Ein wirtschaftlich optimal ausgelegtes Magnetschwebebahnsystem kann zur Lösung der weltweit drohenden Verkehrsprobleme beitragen, die im Zuge von Globalisierung und steigender Bevölkerung vor allem Regionen mit hohem Wachstumspotential bevorstehen. Im Grenzbereich zwischen Technikbewertung und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung werden in der vorliegenden Forschungsarbeit einerseits Optimierungsansätze für das Subsystem „Antrieb und Energieversorgung“ des Transrapid vorgestellt. Sie leisten einen Beitrag zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit des Gesamtsystems über den Lebenszyklus. Auf der anderen Seite wird eine Methodik präsentiert, die es ermöglicht, die betriebswirtschaftlichen Wirkungen der einzelnen Optimierungsmaßnahmen für das Gesamtsystem abzuschätzen. Ausgangspunkt der Untersuchungen ist die Analyse von Zielsystem und aktuellem Entwicklungsstand des Transrapid-Systems. Darauf aufbauend lassen sich mögliche Optimierungsschwerpunkte für das Teilsystem „Antrieb und Energieversorgung“ ableiten und Varianten in Abhängigkeit der Auslegungsparameter erstellen. Kernstück der vorliegenden Ausarbeitung ist die Erstellung einer Optimierungsstrategie, die eine makroskopische Bewertung der Optimierungsansätze ermöglicht. Dies ist erforderlich, da sämtliche Optimierungen stark divergierende Auswirkungen auf die Betriebswirtschaftlichkeit des Gesamtsystems haben - neben den Kosten werden über die Leistungsfähigkeit auch die Erlöse eines Projekts beeinflusst. Basis der Strategie ist die Verknüpfung von Kostenänderungsfaktoren mit Leistungsfähigkeitsparametern. Infolgedessen wird im Ergebnis der Arbeit ein Werkzeug geschaffen, das unter projektspezifischen Randbedingungen als Entscheidungshilfe zur Auslegung des Transrapid-Subsystems „Antrieb und Energieversorgung“ dient.

Die zweite Chemnitzer Brennstoffzellenkonferenz wurde vom Innovationscluster HZwo und dem Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU durchgeführt. Ausgewählte Fachbeiträge und Präsentationen werden in Form eines Tagungsbandes veröffentlicht. / The second fuel cell conference was initiated by the innovation cluster HZwo and the Fraunhofer Institute for Machine Tools and Forming Technology. Selected lectures and presentations are published in the conference proceedings.

Pressure oscillation in hydrostatic drive trains can cause noise and damage to components. They impair function and reliability. The visualization of the oscillation mode helps to clarify the causal relationships in the hydrostatic drive train and is a basis for the development of remedial measures. Analysis of the pressure oscillation situation, however, can only be carried out in the complete system, since line branching and the impedance of the hydrostats have an influence on the resonance frequencies and the oscillation modes. If only the line length between the components is considered in the pressure oscillation analysis, neither the calculated frequencies nor the position of the pressure antinodes where possible remedial measures are to be placed are correct. This paper presents the metrological determination of the impedance of a hydrostat on a functional test bench (“mobile impedance measurement”) and the preparation of the measurement data for the subsequent simulative pressure oscillation analysis of a hydraulic drive train.

Virtualization of products means the representation of some of their properties by models. In a stronger digitalized world, these models will gain a much broader use than models had in engineering so far. Even for one modelling aspect different models of the same product will be used, depending on the specific need of the model user. That need may change in the course of product life, between first product concepts till over the different phases of development, to product use, maintenance, or even recycling. Since a digitalized world use of these diverse models will not be limited to experts model consistency will play a much stronger role. Model hierarchies will play a stronger role and can serve also as means for teaching product users a deeper understanding of product properties. A consistent model hierarchy leading from a simple to a more advanced property representation can support this learning process. In this paper perturbation methods are analyzed as a means for setting up model hierarchies in a consistent manner. This is studied by models for the behavior of a electrohydraulic drive, which consists of a variable speed motor, a pump, a double stroke cylinder and a counterbalance valve. Model hierarchy is achieved by model reduction in the sense of perturbation theory. The use of these different models for different questions in a system design context and their interrelations are exemplified.

Zeitreisen und Reisen mit Überlichtgeschwindigkeit sind zwei Menschheitsträume; sie beflügeln die Fantasie und bieten Stoff für skurrile Geschichten. Eine Arbeit zum Thema „Zeitreisen und Reisen mit Überlichtgeschwindigkeit“ zwingt zu einer Auseinandersetzung mit dem Begriff der „Zeit“. Die Vielschichtigkeit und der antinomische Charakter dieses Begriffes machen es schwer, „Zeit“ genauer zu fassen. Zeit tritt uns entgegen als Form der Wahrnehmung in ihrer zutiefst subjektiven Seite, als biologischer Rhythmus, als soziales Phänomen im Sinne einer kollektiven Zeitbestimmung, aber eben auch als physikalischer Parameter. Einsteins Relativitätstheorie revolutioniert unsere Vorstellungen von Raum und Zeit, indem sie sich vom newton-mechanischen Konzept des absoluten Raumes und der absoluten Zeit löst. Sie macht aber das, was bei Wells zehn Jahre vorher noch reine Fiktion war, zu einem für die Physik diskussionswürdigen Thema, nämlich das „Problem der Zeitreisen“. Einsteins Spezielle Relativitätstheorie (1905) erlaubt durch den von ihr vorhergesagten Effekt der Zeitdilatation „Reisen in die Zukunft“, und die Einstein’sche Gravitationstheorie lässt geschlossene zeitartige Linien als Lösungen ihrer Gleichungen zu (z. B. Gödel-Kosmos, Anti-de-Sitter-Kosmos). Allerdings würde eine Reise auf einer Zeitschleife sofort ein ganzes Bündel von Paradoxien (z. B. Großvater-Paradoxon, Informationsparadoxon) und semantischen Inkonsistenzen nach sich ziehen. Obwohl erstaunlicherweise die fundamentalen Gesetze der Physik (abgesehen von extrem seltenen und makroskopisch nicht in Erscheinung tretenden quantenmechanischen Effekten) bei einer Zeitumkehr nicht verletzt würden, scheint es in der Natur doch ein grundsätzliches Verbot von Vergangenheitsreisen zu geben. Der Physiker Dieter Zeh, dessen Position im Schlusskapitel der Arbeit näher beleuchtet wird, vertritt die Auffassung, dass die Science-Fiction-Literatur zum Thema „Zeitreisen“ überwiegend auf einfachen begrifflichen Fehlern beruhe. Die in Anlehnung an die Allgemeine Relativitätstheorie konstruierten Vorgänge seien bestenfalls genauso „theoretisch möglich“ wie ein Gas, das sich von selbst in einer Ecke des Gefäßes versammelt. Die vorliegende Arbeit erörtert Ansätze für „Zeitmaschinen“ und superluminale Prozesse, die in Einklang mit der modernen Physik stehen. Besprochen werden u. a. die Tachyonen-Hypothese, Tiplers rotierender Zylinder, der Gödel-Kosmos, der Anti-de-Sitter-Kosmos, die sogenannten „Wurmlöcher“ und die Alcubierre-Metrik. Zugleich sollen Ansätze vorgestellt werden (z. B. Eternalismus, Viele-Welten-Modell, Prinzip der konsistenten Geschichte), die Lösungsversuche für die Paradoxien von Vergangenheitsreisen bieten. Um die Reisen in die Vergangenheit und Reisen mit Überlichtgeschwindigkeit scheint es zu stehen wie mit einer Anfrage an Radio Jerewan; die Antwort lautet stets: „Im Prinzip ja, aber …“ Doch die Faszination dieser Idee wird weiterhin Stoff für die „Fiction“ liefern. / Time travel and superluminal travel are two of mankind's dreams. They inspire our imagination and provide material for bizarre stories. A work on the subject of time travel and superluminal travel forces us to re-examine our concept of "time". The complexity and the contradictory nature this subject makes it difficult to be more precise about "time". On its deepest subjective side, time is a means of perception, a biological rhythm, a social phenomenon in terms of our collective understanding of time. But it is also a physical parameter. Einstein's Theory of Relativity revolutionised our idea of space and time by freeing us from the Newtonian concept of absolute space and absolute time. The "problem of time travel", a subject that Wells wrote about just ten years before as mere fiction, was now a discussion worthy of physics. Einstein's Special Theory of Relativity (1905), by predicting the effects of time dilation, allowed for "travels into the future" and Einstein's Theory of Gravity used closed time-like lines for solutions to calculations about time travel (for example, the Gödel Universe and the Anti-de Sitter Universe). However, a trip to a time warp would immediately involve a whole set of paradoxes (for example, the grandfather paradox and the information paradox) and semantic inconsistencies. Surprisingly, the fundamental laws of physics (apart from extremely rare and non-emergent macroscopic quantum mechanical effects) are not violated by the concept of time reversal. Yet, in nature, there still seems to be a fundamental prohibition against time travel to the past. Physicist Dieter Zeh, whose position is more closely presented in the final chapter of this work, supports the view that science fiction literature on the subject of "time travel" is overwhelmingly based on simple conceptual errors. The processes used in this literature, which are based on the General Theory of Relativity, at best, are just as "theoretically possible" as a gas which gathers itself into the corner of a container. This work discusses approaches for "time machines" and superluminal travel which are consistent with modern physics. Some of the discussions that will be presented are the tachyon hypothesis, Tipler's rotating cylinder, the Gödel Universe, the Anti-de Sitter Universe, so-called "wormholes" and the Alcubierre-metric. At the same time, approaches will be presented (for example, Eternalism, the Many-Worlds Interpretation and the Consistent Histories Approach) that will provide attempts to find a solution for paradoxes regarding time travel to the past. Questions about time travel to the past and superluminal travel are like the questions asked on Radio Yerevan. The answer is always, "In principle yes, but…" But the fascination about time travel will continue to provide material for "fiction".

Das Bewegungsdesign stellt einen wichtigen Aspekt beim Betrieb von ungleichmäßig übersetzenden Mechanismen dar. Durch Minimierung von Bewegungsparametern wie der Geschwindigkeit und Beschleunigung ist die Verringerung von Schwingungsamplituden sowie Bauteildeformationen infolge kinetostatischer Kräfte erzielbar. Weiterhin kann hierdurch der Verlauf des Antriebsmoments des Motors beeinflusst werden. Das reduzierte Massenträgheitsmoment J(φ) eines nichtlinear übersetzenden Mechanismus ist stellungsabhängig definiert durch die generalisierte Koordinate φ. Daher stellt die Minimierung von Beschleunigung und Geschwindigkeit mittels konstanter Grenzen über den gesamten Antriebsbereich eine Vereinfachung dar, welche die stellungsabhängige Trägheit außer Acht lässt. Der Beitrag stellt eine Möglichkeit zur Generierung der Grenzwerte für die Beschleunigung und Geschwindigkeit aus den Verläufen des reduzierten Massenträgheitsmoments J(φ) sowie dessen Ableitung nach der generalisierten Koordinate J‘(φ) vor. Die ermittelten Ober- und Untergrenzen dienen als Parameter für einen Optimierungsalgorithmus. Dieser nutzt den Ansatz der harmonischen Synthese um mit Hilfe der linearen Programmierung die Bewegungsfunktion zu generieren. Für einen Mechanismus mit einem Freiheitsgrad wird mittels eines herkömmlichen Ansatzes und mit dem neu vorgestellten Verfahren das optimale Bewegungsgesetz ermittelt. Mittels einer Mehrkörpersimulation werden neben Geschwindigkeit und Beschleunigung auch das resultierende Antriebsmoment und der Energiebedarf bilanziert.

Im Bereich der Werkzeugmaschinen können Identifikationsmethoden zur Realisierung einer ressourceneffizienten Produktion durch Überwachung prozessrelevanter Parameter beitragen. Aufgrund der hierarchischen Trennung moderner Steuerungssysteme bildet deren konzeptionelle Gestaltung und Implementierung am Beispiel einer nichtinvasiven Identifikationsroutine an einer Werkzeugmaschine den Kern der vorliegenden Arbeit. Das Ziel besteht darin, eine autonome Anwendung zur Integration unterschiedlicher Überwachungsmechanismen zu entwickeln und durch exemplarische Integration einer Parameteridentifikation zu validieren. Im Anschluss an die theoretischen Vorbetrachtungen werden deshalb zunächst verschiedene konzeptionelle Entwürfe zur Integration des Identifikationsverfahrens an einer Werkzeugmaschine diskutiert und anhand definierter Bewertungskriterien klassifiziert. Die Auswahl eines geeigneten Konzeptes unter Berücksichtigung eines Bewertungsindex sowie eine beispielhafte Implementierung bilden die Grundlage für den experimentellen Funktionsnachweis. / In the field of machine tools, identification methods can contribute to the realization of a resource-efficient production by monitoring of process-relevant parameters. Due to the hierarchical separation of modern control systems, their conceptual design and implementation using the example of a non-invasive identification routine on a machine tool forms the main aspect of the master thesis. The goal is to develop an autonomous application for different monitoring mechanisms and its validation through an exemplary parameter identification. Following the theoretical previews different conceptual designs are discussed and classified according to defined evaluation criteria. The selection of an appropriate concept under consideration of an evaluation index and its exemplary implementation are the basis for the experimental functional verification.

Die Bachelorarbeit dokumentiert die Entwicklung eines computerbasierten Lernangebots zum Thema „Gesundheitswesen in Deutschland“, welches als Untersuchungsmaterial in einer experimentellen Studie eingesetzt werden soll. Das Lernziel der Probanden ist, so viel wie möglich über Gesetze und Bestimmungen der Gesundheitsreform herauszufinden, um die Aufgabenbearbeitung und Lernzielerreichung erfolgreich zu absolvieren. Der erste Teil stellt die pädagogisch-psychologisch fundierte theoretische Konzeption eines computerbasierten Lernangebots dar. Dabei werden zunächst theoretische Grundlagen zum E-Learning, Instruktionsdesign, selbstgesteuerten Lernen und unterstützenden Lernaktivitäten gelegt. Danach erfolgt die Vorstellung von Lern- und Testaufgaben als eine Möglichkeit der Selbstregulation. Dabei wird besonders auf die formalen Aspekte von Aufgaben, das Generieren von Lehrzielen sowie die Konstruktion von fehlerbasiertem Feedback eingegangen. Im zweiten Teil erfolgt die darauf aufbauende praktische Umsetzung: Auf Basis des konzipierten Instruktionsdesigns erfolgt die Erarbeitung von Lernaktivitäten, welche von den Versuchspersonen zur Selbststeuerung ihrer Lernprozesse genutzt werden können. Dafür werden insbesondere Lernaufgaben zur fakultativen selbstständigen Wissensüberprüfung sowie Testaufgaben zur Erfassung des Wissenszuwachses konstruiert. Im Anhang sind die zum Thema „Gesundheitswesen in Deutschland“ entwickelten Lehrziele, konstruierten Aufgaben und dazugehöriges Feedback enthalten.

Die Arbeit befasst sich mit einem neuen textilverstärkten Zugmittel mit formschlüssiger Krafteinleitung. Im Grundlagenteil werden Aufbau, Eigenschaften und Dimensionierungsgrundlagen von Rollenketten und Zahnriemenantrieben erörtert, sowie textile und elastomere Werkstoffe betrachtet. Aus den Betrachtungen zum Stand der Technik, der Maschenware mit hochfesten Filamentgarnen und deren polymeren Beschichtungen wird der Entwicklungsansatz abgeleitet. Mit Hilfe eines Spezialkettenwirkverfahrens werden die textilen Zugträger als Recht/Links-Maschenware hergestellt. Das besondere daran ist die teilungsgenaue Einbindung der Bolzen in die Maschenstruktur bei der Fertigung. Eine anschließende elastomere Beschichtung verbessert die mechanischen Eigenschaften erheblich und fixiert die Bolzen axial. Dabei werden reaktive Polyurethane im Gießverfahren und thermoplastische Elastomere im Spritzgießverfahren eingesetzt. Drei ausgewählte textile Bindungen mit verschiedenen Beschichtungen wurden statisch und dynamisch, anhand von Proben und endlos verbundenen Zugmitteln, ausführlich untersucht. Die daraus abgeleiteten Bauteil-Wöhlerlinien und Leistungsdiagramme bilden die Grundlage zur Auslegung der textilverstärkten Zugmittel für Anwendungen im Maschinenbau. / The dissertation deals with a new textile reinforced with form-closed force application. The basis of structure, properties and sizing basics of roller chain drives and belt drives are discussed and considered textile and elastomeric materials. From consideration of the prior art, the knitted fabric with high tenacity filament of polymeric coatings and their development approach is derived. Using a special knitting process, the textile chain tension members are produced as a right / left-knit fabric. The special thing about it is the exact distribution of involvement of the pins in the mesh structure during manufacturing. Subsequent elastomeric coating significantly improves the mechanical properties and fixes the bolt axially. These reactive polyurethanes by casting and thermoplastic elastomers are used in injection molding. Three selected textile bonds with different coatings were statically and dynamically examine in detail the basis of samples and associated endless traction means. The derived component S/N curves and performance charts are the basis for the design of textile-reinforced tension means for applications in mechanical engineering.

Die erste Chemnitzer Brennstoffzellenkonferenz wurde vom Innovationscluster HZwo und dem Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU durchgeführt. Ausgewählte Fachbeiträge und Präsentationen werden in Form eines Tagungsbandes veröffentlicht. / The first fuel cell conference was initiated by the innovation cluster HZwo and the Fraunhofer Institute for Machine Tools and Forming Technology. Selected lectures and presentations are published in the conference proceedings.