Projekte und Abschlussarbeiten bei Prof. Dr. Wittmann

Projektart: Konzeption, Konstruktion
Teilnehmer: 1-2*
Schwerpunkt: Konzeptentwicklung
Beginn: Nach Absprache

Ausgangssituation/Stand der Technik:
Das Labor für angewandte Produktionstechnik (LAP) der Hochschule Trier bietet umfangreiche Tests für Kabel und Leitungen an. In dem Zusammenhang wurden produktionsbedingte Oberflächenfehler wie Ziehriefen o.ä. als mögliche Schwachstellen für die Langlebigkeit von mechanisch belasteten Leitungen identifiziert.

Aufgabenstellung:
Es soll verschiedene Methoden recherchiert werden, wie zylinderförmige Leiter aus Kupfer poliert werden können. Nach der Entwicklung eines entsprechenden Konzepts, sollen die zwei/drei vielversprechendsten Methoden systematisch erprobt und gegeneinander verglichen werden. Je nach Teilnehmerzahl kann das Projekt um wirtschaftliche Aspekte ergänzt werden: Dazu sollen die erwartete Qualität des Polierergebnisses sowie betriebswirtschaftliche Aspekte des Verfahrens im Produktionsumfeld betrachtet werden.

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Projektart: Simulation
Teilnehmer: 1-2*
Schwerpunkt: Simulation, COMOL
Beginn: Nach Absprache

Ausgangssituation/Stand der Technik:
Das Labor für angewandte Produktionstechnik (LAP) der Hochschule Trier bietet umfangreiche Tests für Kabel und Leitungen an. In dem Zusammenhang wurden Rauheiten an der Oberfläche von Leitern als Indikator für die verbleibende Lebensdauer von mechanisch belasteten Leitungen identifiziert. Im Rahmen einer laufenden Promotion wird dieser (und weitere) Effekt(e) genutzt, um den Verschleißzustand der Leitung in-situ messbar zu machen. Genutzt wird dazu der Skineffekt.

Aufgabenstellung:
Im Rahmen der Arbeit sollen verschiedene Modelle zu simulativen Abbildung der Rauheit an Leiteroberflächen weiterentwickelt werden. Anschließend sollen die Auswirkungen der Rauheit, im Zusammenhang mit dem Skineffekt auf die Dämpfung hochfrequenter Wechselströme untersucht und in Einklang mit realen Messergebnissen gebracht werden.

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Projektart: Software, Optimierung, Testen
Teilnehmer: 1
Schwerpunkt: Programmierung /Softwarearchitektur / Automatisierungstechnik / Mess- u. Regelungstechnik / Elektronik
Beginn: Ab sofort

Ausgangssituation/Stand der Technik:
Das Labor für angewandte Produktionstechnik (LAP) der Hochschule Trier bietet umfangreiche Tests für Kabel und Leitungen an. Neben der mechanischen Belastung sieht die Norm DIN EN 50396 unterschiedliche
elektrische Belastungen in Form von Strom und Spannung vor. Bei einem Bruch soll die Maschine angehalten (über den Remote-Kontakt) und die Strombelastung abgeschaltet werden (je nach Betriebsmodus, für Forschungszwecke soll bei Bruch ggf. weitergefahren werden können).
In einer vorangegangenen Arbeit wurde dazu das Strombelastungs- und Bruchmeldegerät entwickelt. Dieses stellt neben der elektrischen Belastung die Überwachung des Probanden auf einen Leiterbruch sicher.
Die Embedded Software des Geräts läuft auf einem Arduino Mega und befindet sich derzeit noch im Beta Status. Daher sind verschiedene Optimierungen notwendig.

Aufgabenstellung:
Ziel der Arbeit ist die Optimierung und das Debuggen der Embedded Software des Strombelastungs- und Bruchmeldegerät. Dazu zählen insbesondere eine verbesserte Auslesestrategie für den verbauten Poti, sowie Anpassungen der Fehlererkennung bzw. deren Schwellwerte unter Berücksichtigung verschiedener Sicherheitsaspekte.

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Projektart: Recherchieren, Analysieren und Realisieren
Teilnehmer: 1-2
Schwerpunkt: Biologie, Mikroorganismen, Medizintechnik
Beginn: Ab sofort

Ausgangssituation/Stand der Technik:
Unter dem Einfluss des Coronavirus hat sich das öffentliche Leben u.A. in Deutschland stark geändert. Viele Einschränkungen bestimmen derzeit das Leben. So dürfen Geschäfte entsprechend der Empfehlung des RKI1 beispielsweise nur noch mit einer sog. Mund-Nase-Bedeckung (MNB) betreten werden. Bei den empfohlenen MNB sind ausdrücklich auch nicht-medizinische Produkte („DIY-Maske“, „Behelfs-Mund-Nasen-Maske“, „Community-Maske“) erlaubt2. Als Konsequenz ist eine Vielzahl an unterschiedlichen Masken im Einsatz, welche sich in Form, Funktion und eingesetzten Materialien stark unterscheiden. Mit Ausnahme der (medizinischen) Einwegprodukten sind die Masken für eine wiederholte Verwendung vorgesehen. Damit einher gehen bedenken, welche die verbleibende Viruslast an der Maske zum Zeitpunkt der erneuten Verwendung angeht. Als Lösung werden teils abenteuerliche Desinfektions- oder Sterilisationsmethoden vorgeschlagen.

Aufgabenstellung/Vorgehensweise:
Ziel dieses Projekts ist es, ein möglichst allgemeingültiges Verfahren zu identifizieren, mit dem die größtmögliche Bandbreite an Masken sterilisiert werden kann. Die Erkenntnisse müssen dabei ausschließlich auf Recherchen und bereits abgeschlossene Studien gestützt werden.
Nach der Identifizierung möglicher Verfahren, bewerten Sie diese und stellen ein Gewinnerkonzept vor.
Dieses Konzept wird anschließend im kleinen Maßstab durch Sie realisiert und trägt damit zum Infektionsschutz an der Hochschule Trier bei.

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Projektart: Forschung
Teilnehmer: 1-2
Schwerpunkt: Recherche, Wissenschaftliche Methodik
Beginn: Ab sofort

Ausgangssituation/Stand der Technik:
Das Labor für angewandte Produktionstechnik (LAP) der Hochschule Trier bietet umfangreiche Tests für Kabel und Leitungen an. Daneben beschäftigt sich das Labor mit der Grundlagenforschung für elektrische Leitungen in bewegten Anwendungen. Für die Zukunft soll ein intelligentes Kabel entwickelt werden, das die Betriebssicherheit von Anlagen verbessert.

Aufgabenstellung:
Industrie 4.0 und das „Internet Of Things“ (IOT) stellen neue Anforderungen an elektrische Leitungen der Zukunft. Diese Anforderungen sollen im Rahmen dieser Arbeit geklärt werden.
Zusätzlich soll ein Benchmark durchgeführt werden, welche Anforderungen bereits heute erfüllt werden und welche es noch zu erfüllen gilt. Hierbei sollen aktuelle Trends der Kabelindustrie durchleuchtet werden, um die ersten Reaktionen der Kabelhersteller zu identifizieren.

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Projektart: Konstruktion / Inbetriebnahme
Teilnehmer: 1 - 2
Schwerpunkt: Elektrotechnik / Regelungstechnik
Beginn: sofort

Ausgangssituation/Stand der Technik:
Das Labor für angewandte Produktionstechnik (LAP) der Hochschule Trier bietet umfangreiche Tests für Kabel und Leitungen an. Das Labor verfügt über ein Modell,das in der Lage ist Elektrische Leitungen unter Berücksichtigung verschiedenster Parameter zu verseilen. Dazu zählen Abwicklungsprinzip (rotatorisch oder translatorisch), Schlagrichtung, Schlagweite und viele Weitere. Momentan wird das Modell von Hand betrieben, wodurch die Qualität der Verseilung stark von äußeren Einflüssen abhängt.

Aufgabenstellung:
Um eine konstante und wiederholbare Qualität der Verseilung zu ermöglichen, soll das Modell elektrisch angetrieben und geregelt werden. Dazu gehört nicht nur der Antrieb, sondern auch weitere Aktuatoren, wie beispielsweise die Bremsen der Einzelader-Trommeln.
Hierdurch soll es ermöglicht werden bei verschiedenen Verseilungsparametern unter konstanten Bedingungen Elektrische Leitungen herzustellen. Hierbei stellen die Regelungstechnischen Aspekte eine interessante Herausforderung dar.

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Projektart: Konstruktion
Teilnehmer: 1
Schwerpunkt: Analysieren, Konstruieren, Fertigen, Erproben
Beginn: sofort

Ausgangssituation/Stand der Technik:
Im Labor für angewandte Produktionstechnik (LAP) der Hochschule Trier werden verschiedene genormte Prüfungen verwendet, um die Lebensdauer von Leitungen unter mechanisch-dynamischer Belastung zu untersuchen. Neben der Schleppketten-, Biege- und Torsionsanlage steht dafür die Mehrfachrollenbiegeanlage zur Verfügung. Mit ihrer Hilfe können die Leiter kontrolliert und reproduzierbar geschädigt werden.
Die Leiter werden hierzu mit einer Quetschvorrichtung an einem Stab befestigt, welcher die Belastungsgewichte trägt und pneumatisch geklemmt werden kann. Problematisch sind sowohl die Klemmung als auch die Quetschung. Die Klemmvorrichtung hat zu viel mechanisches Spiel, sodass bei jeder Bewegung des Aktuators der Stab wackelt. Dies bringt ungewollte Kräfte in den Leiter ein. Gleichzeitig ist der Kraftschluss zu optimieren.
Die Quetschung birgt das Problem, dass Leiter zu sehr verformt werden und daher die Querschnitte von Leiter und Dielektrikum verändert werden. Dies ist kontraproduktiv für Hochfrequenzmessungen.

Aufgabenstellung:
Die vorhandenen Probleme sind zu analysieren und verschiedene Lösungswege aufzuzeigen. Nach einer Bewertung der Lösungswege wird die beste Variante auskonstruiert und gefertigt. Anschließend folgt eine Erprobung auf der Anlage.

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Projektart: Konzeption, Konstruktion, Literaturarbeit
Teilnehmer: 1-2*
Schwerpunkt: Konzeptentwicklung
Beginn: Nach Absprache

Ausgangssituation/Stand der Technik:
Derzeit existiert keine Norm für die Testung beweglicher Leitungen auf ihre Schleppkettentauglichkeit. Hersteller testen daher ihre Leitungen entweder direkt in Schleppketten oder bedienen sich (ungeeigneter) anderer Normtests. Das Testen direkt in einer Schleppkette ist dabei überaus zeitaufwändig (5 Mio. Zyklen sind > 1Jahr) und die Ergebnisse nichtig, sobald sich auch nur ein Parameter ändert. Als ubstitutionsprüfung wird gerne die Mehrfachrollenprüfung nach DIN EN 50396 herangezogen, welche an sich schon Mängel aufweist und die Kinematik der Schleppkette zudem nicht ausreichend abbildet.

Aufgabenstellung:
Im Rahmen einer laufenden Masterarbeit wurde die Kinematik der Schleppkette untersucht und ein erster Entwurf für eine geeignete Substitutionsprüfung entwickelt. Ziel der Arbeit ist es, den vorhandenen, provisorischen Versuchsaufbau konstruktiv zu verbessern, ihn anschließend zu verifizieren und daraus eine Normeneinreichung zu entwickeln. An der Hochschule sind diverse Normen einsehbar an denen sich ein solcher Vorschlag orientieren kann. Auch ist ein gewisser Erfahrungsschatz zu Normeneinreichungen vorhanden, von dem Sie profitieren können.
Wichtig für die erfolgreiche Einreichung ist dabei eine lückenlose Argumentationskette zur Übertragbarkeit der Ergebnisse. Dazu muss ein ausgeprägtes Verständnis über die Kinematik der Schleppkettenanlage entwickelt werden.

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Aufgabenstellung

Ziel des Projektes ist es, den aktuellen Stand der Technik von Sensorelementen, welche
mechanische Belastungen aufnehmen und verarbeiten können, zu beschreiben. Hierzu
sollen bereits im Markt verfügbare Sensoren bzw. Methoden gesichtet werden. Anschließend
sollen erste Konzepte an Probanden aus Naturfaser experimentell getestet werden.
Die Auswahl ist im Hinblick auf den neuartigen Leitungssensor zu treffen. Unterschiedliche
Technologien wie z.B. DMS oder faseroptische Sensoren sind in einer Matrix darzustellen
und mit Vor- und Nachteilen zu vergleichen. Anschließend sind die Messmethoden für die
Verwendung in Kombination mit Naturfaserverbundwerkstoffen zu bewerten. Das Messprinzip
soll als In-Situ-Verfahren realisiert werden, was bedeutet, dass die Bauteilüberwachung
auch im Betrieb des Fahrzeugs stattfinden kann. Mithilfe der gewonnenen Ergebnisse
werden mögliche Konzepte für die Realisierung des Leitungssensors identifiziert und
im Rahmen des Projekts aus ausgearbeitet. Der Umfang der Umsetzung orientiert sich dabei
am Projekt und den zu vergebenden ECTS-Punkten.

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Aufgabenstellung

Zur Abgrenzung der Funktionalität, des Anwendungsbereichs und ggf. für vergleichende Messungen soll im Rahmen dieses Projektes der „State of the Art“ der Kabelmesstechnik festgehalten werden. Dazu ist die Literatur sowie der Gerätemarkt nach allen aktuellen und überholten elektrischen Messverfahren zu untersuchen, welche Informationen über
die Leitung allgemein, deren Zustand oder bestimmte Parameter liefern. Die Verfahren
sollen aufgelistet, deren Technik kurz erklärt und anschließend anhand ihres Funktionsumfangs,
Anwendungsbereichs und Potentials hinsichtlich einer Ergänzung/Konkurrenzstellung
zu o.g. Systems bewertet werden.
Anschließend können potentiell erfolgversprechende Messprinzipien in Messungen im LAP
anhand verschiedener Probanden (z.B. Koaxialkabel, Twisted Pair, etc.) erprobt und ggf.
mit dem Kabelmonitoring-System verglichen werden.

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Aufgabenstellung

In verschiedenen Versuchen wurden gezielt Rauheiten auf Leitern erzeugt, welche unter-schiedliche Topologien aufweisen (Vgl. Abbildung 2).
Die erzeugten und weitere Topologien sollen mittels eines dreidimensionalen Modells per Feldsimulation untersucht und deren
Auswirkungen auf die (komplexe) Impedanz beschrieben werden. Genutzt wird dazu
das Programm „COMSOL“. Im Rahmen der Modellbildung besteht Ihre erste Aufgabe darin,
die erzeugten Strukturen im Modell abzubilden. In engere Absprache mit dem LAP
werden dann die Randbedingungen der Simulation festgelegt.
Zur Durchführung der Simulation wird Ihnen – falls nötig – ein leistungsstarker Arbeitsrechner
zur Verfügung gestellt. Die Simulationsergebnisse werden anschließend von Ihnen aufbereitet
und präsentiert. Abhängig von den gewonnenen Erkenntnissen soll im Verlauf der
Arbeit die Modellierung der Oberfläche iterativ so verändert werden, dass mit weniger
komplexen Modellen (z.B. 2D) die gleichen Ergebnisse erreicht werden können. Idealerweise
ermöglichen die Erkenntnisse eine Überführung verschiedener Oberflächeneigenschaften
in diskrete Bauelemente. Mit deren Hilfe soll das el. Leitungsmodell derart erweitert
werden, dass raue Leiter abgebildet und per analytischen Solver berechnet werden
können.

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Projektart:  AMB, FZT, WI
Teilnehmer: 1-2
Schwerpunkt: Werkstoffkunde, Technische Mechanik
Beginn: Ab sofort

Ausgangssituation/Stand der Technik:
Im Rahmen des Forschungsprojektes „Intelligente Naturfaserwerkstoffe“, welches durch die Carl-Zeiss-Stiftung an der Hochschule Trier gefördert ist, sollen unter anderem neuartige Sensorelemente für Naturfaserverbundwerkstoffe entwickelt werden.
Naturfaserverbundwerkstoffe werden schon länger im Automobilbereich, etwa zur Dämmung und Schallabsorption, eingesetzt. Neue Erkenntnisse in der Erforschung der Materialeigenschaften ermöglichen den Einsatz dieser Verbundmaterialien auch als tragende Elemente in Konstruktionen. Diese Werkstoffe erlauben z.B. im Fahrzeugbau eine besonders leichte und damit energieeffiziente und umweltfreundliche Bauweise und Herstellung.
Ziel ist es, Naturfaserverbundwerkstoffe für strukturelle Anwendungen weiterzuentwickeln und Sensorelemente sowie weitere Funktionselemente zu integrieren. Hierzu sollen Leitungen aus Metallen, Glasfaser oder anderen Materialien in den Naturfaserverbundwerkstoff integriert werden. Diese leitenden Strukturen können sowohl als Leiter zur Übertragung von Signalen und elektrischer Energie als auch in Funktion eines Sensors eingesetzt werden. Dieser Sensor soll homogene und inhomogene Beschädigungen innerhalb der Naturfaser identifizieren und somit eine Aussage über deren Lebensdauer treffen.

Aufgabenstellung:

Es existieren drei Schwerpunkte:

1. Suche nach geeigneten Probanden für das Sensorelement. Hier sollen geeignete Probanden aus Kupfer, Aluminium, Glasfaser oder Kohlefaser mittels Spektralanalyse, Gefügeuntersuchung, Oberflächenanalyse (Oxidbildung) und Härteanalyse untersucht werden, die später Ausgangsprobanden für die Parameterstudien zum Sensorelement sind. Besonderes Augenmerk wird außerdem auf das Design des Probanden gelegt, da dieser als Sensorelement für den Naturfaserverbundwerkstoff geeignet sein muss. Ziel ist es, den geeigneten Werkstoff für das Sensorelement zu identifizieren.
2. Untersuchung mechanischer Eigenschaften. Im zweiten Schwerpunkt sind die mechanischen Eigenschaften der im ersten Schritt ausgewählten Probanden zu analysieren. Zug/Druck-, Biege- und Torsionsbelastungen sind zu simulieren und potentielle Verschleißerscheinungen zu vergleichen und zu interpretieren. Aus diesen Erkenntnissen soll abgeleitet werden, wie sich das potentielle Sensorelement bei dynamischer Belastung verhält. Die Oberflächenstruktur und das Gefüge der Probanden vor und nach einer mechanischen Stressbelastung ist dabei von besonderem Interesse.
3. Parametervariation der mechanischen Eigenschaften. Im letzten Schwerpunkt dieser Arbeit sind Möglichkeiten zur Variation der mechanischen Eigenschaften der Probanden zu entwickeln. Auf Grundlage der im zweiten Schwerpunkt gewonnenen Erkenntnisse sollen Methoden gefunden werden, welche z.B. die Steifigkeit der Probanden verändern. Hierdurch soll das potentielle Sensormaterial für unterschiedliche Lasthorizonte im Fahrzeug angepasst werden.

Bei Fragen wenden Sie sich gerne an Philipp Baron (baronp(at)hochschule-trier.de).

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Projektart:  ET, WI-ET, (MB)
Teilnehmer: 1
Schwerpunkt: Forschung, MATLAB
Beginn: Ab sofort

Ausgangssituation/Stand der Technik:
Im Rahmen des Promotionsvorhaben „Entwicklung eines Kabelmonitoring-Systems“ wird eine Sensorik entwickelt, welche den mechanischen Verschleißzustand von Kabeln und Leitungen elektrisch messen soll. Das System basiert auf den Erkenntnissen einer vorangegangenen Promotion. In dieser wurde nachgewiesen, dass mechanisch gestresste Leiter (z.B. Walken, Knicken, etc.) an ihrer Oberfläche zunehmend rau werden.
Mit Hilfe des neuen Oberflächenmesssystems Confovis Toolinspect S können hochpräzise Aufnahmen der Leiteroberfläche angefertigt und die Rauheit darauf vermessen werden. Durch die meist zylindrische Leitergeometrie ist nicht möglich, die komplette (radiale) Oberfläche mit einer einzigen Aufnahme abzubilden.

Aufgabenstellung:

Das Gerät bzw. die dazugehörige Software kann die erfasste 3D-Punktewolke (typisch 2560 x 2560 Pixel) in verschiedensten Dateiformaten ausgeben. Zusammen mit einer mechanischen
Konstruktion, welche den Leiter in definierten Winkelschritten unter dem Objektiv dreht, ist es möglich, Aufnahmen der kompletten Oberfläche in radialer Richtung anzufertigen. Um diese als Ganzes untersuchen zu können, soll in dieser Arbeit ein Skript entwickelt werden, welches die einzelnen Aufnahmen zusammensetzt („Stitching“). Vorgesehen ist die Realisierung in MATLAB. Sollten sich andere Programme als geeigneter herausstellen, ist natürlich eine entsprechende Anpassung des Projekts möglich.
Für die Umsetzung benötigen Sie fundierte Kenntnisse im Bereich der linearen Algebra, sowie im Umgang mit MATLAB. Um den Überlappungsbereich der Punktewolken verlässlich feststellen zu können, werden voraussichtlich Methoden der Statistik benötigt (2D Korrelation). Ein gutes räumliches Vorstellungsvermögen ist ebenso von Vorteil, wie das Interesse am Forschungsgebiet Kupfer.
Das Labor für angewandte Produktionstechnik stellt Ihnen dafür die nötige Software, eine angenehme Arbeitsumgebung (inklusive Kaffeevollautomat) und nette Kollegen für Hilfestellungen
zur Verfügung.

Bei Fragen wenden Sie sich bitte an Philipp Lenz (lenzph@hochschule-trier.de, Tel. 738)
oder Philipp Baron (baronp@hochschule-trier.de, Tel. 766).

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