Studien- und Abschlussarbeiten

Thema

Die gezielte Beeinflussung der Schwingungsform in Ultraschallsystemen kann durch den Einsatz beschalteter passiver Piezokeramiken realisiert werden. Für die Beschaltung kommen passive elektrische Bauelemente wie Kondensatoren, Induktivitäten und Widerstände zum Einsatz. In früheren Untersuchungen hat sich insbesondere die Verwendung von Kondensatoren als wirkungsvoll erwiesen. Für eine automatisierte Beeinflussung der Schwingungsform in Ultraschallsystemen soll nun eine digital schaltbare Kapazitäts-Dekade entwickelt werden.

Die Dekade ermöglicht es, unterschiedliche Kapazitätswerte bereitzustellen, damit die Schwingungsform im Ultraschallsystem dynamisch an externe Randbedingungen angepasst werden kann. Die Ansteuerung erfolgt vollständig über die dSpace-Plattform und Matlab Simulink. Ziel ist eine flexible und adaptive Lösung, die eine präzise Steuerung der Schwingungsformen erlaubt und somit die Effizienz und Wirkung der Ultraschallanregung in Prozessen ermöglicht.

• Einarbeitung in die Ultraschalltechnologie und den Betrieb von Ultraschallwandlern
• Entwurf einer Kapazitäts-Dekade mit störungsfreien Schaltvorgängen
• Auch möglich: Entwurf einer Steuerung zur optimalen Beschaltung des Ultraschallsystems mit Kapazitäten

Anforderungen

• Verantwortungsvolle und selbstständige Arbeitsweise
• Vorkenntnisse in Matlab oder in der Verwendung von Messgeräten wünschenswert
• Der Umfang der Aufgaben wird an die jeweilige Art der Arbeit (Bachelor-, Studien-, Masterarbeit) angepasst

Anfragen richten Sie bitte mitsamt Notenspiegel an die angegebene E-Mail Adresse.

Thema

Die Eigenschaften einer Schweißnaht lassen sich gezielt durch die Anregung des Schmelzbades mittels Ultraschall beeinflussen. Hierfür kommt ein typischer Ultraschallwandler zum Einsatz (siehe Abbildung). Dieser Wandler wirkt aktiv auf den Schweißprozess ein, wird jedoch gleichzeitig auch durch die Prozessbedingungen beansprucht. Diese Wechselwirkung zeigt sich in den elektrischen Signalen des Wandlers – insbesondere in Strom- und Spannungsverläufen. Die am Ultraschallwandler gemessenen Signale bieten somit die Möglichkeit, Rückschlüsse auf den Schweißprozess zu ziehen. Ziel der studentischen Arbeit ist es, zu untersuchen, inwieweit eine Korrelation zwischen diesen elektrischen Signalen und dem Verlauf des Schweißprozesses besteht. Insbesondere soll analysiert werden, welche Merkmale der entstehenden Schweißnaht sich mit bestimmten Signalverläufen in Verbindung bringen lassen.

Zur Auswertung eignen sich sowohl klassische signalverarbeitende Verfahren als auch moderne Ansätze des maschinellen Lernens. Dabei stellen sich zentrale Fragen wie: Besteht ein Zusammenhang zwischen Einschweißtiefe und elektrischer Impedanz? Lassen sich potenzielle Fehlstellen in der Schweißnaht anhand auffälliger Signalmerkmale erkennen?

• Einarbeitung in die Ultraschalltechnologie und den Betrieb von Ultraschallwandlern
• Entwurf von Algorithmen zur Datenauswertung in Matlab
• Planung und Durchführung von Versuchen zur Validierung der gefundenen Korrelationen

Anforderungen

• Verantwortungsvolle und selbstständige Arbeitsweise
• Vorkenntnisse in Matlab oder in der Verwendung von Messgeräten wünschenswert
• Der Umfang der Aufgaben wird an die jeweilige Art der Arbeit (Bachelor-, Studien-, Masterarbeit) angepasst

Anfragen richten Sie bitte mitsamt Notenspiegel an die angegebene E-Mail Adresse.

Thema

Am Institut für Dynamik und Schwingungen wird der Laserstrahlschweißprozess mit einer unterstützenden Anregung durch Ultraschall erforscht. In vorangegangenen Untersuchungen konnte nachgewiesen werden, dass beim Schweißen eine Anregung des Schmelzbades mit Ultraschall viele Vorteile, wie eine bessere Durchmischung der schmelzflüssigen Komponenten, hat.

Ein wichtiger Parameter beim Laserstrahlschweißen ist die Einschweißtiefe. Sie gibt Aufschluss über die Qualität der Verbindung der Fügepartner. Mit einem OCT-Sensor wird dieser Parameter während des Prozesses direkt gemessen. Auf Basis dieses Sensors wurde eine Einschweißtiefenregelung für den Prozess entwickelt. Innerhalb der studentischen Arbeit soll diese Regelung nun erweitert werden. Es ergeben sich daraus u.a. folgende wissenschaftliche Fragestellungen:

• Wie muss die Regelung abhängig vom Material der Fügepartner angepasst werden?
• Wie muss das OCT-Messsignal verarbeitet werden, damit die Regelung stabil bleibt?
• Wie muss ein Einschweißtiefenprofil aussehen, um einen Wärmestau bei Rundstangen zu verhindern?
• Eignen sich die Signale des Ultraschalltransducers als Rückführgröße?

Anforderungen und Bemerkungen

• Verantwortungsvolle und selbstständige Arbeitsweise
• Freude an simulativer sowie experimenteller Arbeit
• Vorkenntnisse in Matlab sowie der Simulationsumgebung Simulink erforderlich
• Der Umfang der stud. Arbeit wird an die Art der Arbeit (Bachelor-, Studien-, Masterarbeit) angepasst

Anfragen richten Sie bitte mitsamt Notenspiegel an die angegebene E-Mail Adresse.

Motivation

Das Interesse an Leistungsultraschallschwingern, die Torsionsschwingungen nutzen ist in den letzten Jahren kontinuierlich gestiegen. In dieser Arbeit sollen die verschiedenen Möglichkeiten zur Erzeugung Torsions-Ultraschallschwingungen (hier etwa 20 – 50kHz) untersucht werden.

Vorgehensweise

Praktikum

• Recherche zu den aktuell bekannten Systemen und der genutzten Mechanismen zur Schwingungserzeugung (z.B. Nutzung spezieller piezoelektrischer Elemente, Umwandlung von Längs- in Torsionsschwingen über geometrische Maßnahmen, …) in Patentliteratur und wissenschaftlichen Datenbanken
• Erarbeitung/Ableitung neuer Konzepte
• Voruntersuchungen mit der FEM

Masterarbeit

• Analyse der Vor- und Nachteile sowie Bewertung der ermittelten Konzepte einschließlich einer Chancen- und Risikobetrachtung.
• Entwurf von Funktionsmustern der zwei besten Konzepte mit der FEM unter Berücksichtigung des piezoelektrischen Effektes → Update der Bewertung
• Erstellung von Fertigungsunterlagen für das beste Konzept
• Aufbau und experimentelle Charakterisierung des Prototyps und Ergebnisbewertung

Wünschenswert

• Kenntnisse in der Schwingungstechnik (bevorzugt kontinuierliche Systeme)
• Kenntnisse in der Anwendung der FEM, z.B. mit Ansys
• Hohe Selbstständigkeit und Motivation
• Gute Kommunikationsfähigkeit in Deutsch oder Englisch

Start ab sofort bzw. nach Absprache

Thema

In der Arbeitsgruppe Piezo- und Ultraschalltechnik wird an Leistungsultraschallsystemen unterschiedlicher Anwendung geforscht. Für den Betrieb und die Untersuchungen der Ultraschallsysteme werden Sensoren, wie beispielsweise Stromzangen und Spannungstastköpfe, benötigt. Unkalibrierte Sensoren führen zu Unsicherheiten und ggf. Messfehlern, die sowohl dem Betrieb als auch der Analyse stören. Darüber hinaus werden je nach Untersuchung unterschiedliche Messsysteme verwendet, dessen Messkanäle unterschiedliche Eingangsimpedanzen aufweisen.

Im Rahmen einer studentischen Arbeit soll ein Vorgehen erarbeitet werden mit dem die Sensoren für die Messung beliebiger Leistungsultraschallsysteme innerhalb des interessierten Frequenzbereichs kalibriert werden können. Das Vorgehen soll derart konzipiert werden, dass die Kalibrierung vor Start einer jeden Messung durchgeführt werden kann.

Voraussetzung

• Studium im Bereich Mechatronik oder vergleichbar
• Analytische Denkweise
• Erfahrung mit Matlab Simulink wünschenswert
• Selbstständige und verantwortungsbewusste Arbeitsweise

Start ab sofort

Aufgabe:

Leistungsultraschall ist eine etablierte Technologie, die in vielen Bereichen eingesetzt wird, um Produkte und Prozesse zu verbessern. Leistungsultraschall in großen Strukturen ist hingegen wenig verbreitet, da noch einige Herausforderungen existieren. Die Herausforderungen liegen in der Auslegung und dem Betrieb der großen Systeme, was aktuell am Institut für Dynamik und Schwingungen erforscht wird.

Für die Beschreibung der Dynamik der großen Systeme werden Finite-Elemente Modelle mit vielen Freiheitsgraden benötigt. Diese großen Modelle sind für einen Auslegungsprozess nicht praktikabel, weshalb Modellreduktionen unumgänglich sind. In dieser Studien- oder Masterarbeit wird an einem kleinen Plattenmodell ein Substrukturierungsansatz untersucht, bei dem das System zerlegt und reduziert wird. Zu dem Ansatz sollen einige grundlegenden Fragen beantwortet werden, die beispielsweise den Zerlegungsgrad und die Auswahl der wesentlichen Freiheitsgrade betreffen. Der Umfang der Arbeit kann anhand der Fragen gestreckt und gestaucht werden. Die Simulationen sollen überwiegend in Ansys durchgeführt werden.

Voraussetzungen:

• Studium im Bereich Maschinenbau oder vergleichbar

• Maschinendynamik erfolgreich absolviert

• Analytische Denkweise

• Kenntnisse in Ansys wünschenswert

• Selbstständige und verantwortungsbewusste Arbeitsweise

Ab sofort

Aufgabenstellung:

Zum Verständnis der Wirkungsweise von Winterreifen und deren simulationsbasierter Auslegung ist es erforderlich, auch das Materialverhalten von Schnee beschreiben zu können. Schnee ist dabei ein recht herausforderndes Material, u.a da es bei einer grundsätzlich granularen Struktur mit steigender Temperatur einen Phasenwechsel von fest zu flüssig erfährt.

Im Rahmen dieser Arbeit soll auf Basis eines fraktionalen Ansatzes ein visko-elasto-plastisches Materialverhalten des Schnees angenähert werden. Vorarbeiten für ein viskoelatisches, fraktionales Materialgesetz sind am IDS bereits erfolgt.  Eigene Versuchsergebnisse zum Schneeverhalten zur Validierung und Parametrierung liegen vor bzw. können jederzeit erzeugt werden. Die Arbeit soll vornehmlich in Matlab erfolgen.

Voraussetzung

• Erfahrung mit Matlab
• Gerne Kontinuumsmechanik 1 und 2
• Eigenständige Arbeitsweise

Start ab sofort

Aufgabenstellung:

Strukturen und Texturen werden oft eingesetzt, um die Griffigkeit von Objekten zu verbessern. Dies erfolgt jedoch in der Regel erfahrungsbasiert, d.h. es ist nicht bekannt, ob es Zusammenhänge zwischen den bekannten Oberflächenkennwerten und der Reibung auf diesen Oberflächen gibt.

Im Rahmen dieser Arbeit sollen für ein Zahl von verschiedenen Oberflächentexturen mit einem optischen Messverfahren Oberflächenscans gemacht werden  und eine Reihe von Oberflächenkennwerten (unter Umständen auch richtungsabhängig) berechnet werden. Gleichzeitig sollen auf diesen Oberflächen Reibungsuntersuchungen mit verschiedenen Kontaktpartnern durchgeführt werden. Eine statistische Auswertung mit Methoden des Machine Learnings soll Zusammenhänge zwischen Oberflächenfeatures und der Haft- bzw Gleitreibung aufzeigen.

Voraussetzung

• Interesse an experimenteller Arbeit
• Interesse an Machine Learning
• Interesse an Matlab

Start ab Juni 2025