Studentische Ausschreibungen

Motivation:

Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung und Optimierung eines Lasersystems zur präzisen Messung von Verschiebungen in der Ebene auf einem Reibklötzchenprüfstand. Der Prüfstand wird zur Ermittlung der Reibermüdungsfestigkeiten von Materialien eingesetzt. Dabei können sowohl Zugbelastung F­_Z, Kontaktpressung p und die Schlupfamplitude s_a aus der Relativverschiebung zwischen Probe und Reibklötzchen einzeln eingestellt werden (siehe Abbildung).

Für die Schlupfregelung ist die Verschiebungsmessung der Probe und Reibklötze im µm-Bereich notwendig, wozu sich die Messung über Position Sensitive Devices als wirksam herausgestellt hat. Zur Machbarkeit wurden bereits Voruntersuchungen durchgeführt, wozu die Anordnung in obenstehendem Bild genutzt wurde.

Zielsetzung:

Die Aufgabe umfasst aufbauend aus den bisherigen Untersuchungen Tests und die Analyse des bisherigen Systems, die Integration und den Vergleich verschiedener Signalverarbeitungsmethoden sowie die Systemkonstruktion zu einem mobilen handhabbaren Lasermesssystem. Folgende Detailaspekte sollten dabei enthalten sein, zu welchen eine entsprechende Recherche zum aktuellen Stand und den inhaltlichen Hintergründen notwendig ist:

1. Tests, Analyse und Bewertung des bestehenden Entwurfs des Lasermesssystems hinsichtlich dessen Robustheit und Messgenauigkeit
2. Umsetzung und Vergleich verschiedener Möglichkeiten zur Verbesserung der gefundenen Schwachstellen (sowohl physisch als auch steuerungstechnisch)
3. Durchführung von verschiedenen Tests zur Bewertung der verbesserten Messgüte und Grenzen des Systems
4. Überführung des Grundsystems mit den Verbesserungen in eine Konstruktion zu einem mobilen, leicht handhabbaren Lasermesssystem

Anforderungen an die schriftliche Arbeit

Die schriftliche Ausarbeitung muss so gestaltet sein, dass sie als effiziente Grundlage für weitere Arbeiten genutzt werden kann. Lösungsansätze, Modelle und Ergebnisse müssen nachvollziehbar beschrieben, diskutiert und auf Plausibilität geprüft werden.
Inhaltliche und umfängliche Änderungen der Aufgabenstellung können mit dem betreuenden Hochschullehrer und dem wiss. Mitarbeiter erfolgen.

 

Marius Müller, M. Sc.

E-Mail: marius.mueller@…

Telefon: +49 371 531 38946

Ölpumpen im Dauerbetrieb unterliegen durch Partikel im Öl oder Wasser-Emulsionen hohen Beanspruchungen. Neben dem abrasiven Verschleiß durch Partikel können auch Kavitationen zu Schäden führen. Ohne Wartung führt fortschreitender Verschleiß in Maschinen und Anlagen häufig zu vermeidbaren Spontanausfällen.

Während Anlagen mit überschaubaren wirtschaftlichen oder ökologischen Folgen die sogenannte „Run-to-Failure“-Strategie nutzen, wird bei größeren Anlagen ein präventives Wartungsintervall eingehalten. Durch regelmäßige Überprüfungen in festgelegten Zeitabständen wird eine planbare Stillstandszeit ermöglicht und unerwartete Ausfälle werden minimiert.

Für eine effektivere Überwachung größerer Anlagen wird häufig das Condition Monitoring eingesetzt. Dieses System zur Zustandsüberwachung erkennt beginnende Leistungseinbrüche und den zunehmenden Verschleiß durch eine kontinuierliche Analyse der Betriebsbedingungen. Die fortschreitende Abnutzung führt durch verstärkte Reibung zu höheren Temperaturen im System, was ein typisches Anzeichen für nahende Ausfälle ist.

Condition Monitoring vergleicht dabei die aktuellen Betriebsbedingungen mit zuvor definierten Daten für einen sicheren Betrieb und ermöglicht so die frühzeitige Erkennung von Abweichungen.

 

Im Rahmen dieser studentischen Arbeit soll am Beispiel einer Hydraulikpumpe ein Konzept zur Zustandsüberwachung erarbeitet werden. Bestehende Temperaturdaten werden analysiert, um Auffälligkeiten zu erkennen. Darauf aufbauend sollen weitere Sensoren geprüft werden die zukünftig in die Untersuchung einbezogen werden, um eine fundierte Einschätzung der Pumpe zu ermöglichen.

Die Arbeit umfasst folgende Teilaufgaben:

• Literaturrecherche zu Methoden der Zustandsüberwachung (inklusive Veröffentlichungen, Normen und Patente)
• Auswertung der erhobenen Daten, inklusive Analyse bisheriger Temperaturdaten und Ermittlung von Schwellenwerten für Abweichungen
• Konzeption eines verbesserten Messverfahrens (durch weitere Sensorik z.B. Druck, Vibration, …)
• Identifikation möglicher Fehlerquellen und Optimierungspotenziale im Überwachungsverfahren
• Dokumentation der Ergebnisse in schriftlicher Form
• Bewertung der Ergebnisse und Ableitung aussagekräftiger Handlungsempfehlungen zur Optimierung der Betriebsabläufe

 

Lars Friedrich, M. Sc.

E-Mail: lars.friedrich@…

Telefon: +49 371 531 38808

Reibkorrosion ist eine tribologische Schädigung in Bauteilkontakten ausgelöst durch Flächenpressung und Schlupfamplituden im Mikrometerbereich, welche zur Bildung von Anrissen führt. Bei einer Überlagerung mit einer Ermüdungsbelastung (Fretting Fatigue) wird das Wachstum dieser Risse begünstigt und kann bis zum Versagen des Bauteils führen. Dies äußert sich neben der tribologischen Schädigung der Oberfläche in einer deutlich herabgesetzten Ermüdungsfestigkeit der betroffenen Komponente, was in einem unerwartet frühzeitigen Versagen dieser gegenüber der freien Oberfläche resultiert.

Simulative Untersuchungen indizieren, dass der Rissfortschritt nicht mit der Annahme eines Reibkontakts begründet werden kann. Vielmehr können experimentell beobachtete Mikroverschweißungen das Risswachstum fördern. Nebenstehende Bilder zeigen eine entsprechende Rissentwicklung in der Tiefe und über der Kontaktfläche. Der Verschweißung – Rissentwicklung soll innerhalb der Masterarbeit analysiert und mit einer 3D-Rissfortschrittssimulation in ABAQUS simuliert werden. Damit können die Fähigkeiten des Aufbaus von numerischen Simulationen, der Programmierung in Python, Auswertungsmethoden und nicht zuletzt das Wissen über Festigkeitsverhalten allgemein und bei Reibermüdung weiterentwickelt werden.

Marius Müller, M. Sc.

E-Mail: marius.mueller@…

Telefon: +49 371 531 38946

Problembeschreibung

Fretting fatigue ist ein Phänomen, das in Bauteilkontakten auftritt. Schlupfamplituden in der Größenordnung weniger Mikrometer verursachen dabei eine charakteristische tribologische Schädigung (Reibkorrosion), die Anrisse verursacht und damit die Schwingfestigkeit im Vergleich zur freien Oberfläche signifikant herabsetzen kann.

Die Parameter Kontaktpressung p, Schlupfamplitude s und Ermüdungsbelastung F_Z haben sich in bisherigen Untersuchungen als maßgebend für die Lebensdauer betroffener Bauteile herausgestellt. In realen Bauteilen beeinflussen sich diese Parameter gegenseitig. Für eine gezielte, separierte Einflussanalyse soll nun eine Laborprüfmöglichkeit auf Basis eines bestehenden hydraulischen Pulsatorprüfstandes entwickelt werden. Dies umfasst auch die messtechnische Erfassung der genannten Parameter. Zur Prüfung des Einflusses der Umgebungsbedingungen soll der Einsatz von flüssigen und gasförmigen Medien ermöglicht werden.

Zielsetzung

Auf Basis dieser Randbedingungen, einer vorhandenen Anforderungsliste und in Verbindung mit einem bereits existierenden hydraulischen Pulsatorprüfstand für Zug-Druck-Belastung soll innerhalb der Arbeit ein Entwurf zur Umsetzung eines solchen Labormodells auf dem Prüfstand entwickelt werden. Dafür sollen folgende Schritte enthalten sein:

1. Kurze Grundlagenrecherche zur Reibermüdung (Fretting Fatigue), den notwendigen Systemparametern des Labormodells sowie als notwendig erachtete Messprinzipien und -einrichtungen
2. Analyse der Schnittstellen zum bestehenden Prüfstand und der notwendigen Funktionen innerhalb einer Funktionsstruktur auf Basis der vorhandenen Anforderungsliste
3. Funktionsbezogene Variantenbildung mit Grobentwürfen zur jeweiligen konstruktiven Umsetzung
4. Ableitung und Einschätzung bzw. Bewertung einer Vorzugslösung
5. Ausarbeitung eines konstruktiven Entwurfs der Vorzugslösung mit Einbindung der mechanischen sowie Mess- und Steuerungsschnittstellen

Kontakt:

M. Sc. Marius Müller

E-Mail: marius.mueller@…

Telefon: +49 371 531 38946