Projekt- und Abschlussarbeiten

Angesichts der zunehmenden Nutzung unbemannter Flugsysteme forscht das FSR an geeigneten Sicherheitskonzepten für deren Betrieb. Ziel ist es, die Einsatzfähigkeit der Flugsysteme durch die Überwachung des Gesundheitszustands einzelner Komponenten zuverlässig zu quantifizieren. Für das institutseigene hybride Luftfahrzeug SciHunter wurden bereits vielfältige Simulationsumgebungen aufgebaut, welche sowohl Lastprofile während des Fluges als auch Degradationseffekte auf dessen Antriebsstrang abbilden können.

Die Verbesserung von Betriebsstrategien und Längsdynamikregelungen von Elektrofahrzeugen durch den Einsatz ?von Machine Learning setzt einen umfangreichen Datengrundlage voraus. Aktuell werden dazu hauptsächlich simulativ gewonnene Verkehrsdaten verwendet, die die realen Verkehrsbedingungen nur näherungsweise abbilden. Ein mit einem VW Passat GTE Plugin-Hybrid aufgezeichneter Realfeldfahrdatensatz (> 10.000 km) soll als Grundlage dazu dienen, die Forschung mit realem Fahrerverhalten unter realen Verkehrsbedingungen zu ermöglichen.

Um die im Fahrzeug aufgezeichneten Rohdaten aufzubereiten, soll ein Datenvorverarbeitungstool entwickelt werden, dass die Rohdaten vorverarbeitet (Feature Engineering) und Daten aus externen Quellen in den Datensatz integriert (Data Enrichment).

Im Rahmen des öffentlich geförderten Forschungsvorhabens DE4LoRa wird ein Versuchsfahrzeug mit einem prototypischen Hybridantrieb ausgestattet. Der serienmäßige Gangwahlschalter soll in diesem Projekt unter anderem durch ein modernes Touchdisplay und Mikrocontroller ersetzt werden. Über diesen sollen die standardmäßigen Gangwahlfunktionen (P R N D) sowie die zusätzliche Einstell- und Anzeigemöglichkeiten wie die Darstellung von Messwerten realisiert werden.

Globales ADP zum Thema Automated Transshipment of Goods mit Abschlusspräsentation auf internationaler Konferenz.

Durch Partikel im Fördermedium tritt in Schraubenspindelpumpen hoher Verschleiß auf. Um die Pumpen auf die Anwendungen auslegen zu können, benötigen die Hersteller Modelle zur Beschreibung des Verschleißverhaltens und Konstruktionsrichtlinien. Die ausgeschrieben Arbeiten dienen der Entwicklung eines Prüffeldes, das die anwendungsnahe Untersuchung der Pumpen im Betrieb mit Partikeln erlaubt.

Virtual Reality (VR) ist zum allgegenwärtigen Thema geworden, das branchenübergreifend aufgenommen wird und nicht weniger als eine Revolution im Konsum digitaler Inhalte verspricht. Mit Hilfe dieser Technologie machen Unternehmen ihre Produkte potenziellen Kunden zugänglich und jenseits der Bereiche Kommunikation und Unterhaltung gibt es auch große Potenziale in Bildung und Forschung

Nach einer Veranstaltung wie einer Messe fallen immense Abfallmengen an. Es sind häufig Stellwände, Böden und Dekomaterialien, welche anschließend im Müll landen. Daher besteht der Wunsch nach nachhaltigen und ressourcenschonenden Konzepten. Die Messeaufbauten sollten idealerweise aus nachhaltigen, nachwachsenden, CO2-neutralen Materialien bestehen, welche nach Verwendung rezykliert werden können.

Hydraulische und pneumatische Systeme spielen eine große Rolle in der Industrie. Im Rahmen der Veranstaltung „Aktorpraktikum“ werden verschiedene Aktor-Prinzipien untersucht, unter anderem Pneumatik und Hydraulik. Pneumatische und hydraulische Aktoren arbeiten nach demselben Prinzip, jedoch mit unterschiedlichen Fluiden.

Im Rahmen von diesem ADP soll daher ein Konzept für einen hydraulischen Prüfstand entwickelt werden. Das Konzept soll sich dabei an einem bereits existierenden Konzept für einen Pneumatik-Versuch orientieren. Darüber hinaus sollen die Unterschiede zwischen Hydraulik und Pneumatik hervorgehoben werden.

In verschiedenen Anwendungen werden BLDC-Motoren als Antriebe oder Aktoren eingesetzt. Käufliche BLDC-Motorcontroller bieten dem Nutzer nur eine begrenzte Möglichkeit der Individualisierung. Zur Untersuchung innovativer Regelansätze und Verfahren ist dies jedoch notwendig, weshalb im Rahmen dieser Arbeit ein durch den Nutzer frei programmierbare BLDC-Motorcontroller entwickelt werden soll, der sowohl an Prüfständen als auch im Fahrzeug, z.B. zur Ansteuerung von Schaltaktoren, genutzt werden kann.

Am Institut für Flugsysteme und Regelungstechnik wurde das oben dargestellte hybride unbemannte Luftfahrzeug aufgebaut und modelliert Es ist in der Lage, mittels der vier Hubrotoren senkrecht zu starten und zu landen und durch den Tragflügel sehr effizient aerodynamisch zu fliegen Um einen Absturz des UAVs bei einem Ausfall eines Aktuators (z B Bruch eines Propellerblatts, Festklemmen einer Steuerfläche) zu verhindern, sind fehlertolerante Regelungsalgorithmen notwendig Am FSR wird hierfür der Einsatz von Methoden der optimalen Regelung und modellprädiktiven Regelung erforscht.

As part of the ongoing research in the Space Safety domain of FSR, a web dashboard shall be developed to display up-to-date data of the current situation in space. The to be developed dashboard application shall give an overview about the number of currently orbiting objects, current orbit, conjunction & launch events, and fragmentations.

In this work, we will develop the chemo-mechanics formulation for thin structures like beams. For this IGA solid beam element will be considered and coupled with the ion diffusion equation.

Ein wesentliches Ziel der Energiewende die Umstellung von fossilen auf er-neuerbare Energien. Eine solche nachhaltige Energieversorgung wird es er-möglichen, den zusätzlichen Ausstoß klimaschädlicher Treibhausgase wie CO2 zu vermeiden. Hierbei wird grüner Wasserstoff als Speichermedium für erneuerbar erzeugtem Strom eine Schlüsselrolle einnehmen [1].

Chemical energy carriers are essential building blocks for a future carbon-free energy economy, mitigating wind and solar energy fluctuations due to weather and geographical limitations. One suitable candidate is ammonia (NH3) which can be synthesized with renewable energy and are employable for mobile and remote applications. However, pure NH3 is subject to high ignition temperatures, lower laminar burning velocities, narrow flammability limits, and lower extinction strain rates. One very promising technology to overcome these difficulties is to use plasma to enhance ignition and flame. Recent experiments also showed that NOx emission could be largely reduced by introducing plasma into combustion. To better understand the mechanism of plasma impact on reactions, fundamental experiments under well-defined boundary conditions are highly desired.

This project aims to set up a laminar slot burner (LSB) with the assistance of nanosecond plasma discharges. A schematic layout of a conventional LSB is shown in Fig.1 [Boushaki et al.]. The LSB consists of three main parts: a mixer, a homogenizer, and a convergent nozzle. A premixed laminar flame can be stabilized on the burner exist. This existing concept should be adapted for plasma generation with a dielectric barrier discharge (DBD). The DBD should be installed in the position of the parallel nozzle, which mainly consists of two electrodes, a nanosecond high-voltage plasma pulse generator, and corresponding control units. The designed plasma-assisted LSB should have optical access into the nozzle to characterize the plasma homogeneity. This work aims to design, construct and test this burner in the combustion laboratory of RSM.

Das Fachgebiet Reaktive Strömung und Messtechnik (RSM) befasst sich mit moderner Verbrennungsforschung mithilfe Laser-diagnostischen Methoden. Im Hinblick auf den Klimawandel besteht das Ziel darin bestehende Verbrennungsprozesse zu verbessern und neue Prozesse mit alternativen Brennstoffen zu entwickeln. Neben herkömmlichen Verbrennungsprozessen wird daran gearbeitet ein besseres Verständnis für die Prozesse in mobilen Brennstoffzellen erlangen.

Die Mobilitätswende ist einer der größten Herausforderungen der kommenden Jahre. Um fossile Brennstoffe als dominierende Antriebsarten zu verdrängen, ist ein Mix an neuen Antriebsarten von Nöten. Als vielversprechend gilt dabei neben batteriebetriebenen Elektroautos die Energieversorgung mit einer Brennstoffzelle. Die Brennstoffzelle besitzt gegenüber Batterien den Vorteil, dass das Nachtanken mit neuem Brennstoff – im mobilen Sektor i. d. R. Wasserstoff – erheblich schneller geht als der Aufladevorgang einer Batterie. Da das Abgas einer Brennstoffzelle im Wesentlichen aus Wasser besteht, verspricht die Brennstoffzelle eine umweltfreundliche Alternative zu Verbrennungsmotoren darzustellen.

Die chemische Reaktion, welche die elektrische Energie erzeugt, findet dabei in einem kleinen, schwer zugänglichen Bereich statt. Dieser Umstand erschwert eine Diagnose der Prozesse im laufenden Betrieb, sodass leistungsmindernde Phänomene erst zu spät erkannt werden. Die optische Messtechnik bietet die Möglichkeit diese Prozesse minimalinvasiv zu detektieren. Die Aufgabe besteht darin, ein Prüfsystem zu entwerfen, welche reproduzierbare Betriebsmodi einer Brennstoffzelle im Labor ermöglicht. Dabei soll auch darauf geachtet werden, dass das System für Messtechnik zugänglich ist.

Das Thema ist geeignet für ein Advanced Design Projekt in Vollzeit und die Arbeitsaufgaben werden dementsprechend angepasst.

Climate change and rising health concerns have led to increasingly strict regulatory emission standards for combustion engines over the past few years.

In order to investigate the compliance with these regulations, special measurement techniques are required. Specifically, in the context of Real Driving Emissions (RDE), compact systems that allow for in situ measurement at engine tailpipe are necessary.

Tunable diode laser absorption spectroscopy (TDLAS) is a measurement technique well suited for this task, as it allows simultaneous high speed in-situ measurement of a variety of gases. A large benefit of this technique is the application of small diode lasers which can be connected via glass-fibers and thus allowing for very small measurement devices outside the vehicles.

The extension of the regulatory requirements made the implementation of new free-space diode lasers necessary, which are not yet fiber-coupled and thus cannot be connected to existing hardware.

The goal of this work is the development and application of a fiber-coupling system for these free space mid-infrared diode lasers.

Climate change and rising health concerns have led to increasingly strict regulatory emission standards for combustion engines over the past few years.

In order to investigate the compliance with these regulations, special measurement techniques are required. Specifically, in the context of Real Driving Emissions (RDE), compact systems that allow for in situ measurement at engine tailpipe are necessary.

Tunable diode laser absorption spectroscopy (TDLAS) is a measurement technique well suited for this task, as it allows simultaneous high speed in-situ measurement of a variety of gases. A large benefit of this technique is the application of small diode lasers which can be connected via glass-fibers and thus allowing for very small measurement devices outside the vehicles.

The Laser Diode and Temperature control (LDC & TEC) of these lasers needs to be very precise but at the same time also compact.

The goal of this work is the software development and application of a high-speed modular FPGA (Field Programmable Gate Array) based Laser Diode and Temperature control system in LabVIEW.

H₂ wird als vielversprechender, potentiell klimaneutraler Kraftstoff und Energieträger der Zukunft gehandelt. Besonders im Nutzfahrzeugbereich bieten Antriebslösungen, die auf der Wasserstoffverbrennung basieren, technische und ökonomische Vorteile. Diese Potentiale möchte das Start-up HTM Hydro Technology Motors GmbH nutzen und hat eine innovative Antriebsstrangkonfiguration entwickelt, welche ab 2023 auf dem Prüfstand des VKM untersucht und appliziert werden soll.

Es gibt viele bestehende Schwarmroboter-Plattformen, die sich in Größe, Bewegungsgeschwindigkeit, Kommunikationsmethoden usw. unterscheiden. Um die komplexe Dynamik des Schwarmverhaltens analysieren zu können, ist die Mobilität ein wichtiges Kriterium für eine solche Plattform. In diesem ADP soll ein Antriebssystem für einen Schwarmroboter entwickelt werden, welches omnidirektionale Bewegungen zulässt und gleichzeitig weitere Anforderungen erfüllt.

Das Fachgebiet Reaktive Strömungen und Messtechnik (RSM) befasst sich mit moderner Verbrennungsforschung. Laser-diagnostische Methoden ermöglichen auf diesem Gebiet die messtechnische Erfassung komplexer Vorgänge in der Gas- und Feststoffverbrennung.

Im transdisziplinären Forschungsverbund Clean Circles wird ein innovativer Energie-Stoffkreislauf untersucht. Hierbei wird elektrische Energie aus erneuerbaren Quellen in Eisen eingespeichert, welche über thermochemische Oxidation ausgespeichert und in thermischen Kraftwerken rückverstromt werden kann. Hierfür ist es notwendig ein tiefgehendes Verständnis der Oxidationsprozesse der Eisenpartikel zu haben.

Zur Untersuchung der Oxidationseigenschaften von Eisenpartikelgruppen unter verschiedenen Umgebungsbedingungen soll ein Brenner konstruiert bei der eine Eisenstaub/Luft Bunsenflamme stabilisiert werden kann. Zur Erzeugung der zu untersuchenden Suspension ist ebenso der Aufbau eines sogenannten Seeders erforderlich, der die Partikel in die Gasströmung einbringt. Zur Bestimmung der Partikelkonzentration soll ebenso eine Laserextinktionsmessung implementiert werden. Der Prüfstand soll dabei über ein LabView Programm angesteuert werden können, sowie relevante Parameter aufgezeichnet werden.

Bei einem skalierten Planeten-Getriebeprüfstand sollen dynamische Schadensmechanismen bei Überrollvorgängen mit Fragmenten untersucht werden. Die Fragmente sollen wiederholgenau und in kurzem Zeitfenster in eine Zahnlücke eingebracht werden.

Bisherig wurden elektromagnetische Hubaktuatoren mit eigenem Prüfstand zur Verfassung von Weg-Zeit und Weg-Kraft Kennlinien eingeplant. Diese Aktuatoren können u.U. nicht den gewünschten Einbringvorgang umsetzen. Daher sollen weitere Einbringmechanismus-Konzepte erarbeitet werden.

• Konstruktives ADP

• Anlage zum Weichmachen von veg. Leder (Labormaßstab)

• Bearbeitung in Vollzeit

• 6-8 Wochen

• Beginn: sofort

• Abgabe: Fokus auf die Konstruktion (techn. Zeichnungen), schriftliche Ausarbeitung zweitrangig

The project Clean Circles is dedicated to solving global energy problems by using iron as CO2-free, renewable and efficient chemical energy carrier. First, electricity from renewables is used to reduce iron oxide (energy storage). Then, the iron is oxidized to release thermal energy for electricity generation at a different place and time (energy release). In the collaborative research project, scientists and students from different Universities work closely on numerous experiments and simulations.

In this student work, a new metal particle ignition reactor (MPIR) with well-defined boundary conditions should be designed and tested for single iron particle experiments. MPIR will include three modules: electrostatic-based single particle generator, an optically accessible ignition channel, and an external heating system by an annular gas flame. The concept of MPIR originates from the so-called micro-flow reactor (see Fig. 1), which has been successfully applied for gaseous and liquid fuel ignition studies. The advantage of this setup is to study the ignition/reaction kinetic by converting the trainsient process to a space-dependent process. Within this work, this concept should be realized for metal fuel ignition measurements.

The topic is suitable for ADP, Bachelor and Master theses, and the work tasks are adapted accordingly.

Die Versuchsanlage soll in einem multimedialen 3D-Model dargestellt und im Eingangsbereich des Instituts präsentiert werden. Neben interaktiven Komponenten sollen auch alle Prozesse und Verfahren Besuchern und Interessierten anschaulich erklärt werden. Das Projekt umfasst die Konzeption, das Basisdesign sowie Detaildesign.

Schwungmassenspeicher dienen zur Speicherung elektrischer Energie. Zur Reduktion der Reibung wird der Rotor in der Regel magnetgelagert. Im Fall einer Fehlfunktion soll eine mechanische Lagerung (Fanglagerung) ein sicheres Auslaufen des Rotors gewährleisten. Dabei wird die Fanglagerung thermisch stark beansprucht. In der Arbeit soll ein Modell entwickelt werden, mit dem aufbauend auf den Kräften während eines Absturzes die Temperaturen im Lager berechnet werden können.

Die Speicherung volatiler, erneuerbarer Energien als eine der ungelösten Fragen der modernen Energiewirtschaft steht im Fokus des Clean Circles Clusterprojekts. Dabei soll Eisen als Energieträger einer klimaneutralen Kreislaufwirtschaft untersucht werden. Teil des Konzepts besteht in der Oxidation von Eisenpartikeln zur Energiegewinnung. Die dabei entstehenden Eisenoxidpartikel werden anschließend unter Verwendung von Energie aus erneuerbaren Ressourcen reduziert um wieder Reineisen zu gewinnen und somit den Kreislauf zu schließen. Die Reduktion findet durch Auflösung der Partikel in elektrolytischen Flüssigkeiten statt. Zur Untersuchung des Zusammenhangs von Hydrodynamik und Massentransfer während dieser Auflösungsprozesse soll ein Taylor-Couette Prüfstand verwendet werden. Dieser besteht im Kern aus zwei konzentrisch angeordneten Rohren mit einem fluidgefüllten Spalt. Durch unabhängige Drehung der Rohre um deren Längsachse lassen sich in dem Spalt verschiedene Strömungsregime gezielt einstellen.

Die Arbeitsgruppe Hochtemperatur-Prozessdiagnostik im Fachgebiet Reaktive Strömung und Messtechnik (RSM) entwickelt auf Absorptionsspektroskopie basierende Sensoren zur Untersuchung wandnaher reaktiver Strömungen, wie sie z.B. in SCR-Systemen zur Reduktion von Stickoxiden vorkommen. Infolge der Einspritzung von Flüssigkeiten bilden sich in solchen Umgebungen häufig dünne Filme auf den Systemwänden, welche die Effizienz und Robustheit der Prozesse erheblich beeinflussen können. Um ein tieferes Verständnis der zugrundeliegenden Phänomene zu erlangen, sollen in generischen Experimenten unter vereinfachten Randbedingungen relevante Prozessparameter erfasst werden. Ein entscheidender Parameter hierbei ist die Dicke der sich ausbildenden Flüssigkeitsfilme.

Ein bestehender Filmdickensensor ermöglicht die Messung von Flüssigkeitsfilmdicken an einem einzelnen Punkt. Derzeit wird das Sensorsystem erweitert, um auch mehrdimensionale Filmdickenmessungen zu ermöglichen. Neben einer Kamera zur räumlich aufgelösten Intensitätsmessung erfordert dies eine möglichst homogene, flächige Beleuchtung. Im Rahmen des hier ausgeschriebenen Advanced Design Projects soll ein geeignetes Beleuchtungskonzept entwickelt und erprobt werden.

Um neuartige, regenerative Kraftstoffe (eFuels, z.B. Wasserstoff) in Motoren einsetzen zu können, müssen die Auswirkungen auf die physikalischen Prozesse verstanden werden. Mit einer Saugrohreinspritzung (PFI) kann ein homogenes, mageres Gemisch erzeugt werden, um dann gezielt die Auswirkung einer Direkteinspritzung zu untersuchen.

In dieser Arbeit geht es darum, die aktuell verwendeten Injektoren in Bezug auf die eingespritzte Masse zu charakterisieren. Dabei müssen verschiedene atmosphärische Drücke und Temperaturen berücksichtigt werden. Nach Konzeption des Messaufbaus sollen die Messungen durchgeführt und ausgewertet werden.

Am Fachgebiet Reaktive Strömungen und Messtechnik (RSM) beschäftigt sich eine Arbeitsgruppe mit laserspektroskopischer Diagnostik zur Untersuchung der Vorgänge während der Abgasnachbehandlung von Verbrennungsmotoren. Hierzu wurde bereits verschiedene innovative Messmethoden zum sensitiven Nachweis der Abgasbestandteile entwickelt.

Mit Blick auf die weitere Verschärfung der gesetzlichen Vorgaben zum Ausstoß von Partikeln von Kraftfahrzeugen, aber auch industriellen Prozessen wird es notwendig auch hier neuartige Verfahren zur Messung von Partikelparametern zu entwickeln. Für die Untersuchung der Partikelbeladung im Abgas (Menge, Masse, Größe) von verschiedenen thermo-chemischen Prozessen soll daher ein Messaufbau auf Basis laser-optischer Methoden entwickelt und hinsichtlich der Nachweisgrenzen charakterisiert werden.

Im Rahmen des ADP soll daher zunächst ein Benchmark verschiedener Ideen zur Messung besonders kleiner Partikel in einem Heißgasstrom durchgeführt und hierauf aufbauend ein erster optischer Aufbau eines oder mehrerer optischer Systeme erfolgen.

Die aktuelle, anhaltende Diskussion um Abgasemissionen und Treibhausgase wie CO2 und die immer strenger werdende Gesetzgebung zwingt Forschungseinrichtungen sowie Motorenhersteller zu einer stetigen Weiterentwicklung der Motorbrennverfahren.
Eine Möglichkeit zur Erreichung der CO2-Grenzwerte stellt der direkteinspritzende Ottomotor mit seinem höheren Wirkungsgrad dar. Allerdings ergibt sich daraus eine geringere Gemischbildungszeit wodurch die Entstehung von Partikeln begünstigt wird …

Neben den konkret ausgeschriebenen Themen bieten wir stets eine Vielzahl weiterer Themen für ADPs an. Mögliche Themen versuchen wir dabei im persönlichen Gespräch auf die Interessen der Bearbeiter abzustimmen.

Sprechen Sie uns bei Interesse direkt an.

Neben den konkret ausgeschriebenen Themen bieten wir stets eine Vielzahl weiterer Themen für ARPs an. Mögliche Themen versuchen wir dabei im persönlichen Gespräch auf die Interessen der Bearbeiter abzustimmen.

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