Verlagspublikationen

Am 11. März 2011 ereignete sich vor der japanischen Küste ein schweres Erdbeben. Es löste einen gewaltigen Tsunami aus, der an der Ostküste Japans schwere Schäden hervorrief und fast 20.000 Menschen das Leben kostete. Im Atomkraftwerk Fukushima verursachte der Tsunami eine Reaktorkatastrophe, in deren Folge insbesondere in Deutschland eine heftige Diskussion über die Atomenergie entflammte, die schließlich zum deutschen Atomausstieg führte. Die Reaktorkatastrophe erfuhr international eine große öffentliche (Medien-) Aufmerksamkeit und rief auch die kommunikationswissenschaftliche Forschung auf den Plan. Ergebnisse dieser Forschungen, die an verschiedenen Stellen unabhängig voneinander durchgeführt wurden, sind in diesem Band versammelt. - In insgesamt 13 Beiträgen werden die medialen und öffentlichen Reaktionen auf das Unglück empirisch analysiert. Die Beiträge befassen sich zum einen mit der Darstellung der Atomenergie in historischer Vergleichsperspektive, wobei die Reaktorkatastrophe in Tschernobyl als Referenzpunkt für Fukushima diente. In weiteren Beiträgen wird die Dynamik der Berichterstattung in Deutschland fokussiert. Fünf Beiträge betrachten die Reaktionen der Medien in internationaler Vergleichsperspektive und weitere vier untersuchen die Reaktionen der Bevölkerung auf die Ereignisse in Fukushima. Durch die Zusammenführung der unterschiedlichen Perspektiven wird eine differenzierte Einschätzung der medialen und gesellschaftlichen Konsequenzen des Extremereignisses möglich. Die Umrisse eines Forschungsprogramms für die Nachhaltigkeits-, Energie- und Umweltkommunikation werden sichtbar.

Die Herstellung von keramischen Wärmedämmschichten auf Gasturbinenschaufeln stellt eine komplexe Herausforderung dar, da der atmosphärische Plasmaspritzprozess durch eine Vielzahl von Einflussgrößen und hohe Sensitivität gegenüber äußeren Einwirkungen gekennzeichnet ist. Eine Sonderstellung unter den Störgrößen nimmt der Elektrodenverschleiß ein, da durch diesen Effekt eine kontinuierliche Veränderung der Beschichtungsergebnisse bezüglich Spritzeffzienz und Schichtmikrostruktur hervorgerufen wird. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, eine Prozessregelung zu entwickeln, die eine Stabilisierung des atmosphärischen Plasmaspritzprozesses und damit eine Reduzierung der Schwankungen der Beschichtungsergebnisse über die Elektrodenlaufzeit ermöglicht. Die Versuche sollen im fertigungsnahen Umfeld anhand von Turbinenschaufeln durchgeführt werden, um eine direkte Implementierung der Regelung in die Serienfertigung zu ermöglichen. Als Basis für die Entwicklung der Prozessregelung erfolgt zunächst die Beschreibung der Grundlagen zu Wärmedämmschichten, Herstellungsverfahren und Prozessdiagnostik. Darauf aufbauend werden die Einflussfaktoren mit den stärksten Effekten auf die Beschichtungsergebnisse anhand der elektrodenverschleißinduzierten Veränderungen im ungeregelten Langzeitbeschichtungsversuch ermittelt und als Regelgrößen definiert. Nach der Bestimmung der Steuergrößen werden im Anschluss die Prozessregelungsansätze in Langzeitbeschichtungsversuchen überprüft und die Prozessfähigkeiten berechnet. Die Versuche zeigen insgesamt eine signifikante Stabilisierung der Beschichtungsergebnisse unter Verwendung der entwickelten Prozessregelung auf Basis der Regelgrößen (i) Partikelintensität, (ii) Partikelgeschwindigkeit und (iii) elektrischer Spannung. Als Steuergrößen werden die elektrische Stromstärke, sowie das primäre und sekundäre Plasmagas verwendet. In den Verifizierungsversuchen wird darüber hinaus gezeigt, dass mit Hilfe der konventionellen Leistungsregelung nur eine bedingte Stabilisierung des Beschichtungsprozesses ermöglicht wird und die entwickelte Prozessregelung auch auf andere atmosphärische Plasmaspritzprozesse mit veränderten Parametern und Brennerkonfigurationen anwendbar ist.

Im Rahmen des Projektes "Awusys" erfolgte die disziplinübergreifende Entwicklung eines hochpräzisen und zeiteffizienten industriellen Auswuchtsystems, welches neben der Unwuchtbestimmung zeitgleich Unwuchtkorrekturen mit höchster Genauigkeit umsetzen kann. Im Vergleich zu bestehenden Systemen sollte eine Genauigkeit bei der Unwuchtbestimmung von üblicherweise +/- 0,1 g auf +/- 0,01 g umgesetzt werden. Selbiges galt für den notwenigen Masseauf- und Masseabtrag, der mit einer Genauigkeit im 1/100 Bereich realisiert werden sollte. Die Entwicklung eines derartigen Systems wurde durch die Erarbeitung und Entwicklung unterschiedlicher Ansätze aus den Bereichen der Konstruktion, der Softwaretechnik, der Messtechnik, der Handhabetechnik und der Fertigungstechnik erfolgreich umgesetzt und in Form eines rechnergestützten Versuchsstandes zusammengeführt.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit ist ein Gesamtsystem entwickelt, betrieben und evaluiert worden, mit dem die Mathematik-Eingangsfähigkeiten von Studienanfängerinnen und Studienanfängern vor Beginn der ersten Vorlesungen verbessert und homogenisiert werden sollen. Die globale Zielsetzung der vorliegenden Arbeit war es, ein übertragbares Konzept zu entwickeln und zu verifizieren, das es ermöglicht, Leistungsproblemen vorzubeugen und die Studienabbruchquote zu senken. Im Kern folgt die Gesamtkonzeption dem Ansatz, dass durch eine passgenaue Abstimmung der Unterstützungsmaßnahmen auf die individuellen Mathematikkompetenzen der Studierenden ein hoher Lernerfolg erzielt werden kann. Hierzu wurden die Mathematikkompetenzen der Studierenden in einer Datenbank erfasst, die zur individuellen Adaption der Präsenz- und E-Learning-Kurse genutzt wurde. Zeitlich gliederte sich die Vorgehensweise in die Konzeptions- und Realisierungsphase, die mit der Systementwicklung abgeschlossen wurde, und zwei Praxisphasen mit jeweils anschließender Evaluation. Das System wurde hochschulweit zur Vorqualifizierung aller Studienanfängerinnen und Studienanfänger genutzt. Die formative Evaluation des Systems ergab eine hohe individuelle Passgenauigkeit der Anforderungen in den Vorkursen und eine positive Einschätzung der adaptiven Maßnahmen auf den persönlichen Lernerfolg. Die summative Evaluation ergab einen großen Lernzuwachs der Studierenden durch den Einsatz des Systems. In einem t-Test abhängiger Stichproben wurde ein starker Effekt (d=1,83) nachgewiesen. Die erreichte mittlere Punktzahl im Mathematik-Ausgangstest hat sich im Vergleich zum Mathematik-Eingangstest mehr als verdoppelt (Eingangstest: M=13,70; SD=8,82; n=132, Ausgangstest: M=28,48; SD=7,31; n=132) und die Leistungsunterschiede zwischen den Studierenden haben sich angeglichen. Somit leistet die aktuelle Arbeit einen wertvollen Erkenntnisgewinn für die Forschung, Entwicklung und praktische Umsetzung von Qualifizierungsmaßnahmen in Form von integrierten Blended-Learning-Systemen in der Studieneingangsphase, die vor dem Hintergrund der Inhomogenität der Mathematik-Eingangskompetenzen der Studienanfängerinnen und -anfänger durch eine individuelle Adaption einen hohen Lernerfolg erzielen.

Die Arbeit diskutiert die mathematische Modellbildung von ausgewählten Fortbewegungssystemen mit Rädern. Die Kinematik und Dynamik eines radgetriebenen Fahrzeuges mit Mecanum-Rädern wird beschrieben. Die dynamischen und kinematischen Modelle sind die Voraussetzung für Simulationsrechnungen und gleichzeitig für die praktische Anwendung beim Betrieb der Systeme. Außerdem wird das Bewegungsverhalten von Behinderten während der Fahrt im Rollstuhl für verschiedene Umgebungsbedingungen analysiert. Nach der Darlegung der Motivation der Arbeit wird eine Analyse des Standes der Technik auf dem Gebiet der Fahrzeuge mit Mecanum-Rädern vorgestellt. Eine Übersicht über aktuelle Aspekte der Fortbewegungssysteme für Behinderte und ihre Vor- und Nachteile ist ein weiterer Gegenstand der Arbeit. Im Kapitel 2 sind die mathematischen Grundlagen, die in dieser Arbeit verwendet werden, zusammengefasst. Es handelt sich um die Kinematik der starren Körper und ausgewählte Prinzipien und Gleichungen der analytischen Mechanik. Die Transformationsmatrizen für ebene Drehungen, die Arten der kinematischen Zwangsbedingungen, die Dynamik der starren Körper mit einem speziellen Fokus auf die LAGRANGE Gleichung 2. Art mit Multiplikatoren werden vorgestellt. Die Fortbewegungssysteme sind vor allem mit analytischen Methoden in der Kinematik und Dynamik beschrieben worden. Der Fokus liegt auf 2 Grundmodellen, die auch aktuell technisch genutzt werden. Das erste Modell gilt für zweirädrige Bewegungssysteme, wie zum Beispiel für einen Rollstuhl. Das zweite Modell wurde für ein vierrädriges Fahrzeug mit Mecanum-Rädern entwickelt. Detaillierte Herleitungen für die kinematischen und dynamischen Modelle sind für beide Fortbewegungssysteme dargestellt. Für die Dynamik des Fahrzeuges mit Mecanum-Rädern wird eine exakte Methode, basierend auf den Grundlagen der nichtholonomen Mechanik mit einer zweiten, häufig in der Literatur angeführten, Näherungsmethode verglichen. Aus der nichtholonomen Mechanik werden die LAGRANGE Gleichungen mit Multiplikatoren als effizientes Verfahren eingesetzt, um ein exaktes Modell zu generieren. Diese Modellgleichungen können alle möglichen Bewegungsbahnen des Fahrzeuges mit vier Mecanum-Rädern erfassen. Das Approximationsverfahren aus der Literatur nutzt eine Pseudoinverse Matrix und kann nur ausgewählte Standardtrajektorien abbilden. Simulationsergebnisse, basierend auf der numerischen Integration der Dynamikgleichungen aus beiden Verfahren werden in Kapitel 4 vorgestellt. Die resultierenden Bewegungsbahnen sind für vorgegebene Antriebsmomente dargestellt. Ein virtuelles 3D-Modell des vierrädriges Mecanum-Fahrzeuges ist mit Hilfe von MATLAB®, SIMULINK® und VIRTUAL REALITY TOOLBOX® erstellt worden. Ein Vorteil der 3D-Umgebung ist die anschauliche Darstellung komplexer Bewegungsbahnen bei kombinierten Translations- und Rotationsbewegungen des Systems. Zwei Experimentalfahrzeuge, eines mit klassischer Vierradstruktur inklusive Vorderachslenkung und ein weiteres mit vier omnidirektionalen Rädern vom Typ Mecanum, wurden aufgebaut. Sie dienen als Demonstratoren eines möglichen Plattformkonzeptes für Behindertenfahrzeuge. In der Arbeit werden die aus Simulationsrechnungen gewonnenen Trajektorien mit den tatsächlichen Bahnen des Prototyps verglichen. In einem abschließenden Kapitel wird für ausgewählte Szenarien mittels Motion Capturing Verfahren die Mensch-Maschine-Interaktion am Beispiel von Rollstuhlfahrern untersucht. Die Bewegung des menschlichen Körpers und des Rollstuhls wurde in ihren kinematischen Daten erfasst und mit den Werkzeugen ALASKA-DYNAMICUS® und ERGO TOOL® analysiert.