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: Stellschrauben der zirkulären Produktentwicklung
Das Institut für Maschinenelemente und Systementwicklung der RWTH Aachen beforscht interdisziplinär ein breites Spektrum aktueller und zukünftiger industrierelevanter Frage-stellungen. Der Bereich Systems Engineering – Design Methodology des MSE befasst sich mit dem modellbasierten Entstehungsprozess industrieller Produkte und gibt der kreativen Phase eine systematische Struktur. Diese unterstützt die innovative Lösungsfindung sowie die anschließende gestalterische Umsetzung. Geeignete Methoden und Werkzeuge garantieren dabei die technische und wirtschaftliche Anwendbarkeit.
Im Projekt ProSa (Product Signatures for Sustainability Optimization with Circular Economy) wird der Grundstein für eine messbare zirkuläre Produktentwicklung gelegt.
Hierzu muss zunächst festgelegt werden, welche Produkteigenschaften die Möglichkeit bieten die Produktentwicklung positiv hinsichtlich der Zirkularität zu beeinflussen und somit als Stellschrauben für die spätere Optimierung gelten. Hierbei soll der Wertschöpfungsprozess der Projektpartner analysiert und formalisiert werden.
Aufgaben:
Voraussetzung:
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Georg Hartmann, M. Sc. RWTH
Institut für Maschinenelemente und Systementwicklung
Schinkelstraße 10, 52062 Aachen
georg.hartmann@imse.rwth-aachen.de
Bachelor- / Masterarbeit: Virtuelle Absicherung der Zirkulär-Wirtschaft von Produkten
Das Institut für Maschinenelemente und Systementwicklung der RWTH Aachen beforscht interdisziplinär ein breites Spektrum aktueller und zukünftiger industrierelevanter Frage-stellungen. Der Bereich Systems Engineering – Design Methodology des MSE befasst sich mit dem modellbasierten Entstehungsprozess industrieller Produkte und gibt der kreativen Phase eine systematische Struktur. Diese unterstützt die innovative Lösungsfindung sowie die anschließende gestalterische Umsetzung. Geeignete Methoden und Werkzeuge garantieren dabei die technische und wirtschaftliche Anwendbarkeit.
Im Projekt ProSa (Product Signatures for Sustainability Optimization with Circular Economy) wird der Grundstein für eine messbare zirkuläre Produktentwicklung gelegt.
Um validieren zu können, ob die entwickelten Produkte den Anforderungen genügen, müssen diese validiert werden. Hierbei soll der Fokus auf die virtuelle und simulative Bewertung der Produkteigenschaften liegen, sodass der Einfluss von Änderungen im Produktentwicklungsprozess nachgewiesen werden kann.
Aufgaben:
Voraussetzung:
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Georg Hartmann, M. Sc. RWTH
Institut für Maschinenelemente und Systementwicklung
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Bachelor- / Masterarbeit: Datennetz für Nachhaltigkeitsattribute der zirkulären Produktentwicklung
Das Institut für Maschinenelemente und Systementwicklung der RWTH Aachen beforscht interdisziplinär ein breites Spektrum aktueller und zukünftiger industrierelevanter Frage-stellungen. Der Bereich Systems Engineering – Design Methodology des MSE befasst sich mit dem modellbasierten Entstehungsprozess industrieller Produkte und gibt der kreativen Phase eine systematische Struktur. Diese unterstützt die innovative Lösungsfindung sowie die anschließende gestalterische Umsetzung. Geeignete Methoden und Werkzeuge garantieren dabei die technische und wirtschaftliche Anwendbarkeit.
Im Projekt ProSa (Product Signatures for Sustainability Optimization with Circular Economy) wird der Grundstein für eine messbare zirkuläre Produktentwicklung gelegt.
Hierzu muss zunächst festgelegt werden, welche Produkteigenschaften die Möglichkeit bieten die Produktentwicklung positiv hinsichtlich der Zirkularität zu beeinflussen und somit als Stellschrauben für die spätere Optimierung gelten. Hierbei soll der Wertschöpfungsprozess der Projektpartner analysiert und formalisiert werden.
Aufgaben:
Voraussetzung:
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Georg Hartmann, M. Sc. RWTH
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Bachelor- / Masterarbeit: Modelle zur Bestimmung von Nachhaltigkeitsattributen in der Wertschöpfungskette
Das Institut für Maschinenelemente und Systementwicklung der RWTH Aachen beforscht interdisziplinär ein breites Spektrum aktueller und zukünftiger industrierelevanter Frage-stellungen. Der Bereich Systems Engineering – Design Methodology des MSE befasst sich mit dem modellbasierten Entstehungsprozess industrieller Produkte und gibt der kreativen Phase eine systematische Struktur. Diese unterstützt die innovative Lösungsfindung sowie die anschließende gestalterische Umsetzung. Geeignete Methoden und Werkzeuge garantieren dabei die technische und wirtschaftliche Anwendbarkeit.
Im Projekt ProSa (Product Signatures for Sustainability Optimization with Circular Economy) wird der Grundstein für eine messbare zirkuläre Produktentwicklung gelegt.
Um im Produktentwicklungsprozess Aussagen über die Nachhaltigkeit von Produkten treffen zu können, müssen Modelle zur Berechnung Nachhaltigkeitsattribute entwickelt und eingebunden werden.
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Georg Hartmann, M. Sc. RWTH
Institut für Maschinenelemente und Systementwicklung
Schinkelstraße 10, 52062 Aachen
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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.
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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
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
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.
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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
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.
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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: 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.
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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: Vibration Transfer Path Analysis in Gearboxes through Oil-Structure Interaction: Experimental Investigation and Modeling
The Institute for Machine Elements and Systems Engineering researches the fundamental structural and tribological behavior of machine elements and represents this in experimentally validated model descriptions. These model descriptions are used to analyze and design the functional, loss, and structural behavior of complete technical systems, with a focus on drive technology. The developed models are also used for the research and development of methods in Model-Based Systems Engineering (MBSE) as a central element of future industrial product development processes.
As part of this work, experimental vibration analysis will be conducted on a gearbox test setup to measure the vibration transfer path from the gear to the gearbox housing, considering the interaction with the oil inside the gearbox. The influence of various parameters (e.g., oil level, gear speed) on vibration transmission will be investigated. Subsequently, a multibody simulation will be used to develop a dynamic model that represents this vibrational transfer behavior.
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Esmaeil Nouri, M. Sc.
Institute for Machine Elements and Systems Engineering
Eilfschornsteinstraße 18, 52062 Aachen
esmaeil.nouri@imse.rwth-aachen.de