Image Hybrid- Fluid für CO2-Sublimations-Kältekreislauf
Image Prüfstandsbau zur Festigkeitsprüfung und Dichtheitsprüfung
Image Elektrische Auskopplung aus einer Expansionsturbine
Image Messung Isolierverpackung
Image Kalibrierung von Tieftemperatursensoren
Image Lebensdauerprognose von Hermetikverdichtersystemen
Image Kältemittel- und Kältemaschinenöl-Untersuchungen
Image Controlled Rate Freezing-Gerät für Multiwellplatten (CRF-Multi)
Image Thermostatische Expansionsventile
Image Mollier hx-Diagramm
Image Korrosionsinhibitor für Absorptionskälteanlagen
Image Befeuchtungsanlage für hochreine Gase
Image Innovative Fertigungstechnologien für Kryosorptionssysteme
Image Energieeffizienzberatung Kraft-Wärme-Kälte
Image Entwicklung Prüfverfahren und Prüfstand für stationäre Einbau-Kältesätze
Image Tieftemperaturtribologie

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Studentische Arbeiten in der Angewandten Werkstofftechnik

Studenten/Auszubildende

auf Anfrage

Dr. Michael Goldberg

+49-351-4081-750

Praktikum, Diplom, Master, Bachelor

Übersicht der Themenangebote

Elektrochemische Dekontamination von elektrisch leitfähigen Oberflächen

EDeKo

Die Zielsetzung des Vorhabens „Elektrochemische Dekontamination von elektrisch leitfähigen Oberflächen“ liegt in der Erarbeitung der Grundlagen zur Erweiterung und Optimierung der bestehenden Reinigungs- und Hygieneschritte von medizinischen Gerätschaften und Instrumenten (z. B. hochkomplexe und feingliedrige multifunktionale Handstücke von Zahnärzten und Augenärzten, Spezialwerkzeuge für die Chirurgie, Endoskope) sowie von Klima- und Kälteanlagen (Verdunstungskühlanlagen, (Trink-)Wasserleitungen und Luftkanälen), die die Brutstätte für (humanpathogene) Krankheitserreger, wie Legionellen, Schimmelpilze und Biofilme sein können. Während des Projektes sollen die wissenschaftlichen Grundlagen der elektrochemischen Erzeugung reaktiver Sauerstoffverbindungen (reactive oxygen species, ROS vertiefend erforscht werden und so die Grundlage für die elektrochemische Dekontaminations- und Reinigungsmethode bilden. Hierbei müssen jedoch noch mehrere Parameter der verwendeten elektrochemischen Kathoden-Halbzelle (Kathodenmaterial, Leitsalz, pH-Wert der Pufferlösung, etc.) angepasst und umfangreich analysiert und optimiert werden.

Als Ergebnis soll eine elektrochemische Methode dargestellt werden, mit welcher die Erzeugung von hochreaktiven ROS unter chemisch-milden und materialschonenden Bedingungen möglich ist. Diese Methode soll dann die wissenschaftliche Grundlage für eine neue, unterstützende Reinigungsmethodik sein, die in bestehenden Reinigungs- und Sterilisations-Vorschriften von (ambulanten) Ärztehäusern und Krankenhäusern implementiert werden kann, um eine deutliche Verbesserung der Hygiene für z. B. chirurgische Geräte und Instrumente zu gewährleisten. Ebenso soll die Methode Einzug in die hygienische Reinigung von Kälteanlagen sowie von Wasserleitungen halten.

Das Projekt verbindet die komplexe, interdisziplinäre Betrachtung chemischer, physikalischer, materialwissenschaftlicher und elektrochemischer Aspekte. Der/Die BewerberIn sollte grundlegende Erfahrungen in Chemie und Elektrochemie besitzen.

Kontakt: Dr. rer. nat. Torsten Burkholz; Tel.: 0351-4081-758; Torsten.Burkholz@ilkdresden.de

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Programmierung einer APP - Thermodynamische Eigenschaften von Kältemitteln, Ölen und Ihrer Gemische

Für Ingenieure und Techniker der Kältetechnik war es früher üblich, einen Kältemittelschieber ähnlich einem Rechenschieber zu verwenden (s. Abb. 1). Derzeit werden diese Geräte durch moderne Apps für Handys oder Computersoftware ersetzt (Danfoss, Bitzer).

Ein weiteres in der Kältemitteltechnik genutztes Werkzeug, ist der sogenannte Daniel-Plot (s. Abb. 2). Dieser zeigt die Abhängigkeit der Konzentration und der Viskosität eines Kältemittel-Öl-Gemisches von Druck und Temperatur. Für Techniker und Ingenieure sind zusätzlich weitere Ei-genschaften der Kältemittel-Öl-Gemische von Interesse, wie zum Beispiel die Mischbarkeit oder Wärmeleitfähigkeit. Diese Daten finden sich in den technischen Datenblättern der verwendeten Käl-temaschinenöle. Um den Aufwand nach der Suche solcher Daten zu minimieren, plant das ILK Dresden eine mobile Anwendung zu schaffen, in der diese Daten leicht abgerufen werden können.

Die Aufgabe des Praktikanten besteht in der Programmierung der mobilen Anwendung. Die not-wendigen Daten werden in parametrisierter Form in der Software hinterlegt und mit Hilfe von poly-nomischen Beschreibungen in Grafiken umgesetzt. Der Bewerber sollte ausreichende Erfahrungen in der Programmierung mobiler Anwendungen besitzen.

In einem jungen Team aus Wissenschaftlern und Laboranten lernt der Praktikant den Alltag eines industrienah ausgelegten Institutes kennen. Der Praktikant wird auch mit den Messmöglichkeiten zur Messung thermodynamischer Eigenschaften von Fluiden, wie Dichte, Dampfdruck, Viskosität, zur Mischungslücke mit Ölen etc. bekannt gemacht und selbstständig Messungen durchführen können.

Kontakt: Dr. rer. nat. Steffen Feja; Tel.: 0351-4081-767; Steffen.Feja@ilkdresden.de

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Schaumverhalten von Kältemittel-Öl-Mischungen mit natürlichen Kältemitteln

Zur Schmierung der Verdichter in Kälteanlagen müssen dem Kälteskreilauf Schmiermittel (Öle) zugesetzt werden. Die dann im Kreislauf entstehenden Kältemittel-Öl-Gemische besitzen die Eigenschaft, bei plötzlich einsetzender Druckänderung aufzu­schäumen. In einer Kälteanlage ist dieses Aufschäumen unerwünscht. Probleme treten insbesondere beim Anfahren des Verdichters nach Stillstand  auf. Die unzureichende Schmierung und ein erhöhter Ölwurf sind Folgen des Aufschäumens und können zum Totalausfall der Kältenanalge und zum Stillstand von Maschinen, Klimaanlagen, etc. führen. Erfahrungsgemäß ist die Neigung zur Schaumbildung von Kältemittel-Öl-Gemischen recht unterschiedlich. Derzeit besteht ein großes Interesse an der Untersuchung der Schaumbildung von natürlichen Kältemitteln. Daher wurden speziell von Problemen bei Kolbenverdichtern in Kohlen­wasserstoffkältekreisläufen berichtet und diese sollen somit im Fokus der Untersuchungen stehen.

Das Praktikum beinhaltet eine Recherche zum Schaumverhalten beim Anfahren von Kompressoren und der dadurch auftretenden Probleme sowie nach Lösungsmöglichkeiten der Probleme. Des Weiteren soll das Schaumverhalten von Kältemittel-Öl-Gemischen und deren tribotechnisches Verhalten beim Aufschäumen mit drei verschiedenen Messmethoden ermittelt werden. Es ist geplant 2 Öle, ein Polyolester (POE) & ein Polyalphaolefin (PAO), mit dem Kältemittel Propan (R290) und ein Öl (POE) als Referenzstandard mit dem Kältemittel Tetrafluorethan (R134a) zu testen.

Das Projekt verbindet die komplexe, interdisziplinäre Betrachtung chemischer, physikalischer und ingenieurtechnischer Aspekte. Im Verlauf der Tätigkeit am ILK werden Sie mit zahlreichen Verfahren zur Bestimmung thermodynamischer Größen von Flüssigkeiten bekannt gemacht und selber anwenden.

Kontakt: Dr. rer. nat. Steffen Feja; Tel.: 0351-4081-778; Steffen.Feja@ilkdresden.de

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Master/Diplomarbeit im Bereich Sensorik

Wasser-Eis-Gemische finden Anwendung, um Kälteenergie zu speichern und zwischen einem Kälteerzeuger und einem Verbraucher zu transportieren, z. B. in der Lebensmittelindustrie, bei die Lagerung von Waren oder in der Gebäudeklimatisierung. Solche Gemische werden auch als Flüssigeis, Eis-Slurry, Flow-Ice, Binäreis, StreamIce oder HM-Smart-Ice bezeichnet. Der Vorteil solcher Wasser-Eis-Gemische liegt in der großen Speicherdichte von Kälteenergie begründet. Bereits mit einem Eisanteil von 10 % lässt sich pro Volumen etwa 33 % mehr Energie speichern als mit Wasser allein (ca. 9,3 kWh/m³ gegenüber ca. 7 kWh/m³). Für einen optimalen Betrieb einer Kälteanlage mit Flüssigeis ist die Kenntnis des Eisanteils im Gemisch notwendig.

Daher soll im Rahmen einer Diplom- bzw. Masterarbeit ein Demonstrator eines Sensors zur Bestimmung der Flüssigeiskonzentration für am ILK vorhandene Flüssigeistestanlagen aufgebaut, erprobt und optimiert werden.

Die Arbeit besteht aus folgenden Teilaufgaben:

  • Recherche zu Methoden der Konzentrationsbestimmung von Eispartikeln in Wasser
  • Auswahl eines erfolgsversprechenden Messprinzips
  • Aufbau eines Sensorelements im Labormaßstab
  • Optimierung des Sensorelements durch Aufnahme von Versuchsreihen
  • Erprobung des Sensordemonstrators an ein bis zwei vorhandenen Flüssigeistestanlagen

Folgende Themengebiete finden im Rahmen der Arbeit Anwendung:

  • Grundlagen der Prozessmesstechnik
  • Analoge und digitale Schaltungstechnik
  • Einfache Programmierung von Mikrocontrollern

Zur Unterstützung bei mechanischen oder elektrotechnischen/elektronischen Arbeiten stehen Ressourcen des ILK zur Verfügung.

Semesterarbeit im Bereich Automatisierungstechnik

Die Dichtheit von Kälteanlagen ist ein wesentliches Qualitätsmerkmal. Aus technischen, ökonomischen, ökologischen, und juristischen Gründen müssen Komponenten von bzw. gesamte Kälteanlagen auf Dichtheit geprüft werden.

Dazu stehen mehrere Verfahren zur Auswahl, die in lokale und integrale Verfahren unterschieden werden. So kann bei unter Druck stehenden Bauteilen, die im Tauchbecken unter Wasser geprüft werden (analog zum Fahrradschlauch im Waschbecken), ein Leck anhand der aufsteigenden Blasen direkt geortet werden. Ein integrales Verfahren stellt die Hüllenprüfung dar. Bei diesem Verfahren wird ein Prüfling mit einem detektierbaren Gas (z.B. Helium) unter Druck gesetzt und in eine Umhüllung eingebracht. Austretendendes Prüfgas führt bei undichtem Prüfling zu einem Konzentrationsanstieg innerhalb der Umhüllung, der messtechnisch (Massenspektrometer) erfasst und in Abhängigkeit von Prüfdauer und anderen Parametern ausgewertet wird. Die Qualität des Tauchverfahrens ist werkerabhängig (subjektiv) und das Hüllverfahren ist bei sperrigen Bauteilen (großen Hüllvolumen) zeitaufwändig.

Es ist Projektziel beide Verfahren zu kombinieren. Dazu werden Bauteile mit detektierbaren Prüfgas beaufschlagt und getaucht. Über der Wasseroberfläche wird eine kleinvolumige Hülle installiert, in der sich das ausgetretene Prüfgas sammelt. Dieses Gas wird messtechnisch ausgewertet und in eine Leckagerate umgerechnet. Vorteilhaft ist, dass erst bei Überschreiten der zulässigen Leckagerate eine Leckstelle visuell geortet werden muss.

Daher soll im Rahmen einer Studienarbeit eine Prüfeinrichtung zur Bestimmung einer Leckagerate an einem Prüfling aufgebaut, erprobt und optimiert werden. Hierzu werden eine Leckage-Messeinrichtung, einem mobilen Messrechner und einem Handscanner miteinander kombiniert.
Die Arbeit besteht aus folgenden Teilaufgaben:

  •     Einarbeitung in die Thematik
  •     Entwurf eines Konzeptes für den Messablauf
  •     Umsetzung des Konzeptes als Softwarelösung mittels Labview
  •     Erprobung der Prüfeinrichtung anhand verschiedener Prüfszenarien

Folgende Themengebiete werden im Rahmen der Arbeit angeschnitten:

  •     Grundlagen der Prozessmesstechnik
  •     Serielle Schnittstellenprogrammierung
  •     Programmierung mit der Entwicklungsumgebung LabView

Zur Unterstützung bei den Fragen stehen die Arbeitsgruppe Lecksuche und die Arbeitsgruppe MSR/Sensorik des ILK zur Verfügung.

Entwicklung eines adaptiven Models für Photovoltaikanlagen

Das Institut für Luft- und Kältetechnik arbeitet an der Entwicklung eines neuen Monitoringsystems für Photovoltaikanlagen. Zur Bewertung der Anlagenmesswerte soll im Rahmen der Arbeit ein  Modell einer Photovoltaikanlage erstellt werden. Unterschiedliche netzgekoppelte Anlagen sollen durch Anpassung des Modells abgebildet werden können.

Nach der Einarbeitung in das Monitoringkonzept soll eine Recherche zur prinzipiellen Modellierung von Photovoltaikanalgen durchgeführt werden. Auf Basis dieser ist ein Konzept für die adaptive Modellierung zu entwickeln. Dieses Konzept soll als frei programmierte Software umgesetzt und erprobt werden. Mit Messwerten einer realen Photovoltaikanlage soll eine Validierung des Modells erfolgen.

Die Arbeit besteht aus folgenden Teilaufgaben:

  1. Einarbeitung in das Monitoringkonzept und Recherche zur Modellierung von Photovoltaikanlagen
  2. Konzeption des adaptiven Anlagenmodells
  3. Erstellung und Test des Modells als Software
  4. Validierung anhand realer Messwerte

Die konkrete Aufgabenstellung wird dem aktuell vom Bewerber erreichten Semester (Bachelor, Master etc.) angepasst.

Thermische Transporteigenschaften von Low GWP Arbeitsstoffen der Kältetechnik

Bei zahlreichen technischen Prozessen in Kältemaschinen und Wärmekraftmaschinen werden verflüssigte Gase als Arbeitsmedien eingesetzt. In Kältemaschinen werden traditionell halogenierte Flüssigkeiten verwendet. Diese tragen jedoch einen wesentlichen Beitrag zur Erderwärmung bei, so dass über alternative Fluide nachgedacht werden muss.

Im Rahmen der Arbeiten soll mittels am ILK entwickelten Wärmeleitfähigkeitsmessapparaturen von verschiedenen ausgewählten Low GWP Arbeitsstoffen, auch bei erhöhtem Druck von bis zu 50 bar, die Temperaturabhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit gemessen werden. Im Vordergrund der Arbeiten steht die Weiterentwicklung der Messapparaturen. Hierbei kann es sich um konstruktive Aspekte, aber auch um die Anbindung der Messapparatur an den Computer handeln.

Betreuer/Kontakt: Dr. rer. nat. Steffen Feja; Tel.: 0351-4081-767; Steffen.Feja@ilkdresden.de

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Regeneration von Absorptionskältelösungen

Das ILK Dresden hat einen neuartigen, chromatfreien Inhibitor entwickelt, welcher in Labor- und Feldtests sehr gute korrosionsinhibierende Eigenschaften für die in AKA verwendeten Metalle aufweist. Dieser Inhibitor soll nun das Chromat in Alt-AKA ersetzen. Dabei soll im Sinne der Abfallvermeidung die in den Anlagen enthaltene chromathaltige LiBr-Sole wieder verwendet werden.

Um eine Umstellung im industriellen Maßstab durchzuführen, sind Labortests sowie Feldtest notwendig. Anhand von Lösungen aus Anlagen soll ein Verfahren zur Abtrennung des Chromats sowie zur Abtrennung unerwünschter Metalle entwickelt werden. Nach Einbringen des neuen Inhibitors soll mit einem Korrosionstest die Wirksamkeit überprüft werden. Im Anschluss ist ein Up-Scaling auf größere Volumina bis hin zur kompletten Anlagenumstellung denkbar.

Ziel der Arbeit ist ein Verfahren zur Umstellung von Feldanlagen auf chromatfreie Korrosionsinhibitoren unter Erhalt der LiBr-Sole zu testen. Das Projekt verbindet die komplexe, interdisziplinäre Betrachtung chemischer, physikalischer und ingenieurtechnischer Aspekte. Im Verlauf der Tätigkeit am ILK wird der Student mit Verfahren zur Bestimmung von Parametern wässriger Lösungen, wie zum Beispiel der pH-Wert Bestimmung, Metallanalyse mittels ICP OES, Stickstoffbestimmung nach Kjeldahl bekannt gemacht.

Betreuer/Kontak: Dr. rer. nat. Franziska Krahl / Dr. rer. nat. Steffen Feja; Tel.: 0351-4081-778; Franziska.krahl@ilkdresden.de / Steffen.feja@ilkdresden.de

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Thermodynamische Eigenschaften von neuartigen Kältemittel-Öl-Gemischen

Bei zahlreichen technischen Prozessen in Kältemaschinen und Wärmekraftmaschinen werden verflüssigte Gase als Arbeitsmedien eingesetzt. In Kältemaschinen werden traditionell halogenierte Flüssigkeiten verwendet. Gerade letztere tragen jedoch einen wesentlichen Beitrag zur Erderwärmung bei, so dass über alternative Fluide nachgedacht werden muss.

Im Rahmen des Praxissemesters sollen Messungen an verschiedenen Messapparaturen von thermodynamischen Eigenschaften von Kältemittel-Öl-Gemischen durchgeführt werden. Dabei handelt es sich um die Eigenschaften Dichte, Dampfdruck, Viskosität, Wärmeleitfähigkeit, Wärmekapazität und elektrische Eigenschaften bei verschiedenen Temperaturen und erhöhten Drücken. Die Messungen sollen außerdem mit bereits am ILK vorliegenden Messungen verglichen werden. Die Messungen stehen in engem Zusammenhang mit der industriellen Einführung von Low GWP Kältemitteln und dem Ausstieg der Europäischen Union beim Einsatz und der Produktion treibhauseffektfördernder Chemikalien (F-Gase Verordnung).

Betreuer/Kontakt: Dr. rer. nat. Steffen Feja; Tel.: 0351-4081-767; Steffen.Feja@ilkdresden.de

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Thermodynamische Eigenschaften von Wasserdampf-Öl-Gemischen

Für die Auslegung von Wärmekraftmaschinen ist das Wissen über die thermodynamischen Eigenschaften des Arbeitsstoffes von entscheidender Bedeutung. Dies gilt natürlich auch für den Arbeitsstoff Wasserdampf, dessen Daten bis in kleinste Detail erforscht sind (Beispielabbildung). Jedoch kommt der Wasserdampf in den Maschinen mit Schmieröl in Verbindung, welches aufgrund seiner Herkunft (Mineralöle aus verschiedener Vorkommen oder verschiedene synthetische Basisöle und Additive) unterschiedliche chemische Eigenschaften haben kann. Die wichtigste Aufgabe eines Öles ist, die beweglichen Teile der Maschine zu schmieren. Jedoch muss es auch andere Aufgaben in der Maschine, wie Wärmeabfuhr, Verringerung des Verschleißes und Entfernung von Verschleißprodukten, Abdichtung, Verbesserung der Wärmeübertragung, Schutz vor Korrosion und so weiter, übernehmen.

Im Rahmen des Praxissemesters sollen Messungen an verschiedenen Messapparaturen von thermodynamischen Eigenschaften von Wasserdampf-Öl-Gemischen durchgeführt werden. Dabei handelt es sich zunächst um die Eigenschaften Mischbarkeit und Dampfdruck und in einem zweiten Schritt um Dichte und Viskosität bei hohen Temperaturen und erhöhten Drücken. Die Messungen sollen außerdem mit bereits am ILK vorliegenden Messungen für Ammoniak-Ölgemische verglichen werden.

Betreuer/Kontakt: Dr. rer. nat. Steffen Feja; Tel.: 0351-4081-767; Steffen.Feja@ilkdresden.de

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