Diese Vorlesung liefert die Basis für das Verständnis sämtlicher elektrischer Maschinen. Unter der Voraussetzung allgemeiner elektrotechnischer Kenntnisse, wird mit einer kurzen Wiederholung der benötigten Grundlagen begonnen. Ein Abriss der im Elektromaschinenbau verwendeten magnetischen Werkstoffe vermittelt Kenntnisse zum Materialverhalten, die für den Entwurf bzw. die Dimensionierung magnetischer Kreise unerlässlich sind. Die wichtigste Beziehung zu deren Berechnung liefert das Amperesche Durchflutungsgesetz. In Verbindung mit dem Induktionsgesetz und einem Ausdruck für die magnetische Feldenergie werden Beziehungen hergeleitet, die es ermöglichen, die auftretenden magnetischen Kräfte bzw. bezogen auf die Maschine das Drehmoment zu berechnen.Als erstes Beispiel für eine elektrische Maschine dient die Gleichstrommaschine, deren Funktionsweise unmittelbar aus den genannten Zusammenhängen ableitbar ist. Neben den Varianten in Bezug auf die elektrische Verschaltung der Anker- und Ständerwicklungen werden die jeweils erzielbaren Kennlinien behandelt.Als wichtigster Vertreter der Drehfeldmaschinen werden am Beispiel der Asynchronmaschine deren Aufbau (Kurzschluss- und Schleifringläufer) und die Betriebseigenschaften (M/n-Kennlinie, Anlaufverhalten, Verlustleistungen) mit Hilfe des Ersatzschaltbildes erläutert.
Theorie und Praxis zur Messtechnik an elektrischen Maschinen
Zur messtechnischen Untersuchung elektrischer Maschinen sind neben den elektrischen Größen, wie beispielsweise Strom, Spannung, Leistung und Widerstand, auch mechanische Größen wie Drehmoment und Drehzahl zu messen. Aufgrund der bei elektrischen Maschinen oft hohen Spannungen und Ströme müssen Spannungs- und Stromwandler eingesetzt werden. In der Vorlesung werden diesbezüglich die in Frage kommenden Messmittel inkl. deren Funktionsweise und Eigenschaften behandelt.
Die Vorlesung enthält den anlagenspezifischen Teil der Gesamtveranstaltung 'Energieeffizienz von Gebäuden und Anlagen' (SWS 1V + 0,5Ü + 0,5P) mit folgenden Schwerpunkten:
Vorlesungsbegleitend werden im Rahmen des Studienplans (WirtschIng.) Teamprojekte und Laborübungen sowohl am hochschuleigenen Windkanal als auch an einem Wasserturbinenprüfstand (ab Sommersemester 2015) durchgeführt.
Exkursionen zur Talsperre Wendefurth, zum Windkraftanlagenhersteller Enercon in Magdeburg oder zum Windpark Druiberg/Dardesheim vermitteln den Bezug zur Praxis. Die Vorlesung liefert zunächst eine Einführung in die Grundlagen der Strömungsmechanik und Meteorologie insbesondere die Windentstehung und Windmessung. In den verbleibenden zwei Hauptabschnitten werden generelle Konzepte zur Nutzung von Wind- und Wasserkraft behandelt und jeweils eine Auswahl von interessanten Sonderlösungen vorgestellt. Neben den rein technischen Aspekten werden auch jeweils Kenntnisse zur Leistungs- und Ertragsberechnung vermittelt.
Im Allgemeinen lässt sich das Konstruieren als ein bewusster schöpferischer Prozess beschreiben, welcher grundsätzlich auf technisch-wissenschaftlichem Erfahrungswissen aus unterschiedlichsten Bereichen aufbaut. Die Konstruktionsmethodik stellt eine Verbindung her zwischen kreativem Denken mit einfallsbetonter Ideenfindung und systematischem Vorgehen, indem sie dem Konstrukteur Hilfsmittel zur Verfügung stellt, die eine schnelle und zielorientierte Lösung seiner Konstruktionsaufgaben ermöglichen. Sie systematisiert und abstrahiert den Vorgang des Konstruierens. Nachdem etwa 70 % der Gesamtkosten eines Produkts in der Entwicklungsphase festgelegt werden, ist eine ökonomisch durchdachte Konstruktion von entscheidendem Einfluss für den zukünftigen Markterfolg. Neben der Zielsetzung, dass der Konstruktionsprozess sozusagen 'erlernbar' wird, werden durch das methodische Konstruieren Fehlentwicklungen vermieden und eine höhere Produktivität sowie eine Verbesserung der Qualität mit geringerem Zeit- und Kostenaufwand erreicht.Demnach orientiert sich die Vorlesung an der Vermittlung allgemeingültiger Handlungsanweisungen und Hilfsmittel. Während in der Vergangenheit die eher klassischen Methoden der Literatur- und Datenbankrecherche sowie diverse Konstruktionskataloge (z.B. nach Prof. Karlheinz Roth) im Vordergrund der Lösungsfindung standen, kommen heutzutage neuartige Werkzeuge wie beispielsweise eine von G. Altschuller entwickelte Kreativitätsmethode zur Bewältigung technischer Zielkonflikte (TRIZ) hinzu. Dabei wird ein Problem zunächst auf einen grundlegenden Widerspruch zurückgeführt, wobei das notwendigerweise abstrakte Formulieren und die Überwindung des Widerspruchs die eigentliche erfinderische Aufgabe darstellt. Nach einer sehr umfangreichen Patentrecherche gelang es Altschuller, 39 technische Parameter sowie 40 Lösungsstrategien zu extrahieren nach dem (salopp formulierten) Motto: Alles schon mal dagewesen.Neben der Suche nach Lösungsansätzen im technischen Bereich lohnt beispielsweise auch der Blick auf biologische Systeme. In zunehmendem Maße werden technische Lösungen nach biologischem Vorbild konzipiert. Die Vorlesung beinhaltet demzufolge auch eine Zusammenstellung zentraler Beispiele aus der Bionik (Stromlinienformen, Oberflächenbeschichtungen und kerbspannungsminimierende Gestaltung). Diesbezüglich werden die von Prof. Claus Mattheck entwickelten, ohne Rechnerunterstützung auskommenden 'Denkwerkzeuge' wie die Methode der Zugdreiecke bzw. Schubvierecke vorgestellt.Den Abschluss der Vorlesung bilden allgemeingültige Gestaltungsregeln im Hinblick auf Fertigung, Werkstoffwahl, Montage bzw. Demontage und im Sinne eines umweltverträglichen Produktlebenszyklus auch Konstruktionsprinzipien , welche die umweltgerechte Entsorgung bzw. das Recyceln ermöglichen. In Anlehnung an die VDI-Richtlinie 2221, welche den Konstruktionsprozess grob in eine konzipierende, eine gestaltende, eine ausarbeitende sowie schließlich eine berechnende Phase gliedert, werden die einschlägigen Methoden vorgestellt.
- Bachelor Wirtschaftsingenieurwesen - Studienrichtung Angewandte Automatisierungstechnik (6. Sem.)
Auf Basis der FEM-Software ANSYS werden Grundkenntnisse der Programmiersprache APDL vermittelt. Beginnend mit einer Einführung in die Prinzipien der Finiten-Elemente-Methode (FEM) lernen die Studierenden anhand von Programmierbeispielen die Möglichkeiten der Modellierung, Berechnung und Auswertung unterschiedlichster Problemstellungen mechanischer, thermischer und im Wesentlichen elektromagnetischer Natur kennen. Einfache und damit analytisch modellierbare Situationen bieten die Möglichkeit zu einer (grundsätzlich empfehlenswerten) Verifikation der numerischen Ergebnisse.Der grundsätzlichen Programmstruktur (preprocessor - solver - postprocessor) folgend, werden bei der Modellierung besonders die Verfahren zur Netzgenerierung (meshing) bzw. Netzferfeinerung sowie die grundsätzlichen Möglichkeiten zur Geometrieerstellung (top down / bottom up) mittels 'keypoints' oder sogenannter 'primitives' ein-, zwei- und dreidimensional erläutert. Es wird gezeigt, wie sich Bauteilsymmetrien im Sinne einer Reduzierung der Knotenzahl und der damit einhergehenden Reduzierung der Rechenzeit ausnutzen lassen. Zur vollständigen Problembeschreibung fehlt noch die Formulierung der Rand- bzw. Zwangsbedingungen (constraints) und das Aufbringen der Lasten. Auch hier werden die unterschiedlichen Möglichkeiten anhand von Programmierbeispielen dargestellt. Aus der Vielzahl der von ANSYS zur Verfügung gestellten Elementtypen wird auf die Eigenschaften hinsichtlich Verwendung und Dateneingabe der jeweils verwendeten Typen eingegangen.Abhängig von der Problemstellung bieten sich eine Reihe von Analysemethoden an, von denen in der Vorlesung im Wesentlichen die statische (static), die harmonische (harmonic), die transiente (transient) sowie die sogenannte Modalanalyse (modal) berücksichtigt werden.Aus dem umfangreichen Angebot des Postprocessings werden die Falschfarbendarstellung, Schnittebenen und die Visualisierung der Ergebnisse in Diagramm- bzw. exportfreundlichen Tabellenform entlang eines vorgegebenen Pfades beschrieben.Vorlesungsbegleitend wird ein Praktikum durchgeführt, wo die Studierenden Gelegenheit finden, ihre Kenntnisse an konkreten Aufgabenstellungen am Computer zu festigen.
Grundsätzlich ist der Vorlesungsinhalt auf Maschinenelemente im Bereich der Elektromechanik (elektrische Maschinen, Aktoren …) ausgerichtet, d.h. ‚klassische‘ Maschinenelemente wie Schweiß-, Klebe-, Löt- und Nietverbindungen sowie Getriebe, Kupplungen und Bremsen werden hier aus Zeitgründen ausgeklammert.
Als Erstbetreuer
Als Zweitbetreuer
Wir haben nur die Wahl, durch Vernunft zu lernen oder durch Katastrophen belehrt zu werden.
Hoimar von Ditfurth