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Automatisierung

Automatisierung

Automatisierung ist: # die mit Hilfe von Maschinen realisierte Übertragung von Arbeit vom Menschen auf Automaten, üblicherweise durch technischen Fortschritt. # die Zusammenfassung von wiederkehrenden Funktionsabläufen in der elektronischen Datenverarbeitung zu Makros oder neuen Programmfunktionen, zum Beispiel in der Textverarbeitung, in der Bildbearbeitung oder in Geografischen Informationssystemen. Genauso wird bei der unbeaufsichtigten Installation der Konfigurationsprozess automatisiert. Siehe auch: Programmierung, EDV

Geschichte

Die Anfänge der Automatisierung sind wohl fast so alt wie die Menschheit selbst: Wo immer der Mensch erkannte, dass er Energien der Natur wie Wasserkraft oder Arbeitstiere nutzen konnte, erfand er entsprechende Geräte und Technologien (Pflug, Rad, Wasserrad, Mühle), um sich die Arbeit zu erleichtern und produktiver zu machen. Der Webstuhl existierte bereits im Neolithikum, Windmühlen finden sich schon bei den Sumerern (3500 vor Chr.). Die Bewahrung des Wissens der Antike und der Transfer von Wissen aus dem arabischen Raum (Mathematik) ermöglichte in der Renaissance eine neue Blüte der Wissenschaften wie der Physik. Mit Fortschritten in der Mechanik und neuen Antriebstechniken wie der Dampfmaschine (18. Jahrhundert) zog das Zeitalter der Industrialisierung herauf. Nun konnte die Kraft der Maschine, später des Motors genutzt werden, um Arbeit zu vollbringen. Tierische und menschliche Kraft wurde ersetzbar. Massenproduktion in Fabriken wurde möglich. Der erste Schachautomat von 1769 erwies sich jedoch - noch - als Schwindel. Die Entdeckung und die Erfindungen der Elektrizität (19. Jahrhundert) ermöglichte die Dezentralisierung der Produktion, es wurde möglich, Energie über weite Strecken zu versenden. Erste Versuche wurden unternommen, Elektrizität zum Messen, Steuern und Regeln einzusetzen. Beim sogenannten Weberaufstand zertrümmerten Arbeiter mechanische Webstühle, die ihnen die Arbeit wegnahmen (Maschinenstürmer). Der Taylorismus versucht erfolgreich, eine rationale und effiziente Produktionsweise zu etablieren (Fließbandfertigung), und veränderte die Arbeitswelt und die Rolle von Arbeit. Die Effizienz der Arbeit steigt immer weiter. Auch für den privaten Haushalt stehen nun Haushaltsgeräte bereit, die vormals mühevolle Handarbeit wie von selbst erledigen sollen. Im 20. Jahrhundert wird dann durch Elektronik, Mikroelektronik und den Computer eine technische Bewegung in Gang gesetzt, die schliesslich zur Digitalisierung (Digitale Revolution), zu Industrierobotern, vollautomatischen Produktionsstraßen oder Techniken wie der Mustererkennung in der künstlichen Intelligenz führt. Viele Güter werden heute in menschenleeren Fabriken hergestellt, die Rolle des Menschen dabei ist immer mehr eher durch Design und Vermarktung des Produkts oder Konzeption und Überwachung der Produktionstechnik gekennzeichnet als durch handwerkliche Herstellung von Artefakten. Der Mensch findet sich in einer Welt wieder, in der viele seiner bisherigen Aufgaben und Fähigkeiten von Maschinen übernommen und ausgeübt werden können, er muss sich vergegenwärtigen, dass er teilweise ersetzbar ist und sich auf das besinnen, was ihn von der Maschine unterscheidet (siehe auch Wissensgesellschaft).

Zitat

Wenn jedes Werkzeug auf Geheiß, oder auch vorausahnend, das ihm zukommende Werk verrichten könnte, wie des Dädalus Kunstwerke sich von selbst bewegten oder die Dreifüße des Hephästos aus eignem Antrieb an die heilige Arbeit gingen, wenn so die Weberschiffe von selbst webten, so bedürfte es weder für den Werkmeister der Gehilfen noch für die Herren der Sklaven. - Aristoteles, Politik, 1253b

Literatur

- Reinhard Langmann: Taschenbuch der Automatisierung, Hanser Fachbuchverlag, 2003
- Jeremy Rifkin: Das Ende der Arbeit und ihre Zukunft, Campus Verlag, 2004

Siehe auch

- Technik, Technologie, Technikgeschichte, Zukunftstechnologie
- Automatisierungstechnik, Verfahrenstechnik, Automat, Robotik, Roboter, Informatik, Maschinenbau
- Industrialisierung, Industrielle Revolution, Mechanisierung, Technischer Fortschritt, Technikfolgenabschätzung, Utopie
- Arbeit, Arbeit (Philosophie), Arbeitswertlehre, Arbeitslosigkeit, Dienstleistungsgesellschaft, Grundeinkommen
- Gebäudeautomatisierung

Weblinks

- http://www.ipa.fhg.de - Fraunhofer Institut für Produktionstechnik und Automatisierung, Stuttgart
- http://www.iff.fraunhofer.de/ - Fraunhofer Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF, Magdeburg
- http://www.irf.uni-dortmund.de/ - Institut für Roboterforschung/Automatisierung, Universität Dortmund Kategorie:Technikgeschichte Kategorie:Technik Kategorie:Automatisierungstechnik

Automatisierung beim Menschen

Ein zentrales Charakteristikum aller gut beherrschten komplexen Fertigkeiten eines Menschen ist die weitgehende Automatisierung der zugrunde liegenden Teilfunktionen. Das sei am Beispiel des Erwerbs der Lesefähigkeit verdeutlicht: Damit sich ein Leser voll dem eigentlichen Sinn des Lesens, nämlich der Bedeutungsentnahme, widmen kann, müssen alle darunter Aufgaben, die dafür die Voraussetzungen schaffen, sozusagen im Hintergrund ablaufen, ohne dass bewusste Informationsverarbeitungskapazität in Form von Aufmerksamkeit auf sie gerichtet werden muss. zh:自动化技术 Auf unterster Ebene, den Low Level Funktionen, steht beispielsweise im visuellen Bereich das Decodieren von Graphemen. Wenn bereits diese Stufe der Lesewahrnehmung nicht automatisiert ist, absorbiert sie die Aufmerksamkeit, so dass die Kapazitäten für die eigentliche Aufgabe des Lesens, die Bedeu-tungsentnahme, gar nicht mehr ausreichen. Dieser Effizienzverlust wirkt sich natürlich auf die Verarbeitungsgeschwindigkeit aus, mit der ein Text durch-schritten wird, und wird sich zumindest in einer Abnahme der Leseflüssigkeit bemerkbar machen. Zwei amerikanische Wissenschaftler namens Shiffrin und Schneider haben bereits 1977 die nebenstehende gut verständliche Gegenüberstellung von kontrollierter und automatisierter Informationsverarbeitung veröffentlicht. Dieses Modell dient nach Warnke® auch als Erklärung dafür, dass bei Schülern mit Dyslexie bestimmte Automatisierungen, die bei anderen Schülern altersgerecht entwickelt sind, einen Entwicklungsrückstand aufweisen. Sie müssen also bei ihrer Informationsverarbeitung häufiger als Gutschreibende auf kognitive, bewusste Abläufe zurückgreifen.

Tätigkeit

Tätigkeit (Aktivität) bezeichnet ein Handeln, ein Tätigsein des Menschen, und kann sowohl körperliche wie geistige Verrichtungen beinhalten. Soweit Tätigkeiten unmittelbar dem Zeitvertreib und Lustgewinn des tätigen Menschen dienen, werden sie unter dem Spielbegriff subsumiert. Tätigkeiten, die zweckmäßig und zielgerichtet auf die Erfüllung bestimmter individueller und gesellschaftlicher Verpflichtungen ausgerichtet sind, werden unter dem Begriff Arbeit zusammengefasst. Unter dem Arbeitsbegriff unterscheidet man gemeinhin Berufs- bzw. Erwerbstätigkeit und ehrenamtliche Tätigkeit (siehe: Ehrenamt). Diese kann spezifiziert werden durch Zuordnung von Tätigkeiten zu bestimmten Tätigkeitsfeldern einerseits im öffentlichen Bereich, z.B.: Politik, Kultur. andererseis im privaten Bereich der Freizeit (Hobbys), usw. Man spricht auch von Betätigungen und meint damit wieder etwas allgemeiner Tätigkeiten unterschiedlichster Art. Als tätiger Mensch gilt heute im Allgemeinen ein Mensch mit einer positiven Lebenseinstellung, der gesellschaftlich oder individuell Relevantes verrichtet und bewirkt. (siehe auch: Lebenseinstellung) "Untätigkeit" hat demgemäß einen negative Wertigkeit. Dies führt zu Problemen bei der gesellschaftlichen Wertschätzung und Selbsteinschätzung von Menschen, die einer geregelten Tätigkeit nicht nachgehen können: u.a. Arbeitslose, geistig oder körperlich Behinderte, oder älterwerdende. Kategorie:Tätigkeit

Technischer Fortschritt

Unter technischem Fortschritt versteht man eine Verbesserung der technischen Ausgangslage einer Volkswirtschaft oder die Gesamtheit aller technischen Innovationen einer Kultur. Durch technischen Fortschritt kann entweder eine gleiche Produktionsmenge (Output) mit einem geringeren Einsatz an Arbeit oder Produktionsmitteln (Inputs) erstellt werden oder eine höhere Menge mit dem gleichen Einsatz an Produktionsmitteln und Arbeit. Neben der quantitativen Verbesserung des Input-Output-Verhältnisses gibt es auch qualitative Verbesserungen wie neue Erzeugnisse. Technischer Fortschritt hat u.a. kulturelle und soziale Auswirkungen.

Historische Überlegungen

Output Historisch hat es durchaus technische Fortschritte gegeben, die für Jahrhunderte durch technischen Rückschritt abgelöst wurden. Klassisches Beispiel ist der Untergang der antiken Kultur. In der neuesten Zeit stellte sich oft die Frage, ob technischer Fortschritt zu Arbeitsplätzen führe oder im Gegenteil sogar ein Auslöser für Arbeitslosigkeit sei. Diese Frage tauchte bereits 1821 bei David Ricardo und später in der Diskussion um Automatisierung wieder auf. Es ist einsehbar, dass eine Ersetzung von Arbeitsplätzen durch Maschinen im Zuge technischen Fortschritts zur Ersetzung dieser Arbeitsplätze führen kann. Ricardo folgerte daraus, dass technischer Fortschritt Arbeit vernichtet. Ähnliche Auffassungen vertrat auch Karl Marx (Gesetz des tendenziellen Falls der Profitrate), der einen immer weiter steigenden Kapitaleinsatz in der Produktion durch technischen Fortschritt erwartete. Würde eine Maschine zehn Arbeiter in der Stecknadelfabrik ersetzen, würde die Nachfrage aber nicht entsprechend zunehmen, so müssten zehn Arbeiter entlassen werden. Die Folgen der Automatisierung werden auch im Technizismus diskutiert.

Erscheinigungsformen

Autonomer versus induzierter

Autonomer technischer Fortschritt bedeutet der Fortschritt allein durch Zeitablauf ohne besondere diesbezügliche Anstrengungen. Durch Forschung kann aber der Fortschritt schneller erfolgen. Solchermaßen generierter Fortschritt ist induzierter technischer Fortschritt.

Faktorgebunden versus faktorungebunden

Diese Arten werden auch inkorporierter und exkorporierter Fortschritt genannt. von faktorungebundenen (exkorporiertem) technischen Fortschritt spricht man, wenn sich der Fortschritt gleichmäßig auf alle Güter verteilt und damit z.B. sowohl die alten als auch die neuen Kapitalgüter davon betroffen sind. Faktorgebundener (inkorporierter) Fortschritt hingegen besteht wenn sich der Fortschritt nur ungleichmäßig auf die eingesetzten Produktionsfaktoren verteilt. Der Faktorbestand wird dadurch heterogen. Beispielsweise profitieren nur neue Maschinen von dem Fortschritt.

Neutraler versus nicht-neutraler

Die Definitionen für neutralen und nicht-neutralen Fortschritt sind in der Literatur unterschiedlich. Ein wichtiges Kriterium ist i.d.R. die funktionelle Einkommensverteilung. Neutral ist danach ein Fortschritt der diese konstant hält. Dies kann eintreten wenn sich auf Grund des technischen Fortschritts # weder Faktorpreis- noch Faktoreinsatzverhältnis ändern # das Faktorpreis- und Faktoreinsatzverhältnis in entgegengestzter Richtung und im selben Verhältnis ändern und sich dadurch die Teilwirkungen kompensieren.

Moderne Erklärungsansätze

Optimistische Konzepte

Moderne Erkenntnisse führten jedoch überwiegend zu einem weit optimistischeren Bild als noch zu Ricardos Zeiten. So können durch den technischen Fortschritt auch Produkte gefertigt werden, deren Herstellung vorher nicht möglich war. Bereits vorhandene Produkte können kostengünstiger produziert werden, was den Konsumenten zugute kommt. Dadurch können sie an anderer Stelle mehr konsumieren, wodurch dort Arbeitsplätze geschaffen werden können. Diese Erkenntnisse lassen Marx' Stecknadelbeispiel als wenig haltbar erscheinen. funktionelle Einkommensverteilung] Die Beobachtungen der vergangenen Jahrzehnte weisen darauf hin, dass durch technischen Fortschritt die Lohnsätze steigen und Arbeit entsteht. Zwar stiegen inflationsbedingt die Preise, die Einkommen stiegen jedoch überproportional, die Realeinkommen der Arbeitnehmer und damit die Kaufkraft nahmen somit zu, trotz oder gerade wegen des technischen Fortschritts. Es lässt sich somit vermuten, dass sich bei zukünftigen technischen Fortschritten eine ähnliche Entwicklung abzeichnen wird. Die steigende Kaufkraft wird nur zu einem Teil in die Industrie zurückfließen, die den technischen Fortschritt verursacht hat. Deshalb wird sie auch in andere Industrien fließen und dort für neue Arbeitsplätze sorgen. Zudem werden Unternehmen in den Markt eintreten, die sich durch die höheren Personalkosten zuvor keine Produktion der Produkte leisten konnte, anders als mit den neuen Maschinen, die die Produktion verbilligen und zum Markteintritt führen. In solchen Unternehmen entstehen dadurch möglicherweise Arbeitsplätze, die es ohne technischen Fortschritt nicht gegeben hätte, weil das Unternehmen gar nicht gegründet worden wäre. Letztlich werden auch zur nötigen Produktion von Maschinen, die die Arbeitsplätze ersetzen, Arbeitsplätze benötigt. Dem technischen Fortschritt wird Anteil am Strukturwandel zugeschrieben und stößt dadurch auch im Zuge der Globalisierungskritik auf Bedeutung.

Pessimistische Konzepte

Eine starke und starre, sich vernetzende Globalisierung von Techniken kann durchaus auch technischen Rückschritt mit sich führen. Vor allem entstehen neuartige, womöglich nachhaltige ("systemische") Katastrophengefahren (vgl. Charles Perrowe, Normal accidents).

Optimismus gegen Pessismus technisch gesehen

1) Fall kein technischer Fortschritt Gibt es keinen technischen Fortschritt, dann würden von Jahr zu Jahr alle Inputs und alle Outputs mit einer bestimmten Rate wachsen, wobei zu den Inputs auch die Beschäftigung gehört, die also auch mit dieser Rate wächst. 2) Bei technischem Fortschritt wird nicht die gesamte Produktion zur Schaffung zusätzlicher Arbeitsplätze verwendet, sondern ein Teil der Produktion dazu, die einzelnen Arbeitsplätze mit mehr oder besseren Produktionsmitteln auszustatten. Es findet also auf der Inputseite eine Verschiebung statt, mehr Produktionsmittel je Arbeitsplatz werden eingesetzt, dafür weniger Arbeitskräfte insgesamt. Daher wird das Beschäftigungswachstum gebremst. 3) Durch den technischen Fortschritt wird aber die Produktion gesteigert, es gibt mehr Output nicht nur insgesamt, sondern auch je Beschäftigten. Die Arbeitsproduktivität wird gesteigert. 3a) Der pessimistische Standpunkt ist, dass es den Unternehmen dauerhaft gelingt, ihre Produktion besonders stark zu steigern, indem die vermehrte Produktion in erster Linie dazu eingesetzt wird, die einzelnen Arbeitsplätze mit mehr oder besseren Produktionsmitteln auszustatten, so dass dauerhaft das Beschäftigungswachstum gebremst wird. Es findet also auf der Inputseite dauerhaft eine Verschiebung statt, immer mehr Produktionsmittel je Arbeitsplatz (wachsende Kapitalintensität), dafür kaum oder gar kein Wachstum bei der Beschäftigung. Theoretisch könnte die Beschäftigung sogar schrumpfen, wenn die Ausstattung der einzelnen Arbeitsplätze besonders stark gesteigert wird. 3b) Der optimistische Standpunkt dagegen ist, dass die Unternehmen nicht beliebig die vermehrte Produktion in die einzelnen Arbeitsplätze investieren können, sondern sowohl die einzelnen Arbeitsplätze immer besser ausstatten (die Kapitalintensität steigern), als auch dauerhaft zusätzliche Arbeitsplätze schaffen. So könnte etwa langfristig die Ausstattung mit Produktionsmitteln der einzelnen Arbeitsplätze und die Arbeitsproduktivität „gleichgewichtig“ mit knapp 7 % wachsen und die Gesamtproduktion um 9 %, die Beschäftigung um 2 %. Ein solches Ergebnis entspräche etwa der Technischen Fortschrittsfunktion von Nicholas Kaldor.

Literatur

- M. Blaug: Economic Theory in Retrospect. 5. Aufl., Cambridge 1997. S. 129 ff. ISBN 0521577012. – Eine kritische Betrachtung der Auffassung Ricardos zum technischen Fortschritt (751 Seiten).
- Hans-Rimbert Hemmer: „Grundlagen der Wachstumstheorie“, München 1999, Verlag Vahlen, ISBN 3-8006-2396-X
- Jeremy Rifkin: Das Ende der Arbeit und ihre Zukunft. ISBN 3593374110. Campus-Verlag 2004 (240 Seiten).
- H. Siebert: Geht den Deutschen die Arbeit aus?. ISBN 344212638X. – Umfassende Darstellung der Ursachen von Arbeitslosigkeit (286 Seiten).

Siehe auch

- Saysches Theorem
- Singularität (Technologie)
- Katastrophe, Klimakatastrophe Kategorie:Technik Kategorie:Wirtschaft Kategorie:Geschichtsphilosophie Kategorie:Marxismus

Computerprogramm

Ein Computerprogramm ist ein festgelegter Ablauf am Computer, mit dessen Hilfe ein bestimmtes Ziel erreicht werden kann. Der Ablauf besteht aus einer Folge von einzelnen Befehlen, die von einem Prozessor verarbeitet werden. Die Erstellung eines solchen Programms bezeichnet man allgemein als Programmierung oder bezogen auf einen konkreten Lösungsweg (Algorithmus) als Implementierung. Im Sprachgebrauch wird Computerprogramm meist zu Programm verkürzt oder der engl. Begriff Software (für Ein- und Mehrzahl) synonym verwendet. Sowohl der in einer Programmiersprache verfasste Quelltext als auch der von einem Computer ausführbare Maschinencode werden als Programm bezeichnet. Um aus dem Quelltext den Maschinencode zu generieren, wird ein Assembler, Compiler oder Interpreter benötigt. Diese übersetzen die Befehle der Programmiersprache, die für menschliche Benutzer verständlich und bearbeitbar sein sollen, in die semantisch entsprechenden Befehle der Maschinensprache des verwendeten Computers.

Geschichte

Das erste Computerprogramm von Ada Lovelace

Als weltweit erstes Computerprogramm gilt eine Vorschrift für die Berechnung von Bernoulli-Zahlen, die Ada Lovelace in den Jahren 1842/1843 für die mechanische Analytical Engine von Charles Babbage erstellte. Dieses Programm konnte zu ihrer Zeit nur von Hand ausgeführt werden, denn wegen Fertigungsproblemen gab es im 19. Jahrhundert keine funktionsfähige Maschine.

Erste Programme auf Lochstreifen

In den Jahren 1936 bis 1941 entwarf Konrad Zuse die Rechner Z1 und Z3, die lange Befehlsfolgen auf einem Lochstreifen verarbeiteten, die ersten Computerprogramme, die auf realen Maschinen ausgeführt werden konnten. Die Rechner beherrschten die vier Grundrechenarten und Quadratwurzelberechnungen auf binären Gleitkommazahlen, der Lochstreifen enthielt jeweils eine Rechenoperation und eine Speicheradresse. Auf Zuse geht auch die erste höhere Programmiersprache, Plankalkül, zurück. Damit lassen sich Probleme maschinenunabhängig formulieren und später in eine maschinenlesbare Form überführen.

Programme im Arbeitsspeicher

Der EDVAC-Rechner, der auf einem Entwurf von John von Neumann aus dem Jahre 1945 basiert, hatte einen Quecksilber-Verzögerungsspeicher für 1024 Fest- oder Gleitkommazahlen mit jeweils 44 Bits. Jede Speicherzelle konnte statt einer Zahl auch einen Befehl aufnehmen. Bei diesem Rechnerkonzept war es möglich, die Befehle eines Computerprogramms vor der Ausführung erstmals in den Arbeitsspeicher zu übertragen. Dies ist noch heute üblich. EDVAC wurde jedoch erst im Jahre 1951 teilweise fertiggestellt. Der Demonstrationsrechner Manchester SSE und der auf dem EDVAC aufbauende EDSAC-Rechner hatten schon vorher Programme aus dem Arbeitsspeicher ausgegeführt.

Höhere Programmiersprachen und Compiler

Ende der 1950er Jahre wurden Computer so leistungsfähig, dass spezielle Programme, Compiler, Quelltexte (englisch: Sourcecode) in höheren Programmiersprachen automatisch in Maschinenbefehle, also ausführbare Programme, übersetzen konnten. Ausführbare Programme können dann, wie beim EDVAC, in den Speicher geladen und abgearbeitet werden. Mit Fortran, COBOL, ALGOL und LISP entstanden in den späten 1950er Jahren die ersten standardisierten höheren Programmiersprachen. Programme in diesen Sprachen laufen durch einen entsprechenden Compiler übersetzt auf unterschiedlichen Rechnern. Sie können teilweise auch noch auf modernen Computern eingesetzt werden.

Vom Algorithmus zum Programm

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers

Es soll ein Programm zur Bestimmung des größten gemeinsamen Teilers (ggT) zweier Zahlen erstellt werden. Zunächst muss ein geeigneter Algorithmus gefunden werden. Der euklidische Algorithmus, der bereits um 300 v. Chr. beschrieben wurde, ermittelt den größten gemeinsamen Teilers (ggT) zweier natürlicher Zahlen A und B: # Sei A die größere der beiden Zahlen A und B (gegenenfalls vertauschen). # Setze A = A – B. # Wenn A und B ungleich sind, dann mit Schritt 1 fortfahren, wenn sie gleich sind, dann den Algorithmus beenden: Diese Zahl ist der größte gemeinsame Teiler.

Verwendung einer Programmiersprache

Sobald eine formale Beschreibung eines Algorithmus, also eine genau definierte Verarbeitungsvorschrift, vorliegt, kann der Algorithmus umgesetzt (implementiert) werden. Dazu wird eine geeignete Programmiersprache ausgewählt. Zur Umsetzung wird heute meist eine höhere Programmiersprache verwendet, die von einem Computer eventuell nicht direkt ausgeführt werden kann, sondern zuerst compiliert oder interpretiert werden muss. In Sprachen wie Pascal dienen Variablen, Ausdrücke, Vergleiche, Zuweisungen und Kontrollstrukturen zur Umsetzung des ggT-Algorithmus: (
- Schritt3:
- ) WHILE A <> B DO BEGIN (
- Solange A ungleich B
- ) (
- Schritt1:
- ) IF B > A THEN BEGIN (
- Falls B größer als A
- ) H = A; A = B; B = H; (
- A und B vertauschen
- ) END; (
- Schritt2:
- ) A = A-B; (
- A durch A-B ersetzen
- ) END;

Berücksichtigung aller Sonderfälle

Bei der Umsetzung wird mit der Prüfung von Schritt 3 begonnen. Der ursprüngliche Algorithmus berücksichtigt nicht den Fall, dass A und B bereits zu Beginn gleich sein können. Wäre die Aufgabe, den größten Teiler von 103 und 103 zu finden, würde ein Mensch sofort das Ergebnis 103 nennen, er würde den Algorithmus gar nicht bemühen. Der originale Algorithmus würde aber null ergeben. Die Umsetzung auf einem Rechner muss auch alle Sonderfälle berücksichtigen. Durch das Vorziehen von Schritt 3 wird der Sonderfall hier korrekt behandelt.

Elementare Schritte

Pascal und andere Programmiersprachen besitzen keine Operation zum Vertauschen von Zahlen. Dies muss daher in elementarere Schritte umgesetzt werden. Eine zusätzliche Variable H, eine so genannte Hilfsvariable, erlaubt die Vertauschung mit Hilfe von drei Zuweisungen: H := A; (
- Wert von A in der Hilfsvariablen H retten
- ) A := B; (
- A mit dem Wert von B überschreiben
- ) B := H; (
- B mit dem Wert von H (=A) überschreiben
- ) Dies ist auch ein kleiner Algorithmus.

Ein vollständiges Programm

Damit hieraus ein korrektes Programm wird, muss der Algorithmus noch um Ein- bzw. Ausgabeanweisungen, oft jedoch auch um Variablen und eine Programmstruktur ergänzt werden. Diese sind nicht Teil des eigentlichen Algorithmus: PROGRAM Ggt(Input,Output); (
- Programmkopf
- ) VAR A,B,H: Integer; (
- Variablendefinition
- ) BEGIN ReadLn(A,B); (
- Eingabe von A und B
- ) WHILE A <> B DO BEGIN (
- Euklidischer
- ) IF B > A THEN BEGIN (
- Algorithmus
- ) H := A; A := B; B := H; END; A := A-B; END; WriteLn(A); (
- Ausgabe von A
- ) END. (
- Programmende
- )

Übersetzung und Ausführung

Erst dieses Programm kann mit einem Texteditor in eine Datei geschrieben werden, die dann übersetzt und ausgeführt werden kann. Hierzu ist ein Compiler erforderlich, der den Code in der Programmiersprache in Maschinensprache übersetzt und das Ergebnis in eine ausführbare Datei schreibt. Diese kann dann über ein Betriebssystem gestartet werden. Das Programm muss dabei nur einmal übersetzt werden. Es kann danach beliebig oft gestartet werden. (Siehe auch Kompilierung). Einige Programmiersprachen benötigen keinen Compiler, aber statt dessen einen Interpreter, der Programme ohne vorherige Übersetzung ausführen kann. Der Interpreter selbst ist dann ein ausführbares Programm in Maschinensprache. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Verwendung von Zwischencode (Bytecode), der vom Compiler an Stelle des Maschinencodes generiert wird. Ein Beispiel dafür ist Java: Der Java-Compiler erzeugt Bytecode, welcher dann auf der sogenannten Virtuellen Maschine ausgeführt wird. Die Virtuelle Maschine interpretiert oder übersetzt dann den Bytecode für das darunterliegende Betriebssystem. Mittels spezieller Programme, so genannter Decompiler, ist es möglich, aus dem Maschinencode wieder einen in Hochsprache lesbaren Quelltext zu erzeugen.

Siehe auch

- Software
- Anwendungsprogramm
- Dienstprogramm
- Betriebssystem

Literatur

- John von Neumann: [http://www.virtualtravelog.net/entries/2003-08-TheFirstDraft.pdf First Draft of a Report on the EDVAC] 1945 Kategorie:Programmierung ja:プログラム th:โปรแกรม

Unbeaufsichtigte Installation

Bei einer so genannten unbeaufsichtigten Installation (englisch: unattended installation) wird das komplette Setup eines Programms oder einer Installationsroutine durchlaufen, ohne dass währenddessen Eingaben vom Benutzer nötig sind. Angaben während der Installation, z. B. zum gewünschten Installationspfad, der Eingabe eines eventuell benötigten Lizenzschlüssels oder der Quittierung von Bestätigungen entfallen also, da diese Einstellungen zuvor z. B. in einem Script (einer sogenannten Antwortdatei) oder mit einem bestimmten Kommandozeilenparameter festgelegt werden. Die Installationszeit verringert sich in den meisten Fällen merklich, da eben nicht auf Eingaben gewartet wird und somit mehrere Installationen hintereinander ausgeführt werden können. Wenn die gleiche Software auf mehreren Computern installiert werden soll, kann durch diese Automatisierung der Installation Zeit und damit Geld gespart werden, da diese zuvor einmal konfiguriert, beliebig oft und im Gegensatz zum Image auf unterschiedlichsten Systemen durchgeführt werden kann, ohne weitere Arbeitszeit zu beanspruchen. Darüber hinaus wird heutzutage beim Vertrieb neuer Computer ebenfalls die unbeaufsichtigte Installation benutzt. Im Gegensatz zu einer FullUnattended Installation wird hier jedoch ein spezieller Modus verwendet. Damit können die OEMs zwar alle Computer mit der gleichen Software und Einstellung installieren, dem Käufer wird es aber ermöglicht beim ersten Einschalten des Computer Daten wie seinen Namen, die Uhrzeit und die Seriennummer im letzten Teil des Setups einzugeben. Automatisierte Installationsmechanismen haben unter HP-UX, Solaris, Linux oder AIX eine lange Tradition. Die unbeaufsichtigte Installation gewann unter Windows 2000 und Windows XP in Verbindung mit Slipstreaming (der Integration von Microsoft Service Packs ins Installationsmedium) erst in den letzten Jahren an Popularität, da sich damit die Zeit während einer kompletten Neuinstallation des Betriebssystems anderweitig nutzen lässt.

Installation eines kompletten Betriebssystems

Neben der Möglichkeit, einzelne Programme automatisiert zu installieren, kann das komplette Betriebssystem vorkonfiguriert werden. Dabei können sämtliche Einstellungen des Systems (Benutzerkonten, Desktop-Hintergrund, Netzwerkeinstellungen etc.) in einem Script vorher abgelegt werden. Durch ein Batch-Script werden so zum Beispiel direkt bei der Installation des Betriebssystems weitere Softwareanwendungen oder auch Treiber installiert, die standardmäßig nicht im Lieferumfang der Windows-CD enthalten sind. Nachdem der komplette Ablauf einmal konfiguriert wurde, lässt sich das System sehr leicht warten bzw. aktualisieren. Vor allem in größeren Firmen, in denen mehrere gleiche Computer neu installiert werden müssen, eignet sich diese Methode. Es muss nicht jeder PC einzeln betreut werden, sondern jeder Computer arbeitet selbstständig das vorgefertigte Script ab. Vorteilhaft ist dabei vor allem die Zentralisierung. Werden die Daten der unbeaufsichtigten Installation aktualisiert, etwa neue Hotfixes integriert, so erhalten bei einer Neuinstallation sämtliche Computer bereits die letzten Updates, sodass die dato bekannten Sicherheitslücken geschlossen sind. Daher eignet sich diese Methode nicht nur für Firmen, sondern ist auch für den Heim-PC sinnvoll, der ohne neueste Updates beim ersten Kontakt mit dem Internet durch Viren infiziert werden könnte, siehe MS-Blaster Wurm.

Installation von einzelnen Programmen

Zur unbeaufsichtigten Installation der Programme gibt es verschiedene Möglichkeiten. Jedes dieser Verfahren bietet im Einzelfall abzuwägende Vorteile und Nachteile.

durch Parameter

Viele, jedoch nicht alle Programme lassen sich durch spezielle Kommandozeilenparameter vorkonfigurieren. Allgemeine Syntax: installationsdatei.exe <parameter1..parameterN> Oft können die zur Verfügung stehenden Parameter über den Aufruf dateiname /? , dateiname -? oder statt ? help angezeigt werden. Alternativ stehen die benötigten Informationen eventuell in der Dokumentation des Programmes direkt, oder lassen sich aus der Erkenntnis über den verwendeten Windows_Installer erschließen. Häufig lässt sich zum Beispiel durch den Schalter /silent eine Installation starten, bei der das Programm ohne weitere Konfiguration während des Setups auf die Festplatte installiert wird. Jedoch kann durch Parameter die Installation kaum konfiguriert werden. Neben der Option zur unbeaufsichtigten Installation sowie dem Installationspfad können nur selten weitere Konfigurationen durch die Schalter eingestellt werden. Zur genaueren Einstellung kann man daher nachträglich die Registry verändern, sofern man die entsprechenden Einträge kennt. Weitere Information sind bei Softwareverteilung sowie bei den unten aufgeführten Guides nachzulesen.

durch Snapshots

Des Weiteren kann ein Snapshot-Programm alle Daten speichern, die ein Programm bei der Installation erzeugt/verändert, so dass diese lediglich für die unbeaufsichtigte Installation auf die Festplatte kopiert werden müssen. Das Snapshot-Verfahren läßt bei komplexen Produkten eine gewisse Unsicherheit, ob das erstellte Paket unter allen Umständen so installiert ist, wie es der Original-Installer des Softwareherstellers getan hätte. Viele Software-Firmen lehnen daher Support für Software-Fehler, die bei Snapshoot-Paketierten Clients auftreten zunächst ab, und verlangen eine Verifizierung mit einer manuellen Installation.

durch Scripte

Scripte speichern die hintereinander auszuführenden Tastatur- und Mauseingaben (z.B. Tab,Tab,Tab,"C:\Program1",Enter). Dadurch lässt sich die Konfiguration der Installation genau planen und einspeichern. Bietet die Software keine eigene Möglichkeit zur automatisierten Installation, können daher die zu tätigenden Eingaben zum Beispiel durch ein WSH-, VBS-Script oder [http://www.autoitscript.com/ autoitscript] oder den Ableger [http://www.autohotkey.com/ Autohotkey] realisiert werden. Als kommerzielles Produkt gibt es [http://www.winrobots.de/ WinRobots]. Während die Scripting-Syntax von AutoIt an VB-Script angelehnt ist, verfolgt [http://www.winrobots.de/code/index.shtml/ WinRobots Installations-Skript] ein eigenständiges Konzept. Bei der "automatisierten manuellen Installation" treten daher Probleme auf, wenn unvorhergesehene Fenster auftauchen, die nicht im Script vorgesehen worden sind. Ein Unterschied ist auch, dass Snapshot-Installationen teilweise durchgeführt werden können, ohne dass auf dem Client die Arbeit unterbrochen werden muss. Diese Vorgehensweise ist bei manuell getriebenen Installationen nicht sinnvoll, da Tastatureingaben und Mausklicks des Anwenders mit denen des Scripts in Konflikt geraten würden.

Realisierung

Zum einen ist es möglich, die zusätzlichen Daten auf einem separatem Speichermedium, etwa auf einem Fileserver oder einer Diskette/CD bereitzustellen. Zum anderen können die Scripte sowie die zusätzlichen Programme/Treiber direkt auf einer Windows-Installations-CD integriert werden. Da zur Erstellung einer Unattended CD eine gewisse Einarbeitungszeit notwendig ist, vor allem wenn komplexe Einstellungen in der Registry per Script geändert werden sollen, entstanden in jüngster Zeit mehrere Programme zur Unterstützung bei der Erstellung einer unbeaufsichtigten Installation. Diese bieten neben einer einfacheren Konfiguration meistens noch weitere Ergänzungen rund um das Windows-System (etwa eine Minimierung der Installationsdaten). Erstellt man jedoch ein Script komplett selber,siehe Weblinks, so empfiehlt es sich zu überprüfen, ob die im Script konfigurierten Voreinstellungen richtig gewählt wurden. Stimmen etwa einige Parameter nicht, so ist der reibungslose Ablauf nicht mehr gewährleistet, die Installation würde an einem Punkt hängen bleiben, da sie eventuell auf eine Benutzereingabe wartet. Steht kein weiterer Computer zur Verfügung, auf dem die Installation getestet werden kann, so empfiehlt es sich die komplette Installation vorher mittels eines Images erstmal zu emulieren. Für Windowsversion vor NT4 gibt es einen gesonderten [http://www.windows-unattended.de/content/view/105/125/ Guide]

Programme, die eine Unattended CD für Windows erstellen

- NLite
- XPlode [http://xplode.voidfx.com/ Xplode-Homepage]
- WPI [http://wpiw.org/ WPI-Homepage]
- [http://www.msfn.org/board/index.php?s=&showtopic=32957 Auflistung weiterer Programme (englisch)]

Weblinks

- http://unattended.msfn.org/ - Erklärt wie man eine Unattended-CD erstellt, sehr umfangreich; auf English
- http://www.windows-unattended.de/ - Komplementäre Übersetzung
- http://support.microsoft.com/kb/155197 - Beschreibt alle Parameter des Windows XP Setup (Unattended)
- http://unattended.sourceforge.net/ - Auf Perl basierende Alternative zu Microsofts Remote Installation Services
- http://unattended-gui.sourceforge.net/ - Auf PHP basierendes GUI für unattended.sourceforge.net)
- http://www.winrobots.de/code/index.shtml
- http://www.DriverPacks.net - Bâshrat the Sneaky's DriverPacks

Literatur

- Tiefere Einblicke in den genauen Ablauf einer Windows-Installation, ISBN 3-86063-274-4 Kategorie:IT-Management Kategorie:Installationshilfe

EDV

Die Elektronische Datenverarbeitung (kurz EDV oder DV genannt) ist der Sammelbegriff für die Erfassung und Manipulation von Daten durch elektrische Maschinen (Computer). Mittlerweile findet die Datenverarbeitung zunehmend auch in lokalen und globalen Netzwerken statt, wobei die Telekommunikation dabei eine immer wichtigere Rolle spielt. Datenverarbeitung (DV, engl. data processing) wird oftmals fälschlicherweise mit Informationstechnik (IT, engl. information technology) gleichgesetzt. Die Datenverarbeitungstechnik beinhaltet den Aufbau von Rechnern (PCs, Microcontroller, SPS) sowie die Organisation und Funktionsweise von Software. Rechner empfangen Daten, interpretieren sie und handeln der Software entsprechend. Die Datenverarbeitungstechnik ist mit der Informationstechnik verwandt. Als Grundschema der Elektronischen Datenverarbeitung gilt das so genannte EVA-Prinzip (Eingabe-Verarbeitung-Ausgabe). Neben der Neubeschaffung und Verwaltung der EDV-Anlage stellt die Entsorgung ein zunehmendes Problemfeld dar (siehe Elektronikschrott).

EDV in Betrieben und Institutionen

In den meisten größeren Betrieben ist die EDV-Abteilung für die Bereitstellung und Aufrechterhaltung (Administration/Systembetreuer) der notwendigen Computer-Infrastruktur zuständig (Hardware, Software, Netzwerk). Gleiches gilt für öffentliche Institutionen. In Schulen ist für diese Aufgabe häufig eine Lehrperson abbestellt, die hierfür eine Reduktion ihres Lehrdeputats um ein bis zwei Wochenstunden erhält.

Siehe auch

Datentechnik, Informatik, Informationstechnik Kategorie:Angewandte_Informatik

Energie

Energie ist eine physikalische Zustandsgröße. Üblicherweise wird für die Energie das Formelzeichen E verwendet. Die Energie E eines Systems lässt sich selbst nicht messen, sie wird berechnet oder über die durch sie verrichtete Arbeit bestimmt. Der Begriff wurde von dem schottischen Physiker William John Macquorn Rankine im Jahr 1852 im heutigen Sinn in die Physik eingeführt und leitet sich aus dem Griechischen ab: εν = in, innen und εργον = Werk, Wirken. Energie bedeutet ganz allgemein also eine den in der Physik betrachteten Objekten innewohnende Wirksamkeit. Zuvorderst wird sie als etwas verstanden, das in Arbeit umgewandelt werden kann. Energie ist danach die Fähigkeit eines Körpers, Arbeit zu verrichten. Vor 1852 wurde für Energie der Begriff Kraft, in Deutschland auch "lebendige Kraft", benutzt. Der neuerdings an Stelle von Wärmeenergie benutzte Begriff innere Energie ist ebenso pleonastisch gebildet wie etwa nasser Regen oder weißer Schimmel; philologisch korrekt müsste hier von innerer Energie gesprochen werden.

Energieformen

Bei den physikalischen Vorgängen treten viele verschiedene Energieformen auf, die hier zu 4 Gruppen zusammengefasst sind. Da diese Einteilung willkürlich ist, gibt es Sammelbegriffe für Energieformen, die spezielle Energieformen aus unterschiedlichen Gruppen kombinieren. Energie ist, unabhängig von der Energieform, eine charakterisierende Größe für den Zustand eines Systems, eine so genannte Zustandsgröße.

Mechanische Energie

Die Energie eines mechanischen Systems kann immer als Summe von kinetischer und potenzieller Energie dargestellt werden. Die beiden Begriffe werden über die klassische Mechanik und die Quantenmechanik hinaus in fast allen Bereichen der Physik verwendet.
- Kinetische Energie wird auch als Bewegungsenergie bezeichnet. Sie wird durch die Bewegung eines Systems gegenüber eines anderen Systems und durch seine Masse bestimmt und setzt sich aus Translationsenergie und Rotationsenergie zusammen.
- Potentielle Energie wird auch als Lageenergie bezeichnet. In der Mechanik ist sie die Energie eines Systems, die es durch seine Lage in einem Kraftfeld besitzt, zum Beispiel im Gravitationsfeld der Erde.
- Schwingungsenergie: Beim Pendel wechselt die potentielle Energie bei maximaler Auslenkung mit der gleich großen kinetischen Energie während des Durchgangs durch die Ruhelage ab. Über die Mechanik hinaus sind Schwingungen allgemein durch einen periodischen Wechsel zwischen zwei Energieformen charakterisiert.
- Elastische Energie ist die potentielle Energie der aus ihrer Ruhelage verschobenen Atome oder Moleküle in einem elastisch deformierten Körper, beispielsweise einer mechanischen Feder. Allgemein bezeichnet man die Energie, die bei der elastischen oder plastischen Verformung in dem Körper gespeichert (oder freigesetzt) wird, als Deformationsenergie.
- Schallenergie: Beim Schall schwingen die Atome in Folge der Elastizität eines Festkörpers oder der Kompression einer Flüssigkeit oder eines Gases im Takt der Frequenz zwischen der potenziellen Energie der Auslenkung aus ihrer Ruhelage und der kinetischen Energie beim Durchgang durch diese Ruhelage. Der Begriff akustische Energie bezieht sich auf alle akustische (teils nicht von Menschen wahrnehmbare) Schwingungen.
- Wellenenergie ist ein Sammelbegriff, der nicht nur auf die akustischen Wellen zutrifft, sondern auf alle räumlich ausgebreiteten Schwingungsphänomene wie z. B. Wasserwellen und elektromagnetische Wellen. Weder Schwingungs-, noch Schall- noch Wellen-Energie sind eigene Energien als Zustandsgrössen, denn Schwingung, Schall und Welle beschreiben in der Zeit ablaufende Vorgänge, also keine Zustände. In den Erläuterungen werden auch richtig die Energien (potentielle und kinetische) genannt, die als mechanische Energien alleine bei diesen Vorgängen wesentlich sind. Elastische Energie ist die potentielle Energie in der Ruhelage. Wird ein Körper aus der Ruhelage verschoben, so ergibt sich eine potentielle Energieänderung, die durch die Verschiebung bewirkt wird und die in die Energiebilanz gehört. Solche unscharfen Erläuterungen zu Energien erschweren ihre sorgfältigen Definitionen.

Thermische und innere Energie

Thermische Energie ist die Energie, die in der ungeordneten Bewegung der Atome oder Moleküle eines Stoffes gespeichert ist. Thermische Energie wird umgangssprachlich oft auch fälschlicherweise als Wärmeenergie, Wärmeinhalt oder Wärmemenge bezeichnet. Die Erscheinungsformen der thermischen Energie werden durch die Thermodynamik beschrieben. Ein anschauliches Beispiel für die komplexen Abhängigkeiten der dabei zu beobachtenden physikalischen Phänomene ist das Schmelzen von Eis und das Entstehen von Wasserdampf aus Wasser durch Zufuhr von thermischer Energie. Die Summe aus thermischer Energie, Schwingungsenergie im Körper und Bindungsenergie bezeichnet man als Innere Energie (philologisch korrekt eigentlich innere Ergie; vgl. Einleitung des Artikels Energie).

Elektrische und magnetische Energie

- Elektrische Energie ist als potenzielle Energie im elektrostatischen Feld von elektrischen Ladungen gespeichert.
- Magnetische Energie ist im magnetischen Feld enthalten.
- Elektromagnetische Schwingungsenergie: Durch Induktion wechselt elektrische Energie im Takt der Frequenz mit magnetischer Energie. Dies findet in elektrischen Schwingkreisen statt, aber auch im Raum, in dem sich das elektromagnetische Feld ausbreitet. Dann spricht man von elektromagnetischer Strahlungsenergie oder Photonenenergie und speziell für den sichtbaren Frequenzbereich von Lichtenergie.

Bindungsenergie

- Chemische Energie: Energie, welche in der chemischen Bindung von Atomen oder Molekülen enthalten ist. Sie wird bei exothermen Reaktionen frei und muss für endotherme Reaktionen hinzugefügt werden.
- Kernenergie: Energie der Bindung der Protonen und Neutronen im Atomkern. Sie wird bei einer Kernreaktion in die Bindungsenergie der Reaktionsprodukte, also neuer Atomkerne umgesetzt, und in verschiedene Arten von Strahlung.

Materie

Masse und Energie sind äquivalent (Albert Einstein). :

E = m \cdot c^2

Dies wird z. B. bei der Kernspaltung und der Kernfusion ausgenutzt. Außer bei Experimenten in der Elementarteilchenphysik und manchen Kapiteln der Astrophysik ist jedoch die mit Energieänderungen des Systems einhergehende Massendifferenz weit unterhalb der Messgenauigkeit. In einigen Bereichen der Physik rechnet man in natürlichen Einheiten (

c\equiv 1, \hbar\equiv 1

), sowohl für Energie als auch für Masse benutzt man die Einheit Elektronenvolt.

Umwandlung der Energieformen und Energienutzung

Energie kann in physikalischen Vorgängen weder erzeugt noch vernichtet, sondern nur in verschiedene Energiearten umgewandelt werden. In einem geschlossenen System gilt der Energieerhaltungssatz, der einer der am genauesten experimentell gesicherten Sätze der Physik ist. Auch die Theorie unterstützt diese Überzeugung: In abgeschlossenen Systemen ist Energie eine Erhaltungsgröße. In offenen Systemen hat die Energie Neigung, den zur Verfügung stehenden Raum gleichmäßig auszufüllen. Die dabei auftretenden und zu beobachtenden physikalischen Gesetzmäßigkeiten führen zur Entropie, einer thermodynamischen Zustandsgröße mit dem gleichen Stellenwert wie die Energie. Durch eine am System verrichtete Arbeit wird die Energie des Systems erhöht. Verrichtet das System selbst Arbeit, so wird seine Energie geringer. Die Arbeit verursacht hier also eine Zustandsänderung in Form einer Temperatur-, Form-, Lage- oder Beschleunigungsänderung. Der Begriff Energienutzung bezieht sich auf die Umwandlung von einer Energieform in eine andere Energieform (→ Arbeit). Eine Energieerzeugung ist aufgrund des Energieerhaltungssatzes nicht möglich. Das gleiche gilt für Energieverbrauch, Energieverschwendung, Energiesparen und Energieverlust. In der Umgangssprache werden diese Worte oft mit moralischer Wertung für die Energieumwandlung verwendet. Weiterhin ist es nicht möglich, die Energieformen beliebig ineinander umzuwandeln. Insbesondere ist es unmöglich, dass ein System seine Wärmeenergie komplett als Arbeit abgibt. Beispiele für die Energieumwandlung sind die Erzeugung von Licht und Wärme aus elektrischer Energie über einen elektrischen Widerstand und die Umwandlung der elektrischen Energie mit Hilfe des Elektromagnetismus über magnetische Felder in einem Elektromotor in kinetische Energie. Chemische Energie eines Brennstoffs wird bei der Verbrennung in Wärmeenergie verwandelt oder in Verbrennungsmotoren (als Kraftstoff) in kinetische Energie umgewandelt. Abhängig vom Wirkungsgrad der Motoren wird ein relativ großer Anteil der verbrauchten Energie direkt in Abwärme umgewandelt. Kinetische Energie wird bei der Bewegung entgegen dem Schwerefeld der Erde, also bergauf, in potentielle Energie oder über Reibung in Wärmeenergie oder akustische Energie umgewandelt. In Elektrizitätswerken wird elektrischer Strom erzeugt. Entweder wird dabei vorhandene potentielle Energie (Speicherkraftwerk) oder kinetische Energie (Laufkraftwerk, Windenergieanlage) über Generatoren in elektrische Energie umgewandelt oder es wird der Umweg über eine Wärmekraftmaschine gewählt, um aus Wärme Energie zu gewinnen. Beispiele dafür sind Wärmekraftwerke, die mit Kohle, Öl, Gas, Biomasse, Kernkraft oder auch Müll betrieben werden. Strahlungsenergie, auch in Form von akustischer Energie, wird beim Auftreffen auf eine absorbierende Fläche meistens in Wärmeenergie verwandelt.

Energieversorgung und -verbrauch

Mit Energieversorgung und -verbrauch(
- ) wird die Nutzung von verschiedenen Energien in für Menschen gut verwendbaren Formen bezeichnet. Die von Menschen am häufigsten benutzten Energieformen sind Wärmeenergie und Elektrizität. Die menschlichen Bedürfnisse richten sich vor allem auf die Bereiche Heizung, Nahrungszubereitung und den Betrieb von Einrichtungen und Maschinen zur Lebenserleichterung. Hierbei ist das Thema Fortbewegung und der Verbrauch z. B. fossiler Energieträger in Fahrzeugen nicht unerheblich. Die verschiedenen Energieträger können über Leitungen die Verbraucher erreichen, wie typischerweise elektrischer Energie, Erdgas, Fernwärme und Nahwärme, oder sie sind weitgehend lagerfähig und beliebig transportfähig, wie z. B. Steinkohle und Braunkohlen, Heizöle, Kraftstoffe (Benzine, Dieselkraftstoffe), Industriegase, Kernbrennstoffe (Uran), Biomassen (Holz u. a.). Der Energieverbrauch ist weltweit sehr unterschiedlich und in den Industrieländern um ein vielfaches höher als z. B. in der dritten Welt. In industriell hoch entwickelten Ländern haben sich seit dem 19. Jahrhundert Unternehmen mit der Erzeugung und Bereitstellung von Energie für den allgemeinen Verbrauch beschäftigt. Hierbei steht die zentrale Erzeugung von elektrischer Energie sowie die Übertragung an die einzelnen Verbraucher im Vordergrund. Weiterhin ist die Beschaffung, der Transport und die Verwandlung von Brennmaterial zu Heizzwecken ein wichtiger Wirtschaftszweig. Ca. 40 Prozent des weltweiten Energiebedarfes wird durch elektrische Energie gedeckt. Spitzenreiter im Verbrauch dieses Anteils sind mit ca. 20 Prozent elektrische Antriebe. Danach ist die Beleuchtung mit 19 Prozent, die Klimatechnik mit 16 Prozent und die Informationstechnik mit 14 Prozent am weltweiten elektrischen Energiebedarf beteiligt. (
- ) Energie kann nicht im eigentlichen Sinne verbraucht werden, sie kann nur von einer Form in eine andere umgewandelt werden. (Energieerhaltungssatz)

Energieträger

Hauptartikel: Energieträger

Erschöpfliche Energieträger

Fossile Energieträger

- Kohle (Steinkohle, Braunkohle)
- Torf
- Erdöl
- Ölsande/Ölschiefer
- Erdgas
- Gashydrat (noch ungenutzt auf dem Meeresboden) (alles chemische Energie)

Kernbrennstoffe

- Uran (Kernspaltung)
- Plutonium (Kernspaltung)
- Wasserstoff (Deuterium und Tritium in Kernfusionsreaktoren) (alles Kernenergie)

Erneuerbare Energieträger

(siehe auch Erneuerbare Energie)
- Bioenergie/Biomasse (chemische Energie)
- Geothermie (thermische Energie)
- Solarenergie (Strahlungsenergie)
- Wasserkraft (potentielle und kinetische Energie)
- Windenergie (kinetische Energie)

Formeln

- Potenzielle Energie im Gravitationsfeld:

E_ \approx m \cdot g \cdot h = F_G \cdot h

ist gleich Gewichtskraft mal Höhe. Diese Formel ist im Schwerefeld eines Himmelskörpers mit Radius

R_p

nur eine Näherung, genauer ist:

E_ = mgh\frac

.
- Potenzielle Energie einer gespannten Feder:

E_ = \cdot D \cdot s^2

, wobei D die Federkonstante und s die Auslenkung der Feder aus der Ruhelage ist.
- Energie eines elektrischen Feldes:

E = \frac

, wobei Q die Ladung und C die Kapazität ist.
- Äquivalenz von Masse und Energie:

E = m c^2 = \frac

, wobei

m_0

die Ruhemasse des Körpers und c die Lichtgeschwindigkeit ist.
- Nach dem Welle-Teilchen-Dualismus ist Strahlungsenergie

E = h \cdot f

, wobei h das Planck’sche Wirkungsquantum und

f

die Frequenz ist.
- Klassische kinetische Energie:

E_ = \frac \cdot m \cdot v^2

- Relativistische kinetische Energie:

E_ = E - E_0 = \frac - m_0 \cdot c^2 = m_0 c^2\left(\frac - 1\right)

- Energie eines Erdbebens:

E=10^

, wobei M die Magnitude auf der Richterskala ist und E die Einheit „Tonnen TNT“ besitzt.
- Arbeit (Energieänderung)

W = \Delta E = \int P(t)dt

, wobei P die Leistung und t die Zeit ist. Bemerkungen: 1. Die hier aufgeführten "Formeln" sind die Definitionen der verschiedenen Energien als Zustandsgrößen. Formeln, z. B. die für den freien Fall, sind die mathematische Darstellung für den Vorgang. 2. Für alle Energiedefinitionen wird ein großes E für Energie verwendet, obwohl in einigen Fällen nicht Energien E, sondern bezogene Energien e definiert werden. Die "Federenergie" ist die auf eine Feder bezogene Energie e =E/Feder. Die "Strahlungsenergie" ist die auf auf ein Photon bezogene Energie e = E/Photon. Jede Energieform Ej besteht aus einer Quantitätgröße Mj und der bezogenen Energie ej : Ej = Mj ej. Nur die so definierten Energieformen Ej treten primär in Energiebilanzen auf. 3. Arbeit ist keine energetische Zustandsgröße, wie die anderen hier definierten Energieformen. Arbeit ist eine Vorgangsgröße, die eine Energieänderung in einem System bewirken kann. Eine andere übliche Definition ist Arbeit ist

W =\int F dx

Einheit

Die SI-Einheit der Energie ist das Joule. 1 J = 1 Nm = 1 Ws = 10⁷ erg = 0,2388 cal = 0,102 kpm = 0,2778·10^-6 kWh

Größenordnungen

Die folgende Aufstellung soll helfen, ein Gefühl für die Größenordnungen von Energie zu erhalten. Der Hauptartikel findet sich unter Größenordnung (Energie). ; 1 J = 1 Ws = 1 Nm : potentielle Energie, die beim Anheben einer Schokoladentafel (ca. 100 g) um 1 Meter in dieser gespeichert wird. ; 1,0·10⁰ J = 10^-3 kJ : ungefährer täglicher körperlicher Energieumsatz eines Menschen. ; 3,6·10⁶ J = 3600 kJ = 3600 kWs = 1 kWh : Abrechungseinheit für Strom, Gas usw. ; 2,9·10⁷ J = 8,141 kWh = 1 kg SKE : eine Steinkohleeinheit entspricht der Energiemenge, die beim Verbrennen von 1 kg Steinkohle umgewandelt wird. Dies ist ein gängiges Maß bei der Angabe von Primärenergie-Mengen. (1998 betrug der weltweite Primärenergie-Umsatz 14,1 Gt SKE = 390·10¹⁸ J) ; 1 eV = 1,602 176 462(63) · 10^-19 J : Die Einheit Elektronvolt wird unter anderem in der Festkörper-, Kern- und Elementarteilchenphysik verwendet. Ein Photon von violettem Licht hat eine Energie von ca 3 eV, eines von rotem ca. 1,75 eV.

Siehe auch

- Größenordnung (Energie) - eine wertmäßige Zusammenstellung von alltäglichen und unalltäglichen Energien, die uns umgeben, ideal um Größenvergleiche aufzustellen.
- Energieerhaltung
- Energieeinsparung
- Energiemix
- Nutzpflanzen#Energie und Kraftstoffe liefernde Pflanzen

Weblinks

- [http://www.br-online.de/cgi-bin/ravi?v=alpha/centauri/v/&g2=1&f=021110.rm Was ist Energie?] Real Video (Aus der Fernsehsendung Alpha Centauri)
- [http://www.physik.uni-muenchen.de/leifiphysik/web_ph09/materialseiten/06_energie.htm Versuche und Aufgaben zur Energie]
- [http://www.energie-evolution.de/ Beschreibung von regenerativen Energiequellen]
- [http://www.rettet-unsere-welt.de/index.php?page=wissen&p2=geraete_leistungen Energiebedarf einiger typischer Haushaltsgeräte]
- [http://www.energie-zeitung.de/ Energie sparen, Heizung,Geothermie und Wärmepumpe]
- [http://www.hellfirez.de/web/referate/inhalte/Physik_Energie.htm Erzeugung von elektrischer Energie allgemein und anhand verschiedener Beispiele]
- [http://www.erdwaerme-zeitung.de/ Infos über Erdwärmeheizung und Geothermie]
- http://www.greenribbonpledge.com (engl.) Kategorie:Physik Kategorie:Erneuerbare Energie ja:エネルギー ko:에너지 ms:Tenaga simple:Energy th:พลังงาน

RAD

Rad (althochdeutsch rad, lat. rotare „drehen“) bezeichnet zunächst:
- ein Fahrzeugteil, siehe Rad
- ein Fahrrad
- ein Folter- und Hinrichtungsinstrument im Mittelalter, siehe Rad (Folter)
- eine Gemeinde in der Slowakei, siehe Rad (Ort)
- eine Figur im Turnsport, siehe Rad (Turnen)
- ein Turngerät, siehe Rhönrad
- die fächerförmige Aufstellung der Schwanzfedern bei bestimmten männlichen Vögeln, siehe Rad (Vogel)
- im übertragenen Sinne einen großen flachen Zylinder, beispielsweise ein 'Rad Käse.
- symbolisch - auch als solches dargestellt - einen Kreislauf, etwa die stete Wiederkehr im zyklischen Zeitverständnis. Die Buchstabenfolge rad bildet des Weiteren eine Reihe von Abkürzungen:
- rad ist eine Abkürzung für Radiant, siehe Bogenmaß
- rad ist eine amerikanische Funk-Band, siehe rad (Band)
- rad (Kzw. f. engl.: radiation absorbed dose) ist die veraltete Maßeinheit der absorbierten Strahlen-Energiedosis, siehe rad (Physik)
- RAD war im Nationalsozialismus die Abkürzung. für Reichsarbeitsdienst
- RAD ist im Computer-Fachjargon eine Abkürzung für Rapid Application Development.
- RAD oder Rational Application Developer ist eine Software-Entwicklungsumgebung der Firma IBM basierend auf Eclipse 3

Wasserrad

]] Ein Wasserrad ermöglicht die Verrichtung von Arbeit, indem es die potenzielle und kinetische Energie des Wassers nutzt. So können Arbeitsmaschinen wie beispielsweise Mahlwerke oder Generatoren angetrieben werden. Ein von Wasserkraft angetriebenes Mahlwerk wird auch Wassermühle genannt.

Bedeutung

In den industrialisierten Regionen ist die wirtschaftliche Bedeutung der Wasserräder heute nur noch gering. Die meisten Wasserräder stehen in den zahlreichen zu Museen umgebauten Mühlen, einige treiben kleinere Generatoren an und dienen der Stromerzeugung. Teilweise laufen Wasserräder zu dekorativen Zwecken, ohne Energienutzung. Ein wichtiger Unterschied zwischen Wasserrädern und Turbinen ist, dass Wasserräder ohne Regelung und mit stark schwankenden Wassermengen betrieben werden können, ohne nennenswerte Einbußen beim Wirkungsgrad. Die meisten Wasserräder stehen in den Entwicklungsländern Afrikas und Asiens, wo sie unerlässliche Hilfsmittel sind. Vor allem die Landwirtschaft ist dort ohne Wasserräder undenkbar. Das weltweit zur Verfügung stehende Leistungspotenzial von Wasserrädern dürfte nach seriösen Schätzungen im Bereich einiger Terawatt liegen. Typischerweise liefert ein Wasserrad eine Antriebsleistung im ein- bis zweistelligen kW-Bereich. Es stellt einen Beitrag zur nachhaltigen Nutzung der Wasserkraft dar, da es durch seine geringe Leistung und dezentrale Anordnung nur einen kleinen Eingriff in die Natur erfordert.

Geschichte

nachhaltigen Die Erfindung des Wasserrads stellte einen Meilenstein in der Entwicklung der Technik dar, da durch die Nutzung der Wasserkraft gegenüber der Muskelkraft zusätzlich mechanische Energie nutzbar gemacht werden konnte. Zu Anfang dienten Wasserräder der Bewässerung in der Landwirtschaft, als Schöpfrad zum Heben von Wasser. Solche Schöpfräder sind seit Jahrhunderten in verschiedenen Kulturen verbreitet, etwa in Ägypten, Syrien, Indien und China. Man geht davon aus, dass die ersten Wasserschöpfräder um 1200 v. Chr. in Mesopotamien betrieben wurden. Seit dem Mittelalter hielt diese Technologie auch in Mitteleuropa Einzug, wohl nachdem Kreuzfahrer diese in Vorderasien kennen gelernt hatten. Hier sind sie in den letzten Jahrzehnten durch moderne Bewässerungsanlagen weitgehend verdrängt worden und dadurch selten geworden. Beispielsweise sind in Möhrendorf an der Regnitz noch neun historische Wasserschöpfräder in Betrieb, die bereits für den Anfang des 15. Jahrhunderts belegt sind. Bereits in römischer Zeit wurden Wasserräder auch für den Antrieb von Mahlmühlen genutzt. Der römische Baumeister und Ingenieur Vitruv beschreibt in seiner "architectura" aus dem 1. Jahrhundert v. Chr. sowohl das Prinzip des Wasserschöpfrads als auch das der Wassermühle in ausführlicher Weise. Seit dem 12. Jahrhundert waren Wassermühlen in Mitteleuropa weit verbreitet. Später kam die Nutzung in Ölmühlen, Walkmühlen, Sägemühlen, Hammerwerken und Schleifmühlen hinzu. Bei der beginnenden Industrialisierung diente das Wasserrad zum Antreiben von Maschinen über die ersten Transmissionen. Auch im Bergwerkswesen wurden sie zum Materialtransport und zur Entwässerung der Gruben eingesetzt, so beispielsweise im Oberharzer Wasserregal. Eine ausreichende Wasserversorgung war ein wichtiger Punkt in der Standortbewertung der damals entstehenden Fabriken im Gegensatz zu anderen Standortkriterien in der heutigen Zeit. Ein wesentlicher Punkt waren auch die notwendigen Wasserrechte um ein Wasserrad zu betreiben. So findet man heute noch Eigentumsrechte von alten Industriebetrieben im Quellgebiet von Flüssen oder größeren Bächen, die von den heutigen Eigentümern nicht mehr genutzt werden. Gegen Ende des 19. Jahrhunderts ermöglichten die aufkommenden Wasserturbinen, viel größere Wassermengen und höhere Gefälle auszunutzen. Durch die Einführung der Elektrizität musste die Energie nicht mehr vor Ort mechanisch übertragen werden, sondern konnte in elektrischen Strom umgewandelt werden. Es entstanden Wasserkraftwerke, welche auf Grund ihrer schieren Größe billiger produzieren konnten und die die kleinen Kraftwerke mit Wasserrad allmählich verdrängten. Der Versuch, die vergleichsweise kleinen Wasserräder durch Turbinen zu ersetzen, schlug vielfach fehl, da beide Antriebe völlig unterschiedliche Eigenschaften haben.

Bauformen von Wasserrädern

Größe Wasserräder können nach Art des Wasserzulaufs klassifiziert werden. Je nach Gefälle, der Differenz zwischen Zu- und Ablauf (Ober- und Unterwasserspiegel) werden verschiedene Wasserräder eingesetzt. Unabhängig davon gibt es die Unterscheidung zwischen Zellen- und Schaufelrad.
- Zellenräder bestehen aus seitlich und nach unten abgeschlossenen Behältern (Zellen), die das Wasser maximal eine halbe Umdrehung festhalten.
- Schaufelräder besitzen keine Zellen, sondern nur radial angeordnete Bleche oder Bretter (Schaufeln). Das Wasser kann grundsätzlich auf allen Seiten die Schaufel umfließen, was teilweise mit einer Leitvorrichtung verhindert wird. Die Abbildungen „oberschlächtiges Wasserrad“ und „mittelschlächtiges Wasserrad“ zeigen ein Zellenrad, Abb. „unterschlächtiges Wasserrad“ ein Schaufelrad.

Oberschlächtiges Wasserrad

Schaufelrad Beim oberschlächtigen Wasserrad strömt das Wasser in einer Rinne, dem so genannten Gerinne oder Fluder etwa beim Radscheitel in die wasserdichten Zellen des Rades. Man spricht daher auch von einem Zellenrad. Das Rad wird durch die Gewichtskraft des aufgenommenen Wassers in Bewegung versetzt, nutzt also dessen potenzielle Energie. Im Gegensatz zur Wasserturbine benötigt ein oberschlächtiges Wasserrad keinen Rechen um Treibgut herauszufiltern und der Wirkungsgrad ist weniger abhängig von Schwankungen der Wassermenge. Das Einsatzgebiet liegt bei Gefällen von 2,5 m bis 10 m (typisch 4 bis 5 m) und Wassermengen bis zu 0,7 m³/s. Daraus lässt sich eine Maximalleistung in der Größenordnung von 65 kW errechnen, typisch bei Mühlen sind Leistungen im einstelligen kW-Bereich. Größere Wasserräder würden unpraktisch niedrige Drehzahlen liefern, breitere zu hohe Drehmomente an der Nabe. Oberschlächtige Wasserräder werden bei Umfangsgeschwindigkeiten von ca. 1,5 m/s betrieben, wobei diese Größe einen Erfahrungswert darstellt. Das Wasser wird bei einem kleinen Wehr einige 100 m oberhalb des Wasserrades vom Mutterbach abgezweigt und in einem künstlichen Kanal mit wenig Gefälle zum Rad geleitet. Dieser Kanal wird oft als Obergraben, Mühlbach oder oberer Mühlgraben bezeichnet. Das Wehr dient der Regulierung der zuströmenden Wassermenge und wird bei Nichtgebrauch des Rades geschlossen. Der letzte Teil des Kanals vor dem Rad – das Gerinne – besteht meist aus Holzbrettern. Eine weitere Anlagenform besteht darin, dass der Obergraben zu einem Stauteich erweitert wird. Das Wasserrad steht in unmittelbarer Nähe hinter dem Teichdamm. Der Wasserzufluss zum Rad wird bei dieser Anlagenform über ein Radschütz gesteuert, welches sich am Ende des Gerinnes befindet. Unter optimalen Bedingungen (insbesondere mit Schaufeln aus Stahlblech) werden beim oberschlächtigen Wasserrad Wirkungsgrade von über 80% realisiert. Andererseits ist ein Wasserrad im Winter mit Vereisungsproblemen konfrontiert, was bei einer Turbine dagegen nicht der Fall ist. Enteisungsarbeit am Wasserrad ist Schwerarbeit und nicht ungefährlich. :Die Leistung eines oberschlächtigen Wasserrades errechnet sich zu:

P_= \eta _\cdot \rho\cdot \dot V \cdot g \cdot h

mit Leistung:

P_

in Watt, Wirkungsgrad:

\eta_= \eta_\cdot \eta_\cdot \eta_

, Dichte des Wassers:

\rho

in kg/m³, Volumenstrom

\dot V

in m³/s, Gravitationskonstante:

g

in m/s² und der Fallhöhe, bzw. dem Raddurchmesser

h

in m.

Kehrrad

Gravitationskonstante Eine besondere Bauform ist das Kehrrad. Es wird ausschließlich oberschlächtig beaufschlagt und besteht aus zwei Wasserrädern, die aneinander gebaut sind und sich in beide Richtungen drehen können. Je nach dem, auf welche Seite das Wasser strömt, kann sich das Rad in die eine oder in die andere Richtung drehen. Kehrräder fanden Verwendung im Bergbau um mit Wasserkraft Fördermittel anzutreiben. Durch die Umkehr der Richtung konnten die Tonnen oder Körbe gehoben und gesenkt werden.

Mittelschlächtiges und rückschlächtiges Wasserrad

Wasserkraft Mittelschlächtige Wasserräder werden etwa auf Nabenhöhe beaufschlagt („vom Wasser getroffen“) und nutzen teilweise auch die kinetische Energie des Wassers. Sie können als Zellenrad oder als Schaufelrad gebaut werden. Mittelschlächtige Zellenräder werden auch rückschlächtig genannt, sie werden ähnlich wie oberschlächtige Räder gebaut, drehen aber in die entgegengesetzte Richtung. Der Übergang zu unterschlächtigen Rädern ist fließend, auch Zuppinger-Räder (siehe #Unterschlächtiges Wasserrad) können fast auf Nabenhöhe beaufschlagt werden. Manche mittelschlächtige Räder haben einen Kulisseneinlauf ('a' in der Schemaskizze). Das ist eine meist verstellbare Leitvorrichtung, welche das Wasser in mehrere Teilstrahlen (meist drei) aufteilt und dem Rad einer bestimmten Richtung zuführt. Eine moderne Ausführung des mittelschlächtigen Wasserrads ist die Staudruckmaschine.

Unterschlächtiges Wasserrad

Staudruckmaschine Bei unterschlächtigen Wasserrädern fließt das Wasser unter dem Rad in einem Kropf durch. Der Kropf ('K' in der Schemaskizze zum mittelschlächtigen Wasserrad) ist eine Führung, welche dem Rad angepasst ist. Sie verhindert, dass Wasser unterhalb und seitlich der Schaufeln abfließt, ohne es anzutreiben. Die Kraftübertragung geschieht über Schaufeln. In ihrer einfachsten Form bestehen die Schaufeln aus einem Holzbrett, bessere Wirkungsgrade werden jedoch mit speziell gebogenen Blechschaufeln erzielt. Das Rad wird zu einem wesentlichen Teil durch die kinetische Energie des unter ihm fließenden Wassers angetrieben, aber auch bei unterschlächtigen Rädern ist das Gefälle und mit ihm die potenzielle Energie leistungsbestimmend. Das Einsatzgebiet liegt bei Gefällen von 0,25 bis 2 m und Wassermengen über 0,3 m³/s. Daraus ergibt sich eine Leistung im ein- bis zweistelligen kW-Bereich. Unter optimalen Bedingungen, insbesondere, wenn der Spalt zwischen Kropf und Rad klein ist, werden Wirkungsgrade von über 70 % erzielt. Unterschlächtige Wasserräder werden bei Umfangsgeschwindigkeiten von 1,6–2,2 m/s betrieben, wobei diese Größe ein Erfahrungswert darstellt. Wegen des geringen Gefälles steht das Wasserrad normalerweise direkt beim Wehr. Aus dem 19. Jahrhundert stammt das Zuppinger-Rad, welches durch evolventenförmige Schaufeln einen höheren Wirkungsgrad erzielt. Diese Bauform war vor der Einführung von Dampfmaschinen in der Industrie im 19. Jh. (Textilindustrie, chemische Industrie, Stahlindustrie) verbreitet. Es gelang, durch breite Räder aus Eisen beachtliche Leistungen von einigen 10 kW zu erzielen. Im Gegensatz zu den Turbinen konnten mit den Drehzahlen des Wasserrades über Transmissionen die Maschinen direkt angetrieben werden.

Tiefschlächtiges Wasserrad

evolventenförmige] evolventenförmige]] Das tiefschlächtige Wasserrad kommt ohne Gefälle aus. Anders als beim unterschlächtigen Wasserrad gibt es hier keine Kulisse. Das Rad wird allein durch den Strömungswiderstand der Schaufelbretter angetrieben. Der Wirkungsgrad bei tiefschlächtigen Wasserrädern ist am besten, wenn die Umfanggeschwindigkeit des Rades der halben Wassergeschwindigkeit entspricht. Das Prinzip findet besonders bei Wasserschöpfrädern und Schaufelraddampfern seine Anwendung. Naturgemäß werden erstere vorwiegend an Stellen mit geringem Gefälle betrieben, da das Wasser für die Bewässerung sonst i. d. R. ganz ohne Wasserrad an einer höher gelegenen Stelle abgeleitet werden könnte. Besondere Verbreitung haben diese Räder nicht zuletzt an großen Strömen wie Euphrat, Tigris, Nil und Indus gefunden. Bei Wasserschöpfrädern sind Wasserkübel (auch „Kümpfe“ genannt) direkt an dem Wasserrad mit seinen Schaufelbrettern angebracht, das durch die Strömung angetrieben wird. Es ist also keine Kraftübertragung über die Achse notwendig. Im Bereich des höchsten Punktes des Rades entleert sich der Inhalt der Wasserkübel in ein Auffangbecken, von wo aus es in einen Bewässerungskanal fließt. Je kleiner diese Schöpfkübel und je weniger Schöpfkübel am Rad angebracht sind, desto größer ist der Höhenunterschied, der bewältigt werden kann. Auf diese Weise können mit entsprechend groß gewählten Raddurchmessern Höhenunterschiede von einigen Metern überwunden werden. Die berühmten Wasserschöpfräder (Norias) in Hama in Syrien gelten als die größten der Welt. Sie überwinden mit entsprechend großen Raddurchmessern Höhenunterschiede von z. T. über 30 Metern. Reicht die vorhandene Strömung für die gewünschte Schöpfleistung nicht aus, so können zur Verstärkung der Strömung kleine Stauwehre („Flügel“) im Flusslauf errichtet werden, die dem Rad das Wasser im passenden Winkel zuführen. Bei den nur im Sommer betriebenen historischen Wasserschöpfrädern an der langsam fließenden Regnitz bei Möhrendorf werden diese Stauwehre – wie auch die Räder selbst – traditionell zu Beginn jeder Sommersaison neu errichtet.

Schiffmühle

Möhrendorf Bei Schiff(s)mühlen, beide Schreibweisen sind üblich, findet dieses Bauprinzip ebenfalls Anwendung. Hierbei liegt das Schiff fest vertäut im Fluss; das Wasserrad treibt die Mühle auf dem Schiff an. Die Schiffsmühle hat den Vorteil, dass sie mit dem Wasserspiegel aufschwimmt oder absinkt und dadurch immer die selbe Wassermenge zur Verfügung hat.

Sonderformen

- Das Turas-Wasserrad ist ein oberschlächtiges, einseitig gelagertes Wasserrad. Es wird in einer vorgefertigten Rahmenkonstruktion, welche mit der Getriebe- und Asynchrongeneratoreinheit bestückt ist, einseitig angeflanscht und durch das Getriebe gelagert. Bei dieser Bauweise entfällt die Wasserradwelle. Asynchrongenerator
- Das horizontale Wasserrad ist ein Vorläufer der Pelton-Turbine. Das Wasser strömt aus einer Düse auf die Schaufeln eines kleinen (Durchmesser ~1 m) Holzrades mit senkrecht gelagerter Achse. Es wird nur kinetische Energie genutzt. Mühlen mit horizontalem Wasserrad werden Stockmühlen genannt, das Rad treibt hier ohne Getriebe den Mahlstein an.
- Das "Segmentkranz-Wasserrad" ist ein ventiliertes Wasserrad in modularer Bauweise.

Literatur

- [http://susi.e-technik.uni-ulm.de:8080/Meyers2/seite/werk/meyers/band/16/seite/0427/meyers_b16_s0427.html#Wasserrad Wasserrad], in: Meyers Konversationslexikon, 4. Aufl. 1888, Bd. 16, S. 427 ff.
- Wilh. Müller: Die Wasserräder, Berechnung, Konstruktion und Wirkungsgrad Verlag Moritz Schäfer, Leipzig 1929.
- Ferdinand Redtenbacher: Theorie und Bau der Wasserräder, 2 Bände, 2. Auflage, Mannheim 1858.
- K. W. Meerwarth: Experimentelle und theoretische Untersuchungen am oberschlächtigen Wasserrad Dissertation TU Stuttgart 1935

Siehe auch

- Windmühle - Automatisierung
- Mühlenmuseum Gifhorn
- Segnersches Wasserrad von Johann Andreas von Segner

Weblinks

- [http://www.deutsche-muehlen.de Eine Seite mit umfangreichen Such-Möglichkeiten zum Thema Wassermühlen]
- [http://www.schoepfraeder.de Informationsseite zu den Möhrendorfer Wasserschöpfrädern]
- [http://www.pe.tu-clausthal.de/agbalck/kehrrad/kehr_app-d.html Kehrrad] Funktion eines Kehrrads
- [http://technikatlas.de/~tc6/index.htm Das Harzer Kehrrad] n-21.de Projekt der Georg-Diederichs-Schule in Clausthal-Zellerfeld
- [http://www.bega-wasserkraft.de Seite des Herstellers von Turas-Wasserrädern] Kategorie:Wasserkraft Kategorie:Mühle ja:水車

Webstuhl

Eine Webmaschine (regional auch als Webstuhl bezeichnet) ist eine Weiterentwicklung des Webstuhls und dient der industriellen Produktion von Geweben. Auf Webmaschinen werden Kettfäden von der Hinterseite der Maschine nach vorne geführt. Dabei werden Schussfäden jeweils von einer Seite zur anderen zwischen den Kettfäden durchgeschossen, so dass die Kettfäden beim fertigen Gewebe durch den Schussfaden zusammengehalten werden. Um dieses Durchschiessen zu ermöglichen wird ein Teil der Kettfäden gehoben und der andere Teil abgesenkt. Dadurch entsteht eine Öffnung, durch die der Schussfaden durchgezogen werden kann. Diese Öffnung nennt man das Fach. Der Faden kann dabei auf verschiedene Art durchgeführt werden. Die älteste Form ist dabei der Schütze, der eine Garnspule trägt und durch das Fach durchgeschleudert wird. Es gibt auch Webmaschinen, wo der Schussfaden mit einem feinen Luft- oder Wasserstrahl von einer Seite durchgeblasen, mit einem Projektil durchgeschossen oder von zwei Greifern durch das Fach durchgereicht wird (z.B Sulzer Textile's [http://www.sultex.com/index/rapier_weaving_machines.htm G6500]). Bei schmalen Bändern kann der Faden mit einer Nadel durchgefädelt werden und auf der anderen Seite verhäkelt werden. Moderne Webmaschinen besitzen mehrere Fächer (z.B Sulzer Textile's [http://www.sultex.com/index/multiphase_weaving_machines.htm M8300]), sodass gleichzeitig mehrere Schussfäden hindurch geschossen werden können, um die Produktivität zu steigern. Damit sind auf solchen Webmaschinen bis zu 5000 m/min Schusseintrag möglich. Das verwendete Verfahren hängt von der Breite der produzierten Gewebe ab. Möglich sind schmale Bandwebmaschinen bis Breitgewebe bis zehn Meter und mehr. Durch das verschiedene Heben und Senken der Fäden entsteht die Bindung des Gewebes. Bei einfachen Geweben sind auf der Vorderseite Rahmen, so genannte Schäfte, wo jeweils ein Teil der Kettfäden durch Litzen auf und abbewegt werden. Diese Schäfte werden durch Exzenter auf und ab bewegt. Bei komplizierteren Geweben wird die Jacquardmaschine verwendet, wo jeder Kettfaden einzeln gehoben bzw gesenkt werden kann. Heute erfolgt die Steuerung der Jaquardmaschinen natürlich vollelektronisch. Damit das Gewebe nicht zu locker wird, schlägt jedesmal, wenn kein Schussfaden im Fach ist, ein Webblatt, Webkamm oder Riet das Gewebe zusammen. In diesen Gewebe können auch in der Kettrichtung Gummifäden eingearbeitet werden, so dass das Gewebe elastisch ist. Dazu müssen die Gummifäden, die entweder nackt oder mit anderen Fäden umsponnen sein können, im ausgespannten Zustand verarbeitet werden. Der elastische Effekt wird aber auch durch so genannte Bauschgarne, die auch bis zu einem gewissen Grad elastisch sind, erreicht. Speziell die Bandwebmaschinen haben durch ihre technischen Fortschritte in Musterung und Geschwindigkeit, sehr stark die Flechtmaschine ersetzt.

Geschichte

Webstühle sind bereits aus dem Neolithikum bekannt und gehören damit zu den ältesten Maschinen der Menschheit. Die ersten Webmaschinen waren die so genannten Bandmühlen, mit deren Hilfe im 16. Jahrhundert Bänder hergestellt wurden. Der älteste Entwurf eines mechanischen Webstuhls stammt von 1678, kam aber nie zur Ausführung. 1728 verwendete ein Seidenweber aus Lyon gelochte Holzbrettchen zu Steuerung seiner Webstühle. Jacques de Vaucanson aus Grenoble entwickelte diesen einfachen Webstuhl zu einem mechanisch durch eine hölzerne Lochkarte gesteuerten Modell weiter (1745). Mit diesem Automaten war es erstmals möglich, gemusterte Stoffe herzustellen. Leider aber kam das Gerät nie über den Status eines Prototypen hinaus und wurde nie industriell eingesetzt. Fast zeitgleich, nämlich 1733 erfand John Kay den Schnellschützen, der die Webgeschwindigkeit verdoppelte. Waren diese Webstühle noch immer handbetrieben, so fand Vaucanson eine Möglichkeit, dass man sie mit einem Göpel durch ein Pferd oder durch einen Esel betreiben konnte. Das Muster wurde durch eine Nockenwalze erzeugt. Nockenwalze 1785 erfand Edmond Cartwright den vollmechanisierten Webstuhl mit den Namen Power Loom. Durch diese Technik wurden sehr viele Arbeitsplätze vernichtet. Als Folge kam es zur Maschinenstürmerei und viele Webstühle wurden zerstört. Joseph-Marie Jacquard aus Lyon verbesserte die Maschine 1805 entscheidend, indem er Vaucansons Steuerungstechnik in Cartwrights Maschinen einbaute. Von jetzt an spielte die Webmaschine eine entscheidende Rolle in der Textilindustrie und der industriellen Revolution. Die erste dampfbetriebene Webmaschine wurde im mittelenglischen Bradford gegen Ende des 19. Jahrhunderts eingesetzt. Nicht zuletzt die Erfindung der Webmaschine löste die Befürchtung aus, technischer Fortschritt würde auf Dauer zu Massenarbeitslosigkeit führen. Diese noch von Ricardo und Marx vertretene Befürchtung wurde jedoch durch die Wirtschaftstheorie inzwischen als unplausibel erkannt (vgl. technischer Fortschritt). Diese Lochkartenwebstühle waren nicht nur einer der wichtigsten Beiträge zur Industrialisierung, sondern auch der Grundstein zur Entwicklung der Steuerungstechnik. Neben der Spinnmaschine war die Erfindung der Webmaschine einer der wichtigsten Meilensteine der industriellen Revolution. Durch sie veränderten sich die Produktionsbedingungen entscheidend und ehemalige Heimarbeiterinnen mussten sich fortan als Fabrikarbeiterinnen ein Auskommen schaffen. Webmaschinen veränderten jedoch nicht nur die soziale Realität der Menschen, sondern auch die Produkte selber: Die kunsthandwerkliche Gestaltung wurde durch technisch perfekte Muster ersetzt. Exklusive Luxusartikel wurden zu bürgerlichen Konsumgütern und Massenwaren. Ein bekanntes Bandwirkermuseum befindet sich noch in Wuppertal Ronsdorf. Dabei kann man gut erkennen, wie früher die ersten Maschinen gearbeitet haben.

Siehe auch

- Textilindustrie
- Industriegeschichte
- Industrialisierung
- Maschinenstürmer

Weblinks

- http://www.garn.ch/deutsch/geschichte/geschichte_spinner.htm - Geschichte der Textilindustrie in der Schweiz
- http://www.deutsches-museum.de/ausstell/meister/web.htm - Die Jacquard-Musterwebmaschine
- http://www.webschiffchen-sammlung.de/ - Sammlung von Schnellschützen für Webmaschinen
- http://www.lindauerdornier.com Deutscher Webmaschinen Hersteller
- http://www.sultex.com Schweizer Webmaschinen Hersteller Kategorie:Textiltechnik th:กี่

Windmühle

Windmühlen sind Maschinen, die die Windenergie ausnutzen, um mechanische Arbeit zu leisten. Auch das umschließende Bauwerk nennt man Windmühle. In der Technikgeschichte gilt das zugehörige Windrad mit segelähnlichen Flügeln neben dem Wasserrad als die älteste Kraftmaschine der Menschheit.

Geschichte

Windmühlen wurden schon vor über 1000 Jahren in Asien benutzt, nach einem alten Schriftstück soll es in Persien schon im 7. Jahrhundert die ersten Horizontalwindmühlen gegeben haben. Im 9. Jahrhundert wurden die ersten Windmühlen in England errichtet. Vermutlich wurden die Kenntnisse dazu von den Kreuzrittern aus Kleinasien mitgebracht. Andere Quellen gehen davon aus, dass die Araber die Mühlentechnik bei ihrer Eroberung Spaniens mitgebracht haben. Windmühlen waren damit neben den Wassermühlen lange Zeit die einzigen mit Energie betriebenen Maschinen, entsprechend vielseitig waren sie daher auch in ihrer Anwendung. Ursprünglich wurden Windmühlen zum Mahlen von Getreide verwendet, weitere Anwendungen fanden sich schnell. Gemahlen wurden auch anderen Materialien wie beispielsweise Gips und Gewürze, es wurde in so genannten Lohmühlen Eichenrinde zum Gerben von Leder gestampft. Des weiteren wurden Windmühlen als Antrieb für Ölpressen eingesetzt, in den Niederlanden wurde Wasser vor allem mittels einer Archimedischen Schraube durch Windantrieb gepumpt. Der Antrieb von Wasserpumpen ist seit 1394 belegt. Die Deutsche Gesellschaft für Mühlenkunde und Mühlenerhaltung (DGM) hat in einer Zusammenstellung die Nutzung von Windmühlen für 150 verschiedene mechanische Tätigkeiten, von der Sägemühle bis hin zur Lohmühle, ermittelt. Nachdem in Preußen die Gewerbefreiheit Gesetzeskraft bekam, kam es zu einem letzten Aufschwung der Windmühlenindustrie. Zum Ende des 19. Jahrhunderts bekamen die Windmühlen durch die Erfindung von Dampfmaschinen und Verbrennungsmotoren Konkurrenz. Da sie im Vergleich zu diesen nicht mehr wirtschaftlich betrieben werden konnten, ging ihre Verbreitung zurück. Später kam der Elektromotor als weitere ernstzunehmende Konkurrenz hinzu. Während und nach dem 2. Weltkrieg erlebten die noch bestehenden Mühlen eine kurze Blütezeit, da keine Alternativen bestanden, die benötigten Maschinenleistungen zu erbringen. Dieser Aufschwung ging jedoch in Westdeutschland in den 1950er Jahren vor allem durch das Mühlenstilllegungsgesetz zu Ende, da aufgrund dieses Gesetzes viele Mühlen stillgelegt wurden. In den 80er Jahren ergab sich in Westdeutschland eine Restaurationswelle aufgrund der Wiederentdeckung der alten Traditionen. Viele Windmühlen wurden mit neuem Leben als technisches oder produzierendes Denkmal, Museum oder zu Wohnzwecken wiedererweckt. Die dabei geleistete technische Restaurierung war nicht immer korrekt und von vielen Improvisationen getragen. Kein Wunder, war doch der Beruf des Windmühlenbauers im Rahmen des Mühlenstilllegungsgesetzes aus der Handwerksrolle gestrichen, womit auch das Fachwissen schwand. In Ostdeutschland führte die Kollektivierung der privat betriebenen Mühlen zur Verringerung der Anzahl. Nach der Wiedervereinigung konnten die vielen noch vorhandenen Kleinmühlen sich gegen die neue Konkurrenz nicht behaupten. Heute gibt es im wiedervereinigten Deutschland rund 1400 Wind- und Wassermühlen, die jährlich am Deutschen Mühlentag zu Pfingsten teilnehmen. In den Niederlanden waren im 19. Jahrhundert mehr als 9.000 Windmühlen im Einsatz, deren Bestand inzwischen auf 900 geschrumpft ist. In den USA sollen um 1880 etwa sechs Millionen Windkrafträder im Einsatz gewesen sein, in der Neuzeit sind es 15.000. Mit der Windmühle konnte der Müller auch einfache Botschaften übermitteln. Durch verschiedene Flügelstellungen und Bespannungen konnte er den Grund für Betriebspausen anzeigen, beispielsweise Reparaturarbeiten, einen Trauerfall in der Familie oder den Feierabend. Siehe auch: Geschichte der Windenergienutzung

Mühlentypen

Die älteste Windmühlenbauweise in Europa war die der Bockwindmühle, bei der das ganze Gebäude drehbar gelagert war. Der Bock, auf dem das Gehäuse samt der technisch-mechanischen Konstruktion saß, unterlag besonders starkem Verschleiß und musste alle 30 bis 50 Jahre neu errichtet werden. Er war auch das am meisten gefährdete Bauteil: Bei Sturm drohte die senkrechte Achse abzuknicken, und im Krieg brauchte ein Angreifer nur den Bock anzusägen – durch Wind kam es in der Folge zum Abknicken. Da die komplette Mühle aus Holz konstruiert war, konnte die Mühle abgebaut und an einem anderen Ort wieder aufgebaut werden. Das war besonders zu Kriegszeiten wichtig, da Bockwindmühlen häufig auf Wällen und künstlichen Erdhügeln vor den Städten errichtet wurden. Rückte ein Feind an, so wurden viele Bockwindmühlen einfach demontiert und hinter den Stadtmauern eingelagert, um nach dem Ende der Kampfhandlungen wieder errichtet zu werden. Aber auch durch die zunehmende Ausdehnung der Städte im 19.Jahrhundert aufgrund des Bevölkerungswachstums wurden viele Windmühlen plötzlich windlos, da die Bebauung in der Nähe zunahm, und den Mühlen den Wind nahm. Dann wurden viele Mühlen auseinandergenommen und an windgünstigeren Standorten wieder aufgebaut. Zu Beginn des 16. Jahrhunderts wurde in den Niederlanden die Holländerwindmühle, auch Kappenwindmühle genannt, erfunden, häufig ein achteckiger Bau auf einem soliden Fundament, bei dem nur die obere Kappe mit einem Steert (eine Art Balken zum Vordrehen der Kappe) oder der Windrose drehbar ist. Ihr Vorteil war eine höhere Stabilität, durch die größere Windräder und somit eine höhere Leistung (bis zu 30 kW) möglich wurden. Durch die höheren Bauhöhen der Holländerwindmühlen wurde es nicht immer möglich, noch an die Flügel bzw. an den Steert heranzukommen. Beides musste zur ordnungsgemäßen Bedienung der Windmühle möglich sein. Man erfand deshalb eine Art Balkon, eine umlaufende Galerie, von der die Flügel als auch der Steert bedient werden konnten. Diese Typen werden als „Galerieholländer“ bezeichnet. Ein typischer Galerieholländer ist die Aeolus in Ostbargum, Nordfriesland. Der Galerieholländer in Nordenham-Moorsee ist eine der wenigen Mühlen mit einer doppelten Windrose. Eine etwas später einsetzende aber eigentlich parallele Entwicklung zur Holländerwindmühle war die Paltrockwindmühle. Häufig wurde sie in Deutschland aus einer Bockwindmühle umgebaut, bei der das Gebäude auf einem Drehkranz mit Rollen gelagert war, wodurch sich die Stabilität erhöhte. Sie war meistens kostengünstiger als die Holländerwindmühlen. Eine andere Entwicklung war die Kokerwindmühle, bei der der drehbare Teil des Gebäudes wesentlich kleiner war, und das Mahlwerk sich im nicht drehbaren unteren Teil befand. Die Überleitung der Energie aus dem Kopf in den nichtdrehbaren unteren Teil erfolgte durch eine in einem Art Köcher (niederdt. Koker) sich drehende Welle. Diese Mühlen waren meist nicht ganz so groß und wurden zu Pumpzwecken bzw. kleinen Energieleistungen eingesetzt. Der Tjasker oder auch Flutter ist der einfachste Mühlentyp. Im Wesentlichen besteht er aus einer archimedischen Schraube und einem Flügelkreuz. Erste Erwähnung findet dieser Mühlentyp in einem Lizenzbrief aus Middelburg. Ausgestattet ist diese Mühle entweder mit Brett- oder Segelflügeln. Sie wird von Hand in den Wind gedreht. Aufgrund der geringen Größe waren diese M

Automatisierung

Geschichte

Zitat

Literatur

Siehe auch

Weblinks

Automatisierung beim Menschen

Tätigkeit

Technischer Fortschritt

Historische Überlegungen

Erscheinigungsformen

Autonomer versus induzierter

Faktorgebunden versus faktorungebunden

Neutraler versus nicht-neutraler

Moderne Erklärungsansätze

Optimistische Konzepte

Pessimistische Konzepte

Optimismus gegen Pessismus technisch gesehen

Literatur

Siehe auch

Computerprogramm

Geschichte

Das erste Computerprogramm von Ada Lovelace

Erste Programme auf Lochstreifen

Programme im Arbeitsspeicher

Höhere Programmiersprachen und Compiler

Vom Algorithmus zum Programm

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers

Verwendung einer Programmiersprache

Berücksichtigung aller Sonderfälle

Elementare Schritte

Ein vollständiges Programm

Übersetzung und Ausführung

Siehe auch

Literatur

Unbeaufsichtigte Installation

Installation eines kompletten Betriebssystems

Installation von einzelnen Programmen

durch Parameter

durch Snapshots

durch Scripte

Realisierung

Programme, die eine Unattended CD für Windows erstellen

Verwandte Themen

Weblinks

Literatur

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Siehe auch

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