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Entwicklung eines Prüfverfahrens zur Beurteilung der Hochgeschwindigkeitsstabilität von Motorrädern
(1991)
Ziel des Forschungsvorhabens war die Erarbeitung eines Prüfverfahrens, welches die objektive Beurteilung der Hochgeschwindigkeitsstabilität von Motorrädern ermöglicht. Insgesamt beteiligten sich 17 Fahrer an den Fahrversuchen, die auf der Hochgeschwindigkeitsstrecke eines Prüffeldes erfolgten. Zum Einsatz kamen vier Motorradmodelle, von denen zwei jeweils mit und ohne Gepäck erprobt wurden. Ein eindeutiger Zusammenhang zwischen der Hochgeschwindigkeitsstabilität von Motorrädern und grundlegenden Fahrerparametern war nur in einem Punkt zu erkennen: Oberhalb einer im Zusammenhang mit den Untersuchungen ermittelten Mindestfahrerfahrung kann ein Einfluss weitergehender Fahrerfahrung ausgeschlossen werden. Die anderen untersuchten, objektiv leicht messbaren Fahrerparameter waren Körpergröße und Masse. Eindeutig isolierbare Zusammenhänge zwischen der Pendeldämpfung und einem dieser Werte waren nicht festzustellen. Bei einem der beiden mit Gepäck untersuchten Motorrädern wurde in Analogie zu früheren Untersuchungen ermittelt, dass die Zuladung die Pendeldämpfung reduziert. Bei Mitnahme eines Beifahrers stellten sich höhere Dämpfungsgrade ein als bei den überwiegend durchgeführten Solofahrten. Das vorgeschlagene Prüfverfahren basiert größtenteils auf den Ergebnissen früherer Untersuchungen und enthält eine engere Beschreibung des einzusetzenden Versuchsfahrers. Weiterhin wurde zusätzlich die Beladung mit Gepäck im üblichen Rahmen in den vorgeschlagenen Prüfungsablauf aufgenommen.
Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines numerischen Modells des menschlichen knöchernen Thorax, das insbesondere altersabhängige geometrische Faktoren berücksichtigt. Dieses Modell soll sowohl die männliche als auch die weibliche Population der über 64-Jährigen repräsentieren und eine an diese Altersgruppe angepasste Verletzungssimulation ermöglichen. Die vorliegende Studie identifiziert zunächst an Hand eines Kollektivs aus 126 postmortem und 40 klinischen computertomografischen Schnittbildaufnahmen eine ganze Reihe geometrischer Parameter, die sich mit dem Alter verändern. Zu den untersuchten Parametern gehören sowohl Winkel der Rippen im Raum und innerhalb des Rippenbogens, eine detaillierte Erfassung von Parametern der einzelnen Rippe (Querschnittsfläche, Krümmung, Longitudinale Verdrillung), Parameter der Wirbelsäule als Ganzes (Skoliose, Kyphose, Rotation) und einzelner Wirbel sowie des Brustbeins. Weiterhin wurden die Grundmasse des ganzen Thorax (Thoraxtiefe, Thoraxbreite) untersucht. Die hier gefundenen Altersabhängigkeiten dienten als Eingabeparameter zur Erstellung von insgesamt neun aus dem Menschmodell THUMS 3 gemorphter alter und junger Finite-Elemente Thoraxmodelle. Implementiert wurden hierbei sowohl Durchschnittsmaße als auch extreme Maße. Die Ergebnisse zeigen mehrere sich im Alter signifikant verändernde Parameter. Als wichtigste unter ihnen sind eine Zunahme der Thoraxtiefe und Thoraxbreite im Alter, die signifikante Veränderung einiger Rippenwinkel im Raum sowie der Krümmung der sechsten und siebten Rippe zu nennen. Zudem wird die Wirbelsäulenform kyphotischer und das Sternum am Übergang zwischen Manubrium und Corpus sternii gewinkelter. Die Menschmodelle THUMS 3, THUMS 4 und HUMOS 2 sind weder als typisch alt, noch typisch jung einzuordnen, dies unterscheidet sich teils von Parameter zu Parameter. Die auf Basis der Geometrie-Inputdaten durchgeführten Finite-Elemente Simulationen zeigen einen deutlichen Einfluss der zunehmenden Thoraxtiefe im Alter auf die posteriore Kraft an der Auflagefläche der Rippen sowie die Spannungsverteilung entlang der Rippen. Sie wirkt sich jedoch entgegen der Erwartungen protektiv aus und dominiert andere Faktoren wie die unterschiedlichen Rippenwinkel. Abschließend betrachtet wird ein Menschmodell, welches das 75. Perzentil der alten Bevölkerung repräsentiert, als ausreichend aussagekräftig hinsichtlich der im Alter veränderten Geometrie klassifiziert und gleichzeitig als mit angemessenem Aufwand realisierbar angesehen. Es wird daher für die Bewertung von Sicherheitssystemen empfohlen.
Untersuchung der Eignung von Gesteinsmehlen als Füller zur Herstellung von Asphaltbetondeckschichten
(1982)
In der Asphalttechnologie gab es bei der Beurteilung von Gesteinsmehlen und anderen feinkörnigen Stoffen für die Herstellung von bituminösem Mischgut unterschiedliche Auffassungen. Die Ursachen für diese Schwierigkeiten wurden insbesondere in uneinheitlichen Prüfverfahren, aber auch in der Aussagekraft einzelner Prüfverfahren selbst hinsichtlich der Bedeutung der granulometrischen feinsten Mineralstoffe im Asphalt vermutet. Somit war es naheliegend, verschiedene Gesteinsmehle und Mischungen daraus sowohl im Laboratorium als auch auf der Straße unter Verkehrs- und Witterungsverhältnissen zu untersuchen und zu beurteilen. Die Auswahl der elf Gesteinsmehle wurde bewusst darauf abgestimmt, solche mit unterschiedlich zu erwartendem Verhalten zu untersuchen; man folgte hierbei dem Gedanken, auch solche Gesteinsmehle für die Herstellung des Mischgutes zu verwenden, die kritisch wegen der Quellfähigkeit beurteilt wurden. Bei den Untersuchungen hatte man erwartet, dass eine vollständige Beurteilung von Gesteinsmehlen für Deckschichten aus Asphaltbeton allein auf Grund von labormäßigen Prüfverfahren möglich ist. Diese Erwartungen haben sich nicht bestätigt. Die bisherige Erfahrung über die stabilisierende Wirkung von Gesteinsmehlen wurde erneut durch einige Prüfverfahren erwiesen. Gemäß den Forderungen der Technischen Vorschriften und Richtlinien bezüglich der quellfähigen Bestandteile konnten einige Tendenzen bei den Versuchen im Laboratorium beobachtet werden, die bei der gegebenen Spreizung der Ergebnisse zunächst einen Anlass boten, das eine oder andere Gesteinsmehl zukünftig von der Verwendung bei der Herstellung von Mischgut für Deckschichten aus Asphaltbeton auszuschließen. Nachdem die Ergebnisse aus den Feldversuchen jedoch vorliegen und diese fast gleichartiges Verhalten in den Gebrauchseigenschaften anzeigen, ist ein solcher Anlass nicht gegeben.
Bei Gabionen handelt es sich um verfüllte Drahtbehälter. Die Festigkeit und Steifigkeit beziehen Gabionen aus der Interaktion des Verfüllmaterials und der Drahtbehälter. Die äußere Standsicherheit von Gabionen wird mit etablierten und in der Praxis bewährten Verfahren nach DIN EN 1997-1 nachgewiesen. Im Einzelnen sind die Nachweise der Sicherheit gegen Kippen, Gleiten in der Sohlfuge, Gleiten in den Lagerfugen, Grundbruch und Geländebruch zu erbringen. Gemäß dem "Merkblatt über Stützkonstruktionen aus Betonelementen, Blockschichtungen und Gabionen" der FGSV (Merkblatt 555) ist die innere Standsicherheit rechnerisch oder über Belastungsversuche nachzuweisen. Belastungsversuche zur Bestimmung der inneren Tragfähigkeit wurden in der Vergangenheit kaum durchgeführt, weil sie nicht ohne weiteres von einem spezifischen Anwendungsfall auf einen anderen Anwendungsfall übertragbar sind. Bei den Versuchen wurden stets nur die Druckfestigkeiten des untersuchten Systems messtechnisch erfasst, nicht jedoch die Kraftverläufe in der Gabione nachvollzogen. Zur Abschätzung der inneren Tragfähigkeit von Gabionen existieren theoretische Modelle, deren Repräsentativität für die in-situ Bedingungen nicht nachgewiesen sind. Mit diesem Hintergrund wurde im Rahmen des Forschungsvorhabens ein Konzept zur Durchführung von grundlegenden Belastungsversuchen an Stützkonstruktionen aus Gabionen entwickelt. Ziel der Belastungsversuche ist die phänomenologische Beschreibung der Spannungstrajektorien innerhalb der Gabione, um die vorhandenen Rechenmodelle zu bestätigen, weiterzuentwickeln oder zu verwerfen. Grundsätzlich wird dabei zwischen Belastungsversuchen an Einzelgabionen zur Beschreibung des Tragverhaltens einer Gabione und Belastungsversuchen an Stützbauwerken aus mehreren gestapelten Gabionen zur Erfassung des Systemtragverhaltens mehrerer Gabionen unterschieden. Die Empfehlungen zur Versuchsdurchführung umfassen das jeweilige Versuchsprogramm einschließlich der Versuchsanordnung, der Abmessungen und Füllungen der Gabionen sowie die Belastungsprozedur und die messtechnische Ausrüstung.
Das von der Generaldirektion (DG) XII der Kommission der EU geförderte Projekt umfasst drei Teile: (1) Eine Literaturstudie über mechanische Prüfungen an Gesteinskörnungen, die ergab, dass bei der Festigkeit der Los Angeles-Versuch als Referenzverfahren für Widerstand gegen Zertrümmerung geeignet ist. (2) Eine Serie von Ringanalysen (1993 bis 1997), die 20 Prüfverfahren zu 21 Eigenschaften von Gesteinskörnungen umfasste, unter Beteiligung von rund 50 europäischen Prüfstellen. Zu 19 Ringanalysen wurden ausführliche Berichte erstellt, die eine Beschreibung des Ringversuchs, eine statistische Auswertung einschließlich Versuchsergebnissen und die gewonnenen Präzisionsangaben enthielten. Die Berichte schlugen für einige Verfahren Verbesserungen vor und ermöglichten jeder teilnehmenden Prüfstelle, die eigene Leistung zu kontrollieren. Ein Ringversuch zur Petrographie wurde beschreibend ausgewertet. Ein Überblick über die Prüfverfahren mit dem Versuch einer Wertung ihrer Präzision wurde gegeben: Verfahren mit zufriedenstellender Genauigkeit wurden ebenso aufgezeigt wie solche, bei denen noch Schwierigkeiten vorhanden sind. Faktoren, die zur Streuung der Ergebnisse beitragen, wurden diskutiert und mögliche Verbesserungen vorgeschlagen. (3) Eine Studie über Probenahme unter unterschiedlichen Bedingungen untersuchte den Probenahmefehler, der durch Schwankungen der Produktion sowie durch die Probenahme selbst verursacht wird. 22 Probenahmen, von Transportbändern und verschiedenartigen Halden, die meisten in der Praxis vorkommenden Fälle umfassend, wurden durchgeführt. Die Proben unterschieden sich in Größtkorn, Kornabstufung und Art der Gesteinskörnung. An ihnen wurden insgesamt 575 Siebungen und 958 Ausleseversuche ausgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass, wenn der Probenahmefehler den Fehler des Prüfverfahrens nicht überschreiten soll, Sammelproben aus mindestens 15 Einzelproben bestehen sollten. Im Falle der Probenahme vom Band, die zu bevorzugen ist, stellt eine große Einzelprobe eine annehmbare Alternative dar, sofern die Produktion die Zusammensetzung der Körnung gut kontrolliert.
Wegen der wachsenden Verbreitung von Fahrradanhängern zum Kindertransport und der möglichen Unfallgefährdung ist im vorliegenden Forschungsprojekt deren passive Sicherheit untersucht worden. Zudem wurde der Frage nachgegangen, ob der Transport von Kindern im Fahrradanhänger sicherer ist als mit dem Fahrrad mit Kindersitzen. In Absprache mit Herstellern und Vertreibern wurden verschiedene Untersuchungen durchgeführt. Es handelte sich um Anprallversuche (Anfahrversuche), Rollwagenversuche (Schlittenversuche) sowie Kopffreiheitsprüfungen und Fallversuche. Bei den Versuchen waren die Prüfobjekte mit einem oder zwei Dummies besetzt, die mit Messdatenaufnehmern ausgestattet waren. Verschiedene Messdaten, zum Beispiel Kopf- und Brustbeschleunigung, wurden erfasst und ausgewertet. Zusätzlich wurde das Kopfschutzkriterium (HPC) berechnet und bewertet. Entstandene Schäden an den Prüfobjekten wurden aufgenommen und durch Fotos dokumentiert. Die Versuchsabläufe selbst wurden mit Hochgeschwindigkeitskameras aus verschiedenen Positionen aufgezeichnet. Beim Anfahrversuch mit einem Pkw gegen ein Gespann aus Fahrrad und Anhänger waren direkte Anstöße der Anhängerinsassen an die Pkw-Front zu erkennen. Die Beschleunigungswerte waren dabei relativ hoch. Anstöße gegen Anhängerinnenteile waren bei fast allen Versuchen zu beobachten. Teilweise wurden Radaufhängungen und Radnaben beschädigt. Durch die Rollwagenversuche wurden konstruktive Schwächen bei den Sitzen und Rückhaltesystemen festgestellt. Nähte, Befestigungen und Verstellösen wurden zerstört. Es stellte sich heraus, dass die Qualität des Gurtsystems, die Steifigkeit des Anhängeraufbaus, die Sitzposition der Kinder und die vorhandene Kopffreiheit ausschlaggebend für das Verletzungsrisiko der Insassen sind. Bei den Versuchen mit Fahrradsitzen ergaben sich hohe Beschleunigungswerte durch den direkten Kontakt des Radfahrers mit der Fahrzeugfront und/oder der Fahrbahn. Das Gewicht des Radfahrers, des Fahrrades und auch Fahrradteile bergen ein erhöhtes Verletzungsrisiko für das Kind. Zusätzlich besteht die Gefahr überfahren zu werden, wenn das Kind nach dem Sturz des Fahrrades ungeschützt auf der Fahrbahn liegt. Ein direkter Vergleich der beiden Transportmöglichkeiten war aufgrund der geringen Daten der Versuche mit Fahrradkindersitzen nur bedingt möglich. Tendenziell ist der Transport der Kinder im Fahrradanhänger als weniger gefährlich zu bewerten. Es werden die Vor- und Nachteile dargestellt. Zur Bewertung der Sicherheit von Fahrradanhängern wurden die folgenden Prüfmethoden erarbeitet: - Pendelschlagprüfung für die gesamte Chassisstruktur; - Kopffreiheitsprüfung; - Belastungsprüfung der Aufbaustruktur; - Festigkeitsprüfung der Gurtsysteme. Die Prüfungen sind so aufgebaut, dass sie mit einfachen Mitteln durchzuführen sind. Es sollte somit jedem Anhängerhersteller möglich sein, die passive Sicherheit seiner Produkte umfassend zu untersuchen. Die Prüfverfahren für die Sicherheitsbewertung sollen in eine DIN-Norm und in das Merkblatt für Fahrradanhänger einfließen. Der Original-Forschungsbericht enthält einen umfangreichen Fotoband zu den Einzelheiten der Versuche und Versuchsaufbauten sowie zu den Beschädigungen der Prüfobjekte und kann bei der BASt eingesehen werden.
Although the bus belongs to the safest traffic means, single accidents can be particularly severe and concern many passengers. Especially in case of fires a high number of injured and killed persons can be the outcome. Fire safety of buses therefore is of high importance. With the increase of plastic materials as a material for the interior equipment of buses and coaches due to their good mechanical properties combined with low weight, the question arises whether the safety level has decreased in case of a fire during the last years " also compared to other means of transport. Because of the combustible plastics and their ability to release a high amount of heat the main fire load in buses is no longer the fuel but the plastic materials which are also often easy to ignite. Besides the flammability of the equipments, also the production of smoke, the smoke development and propagation as well as its toxicity are of interest. That counts for the passengers as well as for the test methods and its limit values. The severe fire in Germany near Hanover in 2008 with 20 fatalities showed how disastrous such fires can be. For those reasons several research projects were initiated on behalf of the German Federal Highway Research Institute. At the one hand the fire behaviour of coach interiors was examined in general focusing on fire propagation as well as fire detection and signalling. As result, recommendations with regard to early fire detection systems for the engine compartments and onboard extinguishing equipment were elaborated. On the other hand research was carried out to examine heat release, smoke, smoke propagation and its toxicity due to burning bus interior materials. In this project small and real scale experiments on material specimens, interior parts and vehicles were performed. Trains and buses often have very similar operation conditions. Consequently, bus interior material was tested according to the regulations for rail vehicles, i.e. DIN EN 45545 as well as DIN 5510. None of the tested bus interior materials would have been allowed to use in a train. The fire safety regulations for bus materials are on a low level compared to other transport sectors, i.e. railway, ship and aircraft. Also numerical investigations with the Fire Dynamics Simulator (FDS) were performed. The very rapid fire development during the severe bus fire from 2008 could be predicted with the numerical model. The model was then used to investigate the influence of different materials, ventilation conditions and ignition sources. The bus materials contribute significantly to a very rapid fire development in bus fires. Especially, the flammable ceiling and the passenger seats were identified to be key issues of the fire propagation in a bus and can be explained by the rapid fire spread along the ceiling and the high fire load of passenger seats. As conclusion of the project effective and economically reasonable fire safety requirements for interiors of buses are recommended which would improve the current situation. Proposals for amendments of current requirements are recommended including the specification of appropriate limit values. In particular, it is taken into consideration which reasonable fire safety standards from other transport sectors, especially the rail sector, should be transferred to buses
Fahrerassistenzsystemen mit Umfeldwahrnehmung wird ein hohes Potenzial zur Unfallvermeidung zugeschrieben, wenn diese umfassender und intensiver in die Fahrdynamik von Fahrzeugen eingreifen und weiter vernetzt werden. Diese erweiterten Eingriffsmöglichkeiten erzeugen auch neue Risiken, welche vor der Genehmigung und Zulassung für den öffentlichen Straßenverkehr abgesichert werden müssen. Neuartig ist bei diesen Systemen, dass sie nur über eine Situationsrepräsentation die unfallvermeidenden Handlungen ableiten können. Somit kommt zum Risiko des Versagens von Systemkomponenten, das bereits durch die ISO 26262-Norm zur funktionalen Sicherheit adressiert ist, das Risiko aufgrund einer falschen Interpretation auftretenden, nicht situationsgemaessen Auslösung, z. B. durch Situationskonstellationen, die bei der Entwicklung nicht berücksichtigt wurden und daher in den Funktionsspezifikationen nicht enthalten sind. Um die Anforderungen an Absicherungsmethoden für diese Assistenzsysteme zu identifizieren, werden diese zusammengestellt und der Absicherungsaufwand mit bestehenden Methoden, bspw. aufbauend auf den Anforderungen der ISO 26262, bestimmt. Die Analyse zeigt, dass bisherige Ansätze sowohl hinsichtlich der objektiven Nachweisbarkeit der Vollständigkeit der theoretisch möglichen Situationen Lücken aufweisen als auch hinsichtlich des Umfangs der notwendigen Spezifikationen und deren Prüfung in Versuchen. Aufgrund des daher zu erwartenden Aufwands für den Nachweis eines sicheren Verhaltens der Systeme sind eine Priorisierung von Fahrsituationen und die Gewährleistung einer hohen Übertragbarkeit von Bewertungsergebnissen notwendig. Um die Vollständigkeitsproblematik zu adressieren, wird ein Ansatz vorgestellt, der eine objektive Bewertung und den Vergleich von Fahrsituationen ermöglicht. Abschließend werden die Erkenntnisse zusammengefasst und notwendige weitere Schritte für die Schaffung einer einheitlichen Absicherungsstrategie für Fahrerassistenzsysteme abgeleitet.
Im Zuge von Nachrüstungsarbeiten konnten Kunststoffdichtungsbahnproben (KDB) aus fünf deutschen Straßentunneln entnommen werden. Im Rahmen des Forschungsvorhabens FE 15.461/2008/ERB "Materialeigenschaften von Kunststoffdichtungsbahnen bestehender Straßentunnel" beauftragte das Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS), vertreten durch die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt), die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), die ausgebauten KDB-Proben systematisch zu untersuchen. Die Kunststoffdichtungsbahnen waren zwischen 10 und 23 Jahren in den jeweiligen Straßentunneln eingebaut. Im ersten Schritt wurden die Materialeigenschaften der KDB-Proben mit dafür geeigneten Methoden charakterisiert, wie Thermischen Analysen (DSC,OIT), Dichtebestimmung, Zugprüfung (mechanischen Eigenschaften), Ermittlung des Stabilisatorgehalts (ICOT), der Dicke der KDB sowie der Qualität der Fügenaht und der geotextilen Schutzschicht. Im Verlauf des Vorhabens wurden Bergwasserproben aus den Straßentunneln entnommen und analysiert. Der Auftraggeber übermittelte der BAM die Ergebnisse zur Auswertung. Bei der Entnahme wurden folgende Parameter vor Ort bestimmt: Entnahmetemperatur, pH-Wert sowie partiell der Sauerstoffgehalt. Im Prüflabor wurden dann die Bestimmung der Leitfähigkeit und die Elementaranalyse mittels ICP-OES zur Bestimmung der Metallionenkonzentration (u. a. Eisen, Mangan und Kupfer)durchgeführt. Zusätzlich wurden weiterführende Versuche zur Oxidationsbeständigkeit im Autoklaven in Anlehnung an DIN EN ISO 13438 durchgeführt, um den Einfluss von Metallionen auf die oxidative Beständigkeit zu untersuchen. Mit Hilfe der Daten aus der Bergwasseranalyse wurde ein geeignetes Modellmedium entwickelt, die im Autoklaventest an einem bereits ohne Metallionen untersuchten Produkt (Produkt II, FE 15.449/207/ERB) erprobt wurden. Die aus diesem Forschungsprojekt entstehenden neuen Erkenntnisse sollen in die aktuelle Normungs- und Gremienarbeit eingebracht werden.
Der vorliegende Bericht beschreibt Konzepte für eine intelligente Brücke auf der Grundlage einer zuverlässigkeitsbasierten Zustandsbewertung unter Berücksichtigung von Bauwerksinformationen, welche aus Prüfungen, Inspektionen und Überwachung gewonnen werden. Das Brückensystem wird durch ein Modell beschrieben, welches den zentralen Teil des Konzeptes darstellt. Das Modell wird in Schädigungsmodelle und ein Tragwerkssystem-Modell unterteilt. Dieses Modell wird a-priori durch die Eingangsdaten (welche etwa die Geometrie, die Materialien und die Verwendung der Brücke beschreiben) charakterisiert. Aus diesen ergeben sich dann auch die Ausgangsmodelle. Um die signifikanten Streuungen und Unsicherheiten adäquat abzubilden sind diese Modelle probabilistisch. Das Modell liefert eine sich kontinuierlich ändernde probabilistische Zustandsbewertung. Die Zustandsbewertung gibt eine Aussage über den Zustand und die Zuverlässigkeit des Brückensystems und seiner Bauteile und dient als Grundlage für die Planung und die Optimierung von Maßnahmen. Die Verwendung von Resultaten aus Inspektionen, Prüfungen und Überwachungen erfolgt durch eine Aktualisierung der Modellparameter. Die Aktualisierung beruht auf der Methode der Bayes'schen Aktualisierung und wird auf der Grundlage der entwickelten Klassifizierung der Bauwerksinformationen mit entsprechenden Methoden durchgeführt. Dieses Verfahren erlaubt es, alle Informationen in konsistenter Weise in ein einziges Modell einfließen zu lassen. Dabei wird die Genauigkeit und Aussagekraft der gewonnenen Daten und Beobachtungen explizit berücksichtigt. Durch die Aktualisierung der Modellparameter unter Berücksichtigung von Systemeffekten wird die Zustandsbewertung der Bauteile und des Brückensystems aktualisiert. Das ermöglicht die Planung und die Optimierung von Maßnahmen unter Berücksichtigung der Bauwerksinformationen. Auf diese Weise wird die intelligente Brücke mit Inspektionen und Überwachungen zu einem adaptiven System, welches sich Veränderungen anpassen kann.