Die zunehmende Elektrifizierung erfordert effiziente Methoden zur Charakterisierung von Elektromotoren. Oftmals werden kostengünstige Motoren ohne detaillierte technische Daten geliefert, was ihre Integration in technische Systeme erschwert. Die vorliegende Masterarbeit zielt darauf ab, einen bereits mechanisch fertiggestellten Prüfstand zu vervollständigen, um die unbekannten Eigenschaften solcher Motoren systematisch zu erfassen.
Die Kernaufgabe der Arbeit ist die Integration der gesamten Mess- und Steuerungselektronik sowie die Entwicklung der zugehörigen Software. Der Prüfstand soll in der Lage sein, Leistung, Effizienz sowie mechanische Eigenschaften wie Drehmoment und Drehzahl unter realitätsnahen Bedingungen zu messen und zu analysieren.
Vorgehensweise und Aufgabenbeschreibung
1. Recherche und Konzeption der Elektronik und Software
- Systemanalyse: Analyse der Anforderungen für die Messung von Drehmoment, Drehzahl und weiteren relevanten Parametern (z.B. Strom, Spannung, Temperatur).
- Komponentenauswahl: Auswahl und Begründung der geeigneten Sensoren (Drehmoment, Drehzahl), eines Mikrocontrollers oder einer alternativen Steuerungshardware (z.B. FPGA, Single-Board-Computer), sowie der zugehörigen Signalaufbereitungs- und Steuerungselektronik.
- Softwarearchitektur: Entwurf der Softwarestruktur für die Ansteuerung des Motors und die Auswertung der Sensordaten, einschließlich der Konzeption einer intuitiven Benutzeroberfläche (GUI).
2. Integration der Sensorik und Steuerung
- Elektronische Hardware-Entwicklung: Schaltungsdesign und Aufbau einer stabilen und effizienten Ansteuerungs- und Auswertungselektronik für den Motor und die Sensoren.
- Anbindung der Messtechnik: Integration der ausgewählten Sensoren (Drehmoment, Drehzahl etc.) an den Mikrocontroller und Sicherstellung einer exakten, störungsfreien Datenübertragung durch geeignete Signalaufbereitung.
- Inbetriebnahme und Kalibrierung: Kalibrierung der Sensoren und des Gesamtsystems zur Gewährleistung höchster Messgenauigkeit.
3. Softwareentwicklung für Steuerung und Datenauswertung
- Implementierung der Motorsteuerung: Entwicklung der Software zur präzisen Ansteuerung der Last am Elektromotor, um eine genaue Aufnahme der Motorkennlinie zu ermöglichen.
- Entwicklung einer benutzerfreundlichen GUI: Konzeption und Umsetzung einer Softwareoberfläche zur Visualisierung der Messdaten in Echtzeit. Die GUI soll interaktive Elemente zur Steuerung des Prüfstands (Start/Stopp, Parametereinstellungen) sowie Funktionen zur Datenaufzeichnung, Analyse und zum Export der Ergebnisse bieten.
- Datenverarbeitung: Entwicklung von Algorithmen zur effizienten Verarbeitung und Analyse der Messdaten, um fundierte Bewertungen der Motorcharakteristiken zu ermöglichen.
4. Test und Validierung
- Systemintegration: Zusammenführung und Inbetriebnahme der elektronischen Komponenten mit der entwickelten Software.
- Funktionstests: Durchführung umfassender Tests zur Validierung der Motoransteuerung, der Sensordatenerfassung und der Softwarefunktionen unter realen Prüfbedingungen.
- Optimierung: Analyse der Testergebnisse und iterative Verbesserung des Gesamtsystems (Hardware und Software).
Persönliche Voraussetzungen
- Starkes Interesse an elektrischen Antrieben und Messtechnik
- Fundierte Kenntnisse in Elektronik, Schaltungsdesign und Mikrocontroller-Programmierung (z.B. C/C++)
- Erfahrung in der Softwareentwicklung, idealerweise mit Kenntnissen im Bereich grafischer Benutzeroberflächen (Python – Tkinter)
- Strukturiertes, lösungsorientiertes und wissenschaftliches Arbeiten
- Deutsch und Englisch in Wort und Schrift
Kategorien:
Forschungsbereich:
AutomatisierungstechnikArt der Arbeit:
Masterarbeit, ProjektarbeitStudiengang:
Maschinenbau, Mechatronik, WirtschaftsingenieurwesenKontakt:
Alexander Schneider, M.Sc.
Department Maschinenbau (MB)
Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (FAPS, Prof. Franke)
- Telefon: +491725154620
- E-Mail: alexander.schneider@faps.fau.de