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.

Die zunehmende Vernetzung und Standardisierung in der Industrie eröffnet neue Möglichkeiten zur einheitlichen Abbildung und Steuerung von Produktionssystemen. In dieser Arbeit hast du die Chance, 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.

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.

Am EST wird die Vergasung von nicht-recyclebaren Reststoffen und Biomassen zu Synthesegas in einer 1MWth-Pilotanlage untersucht. Das Synthesegas dient als Ausgangsstoff zur Herstellung von synthetischen Energieträgern und chemischen Grundstoffen oder zur Stromerzeugung. Pilotversuche im 1 MWth-Maßstab haben Optimierungspotenzial hin-sichtlich des in Teeren – einem komplexen Gemisch aus (poly-)aromatischen Verbindungen und langkettigen Kohlenwasserstoffen – gebundenen Kohlenstoffs und Wasserstoffs gezeigt. Dieser ist nicht für die Synthese verfügbar und erfordert eine kostenintensive Gasreinigung. Zur Reduktion der Teere ist eine genaue Kenntnis der Teerbildung und des Teerabbaus unter Einfluss von Temperatur und katalytischen Effekten wichtig. Daher soll im Rahmen dieser Abschlussarbeit eine Parameterstudie in einem elektrisch-beheizten Laborwirbelschichtreaktor 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Revoltech ist ein junges Start-Up an der TU Darmstadt, das nachhaltige Lederalternativen entwickelt. Um die Nachhaltigkeit eines ihrer Produkte, MATTR mit Zahlen und Fakten zu untermauern, soll nun ein Life Cycle Assessment (LCA) durchgeführt werden. Die wissenschaftliche Herausforderung besteht hierbei im Umgang mit fehlenden Daten eines Produkts im Entwicklungsstadium und der Formulierung von Nachhaltigkeitsanforderungen.

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.

Im Rahmen des Forschungsprojektes FlowForLife wird ein mikrofluidisches Versorgungsnetzwerk für 3D Zellverbände entwickelt. Ein Teilaspekt der Netzwerkauslegung ist der Sauerstofftransport in der Umgebungsmatrix. Um diesen zu charakterisieren werden der Umgebungsmatrix Sauerstoff quenchende, lumineszente Partikel zugemischt. An jedem Partikel kann eine Sauerstoffkonzentration bestimmt werden.

Auf Basis dieser punktförmigen Konzentrationsdaten soll das Strömungsfeld in der porösen Umgebungsmatrix bestimmt werden. Dazu muss eine Lösung für die Konvektions-Diffusions-Gleichung gefunden werden, die das gemessene Konzentrationsfeld repräsentiert. Dabei muss die Massenerhaltung und Impulserhaltung für das zugrunde gelegte Strömungsfeld erfüllt sein. Eine Vielversprechender Ansatz um eine solche Lösung zu finden sind Physical-Informed-Neuronal-Networks (PINNs). In dieser Arbeit soll ein PINN-Code entwickelt werden und die erreichbare Genauigkeit evaluiert werden.

Entwickle mit uns Konstruktionsabläufe für die Zukunft!

Diese Arbeit hat zum Ziel, die automatisierte Berücksichtigung von Ökobilanzen im Optimierungsprozess zu ermöglichen.

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.

Das Fachgebiet Reaktive Strömungen und Messtechnik (RSM) befasst sich mit optischen Untersuchungen reaktiver Strömungen. Einer dieser Messtechniken ist die Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) mittels derer im Rahmen des Clean-Circles-Projekts ein CO2-freier Kreislaufprozess zur Energiespeicherung untersucht werden soll. Speicher mit langen Ausspeicherzeiten und hohen Energiedichten gewinnen bei fortscheidendem Ausbau von erneuerbaren Energien immer mehr Bedeutung. In dem Kreislaufprozess des Clean-Circles-Projekts erfolgt die Einspeicherung der regenerativ erzeugten Energie mittels Reduktion von Eisenoxidpartikeln. Die entstehenden Eisenpartikel können zeitlich und räumlich getrennt durch eine Oxidation (bzw. Verbrennung des Eisens) die Energie wieder ausspeichern.

Zur Entwicklung eines besseren Verständnisses, sowie zur Validierung und Verbesserung von Modellierungen der im Detail ablaufenden Prozesse während der Reduktion und Oxidation, werden experimentelle Daten benötigt. Hierfür soll die elementare Zusammensetzung von Eisen- und Eisenoxidpartikeln mittels der Laser Induced Breakdown Spectroscopy erforscht werden.

One of the main components of hydropower plants is the electrical generator converting mechanical to electrical energy. Despite the very high efficiency, dissipation occurs due to electromagnetic losses and must be removed from the system. For this purpose, a thermodynamic cycle is realized providing the required cooling air to the critical devices. A model of a hydro generator is currently in the design process, that will enable a detailed experimental analysis of the cooling flow.

The aim of this work is to develop a concept for compensating for printing defects. By simulating the printing process while it is still in progress, the desired structural properties are ensured by replanning the rest of the printing process.

In addition, the student is given the opportunity to be familiarized with state-of-the-art machine learning technologies in Python in order to carry out dynamic process simulations accurately and effectively.