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Der Tagungsband enthält die Beiträge zu den Vorträgen der 9. Fachtagung vom 28. Februar 2023 in Karlsruhe. In 12 Artikeln wird über den Stand der Forschung und neue Entwicklungen auf dem Gebiet der Antriebstechnik für mobile Arbeitsmaschinen berichtet. Der Tagungsband zeichnet sich durch Fachbeiträge zu klimaneutralen, effizienzoptimierten und elektrifizierten Antrieben in verschiedensten Maschinen aus. Neben Fahrantrieben werden auch nachhaltige und innovative Arbeitsantriebe thematisiert.

The development of PEM fuel cell systems can be further improved, if the interactions between the different development levels are considered. The IPEK X-in-the-loop approach allows connecting the operating conditions measured locally at the fuel cell components, like the bipolar plate with data from the drivetrain and the fuel cell system. Measurement data taken from micro sensors can be transmitted to control the fuel cell system components. The mixed virtual-physical approach allows emulating different types of components instantly and facilitates the optimization of fuel cell components and operating strategies. With this development method the fuel cell and the fuel cell system components as well as the operating controls can be improved with respect to power dynamics, power density and lifetime.

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.

Die schnelle Entwicklung um den Bereich der Medizintechnik, mit ständiger Forderung nach einfacher Bedienbarkeit, Zuverlässigkeit bei gleichzeitig geringen Kosten, führt zu der Entwicklung neuer medizinischer Instrumente und Geräte. In dieser Arbeit geht es darum, einen automatischen Medikamentendispenser zu entwickeln und konstruieren. Diese Arbeit legt den Fokus auf den Bewegungsmechanismus, der für das Auswerfen der Medikamente zum richtigen Zeitpunkt, benötigt wird. Der Medikamentendispenser soll Pflegepersonal bei der Medikamentenverteilung unterstützen. Hierbei soll der Dispenser einmal die Woche befüllt werden und zu vier Tageszeiten (morgens, mittags, abends und nachts) Medikamente automatisch ausgeben. Eine Anzeige erleichtert die Kontrolle, ob die Medikamente auch durch Patienten oder Patientinnen aus dem Dispenser genommen wurden. There is not enough nursing staff in hospitals or nursing homes, which leads to nurses not having enough time to take properly care of people in need. This should be changed with this automatic drug dispenser. This project was developed by a group of students for their bachelor thesis. The aim of the automatic drug dispenser is to save time in the distribution of medication. This should happen by only having to fill the dispenser once a week and to distribute the right medication four times a day (in the morning, at noon, in the evening and at night). There should also be a possibility to monitor whether the medication was taken by a patient or not. The final concept contains 28 boxes, four for every day of the week. The upper part of the dispenser will rotate at those given times, to open a trapdoor of a box through a lever. If the patient does not need medication during those given times, this specific box can be deactivated by pushing it slightly towards the middle of the dispenser. While the box is opened, a lamp glows red to indicate, that the medication is ready to be taken out of the dispenser. After the drugs are dispensed into a cup, they are monitored by an ultrasonic sensor. As soon as the medication is removed, the lamp glows green. This thesis specializes on the driving, bearing and sensory part of this project.

Der Tagungsband enthält die gesammelten Beiträge zu den Vorträgen der 8. Fachtagung vom 23. Februar 2021 in Karlsruhe. In 11 Artikeln wird über den Stand der Forschung und neue Entwicklungen auf dem Gebiet der Antriebstechnik für mobile Arbeitsmaschinen berichtet. Der Tagungsband zeichnet sich durch Fachbeiträge zu smarten Maschinensteuerungen und Fahrstrategien, innovativen Lösungen für elektrische Antriebe und Entwicklungsmethoden für Off-Highway Fahrzeuge aus.

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Konstruktion eines Fußballroboters gemäß dem Regelwerk der Robocup Small Size Soccer League. Die Robocup Small Size Soccer League ist ein internationaler Wettbewerb in denen Studententeams selbstentwickelte Fußballroboter gegeneinander antreten lassen. Durch die Vorgaben des Regelwerks entstehen insbesondere bauliche Einschränkung in Hinsicht auf Größe und Form des Roboters. Im Zuge der Bachelorarbeit I sollte für die FH Campus Wien das mechanische Konzept eines solchen Roboters entwickelt werden. Die Konstruktion soll dabei innovativ, preisgünstig und gleichzeitig sehr effizient sein. Da diese Arbeit im Team, welches aus zwei Studenten besteht, behandelt wird, wurden die Aufgaben in zwei Arbeitspakete gegliedert und in separaten Arbeiten verfasst. In diesem Arbeitspaket wird vor allem auf die Konstruktion des Antriebs, der Radaufhängung und Gehäuses eingegangen. Dafür wurden mehre Komponenten und Konzepte entwickelt und ihre Vor- und Nachteile verglichen. Entscheiden für die richtige Funktionsweise des Roboters war die Entwicklung und Konstruktion des Allseitenrades. Da die Grundfläche des Roboters einen Kreis mit vier umliegenden, gleichmäßig über den Umfang verteilten Rädern bildet, ist es elementar, dass die Räder in Laufrichtung eine antreibende Kraft an den Boden übertragen können, sich aber normal zur Laufrichtung verschieben lassen. Dadurch lässt sich der Roboter in alle Richtungen der Ebene bewegen ohne, dass die Räder blockieren. Außerdem wurde ein Antriebskonzept entwickelt, welches aus einem Motor-und Getriebepaar für jedes der vier Räder besteht. Die Detaillierte Konstruktion wird in der untenstehenden Arbeit genauestens erläutert. This Thesis deals with the construction of a football robot which has to align with the rules of the “Robocup Small Size Soccer League”. The Robocup Small Size Soccer League is an international contest in which teams of university students compete with the ir selfdeveloped robots. Due to the standards of this Competition there are structural restrictions for the d evelopment of this roboter. Especially for the size and the shape of the robot. During the Bachelor Thesis for the FH Campus Wien, a concept for t he mechanical construction for such a robot must be developed. The concept should be innovative, efficient an d should be at a low cost. The team consists of two members therefore the goals of the project were split and were documented in two different the sis. This thesis discusses the construction of the propulsion, suspension and the casing. Therefore, several components und concepts were created and were compared with regard to their pros and cons. Crucial for the success of the project was the developm ent of the omniwheel. Due to the circle shape of the footprint of the robot, the use of omniwheels along the p erimeter were necessary. Hence, the robot is able to move in every direction on the ground without rotation of the body. The detailed construction the robot is in the following thesis. of iv

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung des Hauptantriebskonzeptes, eines mehrteiligen Antriebssystems, für einen Rettungsroboter. Betrachtet werden die Konzeptfindung und Konstruktion der einzelnen Baugruppen sowie die dazugehörigen Fertigungsmaßnahmen und Materialien der einzelnen Bauteile. Als Basis für die Konstruktion dient das Reglement der „RoboCup Rescue League“, einem internationalen Forschungswettbewerb für Rettungsroboter. Hauptaugenmerk liegt auf einer einfachen und ökonomisch ausgeführten Konstruktion. Das Ergebnis dieser Arbeit bildet ein CAD Modell des Antriebes. Anhand dieser Konstruktion kann ein Prototyp des Rettungsroboters gebaut werden. This thesis deals with the development of the main drive for a rescue robot with a multi part drive system. The conceptual design and construction of the several sub-assemblies as well as the manufacturing processes and materials of the individual components are considered. The basis for the construction is the rule book of the "RoboCup Rescue League", an international research competition for rescue robots. The focus lays on a simple and economical design. The result of this work is a CAD model of this main drive. Based on this construction, a prototype of the rescue robot can be built.

Die zunehmende Einführung von elektrischen Antriebssystemen in Elektround Hybridfahrzeugen führt aktuell zu enormen Herausforderungen bezüglich der EMV Anforderungen dieser Fahrzeuge. Um diese elektrischen Antriebe, wie sie sonst eher im Industriebereich eingesetzt werden, effizient betreiben zu können, werden sie in aktuellen Elektrofahrzeugen bei Batteriespannung im Bereich von 400V betrieben. Im Antriebsumrichter wird aus der Batteriespannung ein frequenzvariables Drehstromsystem zum Betrieb des Drehstrommotors generiert. Hierzu wird die volle Batteriespannung mit sehr steilen Schaltflanken auf die Antriebswicklungen geschaltet. Zur Erhöhung des Systemwirkungsgrads des Antriebssystems ist es notwendig, dass die im Umrichter eingesetzten IGBTs möglichst schnell schalten, was sich allerdings nachteilig auf die Störaussendung der Komponente auswirkt. Aufgrund der deutlich höheren Bordnetzspannung erzeugen die im Antriebsbordnetz eingesetzten leistungselektronischen Komponenten im Vergleich zur klassischen Fahrzeug-EMV höhere Störaussendungen, die zur Sicherstellung der EMV beherrscht werden müssen. Aufgrund des begrenzten Platzangebots innerhalb des Fahrzeugs sind die möglichen Gegenmaßnahmen begrenzt. Zur Abschirmung des Antriebsbordnetzes vom Rest des Fahrzeugs wird dieses in der Regel als vollständig geschirmtes IT-Netz ausgeführt. Aufgrund dieser neuen Anforderungen werden aktuell alle EMV-Standards im Fahrzeugbereich mit Bezug auf die Komponenten des Antriebsbordnetzes überarbeitet. Die Komponententests des elektrischen Antriebsstrangs werden aktuell in neusten Draftversion der CISPR 25 [1] beschrieben. Der Test eines Antriebsumrichters beinhaltet die Messung des leitungsgeführten Störstroms auf der Antriebsund der Traktionsleitung und eine Messung der Störspannung an einer Netznachbildung auf der 12V und auf der HV-Seite. Problematisch ist hierbei die Antriebswelle der elektrischen Maschine, da diese nicht in die Systemschirmung integriert ist und somit Gleichtaktstörströme über die Antriebslager in andere Bereiche des Fahrzeugs überkoppeln können. Der Störstrom, der über die Lager auf die Antriebswelle auskoppelt, wird in der aktuellen Norm nicht berücksichtigt. Allerdings haben Messungen im Rahmen der Arbeit [2] gezeigt, dass der Wellenstrom bei einigen Frequenzen die Störstromgrenzwerte nach CISPR 25 überschreitet. Somit können auch diese Wellenströme einen signifikanten Einfluss auf die elektromagnetischen Eigenschaften der Fahrzeuge haben. Des Weiteren zeigte die Untersuchung in [2], dass sich die Wellenströme in Abhängigkeit von der Drehzahl des Antriebs ändern.

Die zunehmende Integration von leitungselektronischen Komponenten in Elektround Hybridfahrzeugen hat einen großen Einfluss auf die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) im Fahrzeugbereich. Die elektrischen Antriebssysteme mit Leistungen im 100kWBereich werden aus Gründen der Energieeffizienz bei aktuellen Fahrzeugen mit LithiumIonen Batterien mit hohen Gleichspannungen [1] betrieben. Der Antriebsumrichter erzeugt an seinen Ausgangsklemmen ein frequenzvariables gepulstes Drehstromsystem, mit dem entweder ein Asynchronmotor oder ein permanent erregter Synchronmotor betrieben wird. Um den Wirkungsgrad des Antriebssystems weiter zu steigern, werden im Antriebsumrichter möglichst schnell schaltende IGBTs [2] eingesetzt. Allerdings verursachen diese schnellen Schalthandlungen im Umrichter breitbandige Störaussendungen, die in andere Teile des Bordnetzes überkoppeln können. Im Vergleich zur klassischen Fahrzeug-EMV, die das 12V Bordnetz beinhaltet, sind die im Antriebsbordnetz entstehenden Störaussendungen wesentlich höher. Um diesen neuen Gegebenheiten zu begegnen, werden aktuell alle EMV Standards im Fahrzeugbereich um die neuen Antriebsstrangkomponenten ergänzt. Bezüglich des Antriebsstrangs werden in der aktuellen Version der CISPR 25 [3] Komponententests mit dem Antriebssystem beschrieben. Hierbei wird der Umrichter, der im Wesentlichen die Störquelle darstellt, in der Schirmkabine platziert. Um den Umrichter für Messungen sowohl der leitungsgebundenen Störaussendung auf der Antriebs-, wie der Batterieleitung als auch der gestrahlten Störaussendung betreiben zu können, muss er zum einen über eine Gleichspannungsquelle versorgt werden und zum anderen an seinen Motorklemmen eine Last also einen Antrieb antreiben können. Aktuell wird nach CISPR 25 ein realer Antrieb an den zu testenden Umrichter angeschlossen. Um den Umrichter in realitätsnahen Betriebspunkten betrieben zu können, wird die Welle des Antriebs aus der Halle geführt, um dort eine mechanische Belastungsmaschine (in der Regel ein zweiter leistungselektronisch geregelten Antrieb) anzuschließen. Um die Schirmwirkung der Halle nicht zu beeinträchtigen und die Lastmaschine zu entkoppeln wird die Welle entweder isoliert (Kunststoffwelle) oder über eine Wellenfilterung (Wellenschirmung) aus der Halle geführt, was zumindest bei einer bestehenden Halle problematisch ist. Da der Antrieb im Bezug auf die EMV eine passive Komponente darstellt, sind entsprechende Entstörmaßnahmen im Umrichter zielführend.

The design of Hybrid Powertrains involves great complexity due to the possibility of various component combinations. In this thesis, the investigations of the FVV research program „Optimierte Auslegung von Ottomotoren für Hybridantriebsstränge“ were enlarged to a wide range of customer relevant driving conditions to investigate the influence of the powertrain layout and to carry out an optimization. The simulation approach was extended to real driving conditions with focus on the parametric description of the combustion engine. Due to the relevance of higher accelerations and higher vehicle speed in the customer relevant driving cycles, the fuel enrichment for component protection was implemented in the simulation approach. Additional the warm-up behaviour of the combustion engine and the transmission, catalyst heating and the modelling of the transmission efficiency were extended the full operation range of real world conditions.The investigations were done with the parallel hybrid powertrain, a mixed hybrid powertrain and a series hybrid powertrain. For all powertrains also plug-in variants were optimized to the combination of minimized CO2-emissions and electric power consumption.The influence of the combustion engine decreases with higher degree of electrification. The potential to reduce CO2-emissions, with downsizing and turbocharging of the combustion engine, decreases in the used driving cycles due to stronger accelerations and higher vehicle speeds. The influence of fuel enrichment in the investigated driving cycles is low.The results of the simulations shows, that hybridization of various powertrains under real driving conditions has a high potential for CO2-emission reduction. Plug-in hybrid systems have advantages mainly in urban driving situations.Under the boundary condition of the average European electric energy mix with 400 g/kWh CO2-emission per kWh, a CO2-emission reduction of up to 60% can be archived in the simulated driving cycles. In driving cycles with full electric driving of plug-in hybrid powertrains, the parallel hybrid and mixed hybrid powertrain are the best concepts.The comparison of series plug-in hybrid and mixed plug-in hybrid in long distance driving cycles (approx. 100 km), shows only 7% higher CO2-emissions of the series hybrid. In the Artemis motorway driving cycle that cannot be driven pure electric the mixed hybrid and the series hybrid has nearly the same CO2-emissions. The optimal operation of the combustion engine in the series hybrid compensates the most of the additional losses of the electric system with multiple energy conversion.The combustion engines with Atkinson concept and downsized Turbo-DI concept shows the lowest CO2-emissions in the investigated vehicles and driving cycles. The Atkinson engine has advantages in driving cycles with high power demand and the Turbo-DI engine has advantages in low load driving cycles.The presented simulation methodology shows a good possibility to optimize hybrid powertrains and components in a concept phase. For the simulation approach detailed data of the components are not necessary and the scaling approach can show influences of driving profiles, components and operation strategy in any driving situation to layout a complete powertrain.

Im städtischen Verkehr ist die klassische als Umweltverbund bezeichnete Förderung umweltfreundlicher Verkehrsarten seit langem in der Verkehrsplanung etabliert. Durch die qualitätsgerechte Gestaltung der Angebotspalette öffentlicher Verkehrssysteme ist es der Bevölkerung hierbei möglich, auch ohne ein eigenes Automobil ihre Mobilitätsbedürfnisse weitestgehend flexibel zu befriedigen. Der ÖPNV kann durch den Einsatz alternativer Antriebskonzepte einen weiteren Beitrag zu einer verringerten Emission von Schall und Luftschadstoffen (PM10, CO2 und NOx) leisten. In diesem Zusammenhang stellt insbesondere die Ablösung von Diesel‐ durch Elektrobusse ein großes Potenzial dar [Mue13]. Allerdings stellt dieser Paradigmenwechsel die ÖPNV‐Unternehmen bereits in der Planung ihres Verkehrssystems vor neuartige Herausforderungen. In diesem Beitrag werden die verkehrs‐ und betriebsplanerischen Überlegungen im Vorfeld der Betriebsaufnahme induktiv geladener Linienbusse anhand des Beispiels eines Pilotvorhabens im Gebiet der kreisfreien Stadt Braunschweig dargestellt.

Rund 50 % des Elektrizitätsverbrauches entfallen in der Schweiz auf Antriebe, in der Industrie sind es gar 70 %. Energieeffiziente Antriebe in Verbindung mit einer bedarfsgerechten Steuerung können Anlagen optimieren und Effizienzpotenziale ausschöpfen. Vorgaben durch Gesetze, Verordnungen und Normen entfalten zweifelsohne Wirkung. Noch wichtiger ist indessen profundes Fachwissen zur Projektierung von elektrischen Antrieben. Dies ist das Ziel dieser Fachpublikation.

vorgelegt von : Bernd Wlaschits Zsfassung in engl. Sprache Wien, FH Campus Wien, Masterstudiengang Technisches Management, Masterarbeit, 2012

Diese Diplomarbeit befasst sich mit Realisierungsmöglichkeiten eines hydraulischen Antriebskonzeptes für das vollimplantierbare Herzunterstützungssystem „DLR LVAD-5“, welches am Institut für Robotik und Mechatronik am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelt wird. Dieser Arbeit vorausgehend wurde für den Antrieb bereits das Rollenzellenprinzip ausgewählt und ein angepasstes Gehäusemodell entworfen. Ziel dieser Arbeit war es dieses Antriebskonzept zu optimieren. Die Anforderungen sind vor allem eine längere Lebensdauer und ein höherer Wirkungsgrad. Das Unterstützungssystem soll voll implantierbar bleiben und die Eigenschaften Doppelpulsatilität und blutschonendes Verdrängerprinzip beibehalten. Schwerpunkt dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Versuchsstandes, mit dem die wichtigsten Systemparameter ermittelt werden können, die zur Optimierung einer hy-draulischen Antriebseinheit benötigt werden.

durch Florian Kimmerle Literaturverz. Bl. 78-81 Wien, FH-Campus, FH-StG Technisches Projekt- und Prozessmanagement, Dipl.-Arb., 2010

Es wird eine technische Übersicht über aktuelle und mögliche Maßnahmen zur Verminderung der Emissionen von FLugzeugen gegeben. Hierbei werden Strukturen ebenso angesprochen wie Aerodynamik, Systeme und betriebliche Aspekte. Zudem werden Maßnahmen an Flugtriebwerken bis hin zu alternativen Kraftstoffen diskutiert.

Bei dem Autarken Hybrid handelt es sich um ein paralleles Hybrid-Konzept für PKW mit dem Ziel, Kraftstoff einzusparen und Emissionen zu senken. Der Antriebstrang besteht aus einer Kombination von Dieselmotor, Elektromotor und einem speziellen i²-Getriebe, dass sich durch stufenlose Übersetzung und weite Getriebespreizung auszeichnet. Neben dem Testfahrzeug wurde der Antriebsstrang am Prüfstand aufgebaut. Im Rahmen der Dissertation werden zunächst Funktion und Verbrauch des Antriebsstrangs am Prüfstand untersucht. Mittels einer energetischen Analyse werden anschließend Verluste durch Abweichungen bei Wirkungsgrad-Kennfeldern und Abweichungen von der theoretischen Betriebsführung des Antriebsstrangs quantifiziert und der Einfluss auf den Gesamtverbrauch bestimmt. The Autark Hybrid is a parallel hybrid concept for passenger cars with the aims to save fuel and reduce exhaust gas emissions. The dive line consits of a combination of diesel engine, electric engine and a special i²-gearbox, which offers a continuously variable transmission and a wide gearbox ratio range. Besides the test vehicle the drive line was installed on a test rig. First function and fuel consumption of the drive line are investigated. In the next step deviations from theoretical efficiency maps and optimal drive line operation are analysed. The influence of this deviations on fuel consumption is shown.

Das Übertragungsverhalten einer Planeten-Wälz-Gewindespindel (PWG) wird zunächst mit Methoden der Wälzlager- und Zahnradtheorie analytisch untersucht. Daraus werden mathematische und mechanische Ersatzmodelle abgeleitet, mit deren Hilfe die charakteristischen Eigenschaften der PWG berechnet werden können. Eine Anwendung finden sie in der vorgestellten Mehrkörpersystem-Modellierung. Abschließend werden die Berechnungs- und Simulationsergebnisse durch einen spannungsoptischen Versuch und Prüfstandsläufe überprüft. The transmissional behaviour of a Planetary Roller Spindle Drive (PRSD) is analyzed by known methods of bearing- and gear-theory. Mathematical and mechanical models were based on this, to describe and calculate the PRSD´s characteristic behaviour. This way of modelling, introduced in this thesis, was applied to a multi-body-system model of the PRSD. Finally the obtained results of calculation and modelling were proven by means of photoelasticity- and testbench-experiments.

von Robert Rebitsch Literaturverz. S. 21 - 30

Hochauftriebssysteme von Transportflugzeugen besitzen meistens lange, verzweigte Wellentransmissionen mit einer zentralen Antriebseinheit zur Bewegung der Stellflächen. Für spezifikations- und entwicklungsunterstützende Simulationen muss eine sehr hohe Güte der Antriebsmodellierung, -parametrierung und deren Validation erreicht werden. Dieser Artikel beschreibt in diesem Kontext eine neuartige Reibmodellierung für hochübersetzende, mehrstufige Getriebe sowie die Parametrierung von Trägheit, Steifigkeit und Strukturdämpfung zur Modellwiedergabe der dynamischen Eigenschaften des realen Systems bezüglich der dominanten Moden am Beispiel des Airbus A340-600.

Metrology and mechatronics for automated probes used in particle accelerator magnets have to cope with unusual environmental conditions: High magnetic fields, casual vacuum and narrow space. This document discusses instrumentation solutions suited for use in magnetic fields of 8,5 Tesla by the example of a robot probe built for CERN's Large Hadron Collider LHC. The probe will measure and analyze the magnetic field topology inside dipole and quadrupole magnets of up to 15 m length, through an open aperture of Ø50 mm. Solutions for rotating and linear drives, for rotation and position encoding, for inclination sensing and for the actual magnetic field analysis are discussed. Suitable materials and the field-compatible geometry applicable in each case are examined. Furthermore, a selection of optical position and alignment measuring techniques suitable for high magnetic fields is presented and evaluated. A modified alignment measuring telescope was identified as an adequate solution for the lateral position detection of a probe inside a magnet. The modification steps towards a fully automated measuring system are described.

Anhand von Interviewauszügen 14- bis 15jähriger Jugendlicher wird ein Problem dieser Altersgruppe dargestellt: die Schwierigkeit, eigene Antriebe (verstanden als Bedürfnisse sowie als Wollen) und Ziele (das heißt generalisierbare Erwartungen) so in Einklang zu bringen, daß es für die eigene Person befriedigend und für das soziale Umfeld akzeptabel ist. Die dafür ausgewählten Zitate enthalten „Selbstdeutungen“ der Jugendlichen in Hinblick auf ihre Probleme mit Selbstbeherrschung, Selbstbehauptung und sexuellem Verhalten. Die Interviews wurden im Rahmen eines von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Projekts durchgeführt. (DIPF/Orig.)