Das dynamische Verhalten moderner Turbomaschinen, wie sie beispielsweise in Treibstoffpumpen der Raumfahrtindustrie (zum Beispiel in der Ariane-6-Trägerrakete) zum Einsatz kommen, wird maßgeblich durch die dynamischen Eigenschaften kombinierter axial und radial durchströmter Ringspalte bestimmt. Bis heute erfolgt die Auslegung solcher kombinierter Spalte jedoch ausschließlich getrennt voneinander. Aus diesem Grund soll am FST aufbauend auf diversen Vorarbeiten ein Framework geschaffen werden, das die am Institut bestehenden Tools zur Berechnung rein axial und rein radial durchströmter Ringspalte zu einem einzigen Berechnungstool für die Untersuchung beliebiger kombinierter Ringspalte zusammenführt.

Ziel dieses studentischen Projekts ist die Inbetriebnahme und Kalibrierung eines Slip Length Tribometers (SLT) zur Messung der Gleitlänge bei unterschiedlichen Oberflächenrauheiten der oberen Platte. Die Studierende macht sich mit dem Aufbau und der Bedienung des SLT vertraut und führt eigenständig Messungen der Gleitlänge durch. Der Schwerpunkt des Projekts liegt auf der Inbetriebnahme der Kalibriervorrichtung sowie der Entwicklung und Implementierung eines Kalibriervorgangs, z. B. mithilfe von LabView.

Hydrogen has been recognized as one of the most promising pathways for decarbonizing the energy sector, while providing the required energy demands in an environmentally friendly manner. Proton exchange membrane (PEM) electrolyzers are a key technology for hydrogen production. However, for a large-scale adoption, enhancements in long-term operations are important. The durability of a PEM cell is negatively influenced by leaching of catalyst ions. To tackle this problem, it is of critical importance to understand the movement of metal ions near the catalyst layer and through the membrane. Novel experimental methods, such as fluorescence microscopy, can be used to investigate the electrochemical reaction and the transport of ions in a microfluidic PEM electrolyzer.

Das Carbonate-Looping-Verfahren (CaL) ist eine effiziente Technologie, um CO2 aus industriellen Rauchgasen abzuscheiden. Im Rahmen des CARMEN Projektes wird dieses Verfahren erstmals an realen industriellen Anlagen eingesetzt. Zudem sollen für diese Standorte kommerzielle CaL-Anlagen konzeptioniert und bilanziert werden. In dieser Arbeit soll für die Abwärmenutzung der CaL-Prozesse ein Dampfkreislauf-Modell erstellt werden, um Möglichkeiten für eine effiziente Abwärmenutzung zu bewerten.

Windenergieanlagen (WEA) sind ein Pfeiler des deutschen Energiemixes, erfordern jedoch regelmäßiger Inspektionen, u.a. an den aus Glasfaser verstärktem Kunststoff (GFK) gefertigten Rotorblättern. Durch Vogelschlag, Erosion und Sonneneinstrahlung kann es im GFK zu Delaminationen kommen, d. h. Ablösung von Schichten kommen, was einen Totalschaden der WEA nach sich ziehen kann. Um Delaminationen auszuschließen wird der Strukturzustand durch manuelle Klopftests der Klang der Rotorblätter durch menschliche Einschätzung bewertet.

In dieser Arbeit soll diese subjektive Bewertung des Strukturzustandes durch den Einsatz von künstlichen neuronalen Netzen automatisiert werden. Basis hierzu sind eine begrenzte Anzahl von Audio-Aufzeichnungen solcher Klopftests. Zum einen müssen die Daten aufbereitet werden und daraus geeignete Features extrahiert werden. Zum anderen müssen Algorithmen recherchiert, implementiert und ggf. kombiniert werden, um das Klassifikationsproblem (Rotorblatt intakt / Rotorblatt nicht intakt) zu lösen.

Existierende Algorithmen basieren auf neuronalen Netzwerken, die auf zumeist (faltenden) neuronalen Netzen basieren. Diese können mit Daten trainiert werden, die Aufnahmen von den oben beschriebenen Klopftests enthalten, und liefern eine Klassifikation „intakt“ oder „nicht intakt“. Manchmal lässt sich aus den Aufnahmen jedoch nicht eindeutig ein Defekt erkennen. Um hier keine Fehlklassifikation zu provozieren, sollen in dieser Arbeit sog. Bayes'sche Neuronale Netzwerke zur Klassifikation getestet werden. Diese liefern neben der puren Klassifikation auch eine Information darüber wie (un)sicher sich das Netzwerk bei der Klassifizierung ist. Das hat entscheidende Vorteile in der Industrie, da hierbei die Zuverlässigkeit von Algorithmen zur Schadenserkennung entscheidend gesteigert werden kann.

Im Maschinenbau und insbesondere im Leichtbau ist eine effektive Schwingungsdämpfung ein wichtiges Entwicklungsziel. Zu hohe Schwingungsamplituden können zum einen zum frühzeitigen Versagen von Strukturen führen, zum anderen beeinträchten sie z.B. im Automobilbereich den Fahrkomfort durch eine erhöhte Schallabstrahlung vibrierender Oberflächen. Dämpfungsbeläge und Schwingungstilger sind klassische Maßnahmen zur Schwingungsberuhigung, gehen aber oft mit einer erhöhten Masse einher, was dem Leichtbaugedanken jedoch widerspricht.

Akustische schwarze Löcher (engl. Acoustic Black Hole, ABH) sind ein relativ neue Methode zur Schwingungsdämpfung und entsprechend zur Reduktion der Schallabstrahlung schwingender Strukturen. Das Prinzip lässt sich gut anhand eines eindimensionalen ABH erklären (siehe Abbildung). Hierbei erfährt ein Balken eine einseite Anregung. Die Transversalwelle läuft auf das ABH zu, das eine quadratische Verjüngung des Balkenquerschnitts darstellt. Diese Verjüngung führt zu einer Verlangsamung der Ausbreitungsgeschwindigkeit, sodass es im idealen Fall zu keiner Reflektion der Welle kommt. Da aus praktischen und fertigungstechnischen Gründen der Querschnitt nicht bis auf Null abnehmen kann, kommt es in der Realität zwar nicht zu einer völligen Auslöschung der Welle, dennoch können (auch durch das Anbringen eines kleinen Dämpfungsbelages am ABH) extrem hohe Dämpfungen erreicht werden.

In dieser Arbeit soll das Phänomen zunächst simulativ reproduziert werden. Im nächsten Schritt sollen eine neuartige Form eines ABH gefertigt werden und im Hinblick auf seine Effektivität und das Potential in der Industrie untersucht werden.

Wärmepumpen werden auch für die Anwendung in der Industrie zur Dampferzeugung immer wichtiger. Eine besonders gute thermodynamische Abbildung zur Bilanzierung und Entwicklung von Betriebslastgängen ist daher von besonderer Bedeutung.

Die Durchführung der Arbeit erfolgt in Zusammenarbeit mit der Iqony Solutions GmbH. Auf Wunsch kann die Bearbeitung in Essen, Zwingenberg oder Saarbrücken erfolgen.

Vor dem Hintergrund aktueller Bestrebungen zur Emissionsminderung und verschärfter gesetzlicher Vorgaben bleibt die Reduktion von Schadstoffen im Verkehrssektor ein zentrales Thema. Um speziell den Ausstoß von Stickoxiden im Dieselmotor zu reduzieren, ist die selektive katalytische Reduktion (SCR) eine effiziente und häufig genutzte Methode. Dabei wird Harnstoff-Wasser-Lösung in den Abgasstrang eingespritzt. Kommt diese mit den heißen Wänden in Kontakt, verdampft die Lösung und bildet dabei feste, kristalline Ablagerungen. Diese können den Prozess negativ beeinflussen und im schlimmsten Fall zu Verstopfungen führen. Ziel dieser Arbeit ist es daher, den Prozess der Ablagerungsbildung systematisch zu untersuchen und ein besseres Verständnis für die zugrunde liegenden Mechanismen zu entwickeln.

In dieser Abschlussarbeit werden innovative, hybride Modelle (Machine Learning & physikalische Ansätze) für die Echtzeit-Qualitätskontrolle aus Kameradaten entwickelt. Das Projekt, durchgeführt in Kooperation mit einem führenden Industrieunternehmen, verbindet akademische Forschung mit direktem industriellen Anwendungsbezug und hohem Impact. Die Aufgaben bewegen sich an der Schnittstelle von Machine Vision, Data Science und Prozessautomatisierung, wobei der Schwerpunkt an eigene Interessen und Vorkenntnisse angepasst wird.

Das Forschungsprojekt ANNA am EST untersucht neuartige Füllkörper für Absorptions- und Desportionskolonnen zur Effizienzsteigerung der Synthesegasaufarbeitung. Im Rahmen des Projektes sollen experimentelle Untersuchungen sowie die dazugehörige Auswertung der Versuchsdaten durchgeführt werden.

Steigende Komplexität, kurze Entwicklungszeiten und Nachhaltigkeit fördern die Automatisierung der Produktentwicklung. KI-basiertes generatives Design, besonders in der Topologieoptimierung, ermöglicht effiziente und weitgehend automatisierte Prozesse

At the Institute of Mechatronic Systems in Mechanical Engineering, research is being conducted on autonomous, connected robotic vehicles. These vehicles are expected to ensure not only safe but also efficient movement. Current driver assistance systems, such as Adaptive Cruise Control (ACC), are already widely used in modern vehicles and serve as a fundamental basis for future automated driving functions. As part of this thesis, such a system is to be designed for complex urban intersection scenarios, focusing on both safety and efficiency, and implemented into the existing code structure. The approach will then be tested using the traffic simulation platform SUMO.

Die Transportsektoren Luft- und Schifffahrt sind schwierig zu elektrifizieren. Biofuels mit negativen CO2-Emissionen können einen erheblichen Beitrag zur Nachhaltigkeit dieser Sektoren leisten. Am EST wurden dafür im Rahmen des Forschungsprojekts CARBIOW Reststoffe aus Biomasse in einem Wirbelschichtreaktor im 1 MWth Pilot-Maßstab und Labor.Maßstab zu Synthesegas umgewandelt. Nun soll der Prozess genauer mithilfe Simulationen in Aspen Plus untersucht werden. Prozesssimulationen untersucht werden.

Am Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren wurden zwei innovative 3D-Druckverfahren für den ressourcenschonenden Leichtbau entwickelt. In dieser Abschlussarbeit sollen vielversprechende Anwendungsfelder identifiziert und das wirtschaftliche Potenzial der Technologien bewertet werden – von der Medizintechnik bis zur Architektur. Die Aufgabe kombiniert technisches Verständnis mit Marktanalyse und richtet sich an Studierende mit Interesse an Innovation und Technologietransfer.

Durch Partikel im Fördermedium tritt in Schraubenspindelpumpen hoher Verschleiß auf. Um die Pumpen auf die Anwendungen auslegen zu können, benötigen die Hersteller Modelle zur Beschreibung des Verschleißverhaltens und Konstruktionsrichtlinien. Die ausgeschrieben Arbeiten dienen der Erweiterung eines Prüffeldes, das die anwendungsnahe Untersuchung der Pumpen im Betrieb mit Partikeln erlaubt.

Durch Partikel im Fördermedium tritt in Schraubenspindelpumpen hoher Verschleiß auf. Um die Pumpen auf die Anwendungen auslegen zu können, benötigen die Hersteller Modelle zur Beschreibung des Verschleißverhaltens und Konstruktionsrichtlinien. Die ausgeschrieben Arbeiten dienen der Erweiterung eines Prüffeldes, das die anwendungsnahe Untersuchung der Pumpen im Betrieb mit Partikeln erlaubt.

On going research at the Institute for Paper Technology of the Technische Universität Darmstadt is focused on AI-assisted design optimization for corrugated boards. The project is focused on the application of AI frameworks to improve the design and optimization process, allowing for more efficient decision-making.

At the Institute for Energy Systems and Technology (EST), a promising CO2 capture process, the Indirectly Heated Carbonate Looping (IHCaL), is being developed for integration into lime and cement plants, to reduce the associated CO2 emissions. Combining IHCaL with other capture methods, such as absorption with monoethanolamine (MEA), could further reduce the specific energy consumption (SPECCA) and the cost of the entire system. Some hybrid solutions have been proposed, but a process optimization considering techno-economics is still required to assess the potential.

The evaporation of liquid droplets, a phenomenon ubiquitous in daily life, has garnered significant attention in scientific research. Of particular interest is the evaporation of droplets laden with nonvolatile solutes, which results in intricate deposition patterns on the substrate. Understanding the mechanisms underlying the formation of these patterns is crucial for various technical applications, spanning from coating and inkjet printing to disease detection. This work delves into the development of a comprehensive model of the specific ring-like deposition patterns observed during the drying of droplets.

As emission regulations tighten and policies evolve to address global climate change, reducing pollutant and greenhouse gas emissions has become a top priority in combustion research. The advanced combustion concept of matrix-stabilized combustion is essential for achieving low emissions and improved flame stabilization in fuel-lean conditions. Combustion within an inert porous matrix differs significantly from conventional burners that use a free flame. Porous media burners (PMBs) rely on the principle that the solid porous matrix internally recirculates heat from combustion products back to the reactants. This internal heat recirculation in PMBs lowers the lean flammability limit of fuel-air mixtures, enabling lower emissions, reduced thermal stresses due to lower flame temperatures, and complete fuel conversion through lean combustion. However, stabilizing these flames within the porous matrix poses challenges due to the complex thermophysical, transport, and heat-transfer processes involved.

The objective of this project is to install a well-designed PMB in the RSM laboratories and perform the first experimental investigation using different pore structures and fuel mixtures.

From organic waste to green maritime and aviation fuels.

The aviation and shipping transportation sectors are difficult to electrify. Biofuels with negative CO2 emissions can make a significant contribution to the sustainability of these sectors. This is being investigated at EST in the CARBIOW research project by converting biomass residues into synthesis gas in a fluidized bed and then into biofuels. The fluidized bed is to be operated on a 1 MW pilot scale with pure oxygen and steam and investigated in advance using process simulations. Analysis of the feedstock will help to understand the underlying reactions and kinetics taking place during the gasification process.

In dieser Arbeit soll untersucht werden, in welchem Rahmen sich unterschiedliche Materialeigenschaften, insbesondere Elastizitätsmoduli, durch Graustufen-MSLA erzeugen lassen, wie zuverlässig diese reproduziert werden können, und welchen Einfluss die Grauwerte und deren Variation auf die Qualität des 3D-Drucks, z.B. minimale Strukturgrößen, haben. Anhand dieser Erkenntnisse soll der Graustufen-MSLA-Druck dann angewandt werden, um funktional gradierte 3D-Gitterstrukturen mit spezifischen mechanischen Eigenschaften zu entwerfen.

Die Forschungsarbeiten zum Thema „Wirkungsgradaufwertung“ am Institut für Fluidsystemtechnik haben das Ziel eine neue universell einsetzbare Aufwertungsformel für axiale und radiale Ventilatoren zu entwickeln. Um die Einflussparameter Reynolds‐ und Machzahl separat zu untersuchen sind Prüfstandsmessungen in einer Druckkammer geplant, für die ein neuer Axialventilatorprüfstand aufgebaut werden soll.

Neben den konkret ausgeschriebenen Arbeiten bieten wir stets eine Vielzahl weiterer Themen für studentische Arbeiten an. Mögliche Themen versuchen wir dabei im persönlichen Gespräch auf die Interessen der Bearbeiter abzustimmen.

Sprechen Sie uns bei Interesse direkt an.