Student Works

Typ: Initiativbewerbungen für Projekt‐/ Bachelor‐/ Masterarbeiten

Gruppe: Prozesskontrolle

Zur Herstellung von Stahlkomponenten für die Automobil‐, Luftfahrt‐, Energie‐ und Offshore‐Industrie werden zahlreiche trennenden, umformende und fügende Fertigungsverfahren eingesetzt, die die Lebensdauer der Komponenten unter Betriebsbeanspruchungen signifikant beeinflussen. In den studentischen Arbeiten der Gruppe Stähle werden der Einfluss der Fertigungsverfahren unter Einsatz kombinierter In‐Prozess‐Messtechnik untersucht, die zugrundeliegenden mikrostrukturellen Eigenschaften charakterisiert und mit dem mechanismenbasierten Ermüdungsverhalten unter realitätsnahen Beanspruchungen korreliert.

Die Arbeiten umfassen grundsätzlich die Durchführung experimenteller Untersuchungen an elektromechanischen, servohydraulischen und elektromagnetischen Prüfmaschinen und die Anwendung mechanischer, thermometrischer, elektrischer, magnetischer, optischer und elektrochemische Messsysteme. Für die mikrostrukturellen und analytischen Untersuchungen werden Licht‐ und Elektronenmikroskopie sowie Röntgendiffraktometrie eingesetzt.

Kontaktperson: M.Sc. Simon Strodick

Typ: Projektarbeit

Gruppe: Korrosion und Wasserstoff

Faserverstärkte Kunststoffe (FVK) eignen sich aufgrund ihrer hohen spezifischen Festigkeit und Steifigkeit im Besonderen für den Einsatz in Automobil-und Luftfahrtindustrie. In diesen Anwendungsfeldern treten hohe und langwierige mechanische Belastungen auf, die in der Bauteilauslegung berücksichtigt werden müssen. Als Grundlage hierfür werden in der Werkstoffprüfung Langzeitversuche eingesetzt, um die Beanspruchung zu simulieren und die Lebensdauer des Werkstoffs ermitteln zu können.

Im Rahmen dieser studentischen Arbeit soll mikroskopische Schädigung infolge einer axialen oder Wechsel-Biege- Beanspruchung, basierend auf verschiedenen Methoden der optischen Messtechnik, charakterisiert werden. Dafür entwickeln Sie die Prüfstrategie und den instrumentierten Prüfaufbau. Die ermittelten Ergebnisse sollen im Hinblick auf die Einstellmöglichkeit und somit die Detektionsqualität ausgewertet werden. Einen wesentlichen Bestandteil der Arbeit stellt die Auswertung, grafische Darstellung und Interpretation der Versuchsergebnisse dar.

Kontaktperson: M.Sc. Lars Gerdes

Typ: Projekt-/Bachelor-/Masterarbeit

Gruppe: Leichtbaustrukturen

Leichtbaustrukturen können auf monolithischen Werkstoffen, als auch hybriden Werkstoffkombinationen basieren. Die dabei eingesetzten Werkstoffe weisen ein komplexes maßgeschneidertes Materialverhalten auf, das mit einem erhöhten Aufwand bei der Bauteilauslegung und Lebensdauervorhersage einhergeht. In den studentischen Arbeiten der Gruppe Leichtbaustrukturen steht die Realisierung von Versuchsaufbauten für eine mechanismenbasierte Charakterisierung der Leistungsfähigkeit und Lebensdauer verschiedenster Werkstoffsysteme im Fokus. Mögliche Themen umfassen Leichtmetalllegierungen, hochfeste faserverstärkte Kunststoffe, Hybridsysteme aus bspw. Aluminium und CFK, sowie nachhaltige cellulosebasierte Werkstoffe und Holz. Das Versuchsspektrum erstreckt sich von analytischer Technik, wie in situ Computertomographie, über Ermüdungsexperimente im LCF- bis VHCF-Bereich mit Überlagerung verschiedenster anwendungsorientierter Einflüsse, wie bspw. korrosiver Medien und Hochgeschwindigkeits-/Impactprüfung.

Kontaktperson: M.Sc. Selim Mrzljak

Typ: Masterarbeit

Gruppe: Biomaterialien

Die direkte Wiederverwertung von Aluminiumspänen durch Strangpressen hat im Gegensatz zu den konventionellen, wiederaufschmelzenden Recyclingverfahren erhebliche Vorteile in Bezug auf die Energiebilanz. Während die quasistatischen Eigenschaften solcher Profile mit konventionell hergestellten Profilen vergleichbar sind, ergeben sich in Bezug auf zyklische Eigenschaften deutliche Abweichungen. Ein wichtiges Kriterium ist in diesem Kontext die Ausprägung der Schweißnähte zwischen den Spänen.

Im Rahmen dieser Arbeit sollen auf Basis von Mikrostrukturaufnahmen Aussagen über die Verteilung der Späne im späteren Strangpressprofil getroffen werden. Hierauf aufbauend soll dann ein Werkstoffmodell erarbeitet werden, mit dessen Hilfe eine Aussage über die zu erwartenden quasistatischen und zyklischen Eigenschaften für verschiedene Prozessparameter und damit Spanverteilungen ermöglicht wird. Die Ergebnisse sollen abschließend durch Zug- und Ermüdungsversuche validiert werden.

Kontaktperson: M.Sc. Alexander Koch

Typ: Masterarbeit

Gruppe: Biomaterialien

Ein operativer Eingriff ist immer ein Risiko für die Patient:innen und bindet medizinisches Fachpersonal und damit auch Kosten. Bioresorbierbare Knochenschrauben mit definiertem Korrosionsverhalten sollen zukünftig die Anzahl notwendiger Operationen verringern, da nach dem Heilungsprozess eine zusätzliche Operation zur Entnahme des Implantats entfällt. Die geringe Korrosionsbeständigkeit von Magnesium kann in dieser Anwendung zum Vorteil genutzt werden, da die Implantate nach der Funktionsphase vollständig degradieren.

Im Rahmen dieser Arbeit soll eine optischer Messmethodik für in-situ Korrosionsermüdungsverusche entwickelt werden. Die Ergebnisse werden mit taktilen Extensometern verglichen. Deine Ergebnisse sollen dazu beitragen den messtechnischen Aufwand zu reduzieren und dabei die Qualität des Messmethoden zu verbessern.

Kontaktperson: M.Sc. Steffen Sowka

Typ: Masterarbeit

Gruppe: Biomaterialien

Keramische Implantate werden bevorzugt aufgrund der Ästhetik und biokompatiblen Eigenschaften eingesetzt. Die Sprödigkeit und Anfälligkeit für Risse beeinflussen jedoch die mechanischen Eigenschaften einer Keramik maßgeblich, sodass derzeit nur etwa jedes zehnte Implantat aus Keramisch hergestellt wird, obwohl die hohe Härte und Druckfestigkeit des Werkstoffs für einen Einsatz als Implantat spricht.

Im Rahmen dieser Arbeit soll an einem instrumentierten Prüfstand die Rissentstehung und -ausbreitung von keramischen Proben untersucht werden. Mit der anschließenden Fraktographie werden bruchauslösende Defekte charakterisiert. Die Ergebnisse sind im Kontext des Einsatzes als Implantatwerkstoff zu bewertet.

Kontaktperson: M.Sc. Christian Patsch

Typ: Bachelor-/ Masterarbeit

Gruppe: Leichtbaustrukturen

Klimapositive natürliche Werkstoffe ermöglichen einen exzellenten Ersatz petrolbasierter Polymere als Basis neuer, nachhaltiger kreislaufwirtschaftlicher Konzepte. Als altbewährter All-Cellulose Composite (ACC) kann Vulkanfiber durch Adaption des traditionellen Einsatzfeldes an moderne technischen Fragestellung Synergien durch Transformation des vorhandenen Wissens entfalten. Das tiefe Verständnis von Werkstoffeigenschaften verspricht weiterhin wirksame Verlängerungen von Produktlebenszyklen.

In dieser Arbeit soll die Rückfederung von Vulkanfibervarianten bei verschiedenen Feuchtezuständen nach einer Biegung charakterisiert werden. Dazu muss der Zusammenhang zwischen Biegewinkel und Schädigungsmechanismen sowie zwischen Biegung – Feuchteveränderung und Rückfederverhalten ermittelt werden. Die Schädigungsmechanismen und Umformgrenzen werden über Rasterelektronenmikroskopie und Computertomographie identifiziert und dem Biegewinkel- und dem Feuchtezustand des Werkstoffs bei Umformung zugeordnet.

Abschließend soll die mechanische Rest-Leistungsfähigkeiten der Biegestellen geprüft werden.

Kontaktperson: M.Sc. Alexander Delp

Typ: Bachelorarbeit

Gruppe: Leichtbaustrukturen

Klimapositive natürliche Werkstoffe ermöglichen einen exzellenten Ersatz petrolbasierter Polymere als Basis neuer, nachhaltiger kreislaufwirtschaftlicher Konzepte. Als altbewährter All-Cellulose Composite (ACC) kann Vulkanfiber durch Adaption des traditionellen Einsatzfeldes an moderne technischen Fragestellung Synergien durch Transformation des vorhandenen Wissens entfalten. Das tiefe Verständnis von Werkstoffeigenschaften verspricht weiterhin wirksame Verlängerungen von Produktlebenszyklen.

In dieser Arbeit soll das mechanische Verhalten von Vulkanfiber unter dem Einfluss verschiedener Beanspruchungsgeschwindigkeiten unter Berücksichtigung des Feuchtezustandes charakterisiert werden. Hierzu werden an verschiedenen Prüfsystemen unterschiedlich konditionierte Proben mehreren Beanspruchungsgeschwindigkeiten ausgesetzt. Die Versuche werden über digitale Bildkorrelation überwacht, um die lokalen Verformungseigenschaften der Beanspruchungsgeschwindigkeit zuordnen zu können.

Kontaktperson: M.Sc. Alexander Delp

Typ: Projektarbeit

Gruppe: Leichtbaustrukturen

Klimapositive natürliche Werkstoffe ermöglichen einen exzellenten Ersatz petrolbasierter Polymere als Basis neuer, nachhaltiger kreislaufwirtschaftlicher Konzepte. Als altbewährter All-Cellulose Composite (ACC) kann Vulkanfiber durch Adaption des traditionellen Einsatzfeldes an moderne technischen Fragestellung Synergien durch Transformation des vorhandenen Wissens entfalten. Das tiefe Verständnis von Werkstoffeigenschaften verspricht weiterhin wirksame Verlängerungen von Produktlebenszyklen.

Im Rahmen dieser Projektarbeit sollen zunächst Probenkörper zur Charakterisierung der Materialreaktion technischer Vulkanfiber auf Zug- und Druckbeanspruchung Quer zur Maschinen- und Querrichtung in Lagenebene (z-Richtung) ausgelegt und hergestellt werden.

Anschließend sind mechanische Versuche geplant, mit Hilfe derer elastische- und plastische Verformungsparameter bestimmt werden sollen. Nach erfolgreicher Charakterisierung bei Raumklima folgt die Untersuchung weiterer Feuchtezustände des Werkstoffs.

Für die Bewertung des Schädigungs- und Verformungsverhaltens stehen während der Versuchsdurchführung Methoden der digitalen Bildkorrelation zur Verfügung. Nach Versuch sollen Bruchflächen über Lichtmikroskopie und Computertomographie bewertet werden.

Kontaktperson: M.Sc. Alexander Delp

Typ: Projekt-/Bachelorarbeit

Gruppe: Leichtbaustrukturen

Klimapositive natürliche Werkstoffe ermöglichen einen exzellenten Ersatz petrolbasierter Polymere als Basis neuer, nachhaltiger kreislaufwirtschaftlicher Konzepte. Als altbewährter All-Cellulose Composite (ACC) kann Vulkanfiber durch Adaption des traditionellen Einsatzfeldes an moderne technischen Fragestellung Synergien durch Transformation des vorhandenen Wissens entfalten. Das tiefe Verständnis von Werkstoffeigenschaften verspricht weiterhin wirksame Verlängerungen von Produktlebenszyklen.

In dieser Arbeit soll das Degradationsverhalten von Vulkanfiber unter dem Einfluss unterschiedlicher Temperaturen Feuchteeinflüsse überprüft werden. Mögliche Schädigungszustände sollen charakterisiert und Veränderungen im mechanischen Verhalten identifiziert werden. Die mikrostrukturellen Bruch- und Schädigungsmechanismen werden über mikroskopische Verfahren mit dem mechanischen Verhalten korreliert. Insbesondere soll der Einfluss von Überhitzung (200°C) und Frost ( -15°C bis -70°C) auf den Werkstoff charakterisiert werden.

Kontaktperson: M.Sc. Alexander Delp

Typ: Bachelor‐/Masterarbeit

Gruppe: Prozesskontrolle

Industrielle Denkmäler wie die Zeche Zollverein in Essen (UNESCO-Welterbe) erfordern regelmäßige Inspektionen, um Schäden durch Korrosion frühzeitig zu erkennen und Sicherheitsrisiken zu minimieren. Besonders betroffen sind Riegelharken der stillgelegten Koksofenanlage, die sich durch fortschreitenden Korrosion lösen und so eine potenzielle Gefahr für Besucher darstellen.

Moderne Methoden der künstlichen Intelligenz (KI) bieten neue Möglichkeiten, solche Inspektionen effizienter und automatisiert durchzuführen. Ein zentrales Problem ist jedoch der hohe Aufwand für die Erstellung von hochwertigen Trainingsdaten, die für KI-basierte Objekterkennung erforderlich sind.

Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Workflows zur 3D-Datenannotation, mit dem photogrammetrisch erstellte 3D-Modelle der Riegelharken segmentiert und re-texturiert werden, um automatisierte Inspektionsverfahren zu unterstützen. Durch den geschickten Einsatz von 3D-Informationen soll der Aufwand zur Erstellung von Trainingsdaten erheblich reduziert werden.

Aufgabenstellung:

• Einarbeitung in Fotogrammmetrie: Nutzung der Open-Source-Software Meshroom zur Erstellung eines 3D-Modells der Koksofenanlage
• Segmentierung und Annotation von 3D-Daten
  • Entwicklung einer Methode zur gezielten Markierung relevanter Bauteile in 2D-Ansichten des 3D-Modells.
  • Rückprojektion dieser Markierungen auf das gesamte Modell durch Re-Texturisierung.
• Aufbereitung der annotierten 3D-Daten für das Training eines KI-gestützten Objekterkennungsmodells (YOLO).

Vergleich mit konventionellen Methoden der Trainingsdatenerstellung.

Kontaktperson: M.Sc. Ramon Helwing

Typ: Projekt-/Bachelor-/Masterarbeit

Gruppe: Korrosion und Wasserstoff

Der verstärkte Einsatz von Wasserstoff in Industrie und Verkehr sowie die kontinuierliche Steigerung der Werkstofffestigkeiten birgt die Gefahr einer wasserstoffinduzierten Versprödung. Diese kann zu zeitverzögerten Schäden mit katastrophalen Folgen führen, weshalb eine Qualifizierung der Werkstoffe unter Wasserstoffeinfluss unbedingt notwendig ist. Gleichzeitig gilt es Bauteile, die bereits im Betrieb sind, im Hinblick auf eine Wasserstoffeinlagerung zu überwachen, um Schäden zu vermeiden.

Eine zerstörungsfreie Detektion von Wasserstoff ist aktuell in der Industrie noch nicht etabliert und soll im Rahmen der Arbeit (weiter-) entwickelt werden. Hierzu erfolgt zunächst eine elektrochemische Beladung der Proben mit Wasserstoff. Im Anschluss werden durch Einsatz von mikromagnetischen Prüfmethoden (Wirbelstrom, Barkhausen-Rauschen) und durch Eigenspannungsmessungen Kennwerte aufgezeichnet, die auf eine Wasserstoffeinlagerung rückschließen lassen. Je nach Umfang der Arbeit erfolgt dies auch mit einer überlagerten axialen Zugbeanspruchung. So lässt sich zum einen die Veränderung der mechanischen Eigenschaften im Vergleich zum unbeladenen Zustand untersuchen und zum anderen Kennwerte ermitteln, die eine frühzeitige Detektion einer wasserstoffinduzierten Schädigung erlauben.

Kontaktperson: M.Sc. Matthias von Pavel