Monday, September 07, 2026

Entwicklung von piezoelektrischem Energy Harvesting mittels lokal resonanter Metamaterialien an einem Fahrzeugrad

Thema und Ziel der Arbeit

Im Fahrzeugbau stehen zwei Ziele häufig im Konflikt: Fahrzeugstrukturen sollen möglichst leicht ausgeführt werden, um die Effizienz zu steigern, gleichzeitig müssen hohe Anforderungen an den Geräusch- und Schwingungskomfort erfüllt werden. Lokal resonante Metamaterialien bieten hierfür einen vielversprechenden Ansatz, da sie mit gezielt abgestimmten Resonatorelementen störende Schwingungen reduzieren können, ohne das Bauteil wesentlich schwerer zu machen. Zugleich steigt im Fahrzeug der Bedarf an elektrischer Energie, wobei auch kleine Energiemengen von Bedeutung sein können.

Ziel dieser Arbeit ist die Kombination lokal resonanter Metamaterialien mit piezoelektrischem Energy Harvesting am Fahrzeugrad. Die in den Resonatoren konzentrierte Schwingungsenergie soll nicht ungenutzt bleiben, sondern über piezoelektrische Wandler in elektrische Energie umgewandelt werden. So entsteht ein Bauteil mit doppelter Funktion: Es reduziert Schwingungen und stellt gleichzeitig elektrische Energie bereit. Im Rahmen der Arbeit wird ein Demonstrator aufgebaut, der diese Doppelfunktion sichtbar macht, beispielsweise durch das Aufleuchten einer LED oder eine kurze Anzeige auf einem Display.

Arbeitspunkte

• Literaturrecherche zu lokal resonanten Metamaterialien und piezoelektrischen Wandlern
• Simulationsbasierte Auslegung der Resonatoren unter Berücksichtigung des Rads als Teststruktur
• Fertigung der Resonatoren sowie deren Kombination mit piezoelektrischen Wandlern am Rad
• Experimentelle Untersuchung der Schwingungsreduktion und Charakterisierung der erzeugten elektrischen Energie

Anforderungen

• Gute Deutsch- oder Englischkenntnisse in Wort und Schrift
• Grundkenntnisse in Schwingungstechnik, Elektrotechnik und Messtechnik wünschenswert, aber nicht notwendig
• Interesse an numerischer Auslegung, experimenteller Validierung und praktischer Umsetzung
• Zuverlässigkeit, Engagement und Spaß am selbstständigen Arbeiten

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