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

Die effiziente Bewertung der strukturellen Integrität eines Bauteils mittels Deep Learning ermöglicht es, Materialauswahl und -verteilung als ein gemeinsames Optimierungsproblem zu betrachten. Dadurch kann der Lösungsraum flexibler und explorativer erschlossen werden, was die Entwicklung ganzheitlicher Konstruktionslösungen fördert.

In der Luftfahrt werden in zunehmendem Maße unbemannte Luftfahrzeuge (UAVs) eingesetzt, um Überwachungs-, Inspektions-, oder Transportaufgaben zu erledigen. Um einen sicheren Flug zu gewährleisten, wird in aller Regel eine Vorflugkontrolle durchgeführt, bei der das UAV auf eventuelle Schäden untersucht wird. Mit zunehmender Bedeutung von autonomem Fliegen außerhalb der Reichweite eines Piloten besteht ein Bedarf für eine Automatisierung der Vorflugkontrolle, zum Beispiel mit Hilfe von kamerabasierten Verfahren.

Da die vorausschauende Wartung in modernen technischen Systemen immer wichtiger wird, ist die Fähigkeit, die Restnutzungsdauer (Remaining Useful Life; RUL) kritischer Komponenten genau abzuschätzen und entstehende Fehler zu erkennen, von entscheidender Bedeutung für die Verbesserung der Zuverlässigkeit, Sicherheit und Kosteneffizienz. Der C-MAPSS-Datensatz der NASA bietet einen realistischen Maßstab für die Entwicklung und Erprobung von Methoden auf dem Gebiet des Prognostics and Health Management (PHM). Dieser Bereich bietet vielfältige Möglichkeiten, sowohl modellbasierte (z. B. Kalman-Filter, von der Physik inspirierte Schwellenwerte, Gauß-Prozesse) als auch datengesteuerte (z. B. Deep Learning, neuronale Netze) Ansätze für Fehlerdiagnose und RUL-Vorhersage zu erforschen. Es sollen in mehreren Arbeiten unterschiedliche methodischen Ansätze entwickelt werden, was einen Quervergleich und ein breiteres Verständnis der Prognostik unter realitätsnahen Bedingungen ermöglicht.

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 zunehmende Verbreitung autonomer Systeme in der Luftfahrt verdeutlicht den Bedarf an robusten Sicherheits- und Zuverlässigkeitsmaßnahmen. Ein Schlüsselelement zur Erreichung dieses Ziels ist die kontinuierliche Bewertung des Zustands kritischer Komponenten in unbemannten Luftfahrtsystemen (unmanned aircraft systems, UAS). Für das institutseigene Hybridflugzeug SciHunter steht eine Python-basierte Simulationsumgebung zur Verfügung, die sowohl die Betriebseigenschaften des Flugzeugs als auch die Auswirkungen verschiedener Degradationsphänomene auf die Systemzuverlässigkeit modelliert.

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.

Electrification of mobile working machines, such as excavators, wheel loaders and forestry ma-chines, presents new challenges in electric motor selection and sizing, particularly in handling peak loads and overload conditions. This thesis topic examines the peak load capacity and overload-based sizing of electric motors used in mobile machinery. The findings of this thesis should provide state-of-the-art for optimizing the selection of electric motors for mobile working machines. These insights contribute to the broader development of efficient and durable electrified work machinery.

The establishment of a Hardware-in-the-Loop (HiL) testbench for the traction drive of heavy mobile machinery represents a significant step forward in the development and validation of traction drive systems. This thesis topic explores the comprehensive process of implementing such a HIL testbench, which facilitates real-time simulation and testing of traction drives.

H2 wird als vielversprechender, potentiell klimaneutraler Kraftstoff und Energieträger der Zukunft gehandelt. Besonders im Nutzfahrzeugbereich bieten Antriebslösungen, die auf der Wasserstoffverbrennung basieren, technische und ökonomische Vorteile.

Entwicklung einer Checkliste für Unternehmen und Verbände zur Überprüfung der Mitarbeiterfreundlichkeit einer KI-Anwendung und Testen im Rahmen einer Befragungsstudie für ein KI-Assistenzsystem.

Durch die speziellen Einsatzgebiete von Unterwassermotorpumpen müssen die dazugehörigen Motoren bestimmte Anforderungen erfüllen. Dies macht eine separate Behandlung der Motoren bei der Bewertung des Wirkungsgrads innerhalb einer Norm notwendig. In dieser Arbeit sollen Unterwassermotorpumpen anhand eines bestehenden Norm-Entwurfs experimentell untersucht und Einflussfaktoren auf den Motorwirkungsgrad identifiziert werden.

Durch den im Rahmen der Energiewende steigenden Anteil an erneuerbaren Energien an der Stromerzeugung wächst auch der Bedarf an Energiespeichern, die den zeitlichen Versatz zwischen Erzeugung und Verbrauch überbrücken können. Eine mögliche Speicherform stellen Carnot-Batterien (CB) dar, die elektrische Energie durch die Umwandlung in thermische Energie zwischenspeichern. Zentrale Komponenten einer CB stellen die Kompressions- und die Expansionsmaschine (Lade-/ Entladezyklus) dar. Indem ein Maschinentyp gewählt wird, der sowohl als Kompressions- als auch als Expansionsmaschine betrieben werden kann, können Kosten gespart werden.

In dieser Arbeit soll ein KI-gestütztes System zur Prozessüberwachung und -kontrolle im extrusionsbasierten 3D-Druck weiterentwickelt werden. Mithilfe von Kraftmessungen an Druckkopf, Extruder und Druckbett sollen Fehler frühzeitig erkannt und der Druckprozess kontrolliert werden. Dazu werden weitere Messdaten gesammelt, unterschiedliche neuronale Netze trainiert, Hyperparameter untersucht und die KI validiert.

In dieser Arbeit werden thermodynamische Modelle zur Bewertung und Optimierung alternativer Wärmeintegrationskonzepte für die eisenbasierte Wasserstoffspeicherung entwickelt. Ein besonderer Fokus liegt auf der Rückgewinnung und Integration von Prozesswärme, um energetische und wirtschaftliche Vorteile zu erzielen. Abschließend werden vielversprechende Konzepte dimensioniert und ökonomisch bewertet, um konkrete Handlungsempfehlungen abzuleiten.

Für die Verbesserung der Energieeffizienz und zur Prozessbeschleunigung in der chemischen Industrie stehen modulare Produktionsanlagen immer stärker im Fokus. In der vorliegenden Arbeit soll die Infrastruktur für modulare Anlagen „Bluefield“ bei Merck semantisch modelliert werden. Dieses Modell soll im Anschluss zusammen mit einem bestehenden Modell für modulare Prozesseinheiten für eine exemplarische Kompatibilitätsprüfung verwendet werden.

In dieser Masterarbeit wird die Integration metallischer Energieträger in großskalige Energiesysteme untersucht. Dazu werden metallische Energieträger zunächst im Open-Source-Framework PyPSA (Python for Power System Analysis) implementiert. Anschließend erfolgt eine detaillierte Analyse ihrer Rolle und ihres Potenzials in zukünftigen multimodalen Energiesystemen.

Kurzbeschreibung

(maximal 3 Sätze) Im Rahmen dieser Masterarbeit soll ein bildbasiertes Verfahren zur Echtzeitbewertung der Produktqualität in der industriellen Fertigung entwickelt werden. Ziel ist es, aus Kameradaten Metriken zu definieren und zu analysieren, die mit etablierten Qualitätsmerkmalen korrelieren. Die Arbeit bietet praxisnahe Forschung in Kooperation mit Freudenberg Performance Materials sowie enge Betreuung durch Industrial Science, einer Ausgründung der TU Darmstadt.

Am Institut für Mechatronische Systeme im Maschinenbau wird an autonomen, vernetzten Roboterfahrzeugen geforscht. Diese Fahrzeuge sollen nicht nur eine sichere, sondern auch eine möglichst effiziente Fortbewegung gewährleisten. Daher wird an einer Effizienzsteigerung durch eine Längsdynamikregelung gearbeitet. Diese Regelungssysteme werden in einer simulierten Verkehrsumgebung (SUMO) getestet. Um die daraus resultierenden Unterschiede im Verkehrsverhalten, die durch die Längsdynamikregelungen entstehen, zu analysieren, soll eine grafische ?Auswertung der Ergebnisse erfolgen.

In dieser Arbeit entwickelst du einen optimierten Ventilatorbaukasten, der verschiedene Anwendungsfälle mit minimaler Modellanzahl und unter Berücksichtigung von Kosten, Energieeffizienz und Lärmemissionen abdeckt. Dazu recherchierst du typische Einsatzbereiche, erfasst relevante Ventilatordaten in einer Datenbank und optimierst die Produktreihe mit Methoden der diskreten Optimierung (z. B. Set Covering). Die Arbeit bietet Einblicke in spannende Optimierungsmethoden, praxisnahe Anwendungen und die Möglichkeit einer anschließenden wissenschaftlichen Anstellung.

In der modernen Produktion ist die flexible Nutzung von Maschinen und Robotern entscheidend. Am Fachgebiet wurde bereits eine virtuelle Unity-Arbeitsumgebung entwickelt, die hardwareunabhängige Pick-and-Place-Aufgaben ermöglicht. Dieses Extended Reality (XR)-System soll nun um eine intuitive Weboberfläche erweitert werden, die das Teach-In von Robotern unterstützt und eine benutzerfreundliche Interaktion ermöglicht.

Ammoniak (NH₃) und Wasserstoff (H₂) gelten als Schlüsselträger der klimaneutralen Energiezukunft, können bei der Verbrennung jedoch hohe NOx-Emissionen verursachen. Zur experimentellen Untersuchung dieser Emissionen unter realistischen Hochdruckbedingungen soll im Rahmen dieser Masterarbeit eine Druckbrennkammer mit optischen Zugängen für Lasermesstechnik wie Laserinduzierte Fluoreszenz oder Raman-/Rayleigh-Spektroskopie entwickelt, konstruiert und aufgebaut werden.

Ein Schaden in der zentralen Regelung eines Wasserversorgungssystems hat katastrophale Auswirkungen auf die Versorgung städtischer Bevölkerung mit Trinkwasser. Um dieses Risiko zu vermeiden, sollen Ansätze der Schadenserkennung mittels Zeitreihenanalyse für die Resilienz der Wasserversorgung untersucht werden. Dafür soll ein statistisches Modell aufgestellt, parametriert und validiert werden.

Themenbereiche:

1. Simulation von Kontaktverformungen in FEM (Siemens NX)

2. Parametrische Simulationsstudien

3. Analyse der Spannungsverteilung und Steifigkeit

4. Computergestützte Toleranzanalyse

Elektrische Maschinen erzeugen Wärme aufgrund von elektrischen Verlusten und mechanischer Reibung, wobei die Kühlung im Rotor-Stator-Spalt in der Regel auf die Luftzirkulation beschränkt ist. In dieser Studie wird die Wirkung der Einführung kleiner Flüssigkeitströpfchen in den Luftstrom zur Verbesserung der Wärmeübertragung untersucht. Durch die Untersuchung der aerosolbasierten Kühlung zielt diese Forschung darauf ab, das Wärmemanagement zu verbessern und die Effizienz elektrischer Maschinen zu erhöhen. Im Rahmen des Projekts wird ein kleiner Spalt (Außenzylinder) konstruiert und an einen bestehenden Aufbau angeschlossen. Anschließend werden Experimente zur Erzeugung und Analyse der Aerosolströmung im Spalt durchgeführt. Die Auswirkungen der Tröpfchen werden aufgezeichnet und analysiert, dann wird der Aerosolgenerator mit 3 verschiedenen Düsen charakterisiert.

Das IMS erforscht im Rahmen des Projekts DigiTain, wie Betriebsstrategien von Brennstoffzellenfahrzeugen verbessert werden können. Aktuelle Ergebnisse zeigen, dass mittels kurzfristiger Prädiktion (ca. 10 s) eine Effizienzsteigerung erreicht werden kann aber auch dass der Ansatz nicht ?zielführend auf längerfristige Zeiträume (>1 min) anzuwenden ist, was die Effizienzsteigerung begrenzt.

Durch Routenplanung (z.B. Navi) oder Kenntnis von häufig gefahrenen Strecken ist die vorausliegende Route meist bekannt. Im Rahmen dieser Arbeit sollen mehrere Ansätze ausgewählt und implementiert werden, um auf Grundlage von Eigenschaften (Höhenprofil, Geschwindigkeitsbeschränkung, Verkehrszeichen, Kurven, etc.) des gesamten vorausliegenden Streckenverlaufs einen zeitlichen Verlauf des Leistungsbedarfs abzuschätzen, um eine langfristige Planung der Betriebsstrategie zu ermöglichen.

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.

Die Wirtschaft basiert größtenteils auf einer linearen Wertschöpfungskette mit fossilen Ausgangsstoffen wie z.B. Erdöl während die Abfälle größtenteils verbrannt werden. Zur Reduktion des CO2-Austoßes ist daher die Transformation zu einer Kreislaufwirtschaft und damit das Recycling bisher nicht-recyclebarer Abfälle notwendig. Eine Möglichkeit dazu ist das chemische Recycling mittels Wirbelschichtvergasung. Dabei werden die Reststoffe bei hohen Temperaturen unter Zugabe von Dampf und Sauerstoff zu Wasserstoff und Kohlenmonoxid zerlegt, die als Grundstoff für viele chemische Synthesen dienen.

Im Rahmen dieser Arbeit soll die Sauerstoffzufuhr in die Wirbelschicht im Hinblick auf Düsengeometrie, Temperatur- und Geschwindigkeitsverteilung untersucht werden.

Agile Robots SE is developing a kinematic replica for teleoperation of a humanoid with high DoF hands for data collection used in imitation learning. The current prototype provides two single-trigger handles to signalize grasping commands. This restricts the complexity of the teleoperations and, therefore, the tasks that the humanoid learns through imitation learning. This project aims to develop a multi-trigger handle to capture more nuanced commands.

The Institute for Simulation of Reactive Thermo-Fluid Systems (STFS) conducts cutting-edge research on reactive flows and alternative energy carriers. One of our focus areas is the combustion of metallic fuels, which have the potential to play a key role in future energy systems.

Aluminum, in particular, undergoes a unique combustion process where evaporated metal reacts with steam, forming hydrogen and aluminum oxide. The global reaction and transport rates are controlled by a multitude of tightly coupled processes, including phase changes, gas phase reactions, thermophoresis, and droplet shape evolution—key aspects that are not yet fully understood.

In this thesis, you will contribute to refining numerical models for these processes using OpenFOAM-based simulations. Your work will help improve the predictive capabilities of existing models, enabling more accurate simulations of aluminum combustion.

Do you have experience in CFD, physical modeling, or programming (Python/C++) in a Unix-based environment? If not, are you eager to develop these skills? If so, we encourage you to contact us for more information!

Themenbereiche:

1. Finite-Elemente-Methode (FEM) mit Siemens NX

2. Parametrische Simulationsstudien

3. Analyse der Spannungsverteilung und Steifigkeit

4. Computergestützte Toleranzanalyse

Aufgrund der immer häufiger auftretenden extremen Wetterbedingungen kommt es immer häufiger zu Vereisungen von Flugzeugen. Die Untersuchung dieses Phänomens hat große Aufmerksamkeit erregt, insbesondere im Bereich der Flugsicherheit. Unsere Forschung zielt darauf ab, dieses Verständnis zu verbessern, indem wir die Auswirkungen von sich bewegenden Oberflächen mit Tropfenaufprall untersuchen und dabei Bedingungen simulieren, die denen eines Hubschraubers ähneln. Das Projekt umfasst die Durchführung von Experimenten unter Verwendung eines bestehenden Aufbaus, der einen einzelnen Wassertropfen auf eine rotierende Scheibe aufprallen lässt (es könnten sehr kleine Änderungen erforderlich sein). Der Aufprall wird mit einer synchronisierten Infrarot- und Hochgeschwindigkeitskamera aufgezeichnet. Die aufgenommenen Bilder werden analysiert, und die Dicke der entstehenden Eisschicht auf der Scheibe wird mit einem chromatischen Liniensensor (CLS) gemessen.