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• Publikationen und abgeschlossene Arbeiten

Aktuelle Forschungsthemen und -projekte

Aktuelle Ergebnisse der Forschungs- bzw. Lehrtätigkeiten

Diss.: Methodik zur Auslegung von gewickelten Rotoren für permanenterregte Axialflussmaschinen

Die fortschreitende Elektrifizierung in der Fahrzeugtechnik und Industrie macht eine möglichst gute Ausnutzung der verfügbaren Bauräume nötig. Aufgrund der hohen verbauten Speicherkapazitäten bei gleichzeitiger niedriger Energiedichte wird versucht die Antriebe in bisher ungenutzte und für Energiespeicher ungeeignete Bauräume unterzubringen. Dafür können Axialflussmotoren aufgrund ihres scheibenförmigen Aufbaus geeignet sein. Außerdem bieten diese gegenüber Radialflussmotoren bei gleichem Durchmesser eine höhere Drehmomentdichte. Für Radialflussmaschinen wird in Rotorachsrichtung geschichtetes Elektroblech zur Reduktion von Streufeldern benutzt. Dabei sind die einzelnen Schichten parallel zur Magnetflussrichtung ausgerichtet. Für herkömmliche Axialflussmaschinen muss die Ausrichtung entsprechend angepasst werden. Radial ausgerichtete Schichtung würde zu Blechen mit nicht konstanter Dicke führen. Deshalb werden Stahlscheiben mit SMC Elementen zur Streufeldkompensation zwischen den Magneten als Rotoren benutzt.Für Axialflussmaschinen lässt sich trotzdem geschichtetes Elektroblech mit konstanter Dicke benutzen. Dazu kann statt der Stahlscheibe auf einer Nabe aufgewickeltes Blech benutzt werden, auf das die Magnete anschließend aufgeklebt werden. Das heißt allerdings, dass der gewickelte Rotor die gesamten Belastungen aufnehmen muss. Herkömmlicherweise würde man die gesamte Baugruppe mit einer FEM berechnen. Die Schwierigkeit besteht allerdings darin, dass der gewickelte Blechstreifen mehrere hundert Meter lang sein kann, und mit sich selbst eine {Vielzahl an Kontaktstellen} aufweist, und somit sehr aufwendig zu modellieren ist. Außerdem konvergiert dieses Problem nur sehr langsam und die Auswertung bedeutet großen Zeitaufwand. Um die Lösung des Gesamtproblems mit der FEM zu vermeiden wird in dieser Arbeit das Problem modifiziert. Statt des spiralförmig aufgewickelten Elektroblechs zu betrachten, werden stattdessen modelhaft Blechringe nacheinander auf eine Nabe aufgezogen. Das Aufziehen eines Ringes auf eine Nabe lässt sich analytisch darstellen und wie sich so ein Verband in der Praxis verhält ist bekannt. Z.B. in der DIN7990 sind die Eigenschaften und die Berechnung davon veröffentlicht. Hier werden im Wesentlichen modellhaft eine Reihe von Ringen nacheinander aufgezogen und die Eigenschaften dieses Verbandes abgeleitet. Diese Näherung wird in dieser Arbeit dahingehend begründet, dass zwar durch die eigentliche Spiralform eine Asymmetrie in der Belastbarkeit bezüglich der Belastungsrichtung existiert und der Reibkoeffizient bei der Ringmodellierung anders ist, aber diese Fehler lassen sich einerseits durch Anpassung des Reibkoeffizienten ausgleichen und andererseits sind diese Fehler vernachlässigbar klein. Es ist naheliegend die modellierten Blechringe, aufgrund der geringen Dicke üblicher Elektrobleche gegenüber den anderen Abmessungen, als unendlich dünn anzusehen. Dadurch können allgemeinere Aussagen getroffen werden und es werden die dabei auftretenden Fehler charakterisiert und die Grenzen der Anwendbarkeit bestimmt. Damit werden im nächsten Schritt die Belastungsgrenzen für unterschiedliche mögliche Belastungsarten bestimmt, und in welcher Form die Vorspannung zu erfolgen hat, um gleichzeitiges Versagen in jeder Schicht zu erreichen. Es wird außerdem gezeigt, dass nicht nur Plastizieren ein Versagenskriterium ist, sondern dass Abheben der einzelnen Schichten voneinander zum Verlust der Vorspannung und somit zum Versagen führt. Um vorhersagen zu können, wo und in welcher Art und Weise der Rotor versagt, werden allgemeingültige Diagramme für den gewickelten Rotor und einer etwaigen Bandage entwickelt. Es werden dabei auch Grenzen der möglichen Schichtanzahl gesucht, bevor es schon beim Wickeln selbst zu Plastizieren kommt. Die Herstellung der Magnettaschen kann entweder vor dem Aufwickeln durch Ausschneiden der Taschen im Blechstreifen selbst oder nach dem Aufwickeln durch Ausfräsen aus dem Rotor erfolgen. Ersteres wird für die Serienproduktion präferiert, während Zweiteres zur Prüfstandsverifikation von Prototypen bevorzugt wird. Durch die unterschiedliche Herstellung kommt es allerdings zu einer Veränderung des Vorspannungsverlaufs und dementsprechend auch zu einer Veränderung der Belastbarkeit des Rotors. Diese Unterschiede und Auswirkungen {werden untersucht}. Wie stark ein Rotor belastbar ist, hängt unter anderem von der Magnetform und wie die Magnetkräfte durch die Kleberschicht in den Rotor übertragen wird ab. Zur Untersuchung davon wird ein Algorithmus vorgestellt, bei der die Klebeschicht FEM modelliert und die Verformungen in drei charakteristischen Richtungen aufgebracht werden. Die Resultate davon werden in eine Kraftverteilungskurve umgerechnet, die zur numerischen Analyse benutzt werden kann. Dahingehend werden auch Kurven für einfache Magnetformen und eine Methode zur Bestimmung der Magnetform ausgehend von der Kraftverteilungskurve vorgestellt. Der wesentliche Parameter, der die Belastbarkeit des Rotors beeinflusst, ist die Vorspannkraft beim Wickeln. Um während der Produktion diese überprüfen zu können, wird die ideale Position einer Deformationsmessung bei Hohlnaben abhängig von der Geometrie hergeleitet. Außerdem werden Änderungen im Spannungsverlauf bei Verwendung von Hohlnaben gezeigt. Geschlitzte Hohlnaben können Hohlnaben mit axialen Verschraubungen annähern. Diese Methodik ist als Matlab Programm implementiert und wird mit dem kommentierten Code erklärt. Es wird an einem Beispiel untersucht, wie sich die verwendeten Parameter auf die ertragbare Drehmomentkennlinie auswirken.
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Diss.: Generischer Visualisierungsansatz für SysML-Modelle in PDM-Systemen

Autorenwerkzeuge zur Erstellung von Systemmodellen mittels der Systems Modeling Language (SysML) nutzen wie auch CAD-Tools proprietäre, untereinander inkompatible Formate zur Modelldatenspeicherung. Der für den Modelldatenaustausch zwischen unterschiedlichen Editoren vorhandene XMI-Standard weist Freiheitsgrade für seine Implementierung auf, was auch hier zu Inkompatibilitäten führt. SysML-Modellinformation kann deshalb oftmals nur mit großem Aufwand zwischen Entwicklungspartnern und anderen Stakeholdern ausgetauscht und mit weiteren Produktmodellen verknüpft werden. Bei hinreichend komplexen Entwicklungsprojekten erfolgt die Verwaltung der unterschiedlichen Modelle und Organisation der kooperativen Tätigkeiten in Produktdatenmanagement-Systemen (PDMS), die SysML-Modellinformation nur mit Hilfe von Autorenwerkzeug-spezifischen Plug-ins anzeigen können. Der hier vorgestellte Visualisierungsansatz soll den Zugang zu SysML-Modellinformation unterschiedlicher erzeugender Editoren ohne zusätzliche lizenzpflichtige Softwarekomponenten direkt in PDMS ermöglichen.  
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Bac. Arbeit: Optimierungsverfahren zum Entwurf von Neuronalen Netzen

Motivation / Ausgangslage:
Eine Herausforderung bei der Initialisierung von Neuronalen Netzen ist das Auffinden optimaler Startparameter.
Am Anwendungsfall einer vorhandenen modularen neuronalen Netzkonstruktion, welche das Verhalten einer Produktionsanlage simuliert, sollen verschiedene Optimierungsmethoden erprobt werden, um jene initialen Einstellungen ausfindig zu machen, bei welchen die Netzperformance maximiert werden kann.
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Bac. Arbeit: Betrachtung gängiger Softwarelösungen zur Isolierung von Applikationen auf Edge Devices im industriellen Umfeld anhand von Container-basierter Virtualisierung

Container-basierte Virtualisierung birgt großes Veränderungspotential für Unternehmen im
Sektor Informationstechnik. Treibende Kräfte sind unter anderem Konzerne wie Google, Microsoft und Amazon. Allerdings wird die Welt der Container auch von einer aktiven EntwicklerCommunity getragen, die von offenen Standards unterstützt, eine Grundlage für die Anwendung von Containern legen. Seit Docker 2013 die Container-Technologie populär machte, steigt
die Anzahl der vorhandenen Angebote in diesem Bereich laufend. Die vorliegende Bachelorarbeit möchte einen Überblick über die unterschiedlichen Produkte geben und diese anschließend vergleichen.
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Bac. Arbeit: Entwicklung eines Kriterienkatalogs zur Bewertung von industriellen Edge Devices für die Durchführung von Machine Learning Analysen

Motivation:
Edge Devices sind intelligente Netzwerkkomponenten, die eine zentrale Rolle bei der autonomen Steuerung von Produktions-landschaften spielen. Durch die zunehmende Miniaturisierung und steigende Performance moderner Chipsets ist die Durchführung von Machine Learning Analysen auf Edge Devices möglich geworden. In Folge dessen haben unterschiedlichste Hersteller entsprechende Geräte oder Hardware-Erweiterungen entwickelt. Die Diversität der Geräte und ihrer Anwendungsfälle macht deren Analyse und Bewertung schwierig. In diesem Zusammenhang wird ein Kriterienkatalog benötigt, anhand dessen die Edge Devices analysiert und gegenüberstellt wurden können.
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Bac. Arbeit: Evaluation des State of the Art von Preprocessing Methoden in industriellen Anwendungsgebieten

Motivation:
Da immer mehr Daten auf der Welt entstehen und scheinbar die ganze Welt miteinander verbunden ist, wird in dieser Bachelorarbeit der Datenanalyse beziehungsweise dem Data Preprocessing besondere Aufmerksamkeit geschenkt. Der Datenaufbereitungsschritt benötigt ungefähr 80% des gesamten Zeitaufwands bei einem Data Mining Prozess. Die Schwierigkeit bei diesem Schritt besteht darin, aus den großen Datenmengen wertvolle Informationen oder Muster zu erkennen. Durch eine sorgfältig durchgeführte Datenaufbereitung, ergibt sich allerdings eine zuverlässigere Datenanalyse. 
Da diese anwachsenden Datenmengen vielfach am Rande des Netzwerks entstehen, wird die Möglichkeit der lokalen Datenverarbeitung ebenfalls betrachtet. Aufgrund der Bandbreite des Netzwerks und der Sorge über die Privatsphäre von Daten, ist es oftmals nicht notwendig und uneffektiv Daten zu einer entfernten Cloud zu schicken. 
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