Durch den verstärkten Ausbau der Windenergie führen aktuelle Entwicklungstrends zur Steigerung der Größe und Leistungsdichte von Windenergieanlagen. Hierdurch erhöhen sich die Anforderungen an die eingesetzten Großwälzlager, die beispielsweise als angestellte Kegelrollenlager sogenannte 2TRB Lagerungen als Rotorwellenhauptlager eingesetzt werden.
Im Gegensatz zu Wälzlagern kleinerer Bauart, deren Auslegung primär auf die Laufbahnlebensdauer (DIN 26281) fokussiert ist, sind bei Großwälzlagern weitere Schadensmechanismen für die Auslegung maßgeblich. Neben der klassischen Wälzermüdung muss die Strukturfestigkeit der Lagerringe, der sichere Sitz der aufgeschrumpften Lager auf der Welle sowie die Interaktion von Wälzkörper, Wälzlagerkäfig und Laufbahn hinsichtlich dynamischer Betriebszustände Berück-sichtigung finden.
Die Auslegung von Wälzlagern beginnt mit der Auswahl der auslegungsrelevanten Lastfälle ausgehend von Lastzeit-reihen. Diese Lastzeitreihen liegen in Form zeitlich diskretisierter Lastzeitinformationen vor, welche mehrere Millionen einzelner Belastungszustände abbilden. Da es nicht wirtschaftlich abbildbar ist, die Gesamtheit dieser Belastungszustände in detaillierten FE-Simulationen abzubilden, gilt es, aus der Vielzahl der ursprünglichen Lasten eine reduzierte Anzahl an statischen und / oder dynamischen Lastzuständen je Schadensmechanismus abzuleiten, welche die Auslegung der Lagerkomponente auf Basis der entsprechenden Regelwerke und Grundlagen ermöglicht.
Ziel dieser Abschlussarbeit ist es, zunächst eine Literaturrecherche in Bezug auf (i) Regelwerke für die Auslegung der Komponenten von Wälzlagerungen in Windenergie wie etwa IEC 61400, DNV-GL Rules etc. und (ii) aktuelle wissenschaftliche Veröffentlichungen zur Verarbeitung von Lastzeitreihen für die verschiedenen Schadensmechanismen durchzuführen. Im nächsten Schritt erfolgt die Konzipierung, Entwicklung und Umsetzung eines numerischen Modells zur Ableitung der entsprechenden Belastungsdaten. Abschließend soll im Rahmen einer Sensitivitätsanalyse auf Basis von ausgewählten Projekten herausgearbeitet werden, wie sich Eingabeparameter bzw. modellseitige Randbedingungen auf das Berechnungsergebnis auswirken.
Aufgaben:
- Literaturrecherche zur Auslegung von Wälzlagern in der Windenergie und zur Verarbeitung von Lastzeitreihen für verschiedene Schadensmechanismen
- Softwareseitige Entwicklung eines numerischen Modells (bspw. in MATLAB) zur Ableitung der Belastungsdaten
- Sensitivitätsanalyse zur Bewertung von Eingabeparametern und modellseitigen Randbedingungen
Voraussetzung:
- Selbstständige und eigenverantwortliche Arbeitsweise
- Interesse an Windenergie, Antriebstechnik und Wälzlager
Wir bieten:
- Industrienahe Thematik mit klarer Relevanz sowie die Möglichkeit der Mitgestaltung einer klimaneutralen Zukunft
- Wissenschaftliches Arbeiten in einem hoch motivierten, interdisziplinären Team
- Kontakt zur Industrie und Zusammenarbeit mit anderen Forschungsstätten
- Möglichkeit zur Promotion im Zuge der Bearbeitung von Forschungsprojekten
Auf deine aussagekräftige Bewerbung per E-Mail freut sich:
Emircan Yazici, M. Sc. RWTH
Chair for Wind Power Drives
Campus-Boulevard 61, 52074 Aachen
emircan.yazici@cwd.rwth-aachen.de
Bachelor- / Masterarbeit: FEM-Simulation von strukturoptimierten 6-Achs-3D-Druck Bauteilen
Das Institut für Maschinenelemente und Systementwicklung der RWTH Aachen erforscht interdisziplinär ein breites Spektrum aktueller, zukünftiger forschungs- sowie industrierelevanter Fragestellungen. Der Bereich Systems Engineering – Design Methodology des MSE befasst sich insbesondere mit Methoden des Model Based Systems Engineering (MBSE) als zentrales Element künftiger, industrieller Produktentstehungsprozesse.
Im Rahmen des Forschungsprojekts FunkDAF (Funktional determinierte Additive Fertigung) wird der konventionelle FLM-3D-Druckprozess grundlegend neu gedacht. Durch einen schichtlosen funktional determinierten 6-Achs-3D-Druck soll die Bauteil-Performance signifikant gesteigert werden. Durch die Entwicklung eines modellbasierten Produktentstehungsprozesses von der Bauteilgenerierung über die Pfadplanung bis zur Fertigung können Bauteilfestigkeit und Wirkflächenqualität gegenüber konventionellen FLM-Prozessen optimiert werden.
urch modellbasierte Konstruktion für 6-Achs-3D-Druck können Bauteile funktions- und belastungsoptimiert werden. In FunkDAF wird ein solcher Prozess entwickelt, durch den FLM-Bauteile robuster, materialsparender und funktionsoptimiert hergestellt werden.
Um die Festigkeitsanforderungen an Bauteile mit einer generierten Druckpfadplanung abzusichern, sollen die Pfadplanungsentwürfe im Engineeringprozess virtuell validiert werden. Die Herausforderung ist dabei das anisotrope Materialverhalten der einzelnen Filamentstränge. Im Rahmen dieser Arbeit soll eine Methode weiterentwickelt werden, um die Anisotropie der multiaxialen Bauteile in FEM-Modellen abzubilden.
Aufgaben:
Voraussetzungen:
Wir bieten:
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Wilko Natzel, M. Sc. RWTH
Institut für Maschinenelemente und Systementwicklung
Eilfschornsteinstr. 18, 52062 Aachen
wilko.natzel@imse.rwth-aachen.de
Bachelor- / Masterarbeit: Machine Learning (ML) zur echtzeitfähigen, hochaufgelösten Temperaturfeldbestimmung für die Zustandsüberwachung von Gleitlagern
Das Institut für Maschinenelemente und Systementwicklung erforscht das grundlegende strukturelle und tribologische Verhalten von Maschinenelementen. Die Zustandsüberwachung von Maschinenelementen ist für die fortschreitende Digitalisierung im Maschinenbau von grundlegender Bedeutung. Mithilfe von Zustandsüberwachungssystemen können kritische Betriebszustände sowie sich anbahnende Schäden von Maschinenelementen detektiert werden. Durch eine frühzeitige Schadenserkennung können Maschinen bedarfsgerecht gewartet werden.
In der Arbeit liegt der Fokus auf der Überwachung von Gleitlagern. Wichtige Größen zur Abschätzung kritischer Betriebszuständen stellen die Lagertemperatur und Schmierspalthöhe dar. Die Schmierspalthöhe ist dabei indirekt über die Temperaturverteilung der Lauffläche bestimmbar. Jedoch wird die messtechnisch erfassbare Auflösung des Temperaturfeldes durch die Abmaße der Temperatursensoren beschränkt.
Das Ziel ist daher die Entwicklung einer Methodik zur hochaufgelösten Temperaturfeldbestimmung. Hierzu soll zunächst das Temperaturfeld simulativ bestimmt, die relevanten Stützpunkte identifiziert sowie abschließend die Verteilung mathematisch mittels Machine Learning abgebildet werden.
Aufgaben:
Voraussetzung:
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Thao Baszenski, M. Sc. RWTH
Institut für Maschinenelemente und Systementwicklung
Schinkelstraße 10, 52062 Aachen
thao.baszenski@imse.rwth-aachen.de
Bachelor- / Masterarbeit: Entwicklung eines KI-Agenten zur Interaktion mit Systemmodellen
Das Institut für Maschinenelemente und Systementwicklung erforscht das grundlegende strukturelle und tribologische Verhalten von Maschinenelementen und bildet dieses in experimentell validierten Modellbeschreibungen ab. Diese Modellbeschreibungen werden genutzt, um das Funktions-, Verlust- und Geräuschverhalten gesamthafter technischer Systeme mit Fokus auf die Antriebstechnik zu analysieren und zu gestalten. Die entwickelten Modelle dienen zudem der Erforschung und Entwicklung von Methoden des Model Based Systems Engineering als zentrales Element künftiger, industrieller Produktentstehungsprozesse.
Diese Arbeit erforscht das transformative Potenzial von KI in der Produktentwicklung durch den Einsatz von Agenten zur natürlichsprachlichen Interaktion mit Systemmodellen. Auf der Grundlage des bestehenden MBSE-Modells werden modernste KI-Techniken implementiert, um einen nahtlosen Zugang zu komplexen Systeminformationen zu ermöglichen und technische Daten intuitiver und besser nutzbar zu machen. Diese Arbeit bietet die Möglichkeit, die Art und Weise, wie Ingenieure und Interessenvertreter mit Systemmodellen interagieren, neu zu definieren.
Im Forschungsprojekt KIMBA entwickeln wir gemeinsam mit führenden Unternehmen der Automobilindustrie innovative Ansätze zur Digitalisierung der Produktentwicklung. Fokus liegt auf der Modellierung und systemweiten Verknüpfung von Anforderungen zur Herstellung durchgängiger Datenflüsse.
Aufgaben:
Voraussetzung:
Wir bieten:
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Vincent Quast, M. Sc. RWTH
Institut für Maschinenelemente und Systementwicklung
Eilfschornsteinstr. 18, 52062 Aachen
vincent.quast@imse.rwth-aachen.de
Bachelor- / Masterarbeit: Experimentelle Untersuchung eines innovativen Zustandsüberwachungssystems für Gleitlager in Windenergieanlagen
Das Institut für Maschinenelemente und Systementwicklung erforscht das grundlegende strukturelle und tribologische Verhalten von Maschinenelementen. Die Zustandsüberwachung von Maschinenelementen ist für die fortschreitende Digitalisierung im Maschinenbau von grundlegender Bedeutung. Mithilfe von Zustandsüberwachungssystemen können kritische Betriebszustände sowie sich anbahnende Schäden von Maschinenelementen detektiert werden. Durch eine frühzeitige Schadenserkennung können Maschinen bedarfsgerecht gewartet werden, sodass ihre Betriebssicherheit gewährleistet wird.
In dieser Arbeit liegt der Fokus auf der temperaturbasierten Schmierspaltüberwachung von Gleitlagern. Hierzu soll zunächst ein bereits gefertigter Prototyp auf einen Komponentenprüfstand experimentell untersucht werden. Die erzielten Ergebnisse sollen mittels induktiver Wegsensoren sowie Mehrkörpersimulation evaluiert sowie validiert werden.
Das in dieser Arbeit erprobte Konzept kann anschließend als Ausgangspunkt dienen, um in einen nachfolgenden Schritt auf einen Anwendungsfall wie den Gleitlagerungen in der Planetengetriebestufe von Windenergieanlagen übertragen zu werden.
Aufgaben:
Voraussetzung:
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Thao Baszenski, M. Sc. RWTH
Institut für Maschinenelemente und Systementwicklung
Schinkelstraße 10, 52062 Aachen
thao.baszenski@imse.rwth-aachen.de
Bachelor- / Masterarbeit: Systemmodellierung eines smarten, autonom operierenden Gleitlagers
Das Institut für Maschinenelemente und Systementwicklung erforscht das grundlegende strukturelle und tribologische Verhalten von Maschinenelementen. Sensorintegrierende Maschinenelemente (SiME) können in der Industrie als Beschleuniger der flächendeckenden Digitalisierung im Maschinenbau dienen. SiME zeichnen sich durch die Positionierung der Messstelle, der Energieversorgung und der Datenaufbereitung direkt in die mechanische Struktur des Maschinenelements aus, sodass sie ohne externe Verkabelung operieren. Die Entwicklung dieser mechatronischen Systeme geht durch ihren interdisziplinären Charakter jedoch mit Herausforderungen in der Produktentwicklung einher.
In dieser Arbeit liegt der Fokus auf der Entwicklung einer Systemmodellierung eines Sensorintegrierenden Gleitlagers (SiGL). Die Grundlage für die Modellierung stellt ein SiGL-Prototyp dar, welcher am MSE entwickelt wurde.
Das Ziel dieser Arbeit ist daher dieses entwickelte mechatronische Produkt vollständig mittels MBSE-Methodik zu modellieren. Das zu entwickelten Modell kann die Grundlage für eine rasche, modelbasierte Produktentwicklung von SiGL bilden, sodass diese teilautomatisiert und maßgeschneidert auf ihrer Zielsystems und unter Berücksichtigung der einhergehenden Anforderungen konzipiert werden können.
Aufgaben:
Voraussetzung:
Wir bieten:
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Thao Baszenski, M. Sc. RWTH
Institut für Maschinenelemente und Systementwicklung
Schinkelstraße 10, 52062 Aachen
thao.baszenski@imse.rwth-aachen.de
Master Thesis: Design and Modelling of a 15-MW Drivetrain for an Offshore Wind Turbine
The Chair for Wind Power Drives researches the behavior of drive systems in modern multi-megawatt wind turbines. Research topics are increasing the availability, robustness and energy efficiency of wind turbines as well as decreasing levelized cost of electricity. A combination of software development tools and modern system test benches are used for this.
The need to increase renewable energy’s share in global energy production and to exploit offshore wind resources is moving wind farms further offshore and into deeper waters. The design and modelling of detailed drivetrains are essential for the research and development of Floating Offshore Wind Turbines (FOWTs).
In this thesis, you will design a drivetrain for the IEA 15MW FOWT and model it in MBS. An initial potential gearbox design layout will be proposed based on the design loads and criteria that are recommended, then the selected layout will be optimized with considerations of its weight, volume, and load sharing performance. A high-fidelity drivetrain dynamic model will be established using an MBS modelling approach. It will be verified that the resonance does not occur in this model within the normal operating range.
Tasks:
Prerequisites:
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Jinqiu Pan, M. Sc.
Chair for Wind Power Drives
Campus-Boulevard 61, 52074 Aachen
jinqiu.pan@cwd.rwth-aachen.de
Bachelor- / Masterarbeit: Verifizierung eines FEM-Getriebemodells zur Berechnung von Ringwandern in Getrieben von Windenergieanlagen
Der Chair for Wind Power Drives erforscht das Verhalten von Antriebssystemen in modernen Multimegawatt-Windenergieanlagen. Forschungsziele sind die Steigerung der Verfügbarkeit, der Robustheit und der Energieeffizienz der Windenergieanlagen (WEA) sowie die Senkung der Stromgestehungskosten. Hierzu werden Software-Entwicklungswerkzeuge und moderne Systemprüfstände im Verbund eingesetzt.
Schadensbendingte Ausfallzeiten machen einen signifikanten Anteil der Stromgestehungskosten von WEA aus. Hohe Kosten werden vor allem durch den Ausfall von teuren Komponenten sowie durch lange Stillstandszeiten verursacht. Ein Ausfall des Planetenträgerlagers im WEA-Getriebe führt zu einem Getriebewechsel (hohe Kosten + Stillstand) und muss daher unbedingt vermieden werden.
Zudem gewinnen Leichtbaumaßnahmen in WEA an Bedeutung. Dies führt zu dünnwandigeren und elastischeren Getriebegehäusen, die das Auftreten von Ringwandern begünstigen. Ringwandern beschreibt die tangentiale Schlupfbewegung zwischen Lagerring und Passungssitz. Für die simulative Ringwanderberechnung von Lagern in WEA bestehen bisher keine validierten Modelle. Ziel dieser Arbeit ist die Verifizierung der aktuellen Berechnungsergebnisse eines bestehenden Modells anhand von Messdaten eines Systemversuchs.
Aufgaben:
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Malte Raddatz, M. Sc. RWTH
Chair for Wind Power Drives
Campus-Boulevard 61, 52074 Aachen
malte.raddatz@cwd.rwth-aachen.de
Masterarbeit: Toleranz-Stack-Up-Analyse in elektromechanischen Antriebssträngen: Ein modellbasierter Ansatz zur Ableitung von Designparametern
Das Institut für Maschinenelemente und Systementwicklung erforscht das grundlegende strukturelle und tribologische Verhalten von Maschinenelementen und bildet dieses in experimentell validierten Modellbeschreibungen ab. Diese Modellbeschreibungen werden genutzt, um das Funktions-, Verlust- und Geräuschverhalten gesamthafter technischer Systeme mit Fokus auf die Antriebstechnik zu analysieren und zu gestalten. Die entwickelten Modellierungsmethoden dienen zudem der Erforschung und Weiterentwicklung akustischer Simulationstechniken für Elektrofahrzeuge als entscheidendes Element zukünftiger Produktentwicklung in der Elektromobilität.
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Semih Akbulut, M. Sc. RWTH
Institut für Maschinenelemente und Systementwicklung
Eilfschornsteinstr. 18, 52062 Aachen
semih.akbulut@imse.rwth-aachen.de
Bachelorarbeit: Verarbeitung von Lastzeitreihen für eine Schadensmechanismus-spezifische Simulation hochbelasteter 2TRB Hauptlagerungen in multi-MW Windenergieanlagen
Durch den verstärkten Ausbau der Windenergie führen aktuelle Entwicklungstrends zur Steigerung der Größe und Leistungsdichte von Windenergieanlagen. Hierdurch erhöhen sich die Anforderungen an die eingesetzten Großwälzlager, die beispielsweise als angestellte Kegelrollenlager sogenannte 2TRB Lagerungen als Rotorwellenhauptlager eingesetzt werden.
Im Gegensatz zu Wälzlagern kleinerer Bauart, deren Auslegung primär auf die Laufbahnlebensdauer (DIN 26281) fokussiert ist, sind bei Großwälzlagern weitere Schadensmechanismen für die Auslegung maßgeblich. Neben der klassischen Wälzermüdung muss die Strukturfestigkeit der Lagerringe, der sichere Sitz der aufgeschrumpften Lager auf der Welle sowie die Interaktion von Wälzkörper, Wälzlagerkäfig und Laufbahn hinsichtlich dynamischer Betriebszustände Berück-sichtigung finden.
Die Auslegung von Wälzlagern beginnt mit der Auswahl der auslegungsrelevanten Lastfälle ausgehend von Lastzeit-reihen. Diese Lastzeitreihen liegen in Form zeitlich diskretisierter Lastzeitinformationen vor, welche mehrere Millionen einzelner Belastungszustände abbilden. Da es nicht wirtschaftlich abbildbar ist, die Gesamtheit dieser Belastungszustände in detaillierten FE-Simulationen abzubilden, gilt es, aus der Vielzahl der ursprünglichen Lasten eine reduzierte Anzahl an statischen und / oder dynamischen Lastzuständen je Schadensmechanismus abzuleiten, welche die Auslegung der Lagerkomponente auf Basis der entsprechenden Regelwerke und Grundlagen ermöglicht.
Ziel dieser Abschlussarbeit ist es, zunächst eine Literaturrecherche in Bezug auf (i) Regelwerke für die Auslegung der Komponenten von Wälzlagerungen in Windenergie wie etwa IEC 61400, DNV-GL Rules etc. und (ii) aktuelle wissenschaftliche Veröffentlichungen zur Verarbeitung von Lastzeitreihen für die verschiedenen Schadensmechanismen durchzuführen. Im nächsten Schritt erfolgt die Konzipierung, Entwicklung und Umsetzung eines numerischen Modells zur Ableitung der entsprechenden Belastungsdaten. Abschließend soll im Rahmen einer Sensitivitätsanalyse auf Basis von ausgewählten Projekten herausgearbeitet werden, wie sich Eingabeparameter bzw. modellseitige Randbedingungen auf das Berechnungsergebnis auswirken.
Aufgaben:
Voraussetzung:
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Emircan Yazici, M. Sc. RWTH
Chair for Wind Power Drives
Campus-Boulevard 61, 52074 Aachen
emircan.yazici@cwd.rwth-aachen.de
Projekt- / Bachelor- / Masterarbeit: Wasserstoff: Herausforderungen in der Antriebstechnik
Das Institut für Maschinenelemente und Systementwicklung erforscht das grundlegende strukturelle und tribologische Verhalten von Maschinenelementen und bildet dieses in experimentell validierten Modellbeschreibungen ab. Diese Modellbeschreibungen werden genutzt, um das Funktions-, Verlust- und Geräuschverhalten gesamthafter technischer Systeme mit Fokus auf die Antriebstechnik zu analysieren und zu gestalten. Die entwickelten Modelle dienen zudem der Erforschung und Entwicklung von Methoden des Model Based Systems Engineering als zentrales Element künftiger, industrieller Produktentstehungsprozesse.
Wasserstoffantriebe bilden eine vielversprechende Alternative zu konventionellen Verbrennermotoren. Neben dem privaten Mobilitätsverkehr findet Wasserstoff besonders in Schwerlastantrieben wie Schiffen sowie Bau- und Landmaschinen Anwendung. Jedoch stellt die alternative Energiequelle neue Herausforderungen an die Antriebssysteme und ihre Maschinenelemente, was wiederum die Lebensdauer und Leistungsfähigkeit der Komponenten stark beeinflusst.
Aufgaben:
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Merle Reimers, M. Sc. RWTH
Institut für Maschinenelemente und Systementwicklung
Schinkelstraße 10, 52062 Aachen
merle.reimers@imse.rwth-aachen.de