Ein wichtiger Aspekt der Analyse von dynamischen Systemen ist die Transiente einer Trajektorie. Im Kontext der Nachhaltigkeitsforschung bearbeite ich diesbezüglich zwei Fragen: (i) ”Wie kann man die Zeit zum Erreichen des Attraktors quantifizieren?“ und (ii) ”Kann man es verhindern, bestimmte Grenzen zu überschreiben und somit sicher zu bleiben?“ Bzgl. (i) analysiere ich mehrere Probleme, welche bei der Quantifizierung solcher transienter Zeiten auftreten, und definiere vier Bedingungen, die eine Antwort auf Frage (i) erfüllen soll. Weiterhin führe ich zwei Metriken, Area under Distance Curve und Regularized Reaching Time, ein, die verschiedene Aspekte der transienten Dynamik einfangen. Frage (ii) bezieht sich auf Systeme mit sowohl erwünschten und unerwünschten Zuständen als auch Möglichkeiten zur Beeinflussung. Ich stelle ”Topology of Sustainable Management“ als ein Werkzeug zur Analyse solcher Modelle vor. Diese baut auf ”Viabilitätstheorie“ auf, um den dazugehörigen Saint-Pierre Algorithmus (SPA) verwenden zu können. Ich erweitere den Algorithmus zur Schätzung von ”implicitly-defined Capure Basins“ und löse zwei substanzielle Probleme, welche häufig bei der Anwendung von SPA vorkommen. Zur Demonstration verwende ich ein Beispielmodell, das auf Klimawandel, Wirtschaftsleistung und die Transformation des Energiesystems fokussiert. Danach nutze ich funktionale Klimanetzwerke, um zu analysieren, wie sich die transien- te Phase nach großen Klimastörungen – die El Niño- und La Niña-Phasen von ENSO und die drei größten Vulkaneruptionen seit 1950 – die Telekonnektionsstruktur der globalen Oberflächentemperatur auswirkt. Die Resultate bestätigen den globalen Einfluss von ENSO durch das Zusammenbrechen der modularen Struktur des global SAT-Feldes. Dies zeigt die Emergenz starker Telekonnektionen. Weiterhin habe ich deutlich, qualitative Unterschiede zwischen diesen global Klimaextremsituationen identifizieren können. / An important feature of dynamical systems is the transient phase of a trajectory that I approach with two question: (i) “How can we properly quantify the time to reach a system’s attractor?” and (ii) “Can we avoid transgressing certain boundaries and stay safe (& just)?” In particular, I consider these questions in the context of sustainability science. Concerning (i), I analyze several problems that come up when quantifying such transient times and define four conditions that a metric answering question (i) should fulfill. Further, I introduce two metrics, Area under Distance Curve and Regularized Reaching Time, capturing two complementary aspects of the transient dynamics. Question (ii) concerns with systems having distinctions of the state space in desirable and undesirable, e.g. defined by “planetary boundaries”, and some sort of influencing/managing it. I present Topology of Sustainable Management as a tool to analyze such models. It is built on concepts from viability theory (VT) in order to use the Saint-Pierre algorithm (SPA). I extend the SPA to compute so-called implicitly defined capture basins and solve two substantial problems repeatedly occuring when using the SPA. For Demonstration, I use a three-dimensional model focusing on climate change, economic output and energy transformation. Finally, I use functional climate networks to analyze how the transient phase after major climate perturbations – the El Niño and La Niña phases of ENSO and three largest recent volcanic eruptions – influence the teleconnectivity structure of the surface area temperature field (SAT). The results confirm the existence of global effects of ENSO by breaking down the modular structure of the global SAT field, and I have identified distinct qualitative differences between theses two global climate extreme situation.

Neue elektrische Antriebskonzepte ermöglichen es, eine hohe Funktionalität in einem eingeschränkten Bauraum unterzubringen. Damit steigt auch in der Landwirtschaft das Interesse an elektrischen Antrieben. Die Projektgruppe Elektrische Maschinen und Antriebe der HTW Dresden beteiligt sich mit der TU Dresden an einem Projekt, bei dem beginnend mit der elektrisch angetriebenen Dreschtrommel umfassend an einem Mähdrescher untersucht wird, wie diese Antriebe in einzelne Funktionselemente integriert werden können. Neben der Auslegung der Antriebe werden Verfahren erarbeitet, die Verluste im Motor mit hoher Genauigkeit zu berechnen. So können in Zukunft passgenaue Kühlkonzepte für diese Antriebstechnik entwickelt werden. Anforderungen gerade im Bereich der Elektromobilität fordern den Blick für neue Materialien, deren elektromagnetisches und thermisches Verhalten werden in ihrem Einfluss auf die Erwärmung untersucht. Analytische und kombinierte Berechnungsmethoden in 2D-FEM gestatten die vereinfachte Rechnung unter Berücksichtigung von Grundwelle und entstehenden Harmonischen zu qualifizieren. Verlustberechnungen aus der transienten FEM-Rechnung ermöglichen diese Verbesserung. Die Methode wird am Beispiel der elektrischen Dreschtrommel mit den berechneten Verlustverteilungen beschrieben. Neue Methoden der 3D-FEM, wie sie die Software Ansys bietet, werden für die Nutzung von Einflüssen der Wirbelstromeffekte und in Auswertung für die Segmentierung von Permanentmagneten dargestellt. Die exemplarisch gewonnenen Erkenntnisse liefern einen Beitrag für weitere Schneidwerksantriebe am Mähdrescher, aber auch darüber hinaus in Projekten mit Herstellern elektrischer Maschinen. / New concepts for electrical drives make it possible to put a high functionality into a restricted structural form. Thereby the interest in electrical drives increases also in the farming. The project team Electrical machines and drives of the HTW Dresden participates together with the TU Dresden in a project, where starting with the electrically driven threshing cylinder is comprehensively examined at a combine harvester, how these drives can be integrated into single function elements. Besides the dimensioning of the drives are developed methods to calculate losses in the engine with high precision. So custom-fit cooling concepts can be developed for this drive technology in future. Requirements just in the area of the electric mobility call looking for new materials, whose electromagnetic and thermic behavior are examined in her influence on the warming. Analytical and combined computation methods in 2D-FEM allow the simplified calculation under consideration of the fundamental wave and the arising harmonic ones. Loss calculations by means of the transient FEM calculation make possible this improvement. The method is described at the example of the electrical threshing cylinder with the calculated loss distributions. New methods of the 3D-FEM, as the software of Ansys offers, are presented for the use of influences of the eddy current effects and in evaluation for the segmentation of permanent magnets. The exemplarily got knowledge provides a contribution for further cut header drives at the combine but also furthermore in projects together with manufacturers of electrical machines.

Neue elektrische Antriebskonzepte ermöglichen es, eine hohe Funktionalität in einem eingeschränkten Bauraum unterzubringen. Damit steigt auch in der Landwirtschaft das Interesse an elektrischen Antrieben. Die Projektgruppe Elektrische Maschinen und Antriebe der HTW Dresden beteiligt sich mit der TU Dresden an einem Projekt, bei dem beginnend mit der elektrisch angetriebenen Dreschtrommel umfassend an einem Mähdrescher untersucht wird, wie diese Antriebe in einzelne Funktionselemente integriert werden können. Neben der Auslegung der Antriebe werden Verfahren erarbeitet, die Verluste im Motor mit hoher Genauigkeit zu berechnen. So können in Zukunft passgenaue Kühlkonzepte für diese Antriebstechnik entwickelt werden. Anforderungen gerade im Bereich der Elektromobilität fordern den Blick für neue Materialien, deren elektromagnetisches und thermisches Verhalten werden in ihrem Einfluss auf die Erwärmung untersucht. Analytische und kombinierte Berechnungsmethoden in 2D-FEM gestatten die vereinfachte Rechnung unter Berücksichtigung von Grundwelle und entstehenden Harmonischen zu qualifizieren. Verlustberechnungen aus der transienten FEM-Rechnung ermöglichen diese Verbesserung. Die Methode wird am Beispiel der elektrischen Dreschtrommel mit den berechneten Verlustverteilungen beschrieben. Neue Methoden der 3D-FEM, wie sie die Software Ansys bietet, werden für die Nutzung von Einflüssen der Wirbelstromeffekte und in Auswertung für die Segmentierung von Permanentmagneten dargestellt. Die exemplarisch gewonnenen Erkenntnisse liefern einen Beitrag für weitere Schneidwerksantriebe am Mähdrescher, aber auch darüber hinaus in Projekten mit Herstellern elektrischer Maschinen. / New concepts for electrical drives make it possible to put a high functionality into a restricted structural form. Thereby the interest in electrical drives increases also in the farming. The project team Electrical machines and drives of the HTW Dresden participates together with the TU Dresden in a project, where starting with the electrically driven threshing cylinder is comprehensively examined at a combine harvester, how these drives can be integrated into single function elements. Besides the dimensioning of the drives are developed methods to calculate losses in the engine with high precision. So custom-fit cooling concepts can be developed for this drive technology in future. Requirements just in the area of the electric mobility call looking for new materials, whose electromagnetic and thermic behavior are examined in her influence on the warming. Analytical and combined computation methods in 2D-FEM allow the simplified calculation under consideration of the fundamental wave and the arising harmonic ones. Loss calculations by means of the transient FEM calculation make possible this improvement. The method is described at the example of the electrical threshing cylinder with the calculated loss distributions. New methods of the 3D-FEM, as the software of Ansys offers, are presented for the use of influences of the eddy current effects and in evaluation for the segmentation of permanent magnets. The exemplarily got knowledge provides a contribution for further cut header drives at the combine but also furthermore in projects together with manufacturers of electrical machines.