Im Hinblick auf die Elektromobilität werden im Rahmen des Projekts Opt4E elektromagnetische Aktoren betrachtet. Ziel der vergleichenden Betrachtungen ist es neben dem Fahr- und Schaltkomfort auch ökologische und ökonomische Aspekte der Antriebsstrangskomponenten zu untersuchen. Dabei steht nicht nur die Nutzungsphase im Fokus, sondern auch die Herstellung. Ziel der Arbeit ist es, valide Kosten- und Emissionsmodelle zu entwickeln, die als Grundlage für eine multikriterielle Optimierung in zukünftigen Projekten dienen können.

Genormte Fahrzyklen bilden die Grundlage für die einheitliche Ermittlung von Verbrauch und Emissionen von Fahrzeugen. Sie bilden relativ kompakt ein repräsentatives Nutzungsprofil ab und werden daher auch in der Literatur oft als Grundlage zur Bewertung von simulativ betrachteten Betriebsstrategien genutzt.

Das IMS forscht an der Verbesserung von Betriebsstrategien von Brennstoffzellenfahrzeugen (FCEVs) mittels KI. Erste Ergebnisse konnten zeigen, dass die Energieeffizienz bei Realfahrdaten durch prädiktive Neuronale Netze verbessert werden kann. Um die Ergebnisse besser vergleichbar zu machen, soll ein Verfahren zur Datenerweiterung entwickelt und auf mehrere Fahrzyklen angewendet werden, um einerseits die vom Algorithmus benötigten Signale (z. B. Höchstgeschwindigkeit, etc.) zur Verfügung zu stellen, andererseits aber auch keine ideal angepasste Vorgabe (vgl. Dieselgate). zu machen.

Am IMS wird das Potential der Effizienzsteigerung von Antriebssträngen durch Kenntnis der in den nächsten Sekunden zu erwartenden Geschwindigkeit auf Basis von KI-basierten Prädiktionen untersucht.

Der im April 2024 vorgestellten Ansatz von Kolmogorov-Arnold-Netzwerken (KAN) verspricht schnelleres Training, verbesserte Genauigkeit und Interpretierbarkeit im Vergleich zu herkömmlichen Multi-Layer-Perceptrons (MLP). Bisher existiert nur eine simple Matlab-Implementierung von KANs mit grundlegender Funktionalität.

Das Ziel dieser ausgeschriebenen Arbeit ist es, vor dem Hintergrund der Matlab Deep Learning Toolbox eine KAN-Implementierung umzusetzen und diese zur Geschwindigkeitsprädiktion anzuwenden.

Als Datengrundlage steht ein über 29.000 km umfassender Datensatz zur Verfügung.

Möglichst genaue Geschwindigkeitsprädiktionen können die Betriebsstrategie von Fahrzeugen hinsichtlich Energieeffizienz verbessern. Am IMS wird die Geschwindigkeitsprädiktion mithilfe künstlicher Intelligenz untersucht.

Aus verkehrssimulationsgestützten Untersuchungen geht eindeutig hervor, dass Informationen über die Fahrzeugumgebung (V2X) die Geschwindigkeitsprädiktion deutlich verbessern können. Ein ca. 30.000 km umfassender, mit dem Institutsfahrzeug aufgezeichneter Datensatz soll durch von der Wissenschaftsstadt Darmstadt zur Verfügung gestellte Daten von Verkehrskameras, Induktionsschleifen und Ampeln erweitert werden, um Geschwindigkeitsprädiktionen zu verbessern.

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. Für die Speicherung der thermischen Energie existiert eine Vielzahl potenziell einsetzbarer Phasenwechselmaterialien.

Im Projekt „DigiTain“ wird am IMS an der Verbesserung der Betriebsstrategie von Brennstoffzellen-fahrzeugen geforscht. Aktuelle Ergebnisse zeigen, dass mittels Geschwindigkeitsprädiktion eine Effizienzsteigerung erreicht werden kann.

In den bisherigen Untersuchungen wurden das Thermalsystem des Brennstoffzellensystems sowie die Alterung von Batterie und Brennstoffzelle (BZ) unberücksichtigt gelassen. Im Rahmen dieser Arbeit soll durch deren Ergänzung die Simulation realitätsnäher werden sowie Alterung von Batterie und Brennstoffzelle in der Betriebsstrategie berücksichtigt werden.

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 „Blue Field“ 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.

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.

Extreme Wetterbedingungen tragen zunehmend zur Vereisung von Flugzeugen bei, was ein erhebliches Sicherheitsrisiko darstellt. Die Analyse dieses Phänomens hat an Aufmerksamkeit gewonnen, insbesondere im Bereich der Flugsicherheit.

Unsere neue Forschung zielt darauf ab, die beteiligten Phänomene besser zu verstehen, indem wir bewegliche Oberflächen und hohe relative Aufprallgeschwindigkeiten analysieren. Dieser Ansatz wird die realen Bedingungen, denen Flugzeugflügel ausgesetzt sind, genau simulieren.

Im Rahmen des Projekts wird der Aufprall eines einzelnen Wassertropfens auf ein sich bewegendes Substrat simuliert, um vorhandene experimentelle Daten zu replizieren.

Das Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Fahrzeugantriebe forscht im Rahmen zukünftiger Antriebstechnologien an der Entwicklung und Optimierung von Thermomanagementsystemen. Die Vielzahl an möglichen Antriebsstrangkonfigurationen und die Komplexität bei der Auslegung eines Thermomanagements erfordern einen hohen Entwicklungsaufwand für einen stets optimalen Betrieb. In diesem Kontext bieten modulare Strukturen das Potenzial, die Komplexität des Antriebsstrangs zu reduzieren.

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. Diese Potentiale möchte das Start-up HTM Hydro Technology Motors GmbH nutzen und hat eine innovative Antriebsstrangkonfiguration entwickelt, welche seit Ende 2023 auf dem Prüfstand des VKM untersucht wird und appliziert werden soll.

Das Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Fahrzeugantriebe der TU Darmstadt forscht bereits seit 2013 intensiv an erneuerbaren Kraftstoffen. Im Kontext der Umwelt- und Nachhaltigkeitsstrategien können erneuerbare Kraftstoffe einen entscheidenden Beitrag zur Erfüllung des Pariser Klimaabkommens leisten. Im Rahmen dieser Thesis sollen normkonforme, erneuerbare Ottokraftstoffe mit unterschiedlichen Ethanolgehalten experimentellen Untersuchungen an einem 3-Zylinder Ottomotor mit Benzindirekteinspritzung am Motorenprüfstand sowie am einem Realfahrzeug unterzogen werden.

Im DFG/Transregio Projekt „Oxyflame“ werden Methoden und Modelle zur Beschreibung von Biomasse-Feststofffeuerungen in einer Oxyfuel-Atmosphäre untersucht. Eine Oxyfuel-Feuerung bietet hierbei den Vorteil, dass die Abgaszusammensetzung nahezu vollständig aus CO2 und Wasserdampf besteht. Somit lässt sich das klimaschädliche Gas CO2 effizient vom Abgas abtrennen und speichern. Hierfür wurde ein neuer Brenner für die Brennkammer des EST entwickelt.

Um die Unterschiede zwischen einer Oxyfuel und einer klassischen Luftverbrennung von Biomasse detaillierter beschreiben zu können wurden mittels eines Kamerasystems Flammenbilder von unterschiedlichen Luft und Oxyfuel Betriebspunkten aufgenommen. Diese sollen in einem zweiten Schritt mit MATLAB analysiert werde.

Das Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Fahrzeugantriebe forscht im Rahmen zukünftiger Antriebstechnologien an der Entwicklung und Optimierung von Thermomangementsystemen für elektrifizierte Antriebsstränge. Ein wesentlicher Bestandteil während des Entwicklungsprozesses ist das effiziente Testen und Erproben von thermischen Betriebsstrategien. Das Institut hat herfür einen eigens konzipierten Thermalsystemprüfstand entwickelt. Die Aufgabe dieses Prüfstands ist es frühzeitig im Entwicklungsprozess thermische Betriebsstrategien, Hardware und Software durch die Verbindung von Simulation und Test zu erproben.

Wir brauchen deine Hilfe bei der Simulation von online-Korrosionssensoren. Die Sensoren sollen in kommerziellen Müllverbrennungsanlagen eingesetzt werden, um Schäden an wichtigen Komponenten zu vermeiden. Ziel der Arbeit ist die Thermische Simulation und Auslegung von neuen Konstruktionsansätzen für die Sensoren.

Vibration analysis is highly beneficial in different engineering sectors. However, in many real applications, vibration data acquisition may be challenging because of the accessibility of the demanded sensing positions and overall sensor costs for multi-position measurements. For this, virtual sensing technique has been widely proposed to replace physical sensors with the ability to resemble signals from real sensors. Based on this research background, IMS has developed a vibration sensing set-up for multi-position measurements. But the determination of sensor numbers and their positions in the early design phase should be scientifically discussed.

Am IMS wird ein aktives Lager mit drei rotierenden Piezoaktoren zum aktiven Auswuchten von Rotoren untersucht. Während der Rotation tritt jedoch ein unerwartetes Phänomen auf, bei dem die erzeugte Schwingungsordnung von der Anzahl der rotierenden Aktoren abhängt. Die auftretende Schwingung wird durch die Gewichtskraft angeregt. Um die grundlegenden Effekte eines Lagers mit rotierenden Piezoaktoren simulativ abbilden zu können, soll ein numerisches Modell des Prüfstandes implementiert werden. Hierfür sollen im ersten Schritt die Eigenschaften der Piezoaktoren vermessen und modelliert werden. Für die Modellierung der Hysterese soll ein Preisach-Modell verwendet werden.

Entwickle mit uns Konstruktionsabläufe für die Zukunft!

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

Neben Recycling und Kompostierung stellt die Müllverbrennung eine weitere Komponente der effizienten Verwertung von Ressourcen dar. Aufgrund der heterogenen Zusammensetzung des Abfalls ergeben sich jedoch Herausforderungen für eine Müllverbrennungsanlage. In diesem Kontext stellt sich die Frage, inwiefern die Zustände in der Anlage bezüglich Korrosion und Verschmutzung prognostiziert werden können.

Im Rahmen dieser Arbeit soll eine Partikelsimulation basierend auf einem bestehenden Modell der Müllverbrennungsanlage in Pilsen durchgeführt werden. Ziel ist die Untersuchung der Verschmutzungsneigung, welche unter anderem durch die Temperatur der Partikel, die Schmelztemperatur der kritischen Spezies sowie die Kollision mit den Wänden der Müllverbrennungsanlage bestimmt wird.

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.

Shared test platforms can realize multi-functionality investigations at the early stage of the vehicle powertrain development.

At IMS, the CONNECT (powertrain test bench) and Driveception (driving simulator) are integrated for a distributed measurement of powertrain dynamics and their impact on subjective perception during the launch process. The student work will be focused on the realization of the test bench networking and its real-time performance for the launch process study.

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.

Der Ottomotor ist Teil moderner Mobilitätskonzepte. Immer stringentere Anforderungen in Hinsicht auf Verbrauch und Schadstoffemissionen, sowie der zukünftige Einsatz von eFuels, machen die Optimierung von Ottomotoren zunehmende komplexer. Um diese Herausforderung zu meistern hat sich die Strömungssimulation (engl. Computational Fluid Dynamics – CFD) als ein probates Werkzeug erwiesen.

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.

Wirbelschichten stellen eine innovative Prozessform der thermochemischen Konversion nachhaltiger Festbrennstoffe wie Ersatzbrennstoffen und Biomasse dar. Zur Weiterentwicklung dieser Prozesse ist eine Charakterisierung der Zweiphasenströmung notwendig. Hierfür soll eine entsprechendes kapazitives Messsystem in Betrieb genommen sowie Versuche durchgeführt und Messdaten ausgewertet werden.

Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines neuartigen Ansatzes zur Topologieoptimierung von linearen Elastizitätsproblemen in der Festkörpermechanik unter Verwendung von immersierter, randkonformer isogeometrischer Analyse (IBC-IGA). Insbesondere soll die explizite Beschreibung der Ränder der optimalen Topologie als Spline-Kurven mit der randkonformen Quadraturmethode kombiniert werden. Auf diese Weise wird es möglich, komplexe Geometrien mit relativ wenigen Designvariablen darzustellen und eine effiziente gradientenbasierte Designoptimierung zu ermöglichen.

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. In order to deploy this technology, the efficient heat recovery of the high temperature flue gases by combustion air preheating is required.

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.