Das Institut für Maschinenelemente und Systemtechnik (MSE) und der Chair for Wind Power Drives (CWD) erforschen das grundlegende strukturelle und tribologische Verhalten von Maschinenelementen. Eines der Forschungsziele ist es, die Verfügbarkeit, Robustheit und Energieeffizienz von Windkraftanlagen zu erhöhen und die Energiekosten zu senken. Hierzu werden modernste Ingenieurssoftware und Systemprüfstände eingesetzt.
Zur Senkung der Stromerzeugungskosten moderner Windkraftanlagen (WKA) soll die Leistungsdichte der Planetengetriebe in WKA erhöht werden. Der Einsatz von Gleitlagern, die in der Industrie bereits seit einigen Jahren verwendet werden, ist eine geeignete Lösung. Der verschleißfreie Betrieb von Gleitlagern ist jedoch notwendig, um die Ausfallzeiten von Windkraftanlagen zu begrenzen. Das CWD und das MSE forschen daher an der Verschleiß- und Temperaturvorhersage in Planeten-Gleitlagern. In diesem Zusammenhang wird am Institut eine hochmoderne thermische Verschleiß-Toolkette entwickelt.
Ziel dieser Arbeit ist es, diese Toolkette weiter zu optimieren, um den Verschleiß von Gleitlagern und den Temperaturanstieg, die zu Lagerschäden führen können, genau vorherzusagen. Die simulierte Vorhersage wird durch einen Vergleich mit Experimenten auf einem Subsystem-Prüfstand validiert.
Aufgaben:
- Einführung in das Thema Planetengleitlager in Windkraftanlagen und Verschleiß
- Simulation von EHD- und FEM-Modellen eines Prüfstands für Gleitlager-Teilsysteme
- Verwendung der vorhandenen Werkzeugkette zur Berechnung von Verschleiß und Temperatur in Gleitlagern
- Optimierung von Gleitlager-Modellen zur Validierung der Werkzeugkette anhand experimenteller Untersuchungen
Voraussetzungen:
- Motivation, an einer zukunftsweisenden Toolkette zu arbeiten, die dabei helfen kann, die Sicherheit von Gleitlagern vorherzusagen
- Interesse an Gleitlagertechnik, Windenergie,
- Vorkenntnisse in Matlab und Python wären wünschenswert.
- Erste Erfahrungen mit Mehrkörpersimulationsprogrammen wie AVL Excite (EHD) und Abaqus (FEM) wären von Vorteil.
Wir bieten:
- Unabhängige und selbstständige Arbeitsweise, um das Beste aus euch herauszuholen
- Wissenschaftliche Arbeit in einem hochmotivierten Forschungsteam mit sehr guter Arbeitsatmosphäre und intensiver Betreuung
- Erlernen praxisrelevanter und automatisierter Simulationsmethoden
- Sofortiger Arbeitsbeginn möglich und flexible Arbeitszeiten
Auf deine aussagekräftige Bewerbung per E-Mail freut sich:
Anuj Khare, M. Eng.
Institut für Maschinenelemente und Systementwicklung
Schinkelstr. 10, 52062 Aachen
anuj.khare@imse.rwth-aachen.de
Bachelorarbeit: Literaturanalyse: Potenziale von marktverfügbarer Mikroelektronik zur Erstellung autarker IoT-Sensornetzwerke im Maschinenbau
Die Digitalisierung im Maschinenbau erfordert zunehmend intelligente und über das Internet of Things (IoT)-vernetzte Sensorsysteme zur Zustandsüberwachung und Prozessoptimierung. Konventionelle, kabelgebundene Systeme stoßen jedoch insbesondere bei bewegten oder schwer zugänglichen Bauteilen an ihre Einsatzgrenzen.
Energieeffiziente Mikroelektronik eröffnet in Verbindung mit modernen Energy-Harvesting-Methoden das Potenzial zur Realisierung autarker IoTSensornetzwerke. Diese Sensorpunkte können ohne externe Stromversorgung betrieben werden. Dabei können wiederaufladbare Akkus als Speicher für die geharvestete Energie genutzt
werden. Aktuell sind die Anwendungsmöglichkeiten solcher autarken Sensorpunkte jedoch durch die begrenzte Effizienz heutiger Energy-Harvesting-Methoden sowie die geringe Leistungsdichte verfügbarer Akkus eingeschränkt. Im Rahmen dieser Arbeit sollen daher auch zukünftige Entwicklungen hinsichtlich Energieeffizienz und Leistungsdichte entsprechender Technologien recherchiert und bewertet werden.
Ziel ist eine systematische Potenzialanalyse energieeffizienter Mikroelektronik für den Einsatz in autonomen Sensornetzwerken im Maschinenbau.
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Fragen können wir gerne im persönlichen Gespräch besprechen!
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Thao Baszenski, M. Sc. RWTH
Institut für Maschinenelemente und Systementwicklung
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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
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Bachelor- / Masterarbeit: Experimentelle Untersuchung eines innovativen Zustandsüberwachungssystems für Gleitlager in Windenergieanlagen
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 temperaturfeldbasierten Überwachung von Gleitlagern. Das Spontanversagen von Gleitlagerschäden geht mit rapiden, lokalen Temperaturerhöhungen einher. Um zukünftig anbahnende Schädigung des Lagers verhindern zu können, müssen Alarmgrenzwerte definiert werden, welche an die Anlagensteuerung weitergegeben werden können. Hierzu soll ein bereits gefertigter Prototyp zur Temperaturfeldmessung auf einen Komponentenprüfstand experimentell untersucht werden. Dabei werden Gleitlagerschäden unter Messung des Temperaturfeldes herbeigeführt und basierend auf den erfassten Daten geeignete Alarmgrenzwerte definiert.
Das Konzept kann anschließend als Ausgangspunkt dienen, um in einen nachfolgenden Schritt auf einen Anwendungsfall wie die Gleitlager in der Planetengetriebestufe von Windenergieanlagen übertragen zu werden.
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Markus Gilges, M. Sc. RWTH
Institut für Maschinenelemente und Systementwicklung
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Bachelor-/Masterthesis: Evaluation of planetary plain bearing damage risk in wind turbine gearboxes
The Institute for Machine Elements and Systems Engineering (MSE) and Chair for Wind Power Drives (CWD) research the fundamental structural and tribological behavior of machine elements. One of the research objectives is to increase the availability, robustness and energy efficiency of wind turbines and to reduce the energy costs. For this experiment’s with software simulation tools and modern test benches are combined.
In order to reduce the power generation costs of modern wind turbines (WTG), the power density of the planetary gearboxes in WTGs is to be increased. The use of plain bearings, which have already been used in industry for a number of years, is a suitable solution. Stable operation of plain bearings is however necessary to limit the downtime of wind turbines. The CWD and MSE are therefore conducting research into wear and temperature prediction in planetary plain bearings. In this context a state-of-the-art thermal wear tool chain is developed at the institute.
The aim of this thesis work is to apply this tool chain to identify high risk operating points using risk maps. To save time in detecting bearing damage risk, early alarm limits must be derived based on the collected data.
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Anuj Khare, M. Eng.
Institut für Maschinenelemente und Systementwicklung
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Bachelor-/Masterthesis: Thermal simulations of plain bearings to predict bearing damage due to overheating
The Institute for Machine Elements and Systems Engineering (MSE) and Chair for Wind Power Drives (CWD) research the fundamental structural and tribological behavior of machine elements. One of the research objectives is to increase the availability, robustness and energy efficiency of wind turbines and to reduce the energy costs. For this experiment’s with software simulation tools and modern test benches are combined.
In order to reduce the power generation costs of modern wind turbines (WTG), the power density of the planetary gearboxes in WTGs is to be increased. The use of plain bearings, which have already been used in industry for a number of years, is a suitable solution. Stable operation of plain bearings is however necessary to limit the downtime of wind turbines. The CWD and MSE are therefore conducting research into wear and temperature prediction in planetary plain bearings. In this context a state-of-the-art thermal wear tool chain is developed at the institute.
The aim of this thesis work is to extend this tool chain for simulative prediction of thermal criticality in order to avoid overheating failures in plain bearings.
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Anuj Khare, M. Eng.
Institut für Maschinenelemente und Systementwicklung
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Bachelor-/Masterthesis: Accurate wear prediction of planetary plain bearings using EHD simulations of a sub-system test bench
The Institute for Machine Elements and Systems Engineering (MSE) and Chair for Wind Power Drives (CWD) research the fundamental structural and tribological behavior of machine elements. One of the research objectives is to increase the availability, robustness and energy efficiency of wind turbines and to reduce the energy costs. For this experiment’s with software simulation tools and modern test benches are combined.
In order to reduce the power generation costs of modern wind turbines (WTG), the power density of the planetary gearboxes in WTGs is to be increased. The use of plain bearings, which have already been used in industry for a number of years, is a suitable solution. The wear free operation of plain bearings is however, necessary to limit the downtime of wind turbines. The CWD and MSE are therefore conducting research into wear and temperature prediction in planetary plain bearings. In this context a state-of-the-art thermal wear tool chain is developed at the institute.The aim of this thesis work is to further optimize this tool chain, in order to accurately predict plain bearing wear and temperature increase which pose a risk of bearing damage. The simulative prediction will be validated by comparison with experiments on a sub system test bench.
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Anuj Khare, M. Eng.
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Bachelor- / Masterarbeit: Bewertung des Risikos einer Beschädigung von Planeten- Gleitlagern in Getrieben von Windkraftanlagen
Das Institut für Maschinenelemente und Systemtechnik (MSE) und der Chair for Wind Power Drives (CWD) erforschen das grundlegende strukturelle und tribologische Verhalten von Maschinenelementen. Eines der Forschungsziele ist es, die Verfügbarkeit, Robustheit und Energieeffizienz von Windkraftanlagen zu erhöhen und die Energiekosten zu senken. Hierzu werden modernste Ingenieurssoftware und Systemprüfstände eingesetzt.
Zur Senkung der Stromerzeugungskosten moderner Windkraftanlagen (WEA) soll die Leistungsdichte der Planetengetriebe in WEA erhöht werden. Der Einsatz von Gleitlagern, die in der Industrie bereits seit einigen Jahren verwendet werden, ist eine geeignete Lösung. Ein stabiler Betrieb der Gleitlager ist jedoch erforderlich, um die Ausfallzeiten der Windkraftanlagen zu begrenzen. Das CWD und die MSE forschen daher an der Verschleiß- und Temperaturvorhersage in Planeten-Gleitlagern. In diesem Zusammenhang wird am Institut eine hochmoderne thermische Verschleiß-Toolkette entwickelt.
Ziel dieser Arbeit ist es, diese Toolkette anzuwenden, um mithilfe von Risikokarten Betriebszustände mit hohem Risiko zu identifizieren. Um Zeit bei der Erkennung von Lagerschäden zu sparen, müssen auf Grundlage der gesammelten Daten Frühwarnschwellen abgeleitet werden.
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Bachelor- / Masterarbeit: Thermische Simulationen von Gleitlagern zur Vorhersage von Lagerschäden durch Überhitzung
Das Institut für Maschinenelemente und Systemtechnik (MSE) und der Chair for Wind Power Drives (CWD) erforschen das grundlegende strukturelle und tribologische Verhalten von Maschinenelementen. Eines der Forschungsziele ist es, die Verfügbarkeit, Robustheit und Energieeffizienz von Windkraftanlagen zu erhöhen und die Energiekosten zu senken. Hierzu werden modernste Ingenieurssoftware und Systemprüfstände eingesetzt.
Zur Senkung der Stromerzeugungskosten moderner Windkraftanlagen (WEA) soll die Leistungsdichte der Planetengetriebe in WEA erhöht werden. Der Einsatz von Gleitlagern, die in der Industrie bereits seit einigen Jahren verwendet werden, ist eine geeignete Lösung. Ein stabiler Betrieb der Gleitlager ist jedoch erforderlich, um die Ausfallzeiten der Windkraftanlagen zu begrenzen. Das CWD und die MSE forschen daher an der Verschleiß- und Temperaturvorhersage in Planeten-Gleitlagern. In diesem Zusammenhang wird am Institut eine hochmoderne thermische Verschleiß-Toolkette entwickelt.
Das Ziel dieser Abschlussarbeit ist es, diese Toolkette zur simulativen Vorhersage der thermischen Kritikalität zu erweitern, um Überhitzungsausfälle in Gleitlagern zu vermeiden.
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Recheneffizienz
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Bachelor- / Masterarbeit: Genaue Verschleißvorhersage für Planetenradgleitlager mittels EHD-Simulationen eines Subsystem-Prüfstands
Das Institut für Maschinenelemente und Systemtechnik (MSE) und der Chair for Wind Power Drives (CWD) erforschen das grundlegende strukturelle und tribologische Verhalten von Maschinenelementen. Eines der Forschungsziele ist es, die Verfügbarkeit, Robustheit und Energieeffizienz von Windkraftanlagen zu erhöhen und die Energiekosten zu senken. Hierzu werden modernste Ingenieurssoftware und Systemprüfstände eingesetzt.
Zur Senkung der Stromerzeugungskosten moderner Windkraftanlagen (WKA) soll die Leistungsdichte der Planetengetriebe in WKA erhöht werden. Der Einsatz von Gleitlagern, die in der Industrie bereits seit einigen Jahren verwendet werden, ist eine geeignete Lösung. Der verschleißfreie Betrieb von Gleitlagern ist jedoch notwendig, um die Ausfallzeiten von Windkraftanlagen zu begrenzen. Das CWD und das MSE forschen daher an der Verschleiß- und Temperaturvorhersage in Planeten-Gleitlagern. In diesem Zusammenhang wird am Institut eine hochmoderne thermische Verschleiß-Toolkette entwickelt.
Ziel dieser Arbeit ist es, diese Toolkette weiter zu optimieren, um den Verschleiß von Gleitlagern und den Temperaturanstieg, die zu Lagerschäden führen können, genau vorherzusagen. Die simulierte Vorhersage wird durch einen Vergleich mit Experimenten auf einem Subsystem-Prüfstand validiert.
Aufgaben:
Voraussetzungen:
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Institut für Maschinenelemente und Systementwicklung
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Abschlussarbeit
Wissenschaftlicher Hintergrund
In der modernen biomedizinischen Forschung spielen In-vitro-Modelle eine entscheidende Rolle bei der Untersuchung von Organfunktionen und Krankheitsmechanismen. Sie ermöglichen eine realitätsnahe Nachbildung von Gewebe und physiologischen Bedingungen im Labor, indem künstlich erzeugtes Gewebe unter kontrollierten Bedingungen kultiviert und gezielt stimuliert werden kann. In unserer Arbeitsgruppe wurde ein Bioreaktor entwickelt, der durch einen bidirektionalen Volumenstrom charakterisiert ist. Dieser Ansatz ermöglicht eine verbesserte Simulation der dynamischen mechanischen Belastungen, denen das Herz ausgesetzt ist, und schafft eine realistischere Nachbildung des physiologischen Blutflusses. Der Aufbau soll nun so modifiziert werden, dass der bidirektionale Volumenstrom mittels Rückschlagventilen – analog zu den Herzklappen – in einen unidirektionalen Volumenstrom überführt wird.
Projektbeschreibung
Aufbauend auf bereits entwickelten Rückschlagventilen sollen diese optimiert oder neu gestaltet werden, um für größere Volumenströme eingesetzt werden zu können. Die bisher existierenden Rückschlagventile wurden für Schlagvolumina im Nanoliter-Bereich konzipiert und sind daher für höhere Volumina nicht geeignet.
Nach der Fertigung der optimierten Ventile durch die wissenschaftliche Werkstatt der Uniklinik sollen diese anhand von Parametern wie Öffnungsdruck und Durchfluss-Effizienz charakterisiert werden. Für diese Messungen steht bereits ein Teststand zur Verfügung, der jedoch leicht modifiziert werden muss, um die größeren Volumenströme realistisch abbilden zu können.