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.

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.

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.

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!