus.

Astrid De Souza

Probleme der Messung politischen Wissens im internationalen Vergleich

Der Beitrag diskutiert die Probleme einer länderübergreifend vergleichenden Messung politischen Wissens. Es wird das Dilemma aufgezeigt, dass es nicht gleichzeitig möglich ist, gleichzeitig einerseits Schwierigkeit und Trennschärfe von Wissensfragen und andererseits die Verteilung des Wissens in einer Population empirisch zu schätzen. Am Beispiel der Daten von Modul II der Comparative Study of Electoral Systems werden diese Probleme illustriert: Die in den CSES-Teilstudien verwendeten Messinstrumente sind so heterogen, dass es unmöglich ist das Ausmaß politischen Wissens über Ländergrenzen hinweg zu vergleichen. Darüber hinaus schwankt die interne Konsistenz der Messinstrumente erheblich zwischen den nationalen Teilstudien, so dass auch Zusammenhänge mit anderen Variablen nicht vergleichbar sind.

Martin Elff

Kapitel 2. Modellbildung mit Bondgraphen

Im Kapitel 1 ist bereits die Vorgehensweise der Dekomposition eines komplexeren Systems in Subsysteme behandelt worden und im Bild 1-27 wurde das Beispiel des Antriebs- und Fahrwerksstrangs eines Pkw als Wort-Bondgraph in für die Modellbildung einfacher zu behandelnde Baugruppen untergliedert. Diese Subsysteme werden in der Bondgraphen Literatur [1.7], [1.8], [1.10], [1.15] auch als Multiports bezeichnet. Viele der Beispiele in den folgenden Kapiteln stammen aus den vorgenannten Büchern.Das Kapitel behandelt den Prozess der Modellbildung mit Hilfe von Bondgraphen und erläutert die wichtigsten Modellelemente und deren mathematische Eigenschaften.

Werner Roddeck

Kapitel 6. Risiko-Management

Aus Stürmen gestärkt herausgehen

85 % der Unternehmen haben in ihren globalen Supply Chains in den letzten 12 Monaten mindestens eine Störung erlebt. Risiko-Management bleibt damit ein Thema, das Manager ernst nehmen und professionell in ihren Unternehmen umsetzen müssen. Allein ein einziger Arbeitstags-Ausfall kostet bei Unternehmen von etwa 50.000 Mitarbeitern je nach Industrie zwischen 60–90 Mio. EUR pro Werktag Der ehemalige amerikanische Präsident Barak Obama betonte daher zu Recht am World Economic Forum in Davos die immense Bedeutung des Risiko-Managements als Kernaufgabe in der Supply Chain: „We have seen that disruptions to supply chains […] can adversely impact global economic growth and productivity“. Obama unterstrich dabei die Notwendigkeit, sich den Herausforderungen in der Supply Chain zu stellen. John Chambers, Chairman & CEO von Cisco Systems, stellte nach einem Erdbeben in Japan fest: „In an increasing networked world, supply chain risk management is top of mind in global organization as well as a key differentiator for leading value chain organizations“. Die Risiken sind heutzutage nicht geringer geworden, weder auf politischer Seite, noch auf unternehmerischer Seite. Nur ein ausgezeichnetes Risiko-Management bietet Unternehmen die Möglichkeit, Risiken in den Griff zu bekommen und sich damit sogar von der Konkurrenz abzusetzen.

Alwin Locker, Pan Theo Grosse-Ruyken

21. Lösungen der Übungsaufgaben

Am Ende jeden Kapitels sind Übungsaufgaben zum Selbststudium gelistet. In diesem abschließenden Kapitel sind die Lösungen ausführlich mit Zwischenschritten dargestellt.

Prof. Dr.-Ing. Richard Zahoransky

2. Energietechnische Grundlagen

Kap. 2 stellt kurz die verschiedenen Energieformen mechanisch, thermisch, chemisch etc. vor und das Prinzip von der Erhaltung der (Gesamt‑)Energie. Die Möglichkeit zur Umwandlung von thermischer Energie in nutzbare mechanische Energie durch Kreisprozesse, mit dem theoretischen Carnot‐Prozess als Obergrenze des Umwandlungswirkungsgrades, wird erläutert. Die Angabe der Größenordnung des regenerativen Energieangebots und des anthropogenen Umsatzes und die Unterscheidung zwischen Primär‑ und Sekundärenergien schließen das Kapitel ab.

Prof. Dr.-Ing. Udo Schelling
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