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Continental-scale hyper-resolution simulations constitute a grand challenge in characterizing non-linear feedbacks of states and fluxes of the coupled water, energy, and biogeochemical cycles of terrestrial systems. Tackling this challenge requires advanced coupling and supercomputing technologies for earth system models that are discussed in this study, utilizing the example of the implementation of the newly developed Terrestrial Systems Modeling Platform (TerrSysMP) on JUQUEEN (IBM Blue Gene/Q) of the Jülich Supercomputing Centre, Germany. The applied coupling strategies rely on the Multiple Program Multiple Data (MPMD) paradigm and require memory and load balancing considerations in the exchange of the coupling fields between different component models and allocation of computational resources, respectively. These considerations can be reached with advanced profiling and tracing tools leading to the efficient use of massively parallel computing environments, which is then mainly determined by the parallel performance of individual component models. However, the problem of model I/O and initialization in the peta-scale range requires major attention, because this constitutes a true big data challenge in the perspective of future exa-scale capabilities, which is unsolved.

Infrastructure construction is society's cornerstone and economics' catalyst. Therefore, improving mobile machinery's efficiency and reducing their cost of use have enormous economic benefits in the vast and growing construction market. In this thesis, I envision a novel concept smart working site to increase productivity through fleet management from multiple aspects and with Artificial Intelligence (AI) and Internet of Things (IoT).

Schrägscheiben Axialkolbenpumpen werden in diversen mobilen sowie stationären Anwendungen zur Leistungsübertragung eingesetzt. Eine Optimierung dieses Verdrängerprinzips kann durch die aktive Beeinflussung der Schmierspaltausprägung in tribologischen Kontaktstellen erzielt werden. Anhand der beschriebenen kennfeldbasierten Druckregelung von Druckreservoirs, anhand derer betriebspunktspezifisch der Entlastungsgrad der einzelnen betrachteten Kontaktflächen ausgeregelt werden kann.

Motiviert durch die globale Erwärmung konzentriert sich diese Arbeit auf die Entwicklung einer Quantifizierungsmethode für Treibhausgas (CO$_{2}$e) Emissionen von Baumaschinen. Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Methode vorgestellt, welche identifizierte Forschungslücken schließt, die durch die Analyse von Maßnahmen aus unterschiedlichen Industrien und von existierenden CO$_{2}$ Quantifizierungsmethoden abgeleitet worden sind. Dabei berücksichtigt die Methode mit Hilfe von Einflussfaktoren aus sechs Säulen CO$_{2}$e Reduktionspotentiale, welche lauten: Maschineneffizienz, Prozesseffizienz, Energieträger, Betriebseffizienz, Materialeffizienz und CO$_{2}$e Abscheidung und Lagerung. Durch den Einsatz der Methode auf repräsentative Bauanwendungen für Europa für drei Zeitschienen Vergangenheit-Gegenwart-Zukunft wird gezeigt, dass diese für beliebige Bauanwendungen und Zeitschienen anwendbar ist. Beim Vergleichen der Ergebnisse aus zwei Zeitschienen ist es möglich die Reduktion oder Steigerung an Treibhausgasemissionen zu erfassen. Am Beispiel von ausgewählten Baumaschinen wird gezeigt, dass die Methode gültig ist und damit Aussagen über bestimmten CO$_{2}$e Reduktionsmaßnahmen ermöglicht werden. Zum Schluss werden Transformationslösungen vorgeschlagen, um die Treibhausgasemissionen von Baumaschinen zu reduzieren. Dabei wird flüssiges Methan als alternativer Energieträger vorgeschlagen, der die CO$_{2}$e Emissionen bis zu 84 % reduzieren kann. Die zusätzliche Kombination mit einem Brennstoffzellenantrieb können die CO$_{2}$e Emission bis zu 89 % reduzieren. Als dritte Lösung wird der Einsatz eines CO$_{2}$ Abscheide- und Speichersystems vorgeschlagen, welches die CO$_{2}$e Emissionen von fossilen Diesel bis zu 82 % reduziert. Durch Kombination der drei vorgeschlagenen Lösungen wird aus der mobilen Arbeitsmaschine eine Maschine, welche die Atmosphäre von Treibhausgas reinigt, da negative CO$_{2}$e Emissionen damit entstehen.

Elektrische Antriebssysteme werden zunehmend in das Anwendungsgebiet Mobiler Arbeitsmaschinen übertragen, mit dem Ziel eine Optimierung des Arbeitsprozesses zu erreichen. Durch den Einsatz eines intelligenten lernfähigen Gesamtmaschinenmanagements werden zukunftsweisende Ergebnisse zur Arbeitsprozessoptimierung erzielt. Es wird in virtuellen Fahrversuchen nachgewiesen, dass Mobile Arbeitsmaschinen wiederkehrende Arbeitsprozesse mit unterschiedlichen Fahrern erlernen und prädizieren können.

Der Nutzen einer Entwicklung kann am besten mit Ergebnissen aus der Praxis belegt werden. Im Bereich der mobilen Arbeitsmaschinen existieren allerdings nur wenige standardisierte und allgemein anerkannte Prüfprozesse. Dennoch fehlen in den meisten Publikationen mit Ergebnissen aus Fahrzeuguntersuchungen Informationen zum zugrunde liegenden Prüfprozess sowie dessen Präzision. Eine objektive Beurteilung der Ergebnisse ist somit nicht möglich. Zur Qualitätssicherung bei Fahrzeugversuchen mit mobilen Arbeitsmaschinen wird deshalb in dieser Arbeit eine Methode zur Beurteilung der Prüfprozesseignung vorgestellt. Dieses Verfahren sieht eine Analyse des Prüfprozesses hinsichtlich Aussagekraft, Genauigkeit und Präzision vor. Die Abschätzung der Präzision basiert auf der Varianzanalyse (ANOVA) von Referenzversuchen und bildet den Schwerpunkt der Arbeit. Mithilfe verschiedener Variationen der Varianzanalyse können sowohl Einzelergebnisse als auch Messdatenverläufe ausgewertet werden. Weiter kann eine unmittelbare Gegenüberstellung der Vergleichsfahrzeuge die Präzision zusätzlich verbessern. In Anwendungsbeispielen wird der beträchtliche Einfluss des Untergrundes auf die Präzision der Zielgrößen Drehmoment, Drehzahl und Leistung im Fahrantrieb demonstriert. Die Analyse der Prüfprozesseignung unterstützt bei der Gestaltung des Prüfprozesses und stellt bei angemessener Dokumentation Transparenz sowie Zuverlässigkeit der ermittelten Ergebnisse sicher.

Die Megatrends Klimawandel, Rohstoffverknappung und Bevölkerungs- wachstum sind bedeutende Technologietreiber für die Entwicklung von Traktoren. Zur Steigerung der Traktor-Effizienz bieten elektrische Antrie- be Potenziale durch hohe Leistungsdichten und Wirkungsgrade sowie die Möglichkeit der Bereitstellung von elektrischer Leistung für fahrzeuginter- ne oder -externe Verbraucher. Stufenlose Getriebe ermöglichen den Betrieb des Verbrennungsmotors bei maximaler Leistung über große Geschwindigkeitsbereiche. Zudem weisen diese Getriebe einen hohen Entwicklungsstand auf und bieten durch die au- tomatische Übersetzungsregelung einen hohen Bedien- und Fahrkomfort. Durch darüber hinaus gute Wirkungsgrade sind diese – oft hydraulisch leis- tungsverzweigten – stufenlosen Getriebe heute weit verbreitet. Die vorliegende Forschungsarbeit stellt eine Methode zur Berechnung und Bewertung von Getriebekonzepten mit mehreren Schnittstellen sowie unter- schiedlichem Technologiemix aus Mechanik, Hydraulik und Elektrik vor. Die Berechnung fokussiert sich auf stufenlose Getriebe und die im System entstehenden Verlustleistungen sowie die Herstellkosten der wesentlichen Getriebekomponenten. Die Bewertungsmethode wird eingesetzt um einen Konzeptvergleich unterschiedlicher Getriebe für einen Traktor der 150 kW Leistungsklasse durchzuführen. Es werden insgesamt neun Getriebekonzep- te miteinander verglichen und einzeln analysiert. Das Verhältnis von Auf- wand zu Nutzen wird für alle Konzepte dargestellt und erläutert. Abschlie- ßend konnten zwei Favoritenkonzepte identifiziert werden.

In der vorliegenden Arbeit wird eine systematische Vorgehensweise vorgestellt, um gezielt Vereinfachungen im Modellaufbau von Antriebssystemen mobiler Arbeitsmaschinen vornehmen, jedoch das Betriebsverhalten bezüglich der geforderten Arbeitsaufgabe noch hinreichend genau beschreiben zu können. Die systematischen Vereinfachungen zielen hierbei auf die Reduzierung der Ordnung des Systems auf Grundlage der Beschreibung durch reduziert-dynamische, stationäre sowie ereignisorientierte Elemente.