Masterarbeit: Warum versagen Wälzlager in Windenergieanlagen frühzeitig? Numerische Analyse spannungserhöhender Effekte elektro-erosiver Oberflächenschädigungen

Das Institut für Maschinenelemente und Systementwicklung (iMSE) erforscht zusammen mit dem Chair for Wind Power Drives (CWD) das Verhalten von Antriebssystemen in modernen Multimegawatt-Windenergieanlagen. Forschungsziele sind die Steigerung der Verfügbarkeit, der Robustheit und der Energieeffizienz der Windenergieanlagen sowie die Senkung der Stromentstehungskosten.
Ausfälle von Getrieben in Windenergieanlagen werden in rund 76 % der Fälle durch Schäden von Wälzlagern verursacht. Ein Großteil tritt dabei bereits bei 1 – 20 % der errechneten Lagerlebensdauer ein. Werde Teil der Lösung dieses Problems! Elektrische Belastungen, verursacht durch Ströme aus Generatoren und Umrichtern, sind oft die unsichtbare Ursache für vorzeitige Ausfälle von Wälzlagern.
Ziel deiner Arbeit ist die numerische Untersuchung der Spannungszustände in Wälzlagern infolge elektrisch induzierter Oberflächenschädigungen. Dazu wird ein Wälzlager oder ein repräsentatives Lagersegment mittels der Finite-Elemente-Methode abgebildet und der Einfluss elektroerosiver Krater auf lokale Spannungsüberhöhungen analysiert. Die Simulationen dienen der quantitativen Erfassung der spannungserhöhenden Wirkung elektrisch induzierter Oberflächenveränderungen. Die gewonnenen Ergebnisse liefern wichtige Erkenntnisse für ein verbessertes Verständnis der Ursachen vorzeitiger Lagerausfälle in Windenergieanlagen.

Aufgaben:

• Du modellierst ein Wälzlager bzw. ein repräsentatives Lagersegment mit der Finite-Elemente-Methode
• Du schaffst die Möglichkeit reale, gemessene 3D-Oberflächenstrukturen in das numerische Modell zu integrieren
• Du untersuchst den Einfluss dieser Oberflächenstrukturen auf lokale Spannungsüberhöhungen
• Auf Basis der FE-Simulationen leitest du eine vereinfachte Beschreibung der spannungserhöhenden Wirkung von Oberflächenstrukturen unter Berücksichtigung wesentlicher Einflussfaktoren ab

Voraussetzung:

• Analytisches Denkvermögen und Problemlösungsfähigkeit
• Motivierte und strukturierte Arbeitsweise
• Interesse an numerischen Simulationen sowie die Bereitschaft zur Einarbeitung in die Finite-Elemente-Methode
• Bereitschaft zur Einarbeitung in Abaqus; Vorerfahrungen sind von Vorteil, aber nicht zwingend erforderlich

Wir bieten:

• Arbeit in klimatisierten, modern ausgestatteten HiWi-Räumen
• Intensive und persönliche Betreuung während der gesamten Abschlussarbeit
• Einstieg in ein hochaktuelles, interdisziplinäres Forschungsfeld
• Möglichkeit zur Publikation relevanter Ergebnisse
• Die Möglichkeit, einen konkreten Beitrag zur klimaneutralen Energiezukunft zu leisten

Auf deine aussagekräftige Bewerbung per E-Mail freut sich:

Peter Rößler, M. Sc. RWTH
Institut für Maschinenelemente und Systementwicklung

Schinkelstraße 10, 52062 Aachen
peter.roessler@imse.rwth-aachen.de