In modern turbomachinery, shaft vibrations caused by fluid film forces and moments in annular seals often limit performance and reliability. Consequently, this narrow fluid filled annuli play a crucial role in the overall system behavior. The dynamic characteristics of such narrow gaps like journal bearings and annular seals significantly influence the turbomachinery’s response. These characteristics are commonly represented by classical mechanical components springs, dampers, and masses which enable their characterization through the rotordynamic coefficients of stiffness, damping, and inertia. While the stiffness coefficients have been determined through a completed static CFD analysis utilizing a fully developed 360° mesh with eccentricity and tilt, the remaining task is to determine the damping and inertia coefficients.

Eisen gilt als vielversprechender Energiespeicherträger in metallbasierten Kreislaufprozessen, bei denen Energie durch thermochemische Oxidation freigesetzt wird. Im Rahmen dieser Arbeit soll ein Lasersystem zur kontrollierten Zündung einzelner schwebender Eisenpartikel im elektrodynamischen Levitator entwickelt, aufgebaut und in Betrieb genommen werden, um deren elementare Zusammensetzung während der Verbrennung mittels Laserinduzierter Plasmaspektroskopie (LIBS) analysieren zu können.

Im Zuge der Energiewende müssen fossile Energieträger durch erneuerbare Alternativen ersetzt werden. Eine der zentralen Herausforderungen dabei ist die effiziente Speicherung und der Transport großer Energiemengen. Ein vielversprechender Ansatz ist die Nutzung von Eisenpulver als CO₂-freier Energieträger in einem geschlossenen Stoffkreislauf: Eisen wird oxidiert, die entstehende Energie nutzbar gemacht, und das Eisenoxid anschließend regeneriert.

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.

Advances in avionics technology require a reevaluation of existing certification and regulatory requirements. Understanding applicable requirements is critical for ensuring system compliance, safety, and operational approval. However, the complexity and fragmentation of existing standards present major challenges during development. To support future systems, a structured approach to analyzing and mapping relevant regulations is needed.

In the context of developing a new flight simulation environment, the integration of realistic and dynamic air traffic is essential to enable credible and operationally relevant scenarios. To support situational awareness and decision-making, this traffic must not only be technically simulated but also presented in a way that is intuitive and cognitively appropriate for human users. Therefore, the design of human-centered visualization concepts plays a critical role. The simulation environment should support various use cases, including training and evaluation, where clear and meaningful traffic displays are required. A modular and adaptable traffic simulation framework will form the technical foundation for this work.

OPC UA ist ein offener, plattformunabhängiger Standard für die industrielle Kommunikation, der sich durch seine modellierungsfähige Struktur besonders für die Beschreibung von Industrierobotern eignet. Die entsprechende Robotics Companion Specification (CS) ist derzeit jedoch nur in Ansätzen entwickelt. URDF ist ein XML-basiertes Format zur Modellierung von Robotern im Robot Operating System (ROS) und enthält umfassende Informationen zur Struktur und Kinematik. Da beide Formate auf XML basieren, erscheint ein strukturiertes Mapping zwischen URDF und OPC UA sinnvoll, um bestehende Modelle in standardisierte OPC UA-Strukturen zu überführen.

Die zunehmende Vernetzung und Standardisierung in der Industrie eröffnet neue Möglichkeiten zur einheitlichen Abbildung und Steuerung von Produktionssystemen. In dieser Arbeit hast du die Möglichkeit, ein zukunftsweisendes und auf Industriestandards basierendes Digital-Twin-Framework mitzugestalten, das Maschinensteuerung, Simulation und Überwachung vereint. Du arbeitest an der Schnittstelle von Forschung und Praxis und entwickelst Lösungen, die auf verschiedenste Produktionsmaschinen übertragbar sind.

Large-scale energy storage is a critical challenge for achieving a green economy. The metal energy cycle presents a promising approach by allowing cyclic combustion and reduction processes without CO2 emissions. Among potential energy carriers, iron powder stands out due to its favorable combustion characteristics. To accurately compare the iron cycle and its different iron reduction methods to competing energy storages, a simulative process analysis is needed.

Die Porojekt Metall Energy Hub beschäftigt sich mit der Co-Verbrennung von Eisenpulvern und Erdgas in Staubfeuerungen. Um ein tieferes Verständnis über die Oxidationsprozesse sowie das Zünd- und Ausbrandverhalten der Eisenpartikel in der Flamme zu erhalten ist es nötig, die beide Verbrennungsprozesse messtechnisch trennen zu können. Hierzu bietet sich in einer Staubfeuerung die Anwendung von optischer Messtechnik an. Hierfür wird das Flammeneigenleuchten mittels optischen Filterelementen auf unterschiedliche Wellenlängen und damit auf unterschiedliche Spezies in der Flamme analysiert. In dieser Arbeit soll ein optischer Messaufbau hierfür konzipiert und an Laborflammen getestet werden.

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.

The dynamic behaviour of modern turbomachinery, such as fuel pumps used in the aerospace industry (e.g. in the Ariane 6 launch vehicle), is largely determined by the dynamic properties of annular gaps. The flow within these gaps is either laminar, transient or turbulent. While the characteristics of these gaps in the asymptotic cases (i.e. purely laminar or purely turbulent flow) are well understood, recent experimental studies reveal a severe lack of understanding of their characteristics within the transition regime. As detection of the flow regime during experiments relies solely on integral values, modern numerical methods such as DNS simulations must be employed to further investigate the observed phenomena, e.g. the decrease in fluid film stiffness.

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.

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.

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.

Traditional robotic arms still face challenges in achieving both lightweight and high dynamic precision. Hence, the overall objective is the development of a lightweight robotic arm, to improve operation safety and efficiency. Based on reference robot arm, the student will develop and enhance design with innovative meta-structure, metamaterial, and bio-based composite materials. An optimization analysis, based on a multi-objective design process, will be carried out in view to satisfy structural rigidity, a proper dynamic behavior (natural frequency and vibration dissipation), a lower weight and a green manufacturing process. The thesis will be performed remotely and supervised by UNINA, Naples.

Franco, Francesco

At VIAME, we are developing new concepts for lightweight design in several sectors (transportation, energy, machining,…). This research project will focus on detailed analysis drives and their influential design and operating parameters. Various optimisation strategies, including tooth profile modifications and bearing conceptions, should be comprehensively evaluation together with developed lightweight concept. To this end, detailed FEM and dynamic modelling will be achieved. The complexity of modelling will lead to a metamodeling stage, in order to deal with different uncertainty sources. The final goal will be on the minimization of cycloid drive mass and backlash effects while maximizing the transmission efficiency and precision. The thesis will be performed remotely at Ecole Central de Lyon, France.

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Ichchou, Mohamed

The target of this thesis is to develop lightweight solutions considering 3D printing technologies for high performance-to-cost implementations. Detailed parameters, such as clearance, deformation, accuracy, backlash, stiffness, load capacity of cycloid drives will be discussed during material and topology design. Meanwhile, proper 3D printing settings will be investigated to ensure large contact areas for load transfer and low shear stress. Software-based design methods will be applied in the parameter analysis to efficiently guide gearing design. For this, suitable mathematical modelling strategies and parametric uncertainties will be analyzed in detail. Thesis will be performed remotely with UNINA, Naples.

Franco, Francesco,

At VIAME, we are developing new concepts for lightweight design in several sectors (transportation, energy, machining,…). This research project will focus on an optimized data-based framework for Digital Twin (DT) generation of robot systems that can speed up design and evaluation. Machine Learning (ML) techniques will be applied to infer system models based on information obtained either from high-fidelity simulations or measurements. Suitability of ML methods will be assessed for various degrees of nonlinearity, non-smoothness, modelling uncertainty and parametric dimensionality in robotic applications. The thesis will be performed remotely at Ecole Central de Lyon, France.

Ichchou, Mohamed

At VIAME, we are developing new concepts for lightweight design in several sectors (transportation, energy, machining,…). This research project will be focused on detailed investigations on the tooth profile, Regarding influence of tooth profile parameters on harmonic drive performance, not only macro parameters but also micro parameters, such as surface roughness and contact geometry of the tooth on lubrication will be considered. More specifically, a detailed model for harmonic drive will be established, considering factors of lubrication, relative velocity, meshing point load, tooth contact geometry and surface roughness, etc. Based on design of various harmonic drive prototypes, tooth profile modifications and their impact will be evaluated with both simulations and additional experiments The thesis will be performed remotely at Ecole Central de Lyon, France.

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Ichchou, Mohamed

The objective of this thesis is to apply new manufacturing techniques to deal with the unique characteristics of the primary component of harmonic drive, i.e. flexspline, for high torsional rigidity and high radial flexibility. More specifically, sustainable manufacturing approaches, such as 3D printing methodologies should combine various green material choices to efficiently reach an optimized shaping of the primary components. With software-based design approach, the student will evaluate the impact of lightweight materials on efficiency, load capacity, costs, safety, and lifetime, while maintaining high precision and compactness. Thesis will be performed remotely with UNINA, Naples.

Franco, Francesco,

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.

Klebverbindungen besitzen aufgrund vieler positiver Eigenschaften hohes Potential im Fügen moderner Werkstoffe. Beim Fügevorgang kann es jedoch vorkommen, dass der Klebstoff an den Fügeteilen nicht haftet. Dies wird als Adhäsionsbruch bezeichnet und schränkt das Vertrauen in die Klebtechnik deutlich ein. Genau hier setzt deine Master-Thesis an:

Bei fehlerhafter Adhäsionsbindung werden im Klebstoff keine Kräfte übertragen. Dadurch wird bei einer Schwingung innerhalb des Klebstoffs keine Energie dissipiert. Deine Aufgabe besteht in der schwingungstechnischen und akustischen Untersuchung von Proben mit unterschiedlich großen Anteilen fehlerhafter Adhäsionsbindung und der Entwicklung einer Messmethode, die ein Adhäsivversagen zerstörungsfrei detektieren kann.

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.

Am Large Scale Turbine Rig (LSTR) werden fundamentale Untersuchungen zu Strömungsphänomenen und Interaktionsmechanismen in modernen Hochdruckturbinen durchgeführt. Im Fokus steht dabei ein Reynolds-skalierter Hochdruckturbinenrotor, der anhand eines Mach-ähnlichen Hochdruckturbinen-Prüfstands skaliert wurde. Die Reynolds-Skalierung bringt entscheidende Vorteile bei experimentellen Untersuchungen, bildet jedoch keine Machzahl-Effekte ab.

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 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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