Konstruktion und Produktzuverlässigkeit

Ehemalige Mitarbeiter*innen

Prof. Dr.-Ing. Heinz Mertens

1981 - 2004 Leiter des Fachgebiets Konstruktionslehre im Institut für Konstruktion, Mikro- und Medizintechnik

E-Mail

Forschungsgebiete

  • Konstruktionslehre
  • Beanspruchungsgerechtes Konstruieren
  • Antriebstechnik
  • Lebensdauer- und Zeitfestigkeitsvorhersagen

Speziell

  • Antriebstechnik
  • Simulation
  • Rechnerunterstützte Konstruktion für Festigkeits- und Schwingungsprobleme mit zugehöriger Modellbildung

Gregor Schilling, M.Sc.

Wissenschaftlicher Mitarbeiter von 04/2017 - 04/2023

  • Forschungsgebiet
    • Forschungsschwerpunkt: Rotordynamik & Gasfolienlager
    • Forschungsprojekt: Gas-Polymer-Lager

Lehre

  • Betreuung der Lehrveranstaltung "Auswuchttechnik"
  • Betreuung der Lehrveranstaltung "Rotordynamik"
  • Betreuung der Lehrveranstaltung "Konstruktionslehre 2"
  • Betreuung von Studien-, Projekt-, Bachelor-, Masterarbeiten

Tobias Werder, M.Sc.

Wissenschaftlicher Mitarbeiter von 08/2016 - 09/2021

Forschungsgebiet

SFB-1029/2

TurbIN - Signifikante Wirkungsgradsteigerung durch gezielte, interagierende Verbrennungs- und Strömungsinstationaritäten in Gasturbinen

Teilprojekt B01:

Aktive Strömungskontrolle an Statorgittern bei periodisch-instationären Randbedingungen

Dr.-Ing. Hanns Michel

Wissenschaftlicher Mitarbeiter 09/2015 - 09/2020

 

Forschungsgebiet

Thermale Betrachtung von Gasfolienlagern

Gasfolienlager (Gas Foil Bearings, GFBs) sind ein innovatives Maschinenelement, bei dem durch die Drehbewegung des Rotors Luft zwischen Rotor und Lagerinnenwad gesogen wird. In diesem dünnen Luftfilm entstehen bei entsprechenden Drehzahlen ausreichend hohe Drücke um den Rotor zu tragen. Die Vorteile einer nicht vorhandenen Schmierung, die Ermöglichung sehr hoher Drehzahlen, ein robustes Temperaturverhalten und eine hohe Lebensdauer machen die Anwendung von GFBs insbesondere bei Turbomaschinen interessant.

Durch den Aufbau des Druckfilms, kommt es durch die innere Reibung im Luftfilm zu einer Erwärmung. Mit dem Anstieg der Temperatur ändern sich zentrale Eigenschaften der Luft, wie bspw. die Wärmeleitfähigkeit und Viskosität. Eine Modellierung der Wärmeströme in einem Gasfolienlager trägt deshalb zum Verständnis der Funktionsweise und der Modellierung eines Gasfolienlagers bei. Mit Hilfe eines numerischen Modells sollen diese Wärmeströme und ihre Auswirkungen auf die Lagerkomponenten sowie die Lagereigenschaften im Betrieb untersucht werden. Daraus ergeben sich Erkenntnisse zum Stabilitätsverhalten und der Tragfähigkeit von GFB.

Lehre

  • Betreuung der Lehrveranstaltung "Beanspruchungsgerechtes Konstruieren"
  • Betreuung der Lehrveranstaltung "Festigkeit und Lebensdauer"
  • Betreuung der Lehrveranstaltung "Konstruktionslehre 2"
  • Betreuung von Studien-, Projekt-, Bachelor-, Masterarbeiten

Dipl.-Ing. René Kamieth

Wissenschaftlicher Mitarbeiter 12/2016 - 10/2019

Forschung

Verbundprojekt: ECOFLEX-Turbo: 1.3.1b Entwicklung eines Modells zur Überwachung und effizienten Regelung für Verdichter mit integriertem Getriebe - Teil B: Schwingungen

Forschungsgebiet

Windenergieanlagen (WEA) werden üblicherweise für eine Nutzungsdauer von 20 Jahren ausgelegt. Entscheidend hierfür ist die Standsicherheit und damit Turm und Fundament. Um einen Weiterbetrieb auch nach 20 Jahren abzusichern, wird eine Methode entwickelt, die es erlaubt, aus Standardbetriebsdaten der WEA und Lastmessungen am Turm die während der bisherigen Nutzungsdauer ertragenen Lasten und damit eine Restnutzungsdauer der WEA abzuschätzen.

Lehre

  • Betreuung von Studien-, Projekt-, Bachelor-, Master- und Diplomarbeiten

Dr.-Ing. Tomasz Pronobis

Wissenschaftlicher Mitarbeiter 09/2014 - 09/2019

Lehre

  • Übung zur Auswuchttechnik
  • Übung zur Rotordynamik
  • Übung zur Konstruktion 2 und Konstruktion 3
  • Betreuung von Studien-, Projekt-, Bachelor-, Masterarbeiten

Abgeschlossene Arbeiten:

  • Lasterkennung am Kugellager im Flug-Triebwerk
  • Validation of a Fluid/Solid Heat Transfer Coupling Method for an Aero Engine High
    Pressure Turbine Interstage Cavity
  • Geometrical Optimization, Mechanical Design and Prototype Testing of a Radio Frequency Finger Component connecting Storage Ring Segments in a Synchrotron Type Particle Accelerator
  • Experimentelle Untersuchung des Einflusses konstruktiver Eigenschaften eines Rotors auf den Unwuchtausgleich in einer Ebene

Forschung

Gasfolienlager (Gas Foil Bearings, GFBs) sind ein innovatives Maschinenelement, bei dem durch die Drehbewegung des Rotors Luft zwischen Rotor und Lagerinnenwad gesogen wird. In diesem dünnen Luftfilm entstehen bei entsprechenden Drehzahlen ausreichend hohe Drücke um den Rotor zu tragen. Die Vorteile einer nicht vorhandenen Schmierung, die Ermöglichung sehr hoher Drehzahlen, ein robustes Temperaturverhalten und eine hohe Lebensdauer machen die Anwendung von GFBs insbesondere bei Turbomaschinen interessant.

Im Rahmen der Forschungsarbeit wird die axiale Bauart dieser Lager numerisch und experimentell bezüglich ihres Schwingungsverhaltens untersucht. Dazu gehört die Fertigung axialer Gasfolienlager am Fachgebiet, die Modellentwicklung und numerische Lösung der beschreibenden Differentialgleichungen sowie die Konzipierung, Durchführung und Auswertung von entsprechenden Versuchsreihen. Weiterhin werden die Schwingungen komplett (axial und radial) luftgelagter Rotoren numerisch vorhergesagt und experimentell ermittelt.

Dr.-Ing. Gervais Cèdric Djoko Kayo

Wissenschaftlicher Mitarbeiter 07/2016 - 06/2019

Forschungsgebiet

DFG-Projekt

Experimentelle Untersuchungen des dynamischen Verhaltens von Gasfolienlagern und dessen konstruktive Beeinflussbarkeit

Motivation:

Der Wunsch nach Wirkungsgradsteigerung und nach Erhöhung der Leistungsdichte im Turbomaschinenbau kann häufig durch eine Drehzahlsteigerung des Rotors realisiert werden. Demzufolge nimmt die Vielfalt der dafür in Frage kommenden Lagerarten ab und der Einfluss der Lagerung insbesondere auf das Schwingungsverhalten zu. Gasfolienlager (Gas Foil Bearing, GFBs) sind aufgrund der geringen Viskosität ihres Schmiermeduims geeignet, diese Drehzahlsteigerung für kleinere und leichtere Turbomaschinen zu realisieren. Neben der Realisierbarkeit verbesserter Wirkungsgrade ermöglicht die Verwendung von Gaslagern den Wegfall eines konventionellen Schmiersystems und damit einhergehend eine Gewichtsreduktion, eine verbesserte Zuverlässigkeit und Wartungsfreundlichkeit der Maschine.

Ziel:

Ein wesentliches Hindernis der industriellen Anwendbarkeit dieser Lagerungsart ist die zuverlässige Vorhersage des Betriebsbereiches sowie dessen Vergrößerung. Das Forschungsprojekt hat das Ziel, eine deutlich verbesserte Vorhersage des Betriebsbereiches zu liefern sowie Maßnahmen zur Vergrößerung des stabilen Betriebsbereiches zu untersuchen.

Dr.-Ing. Christian Gorges

Promovend von 2015 - 2018, BMW Group

Forschung

Identifying customer usage profiles of two-wheeled vehicles

Forschungsgebiet

Virtualisierung von Nutzungsprofilen von Motorrädern

 

Dr.-Ing. Robert Hoffmann

Wissenschaftlicher Mitarbeiter 05/2012 - 04/2017

Forschungsgebiet

Rotor- und Maschinendynamik

  • Stabilitätsanalyse von Gas-Folien-Lagern (Gas Foil Bearings)

Gas-Folien-Lager sind ein innovatives Maschinenelement, das aufgrund der Vorteile einer nichterforderlichen Öl-Schmierung, einer hohen Temperatur-beständigkeit sowie einer großen Lebensdauer besonders für Turboma-schinenanwendungen wie z. B. Turbolader, Turboverdichtern oder Kryopumpen geeignet sind. Im Rahmen der Forschungsarbeit soll die Auswirkungen solcher Lager auf das rotordynamische Verhalten numerisch und experimentell untersucht werden.

Sonstige Arbeitsgebiete

  • Quetschöldämpfer
  • Untersuchung des Eigenverhaltens von Turboladern

Lehre


Rotordynamik

Festigkeit & Lebensdauer

Betreuung von Studien-, Projekt-,  Bachelor-, Master- und Diplomarbeiten

Dr.-Ing. Robert Fay

Wissenschaftlicher Mitarbeiter 02/2013 - 01/2016

Forschungsgebiete

Das sanfte Anstreifen eines Rotors kann, trotz der geringen direkten Wirkung auf die Dynamik, zu einer Instabilität des Rotors führen, in dem sich der Rotor in Richtung des nichtsymmetrischen Wärmeeintrages verformt. Um den nach Newkirk benannten Effekt besser vorhersagen zu können ist ein Prüfstand am FG KUP geplant.

Teilbereich

Numerische Simulation des Rotorverhaltens beim sanften Anstreifen an Bürstendichtungen unter Berücksichtigung der thermischen Verformung des Rotors zur Vorhersage der Stabilität.

Dipl.-Ing. Daniel Kreuzer

Wissenschaftlicher Mitarbeiter 07/2009 - 10/2016
(von 02/2013 - 10/2016 Mitarbeiter im Forschungsprojekt)

 

Lehre

  • Betreuung von Studien-, Projekt-, Bachelor-, Master- und Diplomarbeiten
  • Übungen zur Antriebstechnik

Forschungsgebiet

Das sanfte Anstreifen eines Rotors kann, trotz der geringen direkten Wirkung auf die Dynamik, zu einer Instabilität des Rotors führen, in dem sich der Rotor in Richtung des nichtsymmetrischen Wärmeeintrages verformt. Um den nach Newkirk benannten Effekt besser vorhersagen zu können ist ein Prüfstand am FG KUP geplant.

Teilbereich

Konstruktion und Inbetriebnahme eines Prüfstandes zur experimentellen Untersuchung des thermoelastischen Verhaltens schnelldrehender Rotoren beim Anstreifen an Bürstendichtungen.

Dr.-Ing. Daniel Pucknat

Wissenschaftlicher Mitarbeiter 12/2008 - 08/2014

Forschungsgebiet

Produktzuverlässigkeit

  • Entwicklung einer Berechnungs- und Bewertungsstrategie zur Schadenstoleranzanalyse von komplexen Strukturen.

 

Komplexe Strukturen haben gegenüber einfachen Strukturen den Vorteil, dass sie Schädigungen u. U. tolerieren können. Es werden andere Lastpfade aktiviert, wodurch es zu Umlagerungen der Beanspruchungen kommt. Eine solche Struktur zeigt demnach Stützwirkungseffekte, die ausgenutzt werden können. Eine vollständige Schadensfreiheit ist demnach nicht notwendig, sofern die ermittelbare Lebensdauer den Ansprüchen genügt, wodurch massive Gewichtseinsparungen in komplexen Strukturen möglich sind. Eine simulationstechnische Abbildung ist komplex, da neben dem üblichen Ermüdungsfestigkeitsnachweis eine bruchmechanische Bewertung erfolgen muss, um eine Gesamtlebensdauer zu ermitteln. Innerhalb dieses Forschungsprojekt ist  eine Berechnungs- und Bewertungsstrategie entwickelt worden, die mit üblichen Werkzeugen eine solche Bauteilbewertung ermöglicht. Basis ist eine neue transpararente Festigkeitshypothese, die speziell auf die Anwendung und Bedürfnisse von FEM/ BEM-Berechnungen aufbaut.

Zeise

Dr.-Ing. Bärbel Zeise

Wissenschaftliche Mitarbeiterin 10/2010 - 05/2014

Forschung

Produktzuverlässigkeit

  • Simulation Reibkorrosion
  • Festigkeitsberechnung Reibdauerbrüche

 

Das Kernziel des Forschungsvorhabens ist die Festigkeitsbewertung von Verbindungen unter Reibkorrosion in Hinblick auf die Vorhersage eines bruchauslösenden Anrisses. Im grundlegenden Gegensatz zur vorherrschenden Vorgehensweise wird getrennt von der Versagensbewertung zuvor die verschleißbedingte Änderung der Kontaktkonfiguration simuliert.

Dr.-Ing. Henrike Kuntz (geb. Nimmig)

Wissenschaftliche Mitarbeiterin 01/2008 - 12/2012

 

Lehre

  • Übung in Antriebstechnik (Antriebstechnik I)
  • Übung in Simulation von Antriebssystemen (Antriebstechnik II)
  • Übung in Rotordynamik
  • Übung in Konstruktion 2
  • Betreuung von Studien-, Projekt-,  Bachelor-, Master- und Diplomarbeiten

Sonstiges

  • Studienfachberatung für die Studiengänge Konstruktionstechnik
    und Allgemeiner Maschinenbau
  • Forschung im Bereich Gender Diversity

Forschungsgebiete

  • Aktive Schwingungsreduktion in Flugzeugtriebwerken mit Piezoaktoren

In zahlreichen Produkten werden Piezoaktoren als schwingungsminderndes Element eingesetzt.  Der Einsatz in Flugzeugtriebwerken stellt jedoch ein besondere Herausforderung aufgrund der Randbedingungen dar. Das Verhalten von Piezoaktoren unter Berücksichtigung dieser Randbedingungen und des Bauraums wird im Rahmen dieses Forschungsvorhabens analytisch und experimentell näher untersucht.

Industrieprojekte

  • Siemens: Auswuchttheorie

Dr.-Ing. Piotr Kalinowski

Wissenschaftlicher Mitarbeiter 06/2007 - 05/2012

Forschungsgebiete

» Rotordynamik

  • Core-Blade-Off Events
  • Modalanalyse
  • Untersuchung des Eigenverhaltens von Turboladern und die Quetschöldämpferauslegung

Dr.-Ing. Andreas Scholz

Wissenschaftlicher Mitarbeiter 02/2008 - 01/2011

 

Forschungsgebiete

  • Rotordynamik
  • Passive Dämpfungssysteme in Flugtriebwerken
  • Modellierung des frequenz- und temperaturabhängigen Verhaltens viskoelastischer Materialien

Projekte

  • Qualified Elastomerrings for Engine Rotor Damping (EU-project FP7) Industrial partner: Rolls-Royce Deutschland

In diesem von der EU geförderten Forschungsprojekt wird die Eignung von Elastomerringen zur Reduzierung von Triebwerksschwingungen untersucht. Diese passiven Schwingungsdämpfer bieten gegenüber herkömmlichen Quetschöldämpfern einen deutlichen Kostenvorteil.
Die thermischen Bedingungen im Bereich der Triebwerkslager stellen jedoch eine extreme Herausforderung für Elastomere dar. Die Suche nach geeigneten Materialien ist daher ein Hauptbestandteil dieser Arbeit.
Zur Untersuchung der Dämpfungswirkung der Elastomerringe wurden am Fachgebiet für Konstruktion und Produktzuverlässigkeit ein Bauteil- und ein Rotorprüfstand entwickelt.
Die Analyse der Gesamttriebwerksstruktur erfolgt in Zusammenarbeit mit der Firma Rolls-Royce.
 

  • Siemens: Reibwertermittlung von Elektroblechen

Dr.-Ing. Torsten Sadowski

Wissenschaftlicher Mitarbeiter 05/2004 - 05/2009

Forschungsgebiete

  • Simulation dynamischer Systeme

Weiterhin

  • Systemadministration

Dr.-Ing. Jules Bertrand Njinkeu

Wissenschaftlicher Mitarbeiter 11/2003 - 10/2008

Forschungsgebiete

  • Zuverlässigkeit von mechanischen Bauteilen
  • Beanspruchungsgerechte Konstruktion
  • Versagensmechanismen metallischer Bauteile

Speziell

  • Reibkorrosion
  • Verschleißsimulation

Dipl.-Ing. Boris Gieseler

Wissenschaftlicher Mitarbeiter 10/2003 - 09/2008

 

Forschungsgebiete

  • Elastomerkupplungen
  • Beanspruchungsgerechte Konstruktion

Speziell

  • Programmierung von Finiten Elementen
  • Untersuchung von Materialgesetzen

Dr.-Ing. Benjamin Kloss-Groe

ehem. Wissenschaftlicher Mitarbeiter

 

Forschungsgebiete

  • Beanspruchungsgerechte Konstruktion
  • Mechanische Integrität und Funktionalität von Dampfturbinen (Statische Beanspruchung, Kriechen, LCF, HCF; …)
  • Dynamisches Geräteverhalten von Waschmaschinen
  • Risikomanagement von Konstruktionsprojekten

 

Dipl.-Ing. Oliver Capek

Wissenschaftlicher Mitarbeiter 04/2003 - 03/2008