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FH-Absolvent Stephan Sundermeier schrieb beste Bachelorarbeit im Fachbereich Maschinenbau

Wichtiges Wissen für Triebwerke

Altenberge

Stephan Sundermeier, Absolvent der Fachhochschule Münster aus Altenberge, hat die beste Bachelorarbeit im Fachbereich Maschinenbau geschrieben. Dieser FH-Studiengang wird auf dem Steinfurter Campus angeboten. Die Bachelorarbeit des frisch gebackenen Ingenieurs handelt von Strömungsphänomenen an Thermoblech-Wärmeübertragern bei hohen Machzahlen.

Stephan Sundermeier wurde für seine Bachelorarbeit über Strömungsphänomene an Thermoblech-Wärmeübertragern bei hohen Machzahlen mit dem Hochschulpreis der FH Münster ausgezeichnet. Hier ist er am Versuchsaufbau zu sehen. Foto: FH Münster/Lisa Feldkamp

Für Stephan Sundermeier war schon immer klar, dass er Ingenieur werden will: „In meiner Familie haben wir oft über technische Themen gesprochen und die Erklärungen für bestimmte Phänomene gesucht, wodurch meine Begeisterung für den Maschinenbau entstanden ist.“

Besonders fasziniert hat den Altenberger während des Studiums an der FH Münster die Strömungstechnik, weshalb er seine Bachelorarbeit über Strömungsphänomene an Thermoblech-Wärmeübertragern bei hohen Machzahlen schrieb. Darin stellte er fest, dass die Geometrie von Thermoblech-Wärmeübertragern für keinen großen Druckverlust sorgt. Für seine Arbeit wurde Sundermeier jetzt mit dem Hochschulpreis ausgezeichnet, heißt es in einer Presseinformation der Fachhochschule.

„Thermoblech-Wärmeübertrager – in der Fachsprache PPHE (Pillow plate heat exchanger) genannt – werden unter anderem in der Lebensmittelindustrie eingesetzt“, erklärt Sundermeier. „Zum Beispiel dort, wo Flüssigkeiten oder Gase gekühlt oder erwärmt werden müssen.“ Sundermeiers Arbeit ist allerdings für die Entwicklung von Turbotriebwerken wie Flugzeugturbinen interessant, da bei Betrieb in der Luft sehr starke Schwankungen der Temperaturen und Druckverhältnisse zu erwarten sind. „Thermobleche kann man sich wie zwei Platten vorstellen, die punktförmig miteinander verschweißt werden“, veranschaulicht der Preisträger seine Arbeit. „Hydraulisch – beispielsweise durch Wasser – werden diese Platten aufgepumpt und expandiert. Der Zwischenraum der beiden Bleche kann dann zum Beispiel mit heißer Luft durchströmt werden und somit ein außerhalb des Thermobleches herrschendes Medium erwärmen.“

Ziel von Sundermeiers Arbeit war es, zu prüfen, wie sich die Luft verhält, die entlang der kissenartigen Oberflächengeometrie strömt. Welche Auswirkungen hat die Geometrie auf die Strömung und wie groß ist der Druckverlust entlang der Thermoblechgeometrie bei einer Geschwindigkeit schneller als Schallgeschwindigkeit? Wodurch werden diese Druckverluste verursacht?

Um die Oberfläche und den Einfluss auf die Strömung zu analysieren, druckte er zwei Modelle per 3D-Druck, die die wellige Oberfläche der Thermoblech-Wärmeübertrager darstellen. Dieses Modell wurde an dem Blow-Down-Windkanal der FH Münster getestet.

Durch zwei große Tanks, die mit einem Ventil an der Testsektion angeschlossen wurden, wurde die Luft mit unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten zwischen die Platten gepustet. Bei diesem Ausströmvorgang wurden die verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten schließlich untersucht und Messungen daran durchgeführt. Außerdem konnte Sundermeier durch Schlierenbilder und Ölanstriche die Strömung sichtbar machen, die man ansonsten mit bloßem Auge nicht sehen würde.

„Durch diese und weitere Experimente konnte ich tatsächlich bestätigen, dass verschiedene Theorien, die bereits per Simulation aufgestellt wurden, auf die Thermoblech-Wärmeübertrager zutreffen und Strömungen sich so verhalten wie vorausgesagt“, so Sundermeier.

Die Geometrie an sich sorge demnach für keinen großen Druckverlust. „Dies ist wichtig, um möglichst effizient zu arbeiten, da der Druck an den Energieaufwand gekoppelt ist.“ Dass die Theorien zutreffen, erleichtere zudem die Auslegung und Berechnung der Anlagen. In der Flugzeugbranche kann – das beweist die Bachelorarbeit – in Simulationen dargestellt werden, wie die Thermobleche in der Realität innerhalb eines Turbotriebwerkes operieren könnten.

Prof. Dr. Stefan aus der Wiesche hat Sundermeiers Arbeit für den Hochschulpreis vorgeschlagen: „Stephan Sundermeier setzte für seine Untersuchungen erfolgreich moderne Verfahren der Bildbearbeitung und eine fokussierbare Schlierenoptik ein, in die er sich selbstständig einarbeitete, die er erprobte und an seine Aufgabenstellung anpasste.“ Sein hohes Maß an Selbstständigkeit und Interesse hätten diese herausragende Arbeit erst möglich gemacht. „Seine Arbeit wurde auf der internationalen Konferenz ETC 2021 vorgestellt und fand eine sehr positive Resonanz. Zudem wurde sie inzwischen für eine Publikation in einer internationalen Fachzeitschrift empfohlen und vorgeschlagen.“

Stephan Sundermeier studiert an der FH Münster aktuell im Master Maschinenbau in Teilzeit und arbeitet als wissenschaftlicher Mitarbeiter im Labor für Wärme-, Energie-, und Motorentechnik von Prof. aus der Wiesche. Zwar könnte er sich vorstellen, auch in Zukunft weiter zum Thema Strömungstechnik zu forschen – eines Tages würde er sich aber auch gern selbstständig machen.

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