Labore und Einrichtungen

Das Labor für Computer-Aided Design und Computer-Aided Manufacturing lehrt und forscht auf dem Gebiet der Konstruktion und Entwicklung im Bereich Luft- und Raumfahrt, sowie Automotive.

Das CAD/CAM-Labor der FH Aachen bietet mit seiner Ausstattung Möglichkeiten, im Bereich der Produktion die gesamte CAx-Prozesskette von der Modelldatenerfassung bzw. –erstellung über Zusatzapplikationen wie z. B. Finite-Elemente-Methode-Berechnungen (Lösung von Problemen in der Entwicklung und mathematischen Physik) und Animationen von Baugruppen bis zum Rapid Prototyping.

• Durchführung von rechnerischen und messtechnischen Analysen bei Bauteilen und mechanischen Systemen mit unterschiedlichen Werkstoffen (Metalle, Faserverbundwerkstoffe oder Elastomere).
• Entwicklung von zugeschnittenen Berechnungsverfahren (analytisch oder numerisch) im Bereich Leichtbau, Strukturdynamik und Verbundwerkstoffe.
• Durchführung von FEM- und MKS-Simulationen.
• Entwicklung und Auslegung von Zusatzsystemen zur Kontrolle von Schwingungen.
• Bestimmung der Materialdaten von Metallen, Faserverbundwerkstoffen, Elastomeren oder additiv gefertigten Kunststoffbauteilen bei quasistatischer und dynamischer Belastung, sowie Entwicklung entsprechender Materialmodelle
• Entwicklung von Ersatzmodellen zur Beschreibung des dynamischen Verhaltens von Komponenten, wie z.B. von Elastomerbauteilen, Stoßdämpfern, Hydrolagern, zur Einarbeitung in komplexe Systemmodelle (z. B. für MKS-Simulation).
• Experimentelle Bestimmung und mathematische Modellierung der Verarbeitungseigenschaften verschiedener Faserhalbzeuge und faserverstärkter Materialien

• servohydraulische Prüfmaschinen mit Klimakammer bis Maximalkraft 400 kN
• elektrodynamische Schwingungserreger bis 4000 Hz und Maximalkraft 5000 N
• Falltestanlage mit Katapult
• Prüfeinrichtungen für Zug-, Druck und Biegeversuche
• LIMESS Videoextensometer
• Mobiles Hottinger-Universal-Messsystem mit bis zu 64 Kanälen
• 16-Kanal-FFT-Analysator
• Modalanalyse mit Impulsprüfhammer und Shaker
• Klimaprüfschrank
• Veraschungsofen
• Kriechprüfstände für Kunststoffe und Faserverbundwerkstoffe
• 3D-Drucker Anisoprint Composer A3
• FE-Systeme: ANSYS, NX Nastran, Optistruct
• MKS-System: u.a. SIMPACK

Im Labor „Mess- und Versuchstechnik“ steht der Aufbau von verschiedenen Messketten im Fokus. Diese bestehen aus Sensoren, Verstärkern, Frequenzfiltern, Auswertegeräten (z.B. Frequenzanalysatoren und Oszillographen) und Anzeigegeräten. Störeinflüsse finden dabei besondere Beachtung. Gängige Messgrößen sind Drücke, Temperaturen, Dehnungen, Wege und Drehzahlen. Für die rechnergestützte Messtechnik wird unter anderem MATLAB und LabVIEW zur Datenerfassung und Steuerung beispielsweise von Klappen, Schrittmotoren und Relais verwendet.

Neben der Darstellung und dem Einsatz der verschiedenen Messverfahren liegt die Betonung vor allem auf der eigenständige Arbeit der Studierenden mit den verschiedenen Messketten, deren Sensoren und Messgeräten. Dieser „Hands-on“ Ansatz, das „Selber machen“, bringt die Tätigkeit des Messens und des Testens bzw. Experimentierens in Studium und Beruf noch näher. Ein weiteres Thema ist die Demonstration von üblichen Fehlerquellen, die in einer normalen Praxis der  Industrie- und Forschungsumgebung besonders häufig auftreten und die Methoden ihrer Vermeidung.

Das Strömungslabor der FH Aachen betreibt Windkanäle unterschiedlicher Bauarten und Geschwindigkeitsbereichen bis Mach 2, eine Flachwasserwanne zur Simulation von transsonischen Strömungen sowie einen Blendenprüfstand.
Wesentliche Aufgabenstellungen sind dabei Strömungsvisualisierung und insbesondere die Strömungsfeldanalyse mittels der folgenden Verfahren:

• Rauchsonden zur Strömungssichtbarmachung
• Heißfilmanemometrie
• Hitzdrahtanemometrie
• PIV Laser
• Miniaturdruckmessmodule auf Piezo Basis
• Multidruckmessstellenumschalter (Scanivalve)

Zur Messung von Luftkräften und -momenten dient eine computergesteuerte 5 Achsen DMS Windkanalwaage. Für die Kalibrierung von Druck und Geschwindigkeitsmessgeräten steht ein separater Kalibrierwindkanal in Göttinger Bauart zur Verfügung.

Die vorhandene Messtechnik dient neben der intensiven, praxisnahen Ausbildung der Studierenden im Wesentlichen zur Untersuchung und Optimierung von Luftfahrzeugen, Automobilen und Motorrädern. Außerdem werden detailliert Grenzschichtströmungen sowie der Einfluss modifizierter Oberflächenstrukturen, z.B. im Rahmen der Optimierung von Windkraftanlagen, untersucht.

In einem eigenen Forschungsschwerpunkt entwickelt das Strömungslabor mobile Messtechnik, Datenerfassung und Pilotinformationssysteme für den Einsatz in Labor und Testflugzeugen. Außerdem verfügt es über eine LBA zertifizierte Lärmmesstelle zur Ermittlung der Flug- und Bodengeräusche im Rahmen der Zulassungstests für Luftfahrzeuge und Flugtriebwerke. Das Strömungslabor besitzt außerdem eine Zertifizierung des Luftfahrt- Bundesamtes als CAMO+ Maintenance-Organisation.

Das VR/AR-Labor lehrt und forscht auf dem Gebiet der virtuellen Produktentwicklung. Insbesondere funktionale Prototypen können im Vorfeld Problemzonen aufdecken und Problemlösungen aufzeigen. Damit finden moderne und kosteneffiziente Lösungsmethoden aus der Computersimulation Anwendung in der Luft- und Raumfahrttechnik und in der Automobilindustrie.

Im Mittelpunkt steht die durchgängige Rechnerunterstützung des Produktentwicklungsprozesses durch Anwenden von Berechnungs-, Simulations-, Optimierungs- und Verifikationstechniken auf der Basis digitaler, realitätsnaher Modelle (virtueller Prototypen), die einer Repräsentation des Produktes einschließlich seiner Funktionen während des gesamten Lebenszyklus entsprechen.

Ausbildungsberuf:
Industriemechaniker "Feingerätebau", Ausbildungszeit 3,5 Jahre

Die FH Aachen bietet eine erstklassige Ausbildung in modernen und zukunftsweisenden Berufen.  

Die mechanische Werkstatt der Fachbereiche 6 (Luft- und Raumfahrttechnik) und 8 (Maschinenbau und Mechatronik) erstellt zentral für alle Lehrbereiche aufwendige Werkstücke und Vorrichtungen in Einzelfertigung für die Versuchsaufbauten , Examensarbeiten , Labore und Abschlussarbeiten .

Die Werkstatt arbeitet im Bereich Prototypenbau mit diversen regionalen Unternehmen zusammen.

Das Werkstattteam besteht aus:

1 Werkstattmeister
3 Facharbeiter
8 Auszubildende (2 Auszubildende pro Lehrjahr)

Die Werkstatt ist ausgestattet mit Bohrmaschinen, konventionellen Dreh- und Fräsmaschinen, CNC-Dreh- und Fräsmaschinen sowie Blechbearbeitungsmaschinen. Des Weiteren sind Geräte für alle gängigen Schweißverfahren vorhanden.

Es werden jedes Jahr 2 Ausbildungsstellen im Bereich Industriemechaniker/in Feingerätebau besetzt. Die Ausbildungsdauer beträgt 3,5 Jahre.

Des Weiteren werden diverse Praktika angeboten.

• Atmosphärischer Brennkammerprüfstand (p₃ ≈ 1 bar) für Rohr- und Ringbrennkammern
• Abgasanalyse
  • ABB Advanced Optima AO2020
    • CxHy, NOx, CO, CO2, O2, H2
  • EcoPhysics CLD 700 EL
    • NO, NOx

• Versorgungsanlage - Luft:
  • Luftvorerhitzung T₃ bis ca. 600 K (elektrischer Vorerhitzer bis 15 kW_el, Propanvorerhitzer)
  • Luftmassendurchsatz bis max. 1 kg/s
• Versorgungsanlage - Brennstoffe:
  • Turbinentreibstoff (Kerosin Jet A-1)
  • Wasserstoff, Methan, Propan und Gemische (gasförmig)

Das Raumfahrtlabor ermöglicht die Auslegung und Durchführung von Tests von Raumfahrtkomponenten unter Weltraumbedingungen, sowie den Betrieb von Satellitenmissionen. Für die strukturelle und thermische Auslegung von Raumfahrtkomponenten stehen Rechner mit modernen Finite-Elemente- und Finite-Differenzen-Softwarepaketen (NASTRAN, ESATAN) zur Verfügung. Mehrere Thermalvakuumkammern ermöglichen Tests unter simulierten Weltraum- sowie Mond-, Mars- und Eismondbedingungen. Für mechanische Testkampagnen steht im Strukturlabor ein gemeinsam genutzter Rütteltisch zur Verfügung. Optische Messanlagen ermöglichen die thermo-opto-elastische Auslegung und Tests von Weltraumteleskopen. Eine Bodenstation erlaubt den Betrieb von Satelliten. Zahlreiche studentische Projekte forschen im Raumfahrtlabor zu Lebenserhaltungssystemen, zur Lageregelung, zur Missionsauslegung und Bahnoptimierung von Raumfahrzeugen, sowie zu Kleinstsatelliten (CubeSats), Solar Sails und weiteren Explorationstechnologien.

• Systems Engineering, Analyse und Auslegung von Raumfahrzeugen, Raumfahrtnutzlasten (insbesondere optische) und Raumfahrtkomponenten
• Forschung im Bereich der bemannten Raumfahrt an der Auslegung und Optimierung von Lebenserhaltungssystemen für Mars- und Mondmissionen
• Analyse, Entwurf und Optimierung von Raumfahrtmissionen und intelligenten Methoden zur Bahnoptimierung von Raumfahrzeugen
• Entwicklung von innovativen Raumfahrttechnologien für die Erforschung des Sonnensystems (insbesondere Sonnensegel und Technologien für Eismonde und Kleinkörper)

• Prüfstände für Untersuchungen an…

• … Strahltriebwerken
  • Schub bis 30 kN
  • max. Luftmassendurchsatz Prüfstand 350 kg/s
  • Einkreistriebwerk General Electric CJ 610-5
  • Zweikreistriebwerk Snecma-Turbomeca LARZAC 04-C20
• … Flugkolbenmotoren mit Propeller
  • bis 400 kW Wellenleistung
  • Propellerdurchmesser max. 2,2 m
  • Lycoming IGSO 540 A1E
  • Rotax 912 ULS
  • Rotax 915 iS
• … Hilfsgasturbinen (APU, Auxiliary Power Unit)/Wellenleistungsturbinen
  • Leistungsklasse bis 400 kW, davon ca. 100 kW elektrisch
  • APU Garrett GTCP 85: Betrieb mit Zapfluftentnahme und elektr. Leistung
  • APU Garrett GTCP 36-300: als mobiler APU Triebwerkprüfstand im Kerosin- und Wasserstoffbetrieb inkl. Zapfluftentnahme (elektr. Leistung optional)
• Versorgungsanlage:
  • Flüssige Brennstoffe:
    • Turbinentreibstoff (Kerosin Jet A-1)
    • Vergaser- und Einspritzkraftstoffe (Avgas, Superbenzin, LPG)
  • Gasförmige Brennstoffe:
    • Wasserstoff, Methan, Propan und Gemische
  • Kühlwasserspeicher mit Rückkühlanlage (242 kW)

• 3 stationäre Verbrennungsprüfstände
• 1 Einzylinderprüfstand (wahlweise stationärer Schwenkprüfstand)
• vollautomatische Prüfstandssteuerung, Datenerfassung und Datenverarbeitung
• mobile Schmieröl-, Kühlwasser- und Ansaugkonditionierungen
• Kraftstoffverbrauchs/Luftmassenstrom-Messsystem (vol, grav),
• Abgasmessgeräte für HC, CO, NOx, CO2, O2 und Rauchzahl
• Blow-By-Volumenstrom-Messsystem
• Mehrkanal-Zylinderdruckindizierung, 
inkl. Klopferfassung
• ETAS Applikation SW und HW (Inca, Matlab)
• 32 Druck- und Temperaturmessstellen
• Motoren-Montageraum
• Mechanische Werkstatt

In Industrie-, Forschungs- und Studentenprojekten mit den Schwerpunkten

• Modulare skalierbare Fahrzeugkonzepte für die Kleinserie
• Karosserien in modularer Multimaterial-Leichtbauweise
• Ratingsystem für Karosserieleichtbaustrukturen
• Virtuelle Methoden der Karosserieentwicklung
• Systeme der passiven Fahrzeugsicherheit, Homogolation
• Mobilitätskonzepte, eCarSharing, Shareconomy
• Karosserien und vollautomatisiertes Ladesystem für Battery Electric Vehicle

werden Fragen zu zukünftigen Fahrzeug- und Mobilitätskonzepten beantwortet. 

Das Labor für Automobiltechnik arbeitet dabei eng mit anderen Fachbereichen zusammen und kann so auf eine ergänzende Ausstattung zurückgreifen.

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