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Ausgangssituation

Scannergeführte Laserstrahlung ist ein leistungsfähiges Werkzeug zur gezielten und lokal aufgelösten Modifikation von Oberflächen. Neben der Strukturierung können durch den Laserprozess Verunreinigungen sowie Oxid- und Deckschichten selektiv entfernt oder gezielt verändert werden, ohne signifikanten Wärmeeintrag in das Substrat.

Laserfunktionalisierte Oberflächen zeigen jedoch häufig ein zeitabhängiges Alterungsverhalten, das sich unter anderem in Änderungen der Oberflächenenergie und der chemischen Zusammensetzung äußert. Diese Veränderungen werden durch Umgebungseinflüsse wie Luft, Feuchtigkeit oder Temperatur beeinflusst und sind für zahlreiche technische Anwendungen von hoher Relevanz. Ein fundiertes Verständnis dieser Degradations- und Alterungsmechanismen ist daher essenziell, um laserbasierte Oberflächenprozesse gezielt und reproduzierbar einsetzen zu können.

Aufgabenstellung

Ziel der Arbeit ist die experimentelle Untersuchung und Charakterisierung der Alterung bzw. Degradation laserbehandelter Oberflächen. Im Fokus stehen Leiterplattenmaterialien (Kupfer) sowie metallische Werkstoffe wie Stahl und Aluminium.

Untersucht wird, wie sich die Oberflächenenergie und die Oberflächenchemie nach der Laserbearbeitung in Abhängigkeit der Zeit sowie unter definierten Umgebungseinflüssen verändern. Dabei soll der Zusammenhang zwischen physikalischer Oberflächenstruktur, chemischer Zusammensetzung und Benetzungsverhalten systematisch analysiert werden. Hierzu soll eine kontrollierte Alterungsumgebung aufgebaut und genutzt werden.

Arbeitsschwerpunkte

• Einarbeitung in den Stand der Technik zur laserbasierten Oberflächenfunktionalisierung und Oberflächenalterung

• Laserbearbeitung von Kupfer-, Stahl- und Aluminiumoberflächen mit einem gepulsten Ytterbium-dotierten Faserlaser

• Untersuchung zeitlicher Alterungseffekte sowie von Umgebungseinflüssen auf laserbehandelte Oberflächen

• Bestimmung der Oberflächenenergie mittels Kontaktwinkelmessungen

• Charakterisierung der Oberflächenmorphologie und -chemie mittels

  • Rasterelektronenmikroskopie (SEM) und EDX

  • Profilometrie

• Vergleich mit

• Analyse des Zusammenhangs zwischen Oberflächenstruktur, chemischer Zusammensetzung und Oberflächenenergie

• Dokumentation und wissenschaftliche Auswertung der Ergebnisse

Ausgangssituation

Die technologischen Anforderungen an Kommunikation, Sicherheitstechnik und Radarsensorik steigen kontinuierlich an, wodurch klassische planare Leiterplattentechniken an ihre Grenzen stoßen. Insbesondere bei Frequenzen über 60 GHz sind daher neue Ansätze erforderlich, um die elektrische Leistungsfähigkeit von Hochfrequenzkomponenten wie Wellenleiter, Wellentypwandler und Antennen zu steigern.

Die aktuell verfügbaren räumlichen Wellenleiter weisen eine vollflächige Metallisierung auf, die abgesehen von der Formung eines Hohlleiterkanals keine zusätzliche elektrische Funktion erfüllt. Bislang kann eine Anpassung der Laufzeit lediglich durch ein Angleichen der mechanischen Länge der Zuleitungen erfolgen, was zu komplexen, teils sehr langen Pfaden im Raum führt. Daher soll erforscht werden, inwieweit die Laufzeit durch gezielte Strukturierung der Außenmetallisierung beeinflusst werden kann, sodass ein Abgleich der elektrischen Länge anstatt der mechanischen erfolgen kann. Des Weiteren eröffnet eine selektive Außenmetallisierung die Möglichkeit zur Erzeugung von abstrahlenden Schlitzen, beispielsweise zur Fertigung von dielektrischen Hohlleiterschlitzantennen.

Im Rahmen dieser Arbeit soll die selektive Metallisierung von Wellenleitern mittels Plasmaspritzen untersucht werden:

• Additive Fertigung von Grundkörpern mittels SLA mit verschiedenen Materialien
• Parameterstudie zum Beschichten der Kunststoff-Grundkörper mittels Plasmaspritzen
  • Untersuchung geeigneter Substratmaterialien hinsichtlich thermischer Verformung
  • Finden geeigneter Parameter zum Strukturieren der Grundkörper mit Kupfer (2D-Platten und 3D-Rechteckprofile)
• Analyse der erzeugten Strukturen am Laserscanningmikroskop

Voraussetzungen

• Strukturierte und selbstständige Arbeitsweise
• Technisches Verständnis und handwerkliches Geschick
• Interesse an angewandter Forschung

Beginn

ab Februar 2026

Bewerbung mit Lebenslauf, Notenspiegel und Angabe des gewünschten Startzeitpunkts bitte an markus.ankenbrand@faps.fau.de

Ausgangssituation:
Mit dem steigenden Anteil dezentraler Erzeuger (PV-Anlagen), Batteriespeicher, Wärmepumpen und moderner Haushaltsgeräte wächst das Interesse an DC-Netzstrukturen im Wohngebäudebereich. Am Lehrstuhl FAPS besteht umfangreiche Expertise im Bereich industrieller DC-Netze. Dieses Forschungsfeld soll nun auf Residential-Use-Cases erweitert werden, um Synergien, Herausforderungen und Potenziale im Energiewendekontext zu analysieren.

Ziel der Arbeit:
Ziel dieser Studienarbeit ist eine strukturierte Literaturrecherche zu DC-Netzen in Wohngebäuden. Dabei sollen bestehende Forschungsergebnisse, Technologien und Konzeptstudien systematisch erfasst, kategorisiert und hinsichtlich Effizienz, Sicherheit, Kosten, Normung und Integration erneuerbarer Energien bewertet werden.

Aufgaben:

• Entwicklung einer Suchstrategie (Datenbanken, Keywords, Ein-/Ausschlusskriterien)

• Systematische Recherche und Analyse relevanter Literatur und Industrieaktivitäten

• Klassifikation der Konzepte (z. B. Gebäudenetzarchitekturen, PV-Direkteinspeisung, Speicherintegration, Schutzkonzepte, DC-Loads)
• Vergleich von AC- und DC-Gebäudenetzen hinsichtlich Effizienz, Kosten und Betriebssicherheit
• Identifikation von Forschungslücken und Potenzialen für zukünftige Projekte am FAPS

Voraussetzungen:

• Interesse an Gebäudeenergieversorgung, PV-Systemen und DC-Technologien
• Strukturierte und selbstständige Arbeitsweise
• Gute Deutsch- und Englischkenntnisse

Studiengang:

Wirtschaftsingenieurwesen, IPEM, Maschinenbau, Mechatronik, Elektrotechnik, Energietechnik, Informatik o. ä.

 

Art der Arbeit:
Bachelorarbeit / Projektarbeit

Weitere Informationen und Details sind beim genannten Mitarbeiter erhältlich. Eine Bearbeitung ist ab sofort möglich. Bewerbungen senden bitte mit Notenauszug und Lebenslauf per E-Mail. Wir werden uns zeitnah zurückmelden.

Ausgangssituation:
Am Lehrstuhl FAPS steht ein umfassender DC-Demonstrator für industrielle Gleichstromnetze zur Verfügung, in dem bereits Themen wie Netzstabilität, Schutzkonzepte und Energieeffizienz erforscht werden. Das Forschungsfeld soll nun um den Bereich der DC-Netze in Datacentern erweitert werden, da Rechenzentren weltweit vor steigenden Energieanforderungen stehen und DC-Architekturen zunehmend in den Fokus rücken.

Ziel der Arbeit:
Im Rahmen der Studienarbeit soll eine strukturierte Literaturrecherche zu DC-Netzen in Datacentern durchgeführt werden. Es sollen aktuelle wissenschaftliche Publikationen, industrielle Whitepapers und Normen identifiziert, systematisch ausgewertet und hinsichtlich Architektur, Effizienz, Zuverlässigkeit und Sicherheitsaspekten analysiert werden. Die Ergebnisse sollen das bestehende Forschungsumfeld am FAPS ergänzen und Potenziale für zukünftige Arbeiten im Zusammenhang mit dem DC-Demonstrator aufzeigen.

Aufgaben:

• Entwicklung einer Suchstrategie (Datenbanken, Keywords, Ein-/Ausschlusskriterien)
• Systematische Recherche und Analyse relevanter Literatur und Industrieaktivitäten
• Kategorisierung der Quellen
• Analyse der Anwendbarkeit industrieller DC-Konzepte auf Datacenter-Netze
• Ableitung von Forschungslücken und Handlungsempfehlungen

Voraussetzungen:

• Interesse an Energieversorgungssystemen und Datacenter-Technologien
• Selbstständige und strukturierte Arbeitsweise
• Gute Deutsch- und Englischkenntnisse

Studiengang:

Wirtschaftsingenieurwesen, IPEM, Maschinenbau, Mechatronik, Elektrotechnik, Energietechnik, Informatik o. ä.

Weitere Informationen und Details sind beim genannten Mitarbeiter erhältlich. Eine Bearbeitung ist ab sofort möglich. Bewerbungen senden bitte mit Notenauszug und Lebenslauf per E-Mail. Wir werden uns zeitnah zurückmelden.

Ausgangssituation:

Einen vielversprechenden Ansatz zur additiven, ressourcen- und energieschonenden Herstellung leistungselektronischer Baugruppen bietet das selektive Laserstrahlschmelzen (SLM) von auf keramischen Substraten aufgebrachten Metallpulvern zur Funktionalisierung des Schaltungsträgers. Die Kombination der Vorteile des Laserstrahls, wie dem gezielten Energieeintrag oder der feinen Strukturbreite und der einfachen Handhabung, ermöglichen eine Flexibilisierung der Leiterbildstruktur, Minimierung der Strukturfeinheiten bei gleichzeitiger Option großflächige Strukturen zu generieren und birgt darüber hinaus die Möglichkeit einer 2,5D Funktionalisierung. Bei der Metallisierung von keramischen Substraten durch den laserbasierten Aufbau von Pulver gibt es allerdings auch technologische Hürden wie die Rissbildung in der Keramik in Folge der hohen thermischen Gradienten oder der Verzug des keramischen Grundmaterials.

Aufgabenstellung:

In der Arbeit soll der Bauteilverzug anhand von thermo-mechanischen Finite-Elemente-Analysen in Ansys-Workbench modelliert und parametriert simuliert werden. Der Verzug soll anschließend in praktischen Studien mit verfügbarer Anlagentechnik am Lehrstuhl validiert und zur Verbesserung des Modells genutzt werden. Die Untersuchungen sollen in einer Handlungsempfehlung zur doppelseitigen Metallisierung von keramischen Substraten mittels SLM basierend auf den Untersuchungen abgeleitet werden.

• Recherche zur thermo-mechanischen Modellbildung des selektiven Laserschmelzen mittels Ansys Workbench
• Weiterentwicklung bestehender Modelle, v. a. hinsichtlich
  • Diskretisierung in Raum und Zeit
  • Thermischre und mechanischer Randbedingungen
  • Materialmodellen zur Berücksichtigung nicht-linearer Zusammenhänge
• Implemetierung eines Skripts zur parametrierten Simulation unterschiedlicher Geometrien und Belichtungsstrategien
• Validierung und Modelloptimierung anhand experimenteller Untersuchungen
• Dokumentation der Arbeit

Bewerbung:

Bitten wenden Sie sich bei Interesse mit kurzem Lebenslauf und vollständiger Notenübersicht per Mail an christoph.hecht@faps.fau.de.

Motivation der Arbeit:

Bist du an Automatisierung interessiert? Möchtest du die Gelegenheit nutzen, Technik und Luxus miteinander zu verbinden? Dann bietet dir FAPS gemeinsam mit Wellendorff die Chance, im Rahmen einer Masterarbeit beides zu vereinen. Der derzeitige Montageprozess für Luxusuhrenarmbänder erfolgt noch in aufwendiger Handarbeit und ist sehr zeitintensiv. Gemeinsam mit Wellendorff soll eine Automatisierungslösung für die Montage eines Uhrenarmbands entwickelt werden.
Das zu automatisierende Uhrenarmband ist im folgenden Video dargestellt: https://www.youtube.com/shorts/9Zsf866l4Aw

Ziel der Arbeit:

• Die Realisierung erfolgt durch die Adaption eines Bestückungsautomaten (Pick-and-Place) am FAPS,
  der üblicherweise für die Bestückung von SMD-Bauteilen eingesetzt wird.
• Wichtige Aspekte für die Automatisierung:
  • stabile und präzise Aufnahme der Einzelteile
  • geeignete Zuführsysteme
  • korrekte Reihenfolge der Montageschritte
  • hohe Positionsgenauigkeit im Bestückungsprozess
• Bei einem Luxusuhrenarmband sind Präzision und Ästhetik zentral, daher müssen die Teile besonders
  schonend gehandhabt werden, um Beschädigungen zu vermeiden.
• Diese Lösung soll flexibel gestaltet sein, um auch andere Armbandtypen mit unterschiedlichen
  Abmessungen und Geometrien der Einzelteile verarbeiten zu können.

Aufgaben / Arbeitspakete:

• Einarbeitung in die Bestückungsanlage anhand von Bauteilen mit ähnlicher Geometrie
• Analyse des aktuellen Montageprozesses durch Austausch mit Wellendorff in Pforzheim
• Konzeptionierung eines Automatisierungskonzepts zur Montage des Uhrenarmbands
  auf Basis eines detaillierten Montageplans
• Umsetzung der Automatisierungsansätze, einschließlich:
  • Auswahl und Integration geeigneter Zuführsysteme für die Einzelteile (z. B. Vibrations-, Paletten-/Nester- oder Tray-Zuführung)
  • Definition geeigneter Fügetechniken für das Zusammenfügen der Einzelteile
  • Evaluierung und Implementierung passender Aufnahmen für die Bauteile
  • Durchführung des automatisierten Montageprozesses und Bewertung der Verbesserungen anhand definierter Kennzahlen (KPIs)
• Nachweis der Übertragbarkeit des Konzepts auf weitere Bauteilgeometrien und
  unterschiedliche Armbandgrößen
• Dokumentation der Arbeit

Rahmenbedingungen:

• Wir vergüten die Masterarbeit mit 600 € pro Monat und Studierendem.
• Die Laufzeit der Masterarbeit beträgt sechs Monate
  (voraussichtlich 01.12.2025 bis 31.05.2026).
• Die Bearbeitung erfolgt am FAPS, ergänzt durch Austausch und praxisnahe Einblicke
  in weitere Fertigungsprozesse bei Wellendorff in Pforzheim.

Anforderungen:

Wir suchen einen hochmotivierten und qualifizierten Studierenden mit idealerweise folgenden Voraussetzungen:

• Studium im Bereich Maschinenbau, Mechatronik, Automatisierungstechnik, Produktionstechnik o. Ä.
• Praxisnah, Tüftler, fähig & motiviert
• Gute deutsche Sprachkenntnisse für Kommunikation und Dokumentation
• Interesse an einer möglichen Übernahme durch Wellendorff nach erfolgreichem Abschluss des Projektes für zukünftige Weiterentwicklungen

Wir bieten:

• Praxisnahe Masterarbeit am FAPS mit hoher industrieller Relevanz.
• Arbeiten an einem Luxusprodukt mit sehr hohen Qualitätsanforderungen.
• Enge Zusammenarbeit mit Wellendorff sowie praxisnahe Einblicke in weitere Fertigungsprozesse.
• Bei erfolgreichem Abschluss und gegenseitigem Interesse besteht die Möglichkeit eines Einstiegs bzw. einer Übernahme durch Wellendorff für zukünftige Weiterentwicklungen.

Bewerbung

• Email an koksiong.siah@faps.fau.de mit Lebenslauf und Notenspiegel

Ausgangssituation

Für die Erforschung und Weiterentwicklung von Montagetechnologien für Batteriespeichersysteme wird am FAPS ein Prüfstand benötigt, der verschiedene Aspekte der Batteriemontage und -prüfung abbilden kann.

Insbesondere sollen innovative Materialien und Konstruktionsansätze, die auf mechanische und thermische Belastungen reagieren, experimentell untersucht werden können. Dazu gehören beispielsweise:

• Innovative Materialien zur Kompensation von Zellexpansion („Swelling“)
• Schäumende Materialien für Batteriepacks
• Expandierbare Dummy-Zellen
• Demontagegerechte Gap-Filler und Wärmeleitpasten
• Demontagegerechte Gehäusestrukturen für Modulrahmen

Ziel der Arbeit ist es, ein Konzept für einen geeigneten Prüfstand zu entwickeln, der die relevanten Belastungen und Prüfanforderungen dieser Technologien abbildet.

Keywords

Batterietechnologie, Montagetechnik, Prüfstand, Technologiebewertung, Konzeptentwicklung, Testsysteme

Aufgabenstellung

Im Rahmen der Abschlussarbeit soll ein ganzheitliches Prüfstandskonzept zur Erprobung von Montagetechnologien für Batteriesysteme entwickelt werden. Dabei sind insbesondere folgende Arbeitsschritte vorgesehen:

• Durchführung einer Literatur- und Marktanalyse zu bestehenden Prüfständen und Testmethoden im Bereich Batteriemontage
• Identifikation relevanter Prüfparameter (z. B. Kräfte, Temperaturen, Dehnungen, Materialverhalten)
• Ableitung von Anforderungen an den Prüfstand (mechanisch, elektrisch, messtechnisch)
• Entwicklung eines technischen Konzepts für den Prüfstand, inklusive Funktionsbeschreibung und Aufbauvarianten
• (Optional) Erstellung eines CAD-Modells oder Entwurfs zur Veranschaulichung
• Bewertung der Umsetzbarkeit und Ableitung möglicher Forschungsansätze für zukünftige Arbeiten am FAPS

Potenzielle Arbeitspakete

• Einarbeitung in das Themengebiet Batteriemontage und Prüfstandstechnik
• Analyse bestehender Prüfmethoden und Systeme
• Erstellung eines Anforderungskatalogs
• Entwicklung und Ausarbeitung eines Prüfstandkonzepts
• Dokumentation der Ergebnisse in wissenschaftlicher Form
• (Optional) Konzeption eines Versuchsplans zur späteren praktischen
  Umsetzung

Vorkenntnisse

• Grundkenntnisse in Batterietechnologien oder Montagetechnik (z. B. aus Vorlesungen oder Praktika)
• Interesse an der Konzeption technischer Systeme
• Erfahrung mit CAD-Systemen (z. B. SolidWorks, Siemens NX, CATIA) von Vorteil
• Grundkenntnisse in Messtechnik und Automatisierung hilfreich
• Selbstständige und strukturierte Arbeitsweise
• Interesse an angewandter Forschung im Bereich Elektromobilität und Produktionstechnik
• Sicherer Umgang mit wissenschaftlicher Literatur und Internetrecherche

(Eine themenspezifische Einarbeitung erfolgt bei Bedarf vor Beginn der Arbeit.)

Voraussetzungen

• Begeisterung für das Themenfeld Batterietechnologie und Montagetechnik
• Hohe Motivation und Eigeninitiative
• Strukturierte, analytische und kreative Arbeitsweise
• Teamfähigkeit

Beginn

Ab sofort oder nach individueller Absprache möglich

Sonstiges

• Bearbeitung der Arbeit kann jedoch größtenteils im Home-Office erfolgen
• Der Arbeitsumfang kann je nach Art der Arbeit (BA/PA/MA) angepasst werden

Bewerbung

• Bewerbung mit Lebenslauf und aktueller Fächerübersicht bitte per E-Mail an Thomas Hanf (kein Anschreiben erforderlich)
• Nähere Informationen über Umfang und genaue Ausrichtung der Arbeit gerne im persönlichen Gespräch
• Nach der Vorstellung des potentiellen Themas für die Abschlussarbeit im persönlichen Gespräch, muss der Bewerber eine 20-minütige Präsentation über die Problemstellung, mögliche Lösungsansätze, technische Hintergründe und den potentiellen Verlauf der Abschlussarbeit vorbereiten (FAPS-Richtlinien müssen dabei immer eingehalten werden)
• Wichtig: eine reine ChatGPT-Bewerbung führt zum sofortigen Ausschluss beim Bewerbungsprozess