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Gender Dissimilarities in Body Gait Kinematics at Different Speeds
No full textObservers can identify gender based on individual gait styles visually. Existing research showed that gender differences in gait kinematics mainly occur in the frontal and transverse planes and are influenced by various factors. This study adds to the existing work by analysing the kinematic features that distinguish gait styles influenced by gender and gait speeds. 29 females and 33 males without gait disorders took part in this study. A wireless IMU-based sensor system was used to collect 3D kinematic data at 60 Hz on a 15 m walkway at three different gait speeds. Statistical analysis was based on discrete parameters, principal component analysis (PCA), and support vector machines (SVM). Dissimilarities due to different gait speeds were analysed in transverse and frontal planes for the upper body and in the sagittal plane for the upper and lower body (p 0.8). In joint angles (knees; transversal plane), segment orientation angles (upper body; frontal plane) and segment position (upper body; sagittal and frontal plane), statistically significant differences (p 0.8) were observed for gender.Good classification accuracies for joint angles, segment orientation and segment positions of 97-100 % between gait speed and 77-87 % between gender groups were found. In this study, gender had less influence on gait kinematics than gait speed.:1. Introduction
2. Methods
3. Results
4. Discussio
Digitaler Zwilling für das dynamische Verhalten eines Industrieroboters, Anwendung im Kontext des Projektes CUBE
Get PDFModellierung des digitalen Zwillings für das dynamische Verhalten eines Industrieroboters unter Verwendung der Tools Siemens NX Simcenter 3D (FEM) und Matlab Simulink (Systemsimulation). Die Modellierung der mechanischen Regelstrecke erfolgt unter Verwendung der finiten Elemente Methode mit Simcenter 3D. Das Gesamtsystem zur Ermittlung von Frequenzgängen und Übertragungsfunktionen wird mit Matlab Simulink modelliert. Mit Hilfe der Frequenzgänge und Übertragungsfunktionen kann der Industrieroboter identifiziert werden
Entwicklung und Charakterisierung einer Prozesskette zur umformtechnischen Herstellung elektromagnetischer Zahnspulen
No full textMit dem aktuell und zukünftig steigenden Bedarf an Elektromotoren werden Fragestellungen zu deren ressourcenschonenden Herstellung und auch effizienteren Betrieb immer zentraler. Eine wichtige Stellgröße ist dabei die Vergrößerung des sogenannten Nutfüllfaktors. Zum einen können dadurch Maschinen kleiner dimensioniert oder bei gleicher Baugröße leistungsfähiger werden. Verschiedene
Fertigungsmethoden können zur Herstellung von Spulen mit hohen Nutfüllfaktoren zur Anwendung kommen, bergen jedoch verschiedene Nachteile wie geringe Produktivität, hohen Energie- und Ressourcenbedarf sowie Einschränkungen in der geometrischen Gestaltungsfreiheit der Einzelwindungen. In der vorliegenden Arbeit wird eine Prozesskette zur umformtechnischen Herstellung von Spulen mit trapezförmiger Querschnittsgeometrie im Nutbereich entwickelt und analysiert. Ausgehend vom Stand der Technik und Wissenschaft werden die für die Funktion der Spule notwendigen Randbedingungen herausgestellt und verschiedene Herstellungsvarianten abgeleitet und bewertet. Nach Auswahl der Vorzugsvariante werden die Einzelprozessschritte durch FE-Umformsimulationen abgebildet und charakterisiert. Die Erkenntnisse fließen in die Konstruktion und Modifikation von Werkzeugen ein, mit welchen im Anschluss experimentelle Untersuchungen durchgeführt werden. Mit der Herstellung von Demonstratorspulen jeweils aus Kupfer und Aluminium werden die Umsetzbarkeit der entwickelten Prozesskette belegt und Gestaltungshinweise für Prozess und Werkzeuge abgeleitet.:Abbildungsverzeichnis IX
Formelverzeichnis XIX
Abkürzungsverzeichnis XXIII
Tabellenverzeichnis XXV
1 Einführung und Motivation 1
2 Stand der Technik 5
2.1 Begriffe zur Spulentechnik 5
2.1.1 Allgemeine Erläuterungen zum Aufbau elektrischer Spulen 5
2.1.2 Elektrotechnische Kenngrößen 8
2.1.3 Nutfüllfaktor 11
2.1.4 Stromverdrängung und Wechselstromverluste 15
2.1.5 Restriktionen für den Statoraufbau 19
2.2 Relevante Herstellungsverfahren für Elektrospulen 23
2.2.1 Urformen 24
2.2.2 Umformen 26
2.2.3 Trennen 34
2.2.4 Fügen 35
2.2.5 Beschichten 39
2.2.6 Bewertung der Fertigungsverfahren und Fazit 40
2.3 Umformtechnische Prozessvarianten zur Erhöhung des Nutfüllfaktors 42
2.3.1 Grundlegendes 42
2.3.2 Verdichtung vorgewickelter Spulen 42
2.3.3 Formgebung von Einzeldrähten mit anschließender Wicklungserzeugung 51
2.4 Zusammenfassung des Standes der Technik 59
3 Zielsetzung 61
4 Geometrisch-technologische Auslegungssystematik 63
4.1 Notwendige Herstellungsschritte 63
4.2 Mögliche Prozessketten und Auswahl einer Vorzugsvariante 64
4.3 Auslegung der Spulengeometrie via CoilCalculator 66
4.4 Geometrische Analyse ausgewählter Herstellungsschritte 71
4.5 Werkstoffphysikalische Einordnung 78
5 Numerische Simulation und Anpassung der Fertigungsfolge 83
5.1 Werkstoffcharakterisierung 83
5.2 FE-Analyse der gewählten Prozesskette 89
5.2.1 Sequenzielles Pressen 89
5.2.2 Biegen 101
5.2.3 Kalibrieren des Wicklungskopfes 106
5.3 Zwischenfazit der Simulationsergebnisse 120
6 Experimentelle Untersuchungen 123
6.1 Vorversuche 123
6.2 Sequenzielles Pressen 127
6.3 Biegen 139
6.4 Kalibrieren des Wicklungskopfes 143
6.5 Zwischenfazit der experimentellen Untersuchungen 150
7 Zusammenfassung und Ausblick 153
Literaturverzeichnis 157
Anlagenverzeichnis 17
Methodische Ansätze zur Analyse biomechanischer Zeitreihendaten
Get PDFDie vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit der Frage inwiefern der Einsatz von Zeitreihenmethoden - also Methoden, die den kontinuierlichen Charakter biomechanischer Zeitreihendaten berücksichtigen - einen aus methodischer Sicht günstigeren Auswertungsansatz darstellt als herkömmliche, diskrete Methoden. Damit liefert die Arbeit einen wichtigen Beitrag zur Überwindung der postulierten Konfidenzkrise biomechanisch-bewegungswissenschaftlicher Forschung, nach der sich die Ergebnisse vieler Studien aufgrund u. a. methodischer Defizite nicht oder nur eingeschränkt reproduzieren lassen. Dabei konnte in drei Teilstudien für verschiedene methodische Bereiche (Inferenzstatistik, Klassifikation, Trenderkennung) gezeigt werden, dass der Einsatz von Zeitreihenmethoden bekannte Probleme diskreter Methoden erfolgreich addressieren kann. Die vorgestellte Arbeit regt über das spezifische Thema hinaus zu einem kritischeren Umgang mit methodischen Aspekten an und zeigt mögliche Lösungsansätze auf
Transdisziplinäre Betrachtung II: Wie beeinflussen mentale Modelle des Menschen die technische Modellbildung und Technikentwicklung?
No full textDie menschzentrierte Industrie der Zukunft wird durch die Zusammenführung transdisziplinärer Sicht- und Arbeitsweisen verschiedener Fachdisziplinen entstehen. Die Veröffentlichungsreihe 'Transdisziplinäre Betrachtungen' fasst wesentliche Themen im Spannungsfeld 'Mensch, Künstliche Intelligenz und Technik' in übersichtlicher Posterform zusammen. Die Betrachtungen dienen der einführenden Darstellung einer ganzheitlich-systemischen Betrachtungsweise des Bereichs „Mensch und Produktion“.
'Transdisziplinäre Betrachtungen II' widmet sich der Frage, wie mentale Modelle des Menschen den Technikentwicklungsprozess und die technische Modellbildung beeinflussen. Grundlegende kognitive Prozesse der menschlichen Informationsverarbeitung werden hierfür weiter spezifiziert. Es wird dargestellt, wie höhere kognitive Verarbeitungsprozesse zur Bildung mentaler Modelle, die die Grundlage der technischen Modellbildung und des Technikentwicklungsprozesses sind, beitragen. Der technische Designprozess wird in Grundzügen dargestellt, ebenso hierfür wesentliche Methoden und Vorgehensweisen. Die technische Realisierung ist das Endergebnis, das die Interaktion mit dem Nutzenden ermöglicht. Die Bildung transdisziplinärer mentaler Modelle auf Seiten der Technikentwickler erlaubt es, den nutzerzentrierten Designprozess adäquater und frühzeitiger in den Technikentwicklungsprozess zu integrieren
Stability and Performance of Model Based Approximate Optimal Control Designs
Get PDFOptimal control denotes a process regulation approach with respect to a specific goal; commonly a cost index defined by the control engineer combining penalties on the process behavior and the required control efforts over an infinite time horizon. These controllers can be constructed in various ways which may include process data and learning strategies. Learning-based control has become a popular approach to optimally controlling complex dynamical processes as the availability of ever more data promotes the use of learning techniques. By mimicking trial-and-error learning, these controllers can be trained to behave optimal. Since learning methods often involve parametric function approximators, only approximate optimal controllers can be found in general, whose performance may then be characterized as an offset to the optimal cost over the infinite horizon. However, quantifying this controller performance requires (asymptotically) stable closed-loops which thus is a primary objective of the control design. Learning-based controllers commonly demand suitably tailored approximator training procedures and/or sufficiently many repetitive training turns to render the closed loop stable. Corresponding stability margins however often depend on the choice of approximator and its properties, which may be undesirable in practice. If present, ensuring constraint satisfaction is another particularly elaborate issue which requires additional care in the control and training design. Furthermore, the use of parametric approximators in combination with a range of different training procedures renders quantified performance estimates for the controller difficult and scarce. To tackle the above concerns, this work merges model-based learning control approaches with classical, non-learning methods. Control Lyapunov function based control as well as model predictive control denote two particular, optimization-based approaches with tuning capabilities to address process specifications and into which learning-based control elements can be embedded. Subsequently, advantages can be drawn from both fields. With the help of control Lyapunov functions and the predictive control framework, this work proposes model-based approximate optimal control designs under the use of learning strategies and investigates their stability and performance properties in an online and offline learning framework. To make guarantees, the non-learning methods and suitable learning paradigms are inspected for relevant properties. A specific focus of the control design is laid on the use of cost approximators which an optimization-based learning controller utilizes for approximate optimal process regulation. Suitable cost approximator training conditions are derived to ensure (practical and asymptotic) closed-loop stability under the respective approximate optimal controller in the presence of possible approximator errors. Additionally, quantified performance estimates of model prediction based learning control are provided, linking the controller performance to training specifications and approximator properties.Optimale Regelung kennzeichnet einen Prozessregelungsansatz mit einem bestimmten Ziel; häufig ein vom Anwender definierter Kostenindex, der Strafen für das Prozessverhalten und den erforderlichen Steuerungsaufwand über einen unendlichen Zeithorizont kombiniert. Diese Regler können auf verschiedene Weise konstruiert werden, wobei Prozessdaten und Lernstrategien einbezogen werden können.
Lernende Regelung ist zu einem beliebten Ansatz für die optimale Steuerung komplexer dynamischer Prozesse geworden, da die Verfügbarkeit von immer mehr Daten den Einsatz von Lerntechniken fördert. Diese Regler können so trainiert werden, dass sie sich optimal verhalten. Weil Lernmethoden häufig parametrische Funktionsnäherungen beinhalten, können im Allgemeinen nur annähernd optimale Regler gefunden werden, deren Performanz als Abweichung zu den optimalen Kosten über den unendlichen Horizont charakterisiert werden kann. Die Quantifizierung dieser Reglerperformanz setzt jedoch (asymptotisch) stabile geschlossene Regelkreise voraus.
Lernende Regler erfordern meist zugeschnittene Trainingsverfahren für den Approximator und/oder ausreichend viele Trainingsläufe, um den Regelkreis stabil zu machen, wobei die Stabilitätsgrenzen unerwünschterweise oft von der Wahl des Approximators und seinen Eigenschaften abhängen. Zudem ist die Sicherstellung der Erfüllung von Nebenbedingungen ein weiteres, besonders aufwändiges Problem, das zusätzliche Sorgfalt beim Entwurf der Regelung und des Trainings erfordert. Darüber hinaus machen parametrische Approximatoren und unterschiedliche Trainingsverfahren Performanzabschätzungen für den Regler schwierig.
Um die oben genannten Probleme zu lösen, werden in dieser Arbeit lernende Regelungsansätze mit klassischen, nicht lernenden Methoden kombiniert. Die auf Control-Lyapunov-Funktionen basierende Regelung sowie die modellprädiktive Regelung bezeichnen zwei spezielle, optimierungsbasierte Ansätze mit Abstimmungsmöglichkeiten zur Berücksichtigung von Prozessspezifikationen, in die lernende Regelelemente eingebettet werden können. In der Folge können Vorteile aus beiden Bereichen gezogen werden. Mit Hilfe von Control-Lyapunov-Funktionen und der prädiktiven Regelung werden in dieser Arbeit modellbasierte optimale Regler unter Verwendung von Lernstrategien konzipiert und ihre Stabilitäts- und Performanzeigenschaften untersucht. Die nicht lernenden Methoden sowie geeignete Lernstrategien werden hierzu auf relevante Eigenschaften untersucht. Ein besonderer Schwerpunkt im Reglerentwurf liegt dabei auf der Verwendung von Kostenapproximatoren. Es werden geeignete Trainingsbedingungen für Kostenapproximatoren abgeleitet, um (praktische und asymptotische) Stabilität des Regelkreises unter dem jeweiligen Regler bei möglichen Approximatorfehlern zu gewährleisten. Darüber hinaus werden quantifizierte Performanzabschätzungen der modellprädiktiven, lernenden Regelung bereitgestellt, die die Reglerperformanz mit Trainingsspezifikationen und Approximatoreigenschaften verknüpfen
Beitrag zur Entwicklung nicht-koaxial gekoppelter, offener Umlaufrädergetriebe am Beispiel des Antriebsstranges einer Orbital-Bearbeitungsmaschine
Get PDFIm Rahmen dieser Arbeit werden Gleichungen und Methoden zur Berechnung nicht-koaxial gekoppelte, insbesondere offener Umlaufrädergetriebe erweitert. Eine Formelsammlungen fasst bekannte und neue Gleichungen für offene und rückkehrende Umlaufrädergetriebe zusammen.
Ein methodischer Ansatz der Getriebesynthese (Ermittlung von Übersetzungen und Zähnezahlen) für derartige, im Dreiwellenbetrieb genutzte Getriebe, wird unter Beachtung definierter Mindestanforderungen entwickelt. Die neuen Berechnungstheorien und Methoden der Getriebesynthese werden am Beispiel der Herleitung optimaler Getriebekonfigurationen für die Antriebsstränge von Orbital-Bearbeitungsmaschinen gezeigt und mittels Systemsimulation verifiziert. Einsatzgrenzen sowie Konstruktionsrichtlinien werden für diese Maschinengattung abgeleitet.:1 Einleitung der Arbeit
2 Grundlagen der Umlaufrädergetriebe
3 Berechnung der Umlaufrädergetriebe
4 Orbital-Bearbeitungsmaschine
5 Getriebesynthese
6 Systemsimulation einer Orbital-Bearbeitungsmaschine
7 Schlussbetrachtungen der Arbeit
AnlagenIn this paper, equations and methods for the calculation of non-coaxially coupled, in particular open planetary gearboxes are extended. A collection of formulas summarizes known and new equations for open and standard planetary gearboxes.
A methodical approach of gear synthesis (determination of ratios and numbers of teeth) for such gearboxes driven in three-shaft operation is developed under consideration of defined minimum requirements. The new calculation theories and methods of gear synthesis are demonstrated using the example of deriving optimal gear configurations for the drive trains of orbital machining centres and verified by means of system simulation. Application limits and design guidelines are derived for this type of machine tool.:1 Einleitung der Arbeit
2 Grundlagen der Umlaufrädergetriebe
3 Berechnung der Umlaufrädergetriebe
4 Orbital-Bearbeitungsmaschine
5 Getriebesynthese
6 Systemsimulation einer Orbital-Bearbeitungsmaschine
7 Schlussbetrachtungen der Arbeit
Anlage
Identifikation und Kontrolle von Fragereihenfolgeneffekten: Entwicklung und Evaluation eines CFA Modells zur Bereinigung messfehlerbedingter Verzerrungen auf Indikatorebene
Get PDFIn der empirischen Forschung gehören Fragebatterien (Sammlungen verschiedener Fragen zu einem gemeinsamen Thema von Interesse) in Umfragen zu den etablierten Instrumenten der Datenerhebung. Die Antworten Befragter auf einzelne Fragen solcher Batterien müssen jedoch nicht zwangsläufig der Wahrheit entsprechen, sondern können durch sogenannte Antwortverzerrungen bewusst oder unbewusst von der eigentlich wahren Antwort abweichen. Eine der bekanntesten Antwortverzerrungen, welche darüber hinaus vielfältig in verschiedenen Studien nachgewiesen werden konnte, ist der Fragereihenfolgeneffekt (kurz: „FRE“). Von einem solchen ist die Rede, wenn die Antwort auf eine nachfolgend gestellte Frage durch die Antwort auf eine vorangegangene Frage beeinflusst wird und die Antwort auf die Folgefrage dadurch systematisch von der eigentlich wahren Antwort abweicht. Um die Entstehungsbedingungen solcher FRE zu identifizieren, wurden verschiedene etablierte Modelle und Theorien des Befragtenverhaltens und der Verhaltensforschung analysiert und hinsichtlich ihrer kleinsten gemeinsamen Nenner verglichen. Hierauf basierend zeigt sich theoretisch fundiert, dass der kognitive Modus der Informationsverarbeitung bei der Beantwortung einer Frage, die Zugänglichkeit von Informationen bezüglich des Objekts der Fragebatterie, sowie das allgemeine Framing der Befragtenrolle maßgebliche Determinanten des Befragtenverhaltens und des Auftretens von FRE darstellen. Um die durch FRE auftretenden Verzerrungen zu bereinigen und um darüber hinaus die konkrete Höhe der FRE und deren Prädiktoren zu quantifizieren, wurde nachfolgend ein CFA Modell entwickelt (das NLC-CFA Modell), welches in der Lage ist, den Einfluss der drei identifizierten Determinanten zu berücksichtigen. Durch die konkrete Berücksichtigung der Determinanten hat das NLC-CFA Modell einen erhöhten Mehrwert gegenüber einem etablierten Modell zur Bereinigung von Antwortverzerrungen (das CFA-MTMM Modell), sowohl hinsichtlich der konkreten Effizienz der Bereinigung, als auch hinsichtlich des Informationsgewinns durch die zusätzliche Quantifizierung des FRE sowie dessen Abhängigkeiten, wie eine umfassende Evaluation des Modells auf Basis mehrerer Monte-Carlo Simulationsstudien zeigt. Das NLC-CFA Modell kann dar-über hinaus situativ adaptiert werden, um beliebige Antwortverzerrungen und nicht nur Verzerrungen durch den FRE zu bereinigen
Optimizing the Automotive Security Development Process in Early Process Design Phases
Get PDFSecurity is a relatively new topic in the automotive industry. In the former days, the only security defense methods were the engine immobilizer and the anti-theft alarm system. The rising connection of vehicles to external networks made it necessary to extend the security effort by introducing security development processes. These processes include, amongothers, risk analysis and treatment steps. In parallel, the development of ISO/SAE 21434 and UN-ECE No. R155 started. The long development cycles in the automotive industry made it necessary to align the development processes' early designs with the standards' draft releases.
This work aims to design a new consistent, complete and efficient security development process, aligned with the normative references. The resulting development process design aligns with the overall development methodology of the underlying, evaluated development process. Use cases serve as a basis for evaluating improvements and the method designs. This work concentrates on the left leg of the V-Model. Nevertheless, future work targets extensions for a holistic development
approach for safety and security.:I. Foundation
1. Introduction
2. Automotive Development
3. Methodology
II. Meta-Functional Aspects
4. Dependability as an Umbrella-Term
5. Security Taxonomy
6. Terms and Definitions
III. Security Development Process Design
7. Security Relevance Evaluation
8. Function-oriented Security Risk Analysis
9. Security Risk Analysis on System Level
10. Risk Treatment
IV. Use Cases and Evaluation
11. Evaluation Criteria
12. Use Case: Security Relevance Evaluation
13. Use Case: Function-oriented Security Risk Analysis
14. Use Case: System Security Risk Analysis
15. Use Case: Risk Treatment
V. Closing
16. Discussion
17. Conclusion
18. Future Work
Appendix A. Attacker Model Categories and Rating
Appendix B. Basic Threat Classes for System SRA
Appendix C. Categories of Defense Method Propertie
Bildung für nachhaltige Entwicklung und nachhaltige Ernährungsbildung in der Grundschule – Eine empirische Untersuchung im Mixed Methods-Design zur Erfassung der Rahmenbedingungen an sächsischen Grundschulen und der Überzeugungen von Lehrkräften zur Umsetzung in Schule und Unterricht
Get PDFDie Ziele für nachhaltige Entwicklung der Vereinten Nationen decken eine Vielzahl an Themen ab und berühren sowohl gesellschaftliche Bereiche als auch umweltpolitische Herausforderungen. Um alle Menschen am Erreichen der Nachhaltigkeitsziele zu beteiligen, ist Bildung für nachhaltige Entwicklung (BNE) von elementarer Bedeutung. Für die schulische Bildung bedeutet dies, dass BNE inzwischen in allen Lehrplänen fest verankert ist. Für die Grundschule gilt der Sachunterricht aufgrund seiner Vielperspektivität als wichtiges Ankerfach. Lernen im Sachunterricht knüpft an das Wissen unterschiedlicher Fachkulturen an und macht ein interdisziplinäres Erfassen der unterschiedlichen Themenbereiche möglich. Gleichzeitig geht das Lernen im Sachunterricht von den Erfahrungen, Interessen und Bedürfnissen der Lernenden aus. BNE berührt die vielfältigen Perspektiven des Sachunterrichts, zu denen auch ernährungs- und konsumbezogene Inhalte zählen. Der Anbau und die Produktion von Nahrungsmitteln, deren Transport, Verarbeitung und Konsum, sind neben gesundheitlichen und kulturellen auch eng mit ökologischen, sozialen und wirtschaftlichen Aspekten verbunden. So sind die zukünftige Sicherstellung ausreichender, nährstoffreicher Nahrungsmittel für die globale Bevölkerung oder die Förderung nachhaltiger Konsum- und Produktionsmuster zentrale Handlungsfelder im Kontext nachhaltiger Entwicklung.
Auch Ernährungsbildung und der damit verbundene Kompetenzerwerb sind bereits eine Aufgabe der Grundschule. Dazu gehört es, auch die Auswirkungen des Konsums und des eigenen Handelns auf Umwelt und Gesellschaft zu reflektieren. Doch wird BNE als Bildungsziel in den ernährungsbezogenen Themenbereichen an Grundschulen auch wirklich berücksichtigt und wenn ja, wie wird es umgesetzt? Dieser zentralen Fragestellung geht die vorliegende Arbeit nach und untersucht, in einer im Mixed Methods-Design angelegten, empirischen Untersuchung, welche Rahmenbedingungen an Grundschulen für eine nachhaltige Ernährungsbildung existieren und welche Überzeugungen Lehrkräfte zu BNE und Ernährungsbildung haben. Exemplarisch wird dies am Beispiel Sachsen aufgezeigt.
Die schulinternen Rahmenbedingungen entscheiden darüber, wie die Bildungsbereiche aufgegriffen und umgesetzt werden. Um zu klären, unter welchen Bedingungen BNE und Ernährungsbildung an sächsischen Grundschulen stattfinden, werden mittels einer empirischen Fragebogen-Studie zunächst deren Verankerung und Umsetzung in der Schule erhoben. Dazu gehören neben der Verankerung von BNE und Ernährungsbildung in den jeweiligen Profilen der Schulen auch die Untersuchung fächerverbindender Unterrichtsprojekte und Ganztagsangebote oder spezifischer Lernorte für Ernährungsbildung. Die Ergebnisse zeigen, dass ein großer Teil der Schulen angibt, BNE und auch Ernährungsbildung im Schulprogramm zu verankern. Wichtige Maßnahmen sind dabei die Verankerung in Unterrichtsprojekten und Ganztagsangeboten. Besonders die praktische Nahrungsmittelzubereitung und der Schulgarten stehen im Fokus dieser Angebote. Gleichzeitig werden Zusammenhänge zu nachhaltiger Ernährung innerhalb dieser Maßnahmen noch sehr wenig berücksichtigt.
Des Weiteren ist die Stärkung von Kompetenzen bei den Lehrenden für die erfolgreiche Verankerung von BNE in Bildungseinrichtungen entscheidend. Neben ihrer fachlichen und fachdidaktischen Qualifikation sind die individuellen und berufsbezogenen Überzeugungen von Lehrpersonen zunehmend in den Fokus der pädagogischen und fachdidaktischen Forschung gerückt. Ihre Untersuchung ist ein wichtiger Baustein bei der Professionalisierung von Lehrkräften. BNE und auch Ernährungsbildung sind vielschichtige Bildungsaufgaben, die erzieherische Aspekte beinhalten, die Auseinandersetzung mit individuellen Einstellungen und Haltungen erfordern oder auch gesellschaftliche Normen und Wertvorstellungen berühren. Umso bedeutsamer ist die Frage, welche Überzeugungen Lehrpersonen zu BNE im Allgemeinen haben und welche Überzeugungen sie gegenüber nachhaltiger Ernährung als Thema im Sachunterricht besitzen. Um dies zu erheben, werden Lehrkräfte in einem qualitativen Untersuchungsansatz über leitfadengestützte Interviews befragt, welche Ansichten sie hinsichtlich des Lehrens und Lernens im Zusammenhang mit BNE und Ernährungsbildung im Sachunterricht haben. Dabei werden zudem personen- und kontextbezogene Überzeugungen erfasst, die die Rolle der Lehrperson in den Blick nehmen und Voraussetzungen an den Schulen thematisieren. Die Interviewtranskripte werden über ein Verfahren der qualitativen Inhaltsanalyse ausgewertet. Dabei zeigt sich, dass besonders ökologische und konsumbezogene Aspekte bei den Lehrkräften sehr präsent sind. Neben Gesundheit stehen Themen wie Lebensmittelkunde, Anbau und Produktion oder Nahrungsmittelzubereitung im Fokus. Lehrkräfte betonen, dass das Lernen im Zusammenhang mit nachhaltiger Ernährungsbildung besonders praxisorientiert und auch kontinuierlich stattfinden muss; die Vermittlung von Werten überwiegt gegenüber einem reflektierenden Umgang mit diesen. Besonders für einen positiven Zugang zu Themen aus dem Bereich BNE werden geeignete Konzepte benötigt. Darüber hinaus sind die Lehrenden und Lernenden selbst sowie der familiäre Hintergrund bei der Schul- und Unterrichtsgestaltung einzubeziehen.
Die Ergebnisse der beiden Untersuchungen werden am Ende der Arbeit noch einmal zusammen betrachtet. Daraus können konkrete Empfehlungen für eine nachhaltige Ernährungsbildung auf bildungspolitischer, institutioneller und unterrichtlicher Ebene abgeleitet werden. Die Arbeit leistet damit einen Beitrag zur Weiterentwicklung in den Bildungsbereichen BNE und Ernährungsbildung innerhalb der Grundschule.:1 Einleitung 1
2 Nachhaltige Entwicklung 5
2.1 Ursprung und Wiederentdeckung der Nachhaltigkeit 5
2.2 Das Leitbild nachhaltiger Entwicklung 15
2.3 Kontroversen nachhaltiger Entwicklung 21
3 Bildung für nachhaltige Entwicklung 25
3.1 Geschichtliche Entwicklung eines vielfältigen Bildungsansatzes 25
3.2 Konzeptionelle Grundlagen und Prinzipien 30
3.3 Kompetenzen für eine Bildung für nachhaltige Entwicklung 35
3.4 Schulen als nachhaltige Lernorte 43
4 Nachhaltige Ernährung als Beitrag zur nachhaltigen Entwicklung 45
4.1 Dimensionen und Leitlinien einer nachhaltigen Ernährung 46
4.2 Die Planetary Health Diet 59
4.3 Ernährungsverhalten und Lebensmittelkonsum unter dem Nachhaltigkeitsaspekt 61
5 Ernährungsbildung und Bildung für nachhaltige Entwicklung 65
5.1 Von der Haushaltslehre zur Ernährungs- und Verbraucherbildung 66
5.2 Konzeptionelle Grundlagen und Rahmenbedingungen der Ernährungsbildung 68
5.3 Kompetenzen der Ernährungsbildung 73
5.4 Ernährungsbildung in der Aus- und Fortbildung der Lehrkräfte 78
5.5 BNE und nachhaltige Ernährungsbildung im Sachunterricht 80
6 Überzeugungen von Lehrpersonen 87
6.1 Begriffsbestimmung und Begriffsentstehung 87
6.2 Merkmale berufsbezogener Überzeugungen von Lehrpersonen 89
6.3 Systematisierung berufsbezogener Überzeugungen 91
7 Forschungsstand zum Verständnis von Nachhaltigkeit, BNE, nachhaltiger Ernährung und Ernährungsbildung 101
7.1 Verständnis von Nachhaltigkeit und BNE 101
7.2 Verständnis von nachhaltiger Ernährung und Ernährungsbildung 103
8 Empirie 107
8.1 Quantitative Befragung von Schulleitungen an Grundschulen 107
8.2 Ergebnisse der quantitativen Befragung 114
8.3 Qualitative Interviews mit Grundschullehrkräften 124
8.4 Ergebnisse der qualitativen Interviewstudie 144
8.5 Diskussion der Ergebnisse 178
8.6 Reflexion der Methoden 191
9 Zusammenfassung und Ausblick 195
9.1 Bedeutung der Ergebnisse für Schule und Unterricht 195
9.2 Offene Fragen und weitere Forschung 199
Abkürzungen 199
Abbildungsverzeichnis 203
Tabellenverzeichnis 205
Literaturverzeichnis 207
Anhang 22