Unter Strom stehen... - Berner Fachhochschule Technik und Informatik
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<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong><br />
Haute école spécialisée bernoise<br />
<strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong><br />
Technique et informatique<br />
2006 | 2007<br />
Diplomarbeiten |Travaux de diplôme
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SECURITY IS OUR GOAL, QUALITY OUR STANDARD
Heute halten Sie mit der Ausgabe 2006/07 schon<br />
den 5. Jahrgang des Absolventenbuches der BFH-TI<br />
in Händen. 227 Arbeiten von 307 Diplomanden werden<br />
Ihnen vorgestellt. Was der notwendigerweise kurz<br />
gefassten Zusammenfassung schlecht entnommen<br />
werden kann, ist die Arbeit, der Einsatz- <strong>und</strong> Durchhaltewille<br />
sowie die Motivation, die hinter den Einzel-<br />
<strong>und</strong> Gruppenarbeiten <strong>stehen</strong>. Ich gratuliere jedem <strong>und</strong><br />
jeder einzelnen Diplomierenden herzlich zum erfolgreichen<br />
Abschluss – ich bin stolz auf Sie! Ich denke, es<br />
ist wichtig <strong>und</strong> gut, wenn wir was Sie erarbeitet haben<br />
auch gegenüber aussen zeigen – Ihren Angehörigen<br />
<strong>und</strong> Fre<strong>und</strong>en, aber auch zukünftigen Arbeitgebern <strong>und</strong><br />
potentiellen Studierenden. Gerade Ingenieurinnen <strong>und</strong><br />
Ingenieure arbeiten viel zu oft hinter verschlossenen<br />
Türen <strong>und</strong> scheuen sich, ihre Projekte auch gegenüber<br />
aussen “zu verkaufen”. Für uns als Hochschule, für die<br />
nun auf den Arbeitsmarkt tretenden Diplomierenden,<br />
aber auch für die einen Ingenieur oder eine Ingenieurin<br />
suchende Wirtschaft ist es jedoch wichtig zu wissen,<br />
wer in welchem Gebiet Fertigkeiten aufweisen kann.<br />
Dieses Buch soll zeitgerecht eine entsprechende Vermittlerfunktion<br />
übernehmen. Wenn es zudem jungen<br />
Leuten in der Berufswahlphase <strong>und</strong> ihren Eltern auch<br />
aufzeigt, wie faszinierend <strong>und</strong> vielfältig das Berufsbild<br />
des Ingenieurs ist, dann hat die Publikation ihr Ziel voll<br />
erreicht!<br />
Ich hoffe sehr, dass der Funke der Faszination beim<br />
Durchblättern der Broschüre auf möglichst viele junge<br />
Leute übergreift, die sich noch nicht definitiv für eine<br />
Studienrichtung entschieden haben. Ein Ingenieurstudium<br />
führt mit Sicherheit hin zu interessanten, spannenden<br />
Berufsfeldern <strong>und</strong> eröffnet reelle Chancen für<br />
einen erfolgreichen beruflichen Karriereweg. “Engineers<br />
shape our future” ist nicht einzig der Wahlspruch<br />
der Vereinigung “Ingenieure für eine Schweiz von morgen”,<br />
sondern durchaus Realität!<br />
Im Januar 2007<br />
Christine Beerli<br />
Direktorin BFH-TI<br />
Vous tenez entre vos mains la version 2006/2007 de la<br />
Brochure des diplômes de la HESB-TI, qui en est à sa<br />
5ème année de parution, et où vous sont présentés les<br />
227 travaux de diplômes faits par les 307 diplômés de<br />
cette volée. Ces résumés, brefs par nécessité, témoignent<br />
trop peu de l’engagement, de la volonté, de la<br />
persévérance et de la motivation qui ont animé chaque<br />
individu ou chaque groupe. Je félicite très sincèrement<br />
chaque diplômée et chaque diplômé pour l’heureux<br />
aboutissement de son effort. Je suis vraiment fière de<br />
vous! J’estime juste et essentiel de présenter le fruit de<br />
votre travail aux gens de l’extérieur – à vos proches et à<br />
vos amis, cela va de soi, mais aussi à vos éventuels futurs<br />
employeurs, ainsi qu’à de potentiels étudiants. Les<br />
ingénieures et les ingénieurs travaillent trop souvent à<br />
huis clos et n’osent pas ‘vendre’ leurs projets. Vos aptitudes<br />
dans les différents domaines se doivent d’être<br />
connues par le secteur économique, qui est toujours à<br />
la recherche d’ingénieures et d’ingénieurs, et pas seulement<br />
par nous en tant que Haute école ou par vous<br />
qui arrivez sur le marché. C’est à cette brochure que<br />
nous confions le rôle capital d’intermédiaire auprès de<br />
l’industrie. Et si, pendant la période difficile du choix<br />
d’une profession, elle peut aussi susciter l’intérêt des<br />
jeunes et de leurs parents en leur transmettant une<br />
image fascinante et variée de la profession d’ingénieur,<br />
alors elle aura pleinement atteint son but!<br />
Il me plaît d’imaginer qu’en parcourant cette brochure,<br />
bien des jeunes qui n’auront pas encore choisi leur voie<br />
de manière définitive, seront gagnés par les perspectives<br />
qui s’y trouvent. Puisqu’il est vrai que les études<br />
d’ingénieurs ouvrent les portes de champs d’activités<br />
passionnants et futuristes et offrent une chance réelle<br />
d’entreprendre une carrière professionnelle gratifiante.<br />
“Engineers shape our future” n’est pas uniquement la<br />
devise de l’association “Ingénieurs et avenir”, c’est une<br />
réalité!<br />
Janvier 2007<br />
Christine Beerli<br />
Directrice HESB-TI<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
2<br />
Diplomarbeiten 2006/2007<br />
Travaux de diplôme 2006/2007<br />
<strong>Berner</strong> Fachochschule - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong><br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Infoline :<br />
e-mail :<br />
Homepage :<br />
Konzept, Produktionsleitung <strong>und</strong> Layout :<br />
Concept, direction du projet et réalisation :<br />
Sponsoring <strong>und</strong> Inserate / Sponsoring et annonces :<br />
Administration :<br />
Portraits :<br />
Lektorat / Lectorat :<br />
Ein Dank an alle Fachbereichsleitern :<br />
Un remerciement aux doyens des sections :<br />
Ein besonderer Dank an alle DiplomandInnen <strong>und</strong> an alle DiplombetreuerInnen.<br />
Un remerciement tout particulier à toutes les diplômées, à tous les diplômés ainsi qu'aux directeurs de projets.<br />
Ein herzliches Dankeschön geht an unsere Inserenten :<br />
Un chaleureux remerciement à nos annonceurs :<br />
RUAG Electronics, 3000 Bern 22<br />
BKW FMB Energie AG, 3000 Bern<br />
Bystronic Laser AG, 3362 Niederoenz<br />
Selectron Systems AG, 3250 Lyss<br />
Sputnik Engineering AG, 2502 Biel-Bienne<br />
ALSTOM, 5401 Baden<br />
EnDes Engineering Partner AG, 4703 Kestenholz<br />
Cendres & Métaux SA, 2501 Biel-Bienne<br />
Hy-Tech AG, 2555 Brügg<br />
Stryker Osteosynthesis, 2545 Selzach<br />
Seite<br />
Page<br />
Cover 2<br />
Cover 3<br />
Cover 4<br />
037<br />
077<br />
179<br />
211<br />
221<br />
227<br />
233<br />
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M<br />
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<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Beispiel<br />
Exemple<br />
Inhalt Seite<br />
Liste der Diplomandinnen <strong>und</strong> Diplomanden (Reihenfolge nach Fachbereich) 4 - 7<br />
Automobiltechnik 8 - 29<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kommunikationstechnik 30 - 96<br />
<strong>Informatik</strong> 97 - 154<br />
Maschinentechnik 156 - 217<br />
Mikrotechnik 218 - 240<br />
Die Diplomandinnen <strong>und</strong> Diplomanden sind je Fachbereich in alphabetischer Reihenfolge aufgeführt. Bei Teams<br />
bestimmt die alphabetische Position des ersten Teammitglieds die Einordnung im Absolventenbuch.<br />
Table des matières pages<br />
Liste des diplôméés et des diplômés par section 4 - 7<br />
Automobile 8 - 29<br />
Electricité et système de communication 30 - 96<br />
Informatique 97 - 154<br />
Mécanique 156 - 217<br />
Microtechnique 218 - 240<br />
Les diplômé(e)s sont présentés dans l'ordre alphabétique par section. Lorsqu'il s'agit d'un team, c'est le nom<br />
de la personne dont la première lettre est la plus près du début de l'alphabet qui détermine la position du team<br />
dans la brochure.<br />
BE BI BU VA<br />
Bern Biel-Bienne Burgdorf Vauffelin<br />
Titel der Arbeit / Titre du projet<br />
Fach - Branche / Professor - Professeur / in Zusammenarbeit mit … - en collaboration avec …<br />
Name Vorname<br />
Geburtsjahr<br />
Telefon<br />
E-Mail<br />
Nom Prénom<br />
Année de naissance<br />
Téléphone personnel<br />
E-mail<br />
Ort, wo die Diplomarbeit ausgestellt wird.<br />
Lieu où le travail de diplôme est exposé.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
xxxxxxxx<br />
yyyyyyyyyyyyyyy<br />
15 Ingenieurinnen<br />
15 ingénieures<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
xxxxxxxx Diplomarbeiten 2006/2007<br />
Travaux de diplôme 2006/2007<br />
yyyyyyyyyyyyyyy<br />
Liste der Diplomandinnen <strong>und</strong> Diplomanden (Reihenfolge nach Fachbereich)<br />
Liste des diplôméés et des diplômés par section<br />
Automobiltechnik – Technique automobile<br />
Bernard Frédéric 8<br />
Besch Marc Cyrill 9<br />
Bonsack Peter 10<br />
Brupbacher Marc 11<br />
Bürgler Markus 12<br />
Bürki Samuel 13<br />
Bütler Thomas 14<br />
Christen Rolf 15<br />
Di Venuto Antonio 16<br />
Fasel Didier 17<br />
Fitze Rodrigo 18<br />
Hofer Marcel 19<br />
Hüsser Cédric 14<br />
Infanger Christian 20<br />
Joye Stéphane 17<br />
Klaey Michaël 21<br />
Lüchinger Philipp 22<br />
Martinbianco Roberto 23<br />
Nägeli Peter 24<br />
Neurohr Damien 25<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kommunikationstechnik – Électricité et systèmes de communication<br />
Aeschlimann Roland 30<br />
Affolter Christian 31<br />
Affolter Manuel 32<br />
Balli Rolf 33<br />
Bello Jesús 34<br />
Betschart Martin 35<br />
Bhunjun Reto 36<br />
Bidi Alberto 38<br />
Bieri Marc 39<br />
Brand Michael 40<br />
Burri Marcel 41<br />
Bützer Bruno Thomas 42<br />
Dietrich Christoph Roland 43<br />
Dietrich Matthias 44<br />
Dordevic Gojko 45<br />
Ebert Dominik 46<br />
Eggenberg Urs 47<br />
Eggimann Lukas 48<br />
Elatatri Hicham 49<br />
Emmenegger Marco 50<br />
Friedli Martin 51<br />
Friedrich Karin Barbara 52<br />
Gatschet Steve 53<br />
Gfeller Daniel 52<br />
Grichting Patrick 32<br />
Haggenmacher Leandro 54<br />
Hofer Christophe 46<br />
Hostettler Roland 55<br />
Huggler Christian 56<br />
Hurni Daniel 57<br />
Jaggi Gerhard 58<br />
Jordan Benjamin 59<br />
Kaiser Raphael 60<br />
Keller Patrick 61<br />
Kuharajasekaram Joanand 62<br />
Küng Toni 63<br />
Künzi Daniel 64<br />
Lempen Markus 65<br />
Lerch Rolf 66<br />
Leuenberger James 67<br />
Liechti Simon 56<br />
Liniger Erich 68<br />
Luder Pascal Raphael 39<br />
Lüthi Marc 69<br />
Marti Christoph 70<br />
Mathys Pascal 71<br />
Meier Sascha Werner 72<br />
Meister Christian 73<br />
Mülhauser Adrian 74<br />
Naegeli Michael Dominic 60<br />
Niederhauser Thomas 51<br />
Niggli Ulrich 75<br />
Nützi Oliver 73<br />
Ocaña Cedric 76<br />
Reisinger Stephan 78<br />
Rüegsegger Michael Benjamin 79<br />
Nickel Thierry 16<br />
Recher Martin 10<br />
Rubolino Giuseppe 12<br />
Sevinc Tony 26<br />
Sonder Nicolin 27<br />
Stauffer Adrian 28<br />
Thévenoz Kim 8<br />
Urwyler Alain 9<br />
Wahli Laurent 29<br />
Zuber Stefan 22<br />
Rytz Bernhard 58<br />
Salvisberg Andreas 43<br />
Sathiyamoorthy Ramesh 80<br />
Schaad Christian 81<br />
Schaad Thomas 48<br />
Schadegg Gabriel 82<br />
Schafer Iwan 83<br />
Schaffner Brice 84<br />
Schäppi Urs 85<br />
Schär Roland 44<br />
Schär Marcel 86<br />
Scheidegger Daniel 87<br />
Schluchter Samuel 88<br />
Seiler Remo 89<br />
Simonin Cédric 69<br />
Stucki Reto 65<br />
Süssmilch René 90<br />
Trittibach Stefan 87<br />
Tschabold Daniel 91<br />
Uebersax Peter 92<br />
Von Ballmoos Simon 93<br />
Wagner Ben-David 94<br />
Wälchli Manuel-Pascal 95<br />
Weber Tobias 72<br />
Zaugg Philipp 76<br />
Zimmermann Christoph 96<br />
Zurbrügg Matthias 96<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
6<br />
Diplomarbeiten 2006/2007<br />
Travaux de diplôme 2006/2007<br />
Liste der Diplomandinnen <strong>und</strong> Diplomanden (Reihenfolge nach Fachbereich)<br />
Liste des diplôméés et des diplômés par section<br />
<strong>Informatik</strong> – Informatique<br />
Aeschbacher Thomas 97<br />
Amati Stefano 98<br />
Ammann Alain 99<br />
Angelov Slavi 100<br />
Avdija Florije 101<br />
Bähler Vincent 102<br />
Balmer Niklaus 103<br />
Baumberger Daniel 104<br />
Baumgartner Pascal Sven 105<br />
Bernasconi Fabio 106<br />
Bhend Matthias 107<br />
Boder Gautier 108<br />
Bongard Joel 103<br />
Cerutti Pietro 109<br />
Décosterd Gaël 110<br />
Frey Roman 107<br />
Friedli Dominique 111<br />
Friedli Sven 112<br />
Gattlen Leander 113<br />
Gehrig Daniel 102<br />
Gerber Jürg 114<br />
Gfeller Heinz 115<br />
Graber Johnny 116<br />
Grigoryan Gevorg 117<br />
Grossenbacher Michael 118<br />
Grzinic Pierpaolo 119<br />
Güder Christian 120<br />
Häberli Martin 121<br />
Hählen Damian 105<br />
Häusler Sandro 105<br />
Hinderling Tobias 97<br />
Hirsiger Myriam 121<br />
Holenweg Hannes 122<br />
Huber Tomas 104<br />
Hug Daniel 123<br />
Hulliger Daniel 124<br />
Hurni Pascal 125<br />
Jaun Oliver 107<br />
Jaun Lukas 126<br />
Jeschka Thomas 127<br />
Johner Hanspeter 118<br />
Käser Thomas 128<br />
König Lucas 129<br />
Kormann Oliver 130<br />
Laubscher Fabienne 118<br />
Lehmann Sandro 122<br />
Lenz Nicolas 131<br />
Liechti Beat 104<br />
Link Oliver 113<br />
Lombriser Gabriel 133<br />
Lucas Christoph 125<br />
Lüdi Pascal 133<br />
Luggen Michael 134<br />
Lukombo Kiala 109<br />
Maillat Dominique 135<br />
Matusz Patrick 125<br />
Mendimi Tsoungui Corrine 136<br />
Messer Thierry 137<br />
Meyer Andreas 120<br />
Micic Aleksandar 119<br />
Moor Irene 112<br />
Morandi Michael 137<br />
Müdespacher Andreas 116<br />
Müller Daniel 106<br />
Nussbaum Simon 124<br />
Odermatt Raphael 138<br />
Oppliger Dan 124<br />
Raaflaub Christoph 139<br />
Rebsamen Michael 138<br />
Reigel Alexis 140<br />
Riepl Gregor 141<br />
Rudolf Claudia 142<br />
Rüedi Rahel 131<br />
Sahli Jan 108<br />
Salera Manuel 143<br />
Schaefer Nicolas 144<br />
Scheidegger Marc 115<br />
Scheidegger Thomas 113<br />
Scheidegger Joe 104<br />
Schiffmann Christian 145<br />
Schindler Oliver 143<br />
Schmid Marco 140<br />
Schmid Remo 103<br />
Schneider David 146<br />
Schweizer Benjamin 147<br />
Seiler Fabian 133<br />
Seiler Patric 111<br />
Senn Marc 130<br />
Siegenthaler Martin 114<br />
Staubli Stephan 148<br />
Stauffer Markus 100<br />
Steiner Adrian 149<br />
Stettler Simon 110<br />
Studzinski Julien 150<br />
Styczynski Maciej 123<br />
Thomet Gabriel 99<br />
Uhde Simon 130<br />
Urech Stefan 151<br />
von Känel Lilian 152<br />
Widmer Fritz 133<br />
Wiederkehr Christoph 124<br />
Wolfgramm Niklaus 127<br />
Yilmaz Günel 153<br />
Zaugg Karin 139<br />
Zbinden Martin 154<br />
Zehr Mario 128<br />
Zeiler Christian 129<br />
Zenger Simon 149<br />
Zenhäusern Martin 142<br />
Zimmermann Gilles 151<br />
Zuppiger Silvan 133<br />
Zurbriggen Stefanie 152<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Diplomarbeiten 2006/2007<br />
Travaux de diplôme 2006/2007<br />
Liste der Diplomandinnen <strong>und</strong> Diplomanden (Reihenfolge nach Fachbereich)<br />
Liste des diplôméés et des diplômés par section<br />
Maschinentechnik – Mécanique<br />
Arm Lukas 156<br />
Bandy Timothy John 157<br />
Baschung Andreas 158<br />
Beck Silvio Manuel 159<br />
Berta Lorenz 160<br />
Bracher Karin 161<br />
Brechbühl Urs 162<br />
Bringold Manuel 163<br />
Bühler Stefan 164<br />
Burkhardt Daniel 165<br />
Bürki Alexander Marc 166<br />
Bürki Samuel 167<br />
Burri Reto 168<br />
Bütikofer Daniel 169<br />
Deyhle Steven 170<br />
Fernández Tomás 171<br />
Friedli Dieter-Andreas 172<br />
Gilgen Christoph 173<br />
Glauser Roger 174<br />
Graf Andres 175<br />
Grossenbacher Marcel 176<br />
Aebi Jürg 218<br />
Amstutz Meric 219<br />
Barnetta Mario 220<br />
Barré Sébastien 222<br />
Bürgi Stefan 223<br />
Henning Stefan 224<br />
Hogg Andreas 225<br />
Hänni Marco 177<br />
Hodel Daniel 178<br />
Huber Tobias 180<br />
Hutterer Daniel 181<br />
Joss Benjamin 182<br />
Klauser Lorenz 183<br />
Lavorato Giuseppe 184<br />
Mani Christoph 169<br />
Marmet Philip 185<br />
Marti Adrian 186<br />
Maurer Christian 187<br />
Meier Samuel 188<br />
Mori Kevin 189<br />
Mutti Pascal 190<br />
Niederhauser David 191<br />
Niederhauser Heinz 192<br />
Reber Stefan 193<br />
Roder Toni 194<br />
Roth Christian Andreas 195<br />
Rüegsegger Peter 196<br />
Ruh Philip 197<br />
Mikro- <strong>und</strong> Medizintechnik – Microtechnique et génie médicale<br />
Jäggi Sibylle 226<br />
Jufer Martin 228<br />
Keller Gaetan 229<br />
Künzler Matthias 230<br />
Schlaefli Yvan 231<br />
Schlegel Dominic 232<br />
Schmutz Matthias 234<br />
Schibli Emanuel Hendrik 198<br />
Schlatter Christoph Lukas 199<br />
Schmid Andreas 200<br />
Schmied Jonas 201<br />
Schneider David 202<br />
Schor Raphael 203<br />
Schwab Matthias 204<br />
Stark Martial 205<br />
Steiner Fabian 206<br />
Steiner Marcel 207<br />
Trachsel Stefan 208<br />
Utzinger Thomas 209<br />
Walther Michael Adrian 210<br />
Wasserfallen Christian 212<br />
Wenger Andreas 213<br />
Wilhelm David 214<br />
Wüthrich Andreas 215<br />
Wüthrich Jan 216<br />
Zaugg Marco 217<br />
Taing Chung Hien 235<br />
Tekari Adel 236<br />
Terrier Julien 237<br />
Teutsch David 238<br />
Vaucher Vincent 239<br />
Vicenzi Johnny 240<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
7
VA<br />
Automobiltechnik<br />
Technique automobile<br />
Bernard Frédéric<br />
1983<br />
076 306 48 63<br />
frederic1.bernard@gmail.com<br />
Thévenoz Kim<br />
1981<br />
079 471 46 69<br />
thevkengineer@gmail.com<br />
Projet AWR (Absolute Wind Record)<br />
Mécanique du véhicule / Prof. M. Bernhard Gerster / Entreprise Sebschmidt sàrl, Genève<br />
Experts: Fredy Rüegg, Alfred Sasse<br />
AWR sera un char à voile devant battre trois records de vitesse. Ces derniers ont été effectués, il y<br />
a déjà quelques années, sur terre à 7.7 km/h (année 999), sur glace à 229 km/h ( 9 ) et enfin sur<br />
eau à 9 km/h (200 ). L’entreprise Sebschmidt sàrl, architecte naval, nous a mandatés pour élaborer<br />
une pré-étude d’un système de suspension et d’une qualité optimum de pneumatiques pour ce<br />
futur char à voile. Le travail est effectué principalement pour une utilisation sur terre. Par la suite,<br />
l’adaptabilité du système de suspension pour la glace doit s’envisager.<br />
Situation de départ<br />
AWR est, pour un nouveau record<br />
du monde, calculé pour une vitesse<br />
sur terre d’environ 200 km/h. À de<br />
telles vitesses, avec un vent latéral<br />
puissant et un revêtement naturel<br />
incertain, des forces extrêmes sont<br />
engendrées. Ces dernières doivent<br />
être contrées de manière optimale<br />
par la voile, la structure du char, la<br />
suspension et enfin les pneumatiques.<br />
Pour avoir un ordre d’idée,<br />
une voiture ordinaire encaisse des<br />
forces latérales par roue de l’ordre<br />
de 2000N, AWR doit absorber plus<br />
de 6000N au maximum.<br />
Structure du char AWR<br />
Conception des suspensions<br />
Pré-étude d’un système de suspensions<br />
adapté pour une utilisation<br />
sur terre. La suspension doit<br />
garantir un amortissement direct<br />
des chocs au sol afin d’empêcher<br />
au maximum la propagation des<br />
perturbations dans la structure. Le<br />
temps de réponse doit être aussi<br />
rapide que possible pour éviter de<br />
modifier les conditions de stabilité<br />
aérodynamique.<br />
Le char possède trois roues. Deux<br />
suspensions sont identiques dans<br />
leur conception, mais tournées à<br />
180° l’une de l’autre. La suspension<br />
du cockpit est de conception identique,<br />
mais d’un dimensionnement<br />
restreint. Ceci est dû au fait qu’il<br />
existe de plus faibles forces en application<br />
et d’un manque de place,<br />
prise par le pilote et son passager.<br />
L’élaboration d’un programme informatique<br />
a été nécessaire pour<br />
dimensionner toutes les côtes de la<br />
suspension. Dorénavant, il est possible<br />
d’entrer différentes données<br />
de départ pour obtenir un dimen-<br />
sionnement adapté à chaque suspension.<br />
Pneumatiques<br />
Les pneumatiques sont la seule<br />
liaison entre le sol et le char, ils doivent<br />
donc avoir un coefficient de résistance<br />
au roulement minime sans<br />
pour autant négliger la retenue en<br />
latérale (force du vent). Un logiciel<br />
peut sommairement calculer les<br />
caractéristiques des pneumatiques<br />
garantissant la meilleure stabilité<br />
dans les conditions d’accélérations<br />
et de vitesses maximales. Le programme<br />
est validé par des essais<br />
réels de pneumatiques effectués<br />
avec le véhicule de test (MoReLab)<br />
du DTC. Et pour finir, un choix de<br />
pneumatiques a été fait.<br />
Perspectives d’avenir<br />
Ce projet n’en est qu’à son commencement,<br />
quelques années de<br />
recherches et de tests sont encore<br />
prévues. Des demandes de sponsors<br />
sont activées et toujours bonnes<br />
à prendre. Le site d’Ivanpah<br />
Dry Lake (Nevada) est envisagé<br />
pour des essais préliminaires<br />
et pourquoi pas, par la suite,<br />
établir le nouveau record du<br />
monde…<br />
Modélisation CAO d’une suspension.<br />
Réglable en carrossage et en pincement.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
<strong>Unter</strong>suchungen am Motor mit erhöhter Verdichtung<br />
Verbrennungsmotoren / Prof. Dr. Jan Czerwinski; Assistent Dipl.-Ing. Yan Zimmerli<br />
Experten: Thomas Lutz, Christian Bach<br />
Wasserstoff gilt als zukünftiger Energieträger für den Antrieb von Fahrzeugen. Bereits heute be<strong>stehen</strong><br />
Bestrebungen, Erdgas mit Wasserstoff (H 2 ) anzureichern. Somit könnte das Tankstellen-Netz<br />
Schritt für Schritt umgestellt werden. Erdgas als solches wird vermehrt von öffentlichen Verkehrsbetrieben<br />
eingesetzt <strong>und</strong> reduziert verschiedene Emissionen. Dabei kann das Potenzial von CNG erst<br />
bei höherer Verdichtung richtig ausgeschöpft werden. Es wurde untersucht, ob mit Wasserstoff angereichertes<br />
Erdgas diese Tendenz verstärkt, denn zusammen mit den höheren erreichbaren Gemischheizwerten<br />
sollten der Wirkungsgrad <strong>und</strong> dadurch Verbrauch <strong>und</strong> Emissionen verbessert werden.<br />
Die Messungen wurden auf einem<br />
2-Zylinder-Motor von Lombardini<br />
durchgeführt. Er arbeitet mit dem 4-<br />
Takt-Prinzip <strong>und</strong> hat einen Hubraum<br />
von 0,505 dm 3 . Der Motorprüfstand<br />
befindet sich in einer klimatisierten<br />
Kammer <strong>und</strong> es können alle wichtigen<br />
motorischen Parameter in der<br />
Motorsteuerung verändert werden.<br />
Das Original-Verdichtungsverhältnis<br />
wurde von 8.7 auf 13.77 gesteigert,<br />
wozu ein neuer Kolbensatz<br />
mit kleineren Kolbenmulden angefertigt<br />
wurde. Ebenfalls wurde<br />
der Abstand der Zündkerze zu den<br />
neuen Kolben angepasst. Aus einer<br />
Verdichtungserhöhung resultieren<br />
erfahrungsgemäss ein besserer<br />
Wirkungsgrad <strong>und</strong> eine bessere<br />
Abmagerungsfähigkeit.<br />
Lombardini-Motor<br />
Die für die Messungen verwendeten<br />
Gase waren Erdgas (CNG) aus<br />
dem städtischen Netz, reines CH 4<br />
(Methan) <strong>und</strong> CH 4 mit einem Volumenanteil<br />
von 5 %, 8 % <strong>und</strong> 11 %<br />
Wasserstoff. Gemessen wurde bei<br />
folgenden unterschiedlichen Betriebspunkten:<br />
2000rpm (Umdrehungen<br />
pro Minute) <strong>und</strong> 8Nm, 2500rpm/<br />
10Nm <strong>und</strong> bei 3000rpm/12.1Nm.<br />
Diese Punkte wurden bereits in<br />
früheren Diplomarbeiten gemessen,<br />
so dass ein direkter Vergleich möglich<br />
war, um die Auswirkungen des<br />
höheren Verdichtungsverhältnisses<br />
zu sehen.<br />
Alte <strong>und</strong> neue Kolbenmulde<br />
Der Motor musste zuerst in Betrieb<br />
genommen werden. Dabei wurde<br />
der Zustand des Motors überprüft<br />
<strong>und</strong> bestimmte Parameter gemessen<br />
<strong>und</strong> in die Motorsteuerung eingegeben.<br />
In einer ersten Messung<br />
wurde der Zündwinkel variiert, um<br />
die jeweiligen optimalen Zündwinkeln<br />
der verschiedenen Gase zu<br />
bestimmen. Ebenfalls wurde eine<br />
Lambda-Variation durchgeführt, um<br />
die maximale Abmagerung pro Gas<br />
zu bestimmen. Eine Abmagerung<br />
führt zu besseren Verbrauchswerten<br />
<strong>und</strong> niedrigeren CO- <strong>und</strong><br />
CO 2 -Emissionen.<br />
Anschliessend wurden die Auswirkungen<br />
des erhöhten Verdich-<br />
tungsverhältnisses auf Verbrauch<br />
<strong>und</strong> Emissionen in den genannten<br />
Betriebspunkten überprüft. Dabei<br />
wurde bei den mit Wasserstoff<br />
angereicherten Gasen jeweils mit<br />
dem optimalen Zündzeitpunkt von<br />
Erdgas aus dem Netz <strong>und</strong> ihrem<br />
eigenen, optimalen Zündzeitpunkt<br />
gefahren. Dadurch konnte beurteilt<br />
werden, ob die Motorsteuergeräte<br />
individuell auf die verschiedenen<br />
Gase ausgelegt sein sollten.<br />
Ausschlaggebend für diese <strong>Unter</strong>suchungen<br />
sind die vielseitigen<br />
Bestrebungen diverser Firmen <strong>und</strong><br />
Institutionen, vor allem in Schweden,<br />
Erdgas mit Wasserstoff anzureichern<br />
<strong>und</strong> damit im öffentlichen<br />
Verkehr zu arbeiten. Mit dieser<br />
Arbeit konnte ein Beitrag zur Erforschung<br />
eines Teils der Auswirkungen<br />
verschiedener Gaskraftstoffen<br />
auf den Motorbetrieb mit<br />
erhöhtem Verdichtungsverhältnis<br />
geleistet werden.<br />
Abstand der Zündkerze zur Kolbenmulde<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Automobiltechnik<br />
Technique automobile<br />
Besch Marc Cyrill<br />
1982<br />
079 748 60 06<br />
m.besch@globalpoint.ch<br />
Urwyler Alain<br />
1983<br />
076 368 36 05<br />
alain_urwyler@gmx.ch<br />
9<br />
BI
VA<br />
Automobiltechnik<br />
Technique automobile<br />
Bonsack Peter<br />
1980<br />
peter.bonsack@gmx.ch<br />
Recher Martin<br />
1983<br />
m.recher@tiscali.ch<br />
Erarbeitung eines Controlling-Konzepts für eine Garage<br />
Betriebswirtschaftslehre <strong>und</strong> Betriebsinformatik / Prof. Antonito Bolla / Auto Recher AG, Hölstein, BL<br />
Sinnvolles Planen <strong>und</strong> geschicktes Reagieren stellen in einem sich immer rascher verändernden<br />
wirtschaftlichen Umfeld eine erhebliche Herausforderung an die <strong>Unter</strong>nehmensführung einer Garage<br />
dar.<br />
In dieser Arbeit wird am Beispiel der Auto Recher AG aufgezeigt, wie das gesamte wirtschaftliche<br />
Geschehen der <strong>Unter</strong>nehmung auf ein Gesamtziel hin zu planen, zu überwachen <strong>und</strong> Abweichungen<br />
zu analysieren sind, um rechtzeitig Richtungskorrekturen vornehmen zu können.<br />
Das Gesamtziel besteht in der Erreichung<br />
einer Rentabilitätssteigerung<br />
unter Einhaltung des Gleichgewichtes<br />
zwischen Ergebnis,<br />
Wachstum, Aktiven <strong>und</strong> dem resultierenden<br />
Cash-flow.<br />
In einem ersten Schritt wurde eine<br />
eingehende Situationsanalyse der<br />
<strong>Unter</strong>nehmung mittels des Programms<br />
“Profit Center Accounting”<br />
(PCA) der BFH-TI Automobilabteilung<br />
unter Einbezug einer SWOT-<br />
Analyse gemacht.<br />
In einer Planungsphase konnten<br />
daraus anschliessend die <strong>Unter</strong>nehmensziele<br />
sowie die <strong>Unter</strong>nehmensstrategie<br />
formuliert werden.<br />
Dabei wurde insbesondere der Einfluss<br />
des Gesamtziels “Erreichung<br />
einer Rentabilitätssteigerung” auf<br />
die <strong>Unter</strong>nehmensstruktur untersucht.<br />
Die Umsetzung auf die Betriebsebene<br />
soll durch eine monatliche<br />
Bestandesaufnahme der Betriebskennzahlen<br />
aus dem Programm<br />
EASY-DRIVE ® der Stieger Software<br />
AG erfolgen, mit welchem die Auto<br />
Recher AG bereits seit 15 Jahren<br />
arbeitet.<br />
Aus der Situationsanalyse wurde<br />
ersichtlich, dass die Auto Recher<br />
AG stark vom Profit-Center Werkstatt<br />
abhängig ist. Deshalb wurde<br />
ein Controlling-Tool auf der Basis<br />
Controlling-Tool für das Profit-Center Werkstatt<br />
von MS Excel entwickelt, welches<br />
ermöglicht, eine monatliche Überwachung<br />
<strong>und</strong> Analyse der Werkstatt<br />
vorzunehmen. Damit können<br />
Richtungskorrekturen gemacht<br />
<strong>und</strong> rechtzeitig Massnahmen ergriffen<br />
werden, deren Auswirkungen<br />
wiederum monatlich ersichtlich<br />
werden.<br />
Solche Richtungskorrekturen<br />
wurden in einem weiteren<br />
Schritt eingeführt <strong>und</strong> ihre<br />
Synergieeffekte auf den Betrieb<br />
untersucht <strong>und</strong> bewertet.<br />
Im Weiteren wurden Vorschläge<br />
zu Handlungsalternativen erarbeitet,<br />
um das Potential der Auto<br />
Recher AG im Hinblick auf eine<br />
Rentabilitätssteigerung mit neuen<br />
Ideen zu erhöhen.<br />
Für das folgende Geschäftsjahr<br />
konnten mit Hilfe dieser Arbeit bereits<br />
Optimierungsmöglichkeiten<br />
aufgezeigt werden, welche es nun<br />
umzusetzen gilt.<br />
Beispiel Arbeitsaufteilung Werkstatt vor /<br />
nach Richtungskorrektur<br />
(Umsatzsteigerung + 5%)<br />
0 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Agence de presse dédiée à l’automobile<br />
Economie et gestion d’entreprise / Prof. Antonito Bolla / www.neweramedia.net<br />
Experts : Ralf Ulmann, René Mumenthaler<br />
Depuis longtemps, l’automobile intéresse et passionne le grand public. La presse automobile est<br />
présente dans tous les pays d’Europe, indépendamment de leur taille. Fort de ce constat et suite à<br />
différentes expériences à l’étranger dans le monde mécanisé, j’ai démarré une activité de photographe<br />
automobile afin de pouvoir faire partager mes découvertes. De retour sur les bancs de l’Ecole<br />
d’ingénieur, mes partenaires internationaux de la presse ont voulu continuer notre collaboration. Il<br />
a donc fallu développer une autre forme de partenariat pour répondre à cette demande. L’agence<br />
de presse s’imposa comme le meilleur moyen pour concilier mes études et les sollicitations professionnelles.<br />
Le concept<br />
L’idée initiale, afin de pouvoir réduire<br />
les prix de vente et être très concurrentiel,<br />
est d’utiliser des reporters<br />
indépendants déjà en activité et résidant<br />
sur les lieux les plus prolifiques<br />
en terme de sujets touchant<br />
à l’automobile. À savoir les trois pôles<br />
majeurs que sont les États-Unis,<br />
le Japon et l’Europe. Le principal<br />
avantage pour les reporters est<br />
l’augmentation de leur revenu pour<br />
la même somme de travail, puisque<br />
l’agence s’occupe d’étendre leur<br />
zone de vente. Et l’avantage pour<br />
la presse se situe sur les coûts des<br />
reportages, car il n’y a plus de frais<br />
de voyage pour envoyer un photographe<br />
et un journaliste couvrir un<br />
sujet à l’autre bout du monde. De<br />
plus, l’intérêt pour un sujet venant<br />
d’un autre continent est renforcé du<br />
fait de son exotisme, ce qui a une<br />
influence certaine sur les ventes.<br />
La création<br />
Au départ, le temps et les fonds<br />
propres à disposition étant fortement<br />
limités, l’entreprise a démarré<br />
avec un concept léger sans aucune<br />
base légale. L’essentiel était de rapidement<br />
réaliser la qualité effective<br />
du potentiel de vente d’articles<br />
(photos et texte) sur le marché international.<br />
La Suisse, avec sa position<br />
centrale en Europe, représente<br />
une base stratégique à condition<br />
que l’on puisse réduire les charges<br />
au minimum. Ce qui fut réalisé en<br />
travaillant à domicile, en proposant<br />
le catalogue de vente sur le site<br />
Internet de l’entreprise et en effectuant<br />
les transferts d’images via un<br />
serveur FTP pour fournir le produit<br />
aux clients en temps réel.<br />
Le développement<br />
L’entreprise réalisa sa première année<br />
complète d’activité en 2004<br />
avec des chiffres encourageants<br />
puisqu’elle produisit des bénéfices.<br />
L’année 2005 permit de largement<br />
doubler le chiffre d’affaires, ce qui<br />
engendra la nécessité d’établir les<br />
bases légales et de réaliser une<br />
gestion professionnelle.<br />
Le travail de diplôme<br />
Le travail se focalise sur les principes<br />
de base de la création d’entreprise<br />
en Suisse. Il couvre tous<br />
les aspects théoriques qui doivent<br />
être connus du créateur d’entreprise<br />
ainsi que les applications de<br />
ces principes dans le cadre d’une<br />
agence de presse dédiée à l’automobile.<br />
De plus, il étudie les perspectives<br />
de développement futur et<br />
d’amélioration du fonctionnement<br />
actuel, et propose une réflexion sur<br />
la viabilité de l’entreprise sur le long<br />
terme.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Automobiltechnik<br />
Technique automobile<br />
Brupbacher Marc<br />
1979<br />
+4176 340 85 87<br />
marc@neweramedia.net<br />
VA
BI<br />
Automobiltechnik<br />
Technique automobile<br />
Bürgler Markus<br />
1980<br />
079 749 42 10<br />
mbuergler@gmx.ch<br />
Rubolino Giuseppe<br />
1979<br />
078 870 57 57<br />
pinorubolino@swissonline.ch<br />
2<br />
Lenkungsberechnung<br />
Fahrzeugmechanik <strong>und</strong> -sicherheit / Prof. Bernhard Gerster<br />
Experten: Fredy Rüegg, Alfred Sasse<br />
Damit die Lenkung von Fahrzeugen mit mehreren gelenkten Achsen vom Konstrukteur mit angemessenem<br />
Zeitaufwand ausgelegt werden kann, soll ein Berechnungswerkzeug für die Vorbestimmung<br />
der Kinematik <strong>und</strong> der Kräfte in Lenkungen entwickelt werden. Je nachdem, ob ein Fahrzeug zwei,<br />
drei oder sogar vier gelenkte Achsen besitzt, wandert das Zentrum des Spurkreises nach vorne oder<br />
nach hinten. Um Reifenverschleiss <strong>und</strong> mechanische Energieverluste durch Reibung zu minimieren,<br />
müssen die Lenktrapeze jeder Achse auf eine optimale Kinematik ausgelegt werden.<br />
Damit alle Räder eines mehrachsigen<br />
Fahrzeuges auch bei Kurvenfahrt<br />
möglichst ohne Reibung<br />
abrollen können, müssen die einzelnen<br />
Lenkdifferenzwinkel der jeweiligen<br />
Achse einer sogenannten<br />
Ackermannkurve folgen. Die Ackermannkurve<br />
stellt die verschiedenen<br />
Lenkdifferenzwinkel in Funktion des<br />
Lenkwinkels des kurveninneren<br />
Rades graphisch dar. Bei der Auslegung<br />
der Lenkkinematik wird eine<br />
Istkurve angestrebt, die sich knapp<br />
unter der Sollkurve nach Ackermann<br />
befindet. Wenn die Istkurve<br />
genau der Sollkurve entspräche,<br />
liesse sich bei langsamer Fahrt ein<br />
exakter Kurvenverlauf erreichen. In<br />
der Praxis erweist sich diese Auslegung<br />
jedoch als ungeeignet, da<br />
zwei Nachteile auftreten. Einerseits<br />
ist ein grosser Wendekreisdurchmesser<br />
die Folge, da dem<br />
Einschlagwinkel des Innenrades in<br />
den Radkästen Grenzen gesetzt<br />
sind. Der zweite Mangel liegt in der<br />
ungenügenden Seitenkraftaufnahme<br />
des kurvenäusseren Rades in<br />
langgezogenen, schnellbefahrenen<br />
Kurven.<br />
Das Berechnungsprogramm soll<br />
nun mit einigen fahrzeugspezifischen<br />
Angaben wie z. B. Achsabstände,<br />
Spurweite, Koordinaten<br />
der Lenktrapezbefestigungspunkte<br />
<strong>und</strong> einigen Längen des Trapezgestänges<br />
helfen, die Lenkung mög-<br />
lichst einfach <strong>und</strong> vor allem möglichst<br />
schnell so auszulegen, dass<br />
sie den gewünschten Bedingungen<br />
entspricht. Wenn die erforderliche<br />
Lenkkinematik erreicht wurde, geht<br />
es noch um die Berechnung der<br />
ent<strong>stehen</strong>den Kräfte im Lenkgestänge.<br />
Für die Berechnung dieser<br />
Kräfte gehen wir von einem gegebenen<br />
Moment in einem bekannten<br />
Punkt aus.<br />
Der Konstrukteur kann mit den<br />
berechneten Stabkräften umgehend<br />
mit der Festigkeitsauslegung<br />
beginnen.<br />
Für die Validierung<br />
der Berechnungssoftware<br />
auf<br />
Math CAD<br />
haben wir mit dem Unigraphics CAD-<br />
Programm ein massstäbliches Modell<br />
konstruiert, woran die Lage der<br />
Befestigungspunkte, sowie die verschiedenen<br />
Stablängen <strong>und</strong> Winkel<br />
der Lenktrapeze angepasst <strong>und</strong><br />
damit die resultierenden Lenkdifferenzwinkel<br />
kontrolliert werden können.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Inbetriebnahme eines neuartigen Motorsteuerungssystems<br />
Verbrennungsmotoren / Prof. Dr. Jan Czerwinski; Dipl.-Ing. Jörg Wengert / Robert Bosch GmbH D-Schwieberdingen<br />
Experten: Thomas Lutz, Christian Bach<br />
Mit einer Produktion von fast 6 Millionen Fahrzeugen pro Jahr hält Asien etwa 90% des Weltmarkts<br />
der motorisierten Zweiräder. China ( Mio.) kommt an erster Stelle, Indien folgt mit 7 Millionen. Im<br />
Gegensatz zur Situation auf dem europäischen Markt sind diese Motorräder grösstenteils mit Vergasern<br />
ausgerüstet, die die Ursache vieler umweltschädlicher Emissionen sind. Ein Ersatz dieser<br />
Vergaser durch ein kostengünstiges Einspritzsystem, das elektronisch gesteuert ist, erlaubt, ein<br />
annehmbares Niveau der Emissionen zu erreichen.<br />
Die Firma Robert Bosch GmbH<br />
entwickelt aktuell eine neue Einspritztechnik,<br />
die an kleine Motoren<br />
angepasst ist. Ziel ist es, die Kosten<br />
deutlich nach unten zu bringen,<br />
im Vergleich mit den Systemen, die<br />
für den europäischen Markt gegenwärtig<br />
verfügbar sind. Die elektronische<br />
Einspritzanlage ist mit einem<br />
Steuergerät verb<strong>und</strong>en, das verschiedene<br />
Betriebszustände des<br />
Fahrzeuges berücksichtigt.<br />
Ein Muster eines neuartigen Einspritzventils<br />
wurde erstmals auf<br />
einem 125 cm 3 Motorrad in Betrieb<br />
genommen. Dieses Motorrad<br />
wurde speziell für dieses Projekt<br />
aus Indien importiert. Anstelle des<br />
Vergasers wurde das neue Einspritzsystem<br />
montiert. Der Umbau<br />
bedeutete eine Vielzahl notwendiger<br />
Änderungen. Die Arbeit daran<br />
Two-Wheeler production in China<br />
wurde in Zusammenarbeit mit den<br />
Mitarbeitern von Bosch in Deutschland<br />
<strong>und</strong> in China ausgeführt. Die<br />
Inbetriebnahme dieser neuen Bestandteile<br />
bildete eines der gr<strong>und</strong>legenden<br />
Ziele dieser Diplomarbeit.<br />
Die Öffnungszeit des Injektors (Einspritzventils)<br />
wird von der Steuergerätesoftware<br />
auf Gr<strong>und</strong> von Applikationsdaten<br />
berechnet. Diese Daten<br />
können geprüft, angepasst <strong>und</strong><br />
geändert werden mit einer Applikationssoftware,<br />
die von der Bosch<br />
Tochterfirma ETAS entwickelt wurde.<br />
Das Steuergerät ist dazu mit<br />
einem Computer verb<strong>und</strong>en. Dazwischen<br />
befindet sind noch ein<br />
so genannter “ETK” als Steuergeräteschnittstelle,<br />
der auf das Steuergerät<br />
montiert <strong>und</strong> an den Mikrocontrollerbus<br />
angeschlossen<br />
wird, sowie ein Interfacemodul als<br />
Schnittstelle zum ETK. Das System<br />
unterstützt die gleichzeitige Bearbeitung<br />
von Mess- <strong>und</strong> Verstellaufgaben.<br />
Die integrierten Werkzeuge<br />
ermöglichen das Auswerten von<br />
Messdaten, das Programmieren<br />
des Steuergeräts (ECU, Electronic<br />
Control Unit) <strong>und</strong> das Verwalten der<br />
Applikationsdaten.<br />
In einem zweiten Schritt nach<br />
der Inbetriebnahme des Systems<br />
wurde eine Gr<strong>und</strong>bedatung der<br />
Einspritzung durchgeführt <strong>und</strong><br />
anschliessend anhand von Fahrzeugmessungen<br />
Verbesserungen<br />
des Einspritzalgorithmus hergeleitet.<br />
Der geänderte Algorithmus wird<br />
in die Steuergerätesoftware implementiert.<br />
Vorausgreifend auf zukünftige umweltfre<strong>und</strong>liche<br />
Abgasnormen in<br />
den kommenden Jahren, sollte ein<br />
solches System mittelfristig den<br />
asiatischen Herstellern erlauben,<br />
ihre Fahrzeuge mit einem günstigen<br />
Einspritzsystem auszurüsten,<br />
das unsere Umwelt schont.<br />
ECU for Small Engines MSE2.0<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Automobiltechnik<br />
Bürki Samuel<br />
078 713 22 05<br />
samuelburki@hotmail.com<br />
BI<br />
Technique automobile
VA<br />
Automobiltechnik<br />
Technique automobile<br />
Bütler Thomas<br />
1982<br />
079 239 75 77<br />
thom.butler@bluewin.ch<br />
Hüsser Cédric<br />
1982<br />
079 780 03 53<br />
hussc@bfh.ch<br />
Fahrzeug-Setup mit Hilfe von IR-Sensoren <strong>und</strong> GPS<br />
Mechatronik / Prof. Jean-François Urwyler<br />
Experten: Marco Küng, Philippe Burri<br />
Ob beim Rennfahrzeug oder beim strassentauglichen PKW, die Längs- sowie Querkräfte werden<br />
alle durch die Fahrzeugreifen übertragen. Unsere letzte Semesterarbeit hat gezeigt, dass durch die<br />
Temperatur der Reifen eine Aussage über die freigewordenen Kräfte gemacht werden kann. Leider<br />
gab es gewisse Schwierigkeiten bei der Zuordnung der Temperatur zu einer bestimmten Streckenposition.<br />
Dieses Problem konnte durch ein integriertes GPS System beseitigt werden.<br />
Entstanden ist ein kostengünstiges System, welches wichtige Parameter zur Abstimmung eines<br />
Rennfahrzeugs erfasst <strong>und</strong> aufzeichnet.<br />
Im Motorsport entscheiden bereits<br />
H<strong>und</strong>ertstelsek<strong>und</strong>en über Sieg<br />
oder Niederlage. Im Kampf um<br />
wichtige Sek<strong>und</strong>en ist vor allem<br />
das Fahrzeug-Setup entscheidend.<br />
Im professionellen Motorsport <strong>stehen</strong><br />
den Teams teure Analysegeräte<br />
<strong>und</strong> gut ausgebildete Ingenieure zur<br />
Verfügung. Kleinere Privatteams<br />
haben diese Möglichkeit nicht <strong>und</strong><br />
sind auf eine kostengünstigere <strong>und</strong><br />
anwenderfre<strong>und</strong>lichere Lösung angewiesen.<br />
Durch Hinweise von Insidern konnten<br />
wir unser System den Anforderungen<br />
eines Rennteams entsprechend<br />
auslegen.<br />
Das Gr<strong>und</strong>prinzip unseres Systems<br />
besteht darin, Reifentemperatur-<br />
<strong>und</strong> GPS-Daten mit einem<br />
Mikrokontroller zu erfassen <strong>und</strong><br />
diese auf einem Speichermedium<br />
aufzuzeichnen. Zu einem späteren<br />
Zeitpunkt können die Daten ausgelesen<br />
<strong>und</strong> auf einem Computer ausgewertet<br />
werden.<br />
Unser System ist mit verschiedenen<br />
Sensoren ausgestattet. Den Kern<br />
bilden die Infrarotsensoren, welche<br />
die Reifenoberflächentemperatur<br />
anhand der vom Reifen ausgestrahlten<br />
Infrarotstrahlen messen. Ein im<br />
Gehäuse eingebauter Beschleunigungssensor<br />
misst die Längs- <strong>und</strong><br />
Querbeschleunigung, welche uns<br />
Auskunft über die vom Reifen übertragenen<br />
Kräfte gibt. Somit kann<br />
ein Temperaturanstieg der Reifen<br />
eindeutig einem Bremsvorgang<br />
oder einer Kurvenfahrt zugewiesen<br />
werden. Um diese Werte auch den<br />
jeweiligen Streckenabschnitten zuordnen<br />
zu können, verwenden wir<br />
das GPS-Signal des eingebauten<br />
GPS Empfängers. Dieses Signal<br />
gibt uns auch Auskunft über die effektive<br />
Geschwindigkeit des Fahrzeugs.<br />
Unser Messsystem besitzt<br />
insgesamt acht analoge Eingänge,<br />
von diesen acht Eingängen sind<br />
noch vier Eingänge frei, welche für<br />
Federwegsensoren oder andere<br />
Eingangssignale genutzt werden<br />
können. Das ganze Messsystem ist<br />
menugesteuert <strong>und</strong> über ein Dreizeilendisplay<br />
lassen sich die wichtigsten<br />
Informationen abrufen.<br />
Um die erfassten Messdaten einfach<br />
<strong>und</strong> bequem auf den Computer<br />
zu übertragen, wählten wir die<br />
bekannte SD-Karte. Die Handhabung<br />
ist einfach <strong>und</strong> den meisten<br />
vertraut <strong>und</strong> mit ihr ist es möglich,<br />
grosse Datenmengen zu speichern.<br />
Die gespeicherten Daten sollten<br />
möglichst ohne grosse Kenntnisse<br />
ausgewertet werden können. Sie<br />
werden durch ein Makro direkt in<br />
ein Excelfile eingelesen <strong>und</strong> die zur<br />
Auswertung benötigten Diagramme<br />
werden automatisch erstellt.<br />
Renndatenerfassung leicht gemacht:<br />
Sensoren befestigen, Aufzeichnungsgerät<br />
ins Auto, GPS Antenne<br />
aufs Dach, Power on <strong>und</strong> ab<br />
auf die Rennstrecke.<br />
Lotus Exige vom Team Lotus - West Racing bestückt mit Infrarotsensoren, Federwegsen-<br />
soren, GPS <strong>und</strong> Renndatenspeicher mit Beschleunigungssensor<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Optimierung des Arbeitsprozesses am Baumaschinenmotor<br />
Verbrennungsmotoren / Prof. Dr. Jan Czerwinski / Liebherr Machines Bulle SA<br />
Experten: Thomas Lutz, Christian Bach<br />
In der Abteilung “Entwicklung <strong>und</strong><br />
Versuch Dieselmotoren” der Firma<br />
Liebherr Machines Bulle SA werden<br />
neue Motoren geprüft <strong>und</strong> homologiert.<br />
Weiter werden bereits<br />
be<strong>stehen</strong>de Motorenmodelle weiterentwickelt<br />
<strong>und</strong> an die aktuellen<br />
Bedürfnisse angepasst. Ein 4-Zylindermotor<br />
des Typs D934S soll weiterentwickelt<br />
werden. Es handelt<br />
sich um einen aufgeladenen Dieselmotor<br />
mit 6.36 Liter Hubraum,<br />
4-Ventiltechnik, PLD-Einspritzanlage<br />
(Pumpe-Leitung-Düse), Ladeluftkühlung<br />
<strong>und</strong> einer internen Abgasrückführung.<br />
An diesem Motor<br />
werden fünf verschiedene Nockenwellen<br />
mit unterschiedlichen PLD-<br />
Nockenprofilen nacheinander entwickelt,<br />
eingebaut <strong>und</strong> gemessen.<br />
Alle Profile werden im Motor<br />
eine Trade-off-Messung auf<br />
dem Prüfstand durchlaufen.<br />
An den Nockenwellen<br />
wird nur das<br />
Profil des PLD-<br />
Steuernockens<br />
verändert, alle<br />
anderen Parameter<br />
des Motors<br />
bleiben<br />
u nve r ä n d e r t.<br />
Dadurch wird<br />
ein direkter Vergleich<br />
der verschiedenen<br />
Nockenprofile möglich.<br />
Durch die Änderungen des Nockenprofils<br />
des PLD-Steuernockens<br />
wird der Verbrennungsverlauf bzw.<br />
Bei der Firma Liebherr laufen <strong>Unter</strong>suchungen zur Optimierung der Verbrennung<br />
an einem -Zylinder Dieselmotor. In einem Teilbereich dieser<br />
Optimierungen werden verschiedene Nockenprofile für den PLD-Einspritznocken<br />
geprüft. Die Veränderung des Nockenprofils hat direkten<br />
Einfluss auf den Verbrennungsverlauf. Ziel dieser <strong>Unter</strong>suchungen ist es<br />
eine Aussage darüber machen zu können, wie eine Änderung der Einspritzstrategie<br />
der PLD-Einspritzung sich auf die NO x -Bildung auswirkt.<br />
der Zylinderdruck beeinflusst. Es<br />
werden drei Nockenprofile mit konstanter<br />
<strong>und</strong> zwei weitere Profile mit<br />
einer progressiven Hubgeschwindigkeit<br />
eingebaut. Eine Analyse<br />
der Energieumsatzraten <strong>und</strong> deren<br />
Einfluss auf Abgasemissionen, Verbrauch,<br />
Temperatur etc. ergibt eine<br />
zu bevorzugende Nockenform der<br />
fünf geprüften Nockenwellen. Ziel<br />
dieser Messungen ist es, eine Aussage<br />
darüber zu machen, wie eine<br />
Änderung der Einspritzstrategie der<br />
PLD-Einspritzung sich auf die NO x -<br />
Bildung auswirkt <strong>und</strong> welche der<br />
fünf Nockenwellen die meisten Vorteile<br />
für diesen Motor in den Liebherr<br />
typischen Anwendungsbereichen<br />
bietet. Nach Abschluss dieser<br />
Messungen <strong>und</strong> Analysen wird darüber<br />
hinaus ein Vorschlag gemacht,<br />
wie ein “ideales” Profil des Steuernockens<br />
aussieht.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Automobiltechnik<br />
Christen Rolf<br />
1975<br />
078 853 67 66<br />
rolf.christen@orangemail.ch<br />
BI<br />
Technique automobile
VA<br />
Automobiltechnik<br />
Technique automobile<br />
Di Venuto Antonio<br />
1981<br />
079/487’94’50<br />
divenuto.antonio@gmail.com<br />
Nickel Thierry<br />
1983<br />
079/698’07’51<br />
nickel.thierry@gmail.com<br />
Phare directionnel pour moto<br />
Mécatronique / Prof. Jean-François Urwyler<br />
Experts: Marco Küng, Philippe Burri<br />
Beaucoup de travaux sont réalisés au niveau de la sécurité active des véhicules. Qui dit sécurité active<br />
dit bonne visibilité, surtout de nuit. La qualité de l’éclairage est donc primordiale. De par sa construction,<br />
la moto pose problème dans les virages lors de sa conduite nocturne. En effet, lorsque le conducteur<br />
entre dans une courbe, il incline sa moto et n’éclaire plus la trajectoire désirée. Une correction<br />
de la zone de projection du phare devient donc nécessaire afin de retrouver une visibilité adéquate. A<br />
travers notre projet, nous allons combler cette lacune en développant un phare directionnel.<br />
Le principe de fonctionnement du<br />
phare directionnel est simple: en<br />
calculant le rayon du virage, nous<br />
pouvons déterminer l’emplacement<br />
à éclairer. Pour cela, deux paramètres<br />
sont nécessaires: la vitesse de<br />
la moto et l’angle de braquage du<br />
guidon. Ces informations sont fournies<br />
à un microprocesseur qui, via<br />
un algorithme programmé, définit<br />
la correction à apporter au phare.<br />
Cette dernière est appliquée à<br />
l’aide de deux actuateurs.<br />
Traitement des signaux<br />
Pour déterminer le rayon de courbe,<br />
nous devons connaître la vitesse<br />
et l’angle de braquage. La vitesse<br />
est mesurée avec un capteur inductif<br />
positionné sur une des deux<br />
roues. Pour les motos équipées<br />
d’un système de freinage ABS, il<br />
est possible d’utiliser ce signal.<br />
L’angle de braquage est mesuré à<br />
l’aide d’un capteur de position angulaire<br />
placé sur l’axe de la fourche.<br />
Leurs signaux, des tensions, sont<br />
introduits dans un microprocesseur<br />
C-Control II et sont lus par un al-<br />
Angle de correction transversal du phare en<br />
gorithme. Celui-ci calcule en premier<br />
le rayon du virage et ensuite la<br />
correction de la position du phare.<br />
Il est essentiellement composé de<br />
fonctions trigonométriques. Deux<br />
valeurs de correction sont déterminées:<br />
une verticale et une transversale.<br />
Chacune est transmise à une<br />
commande moteur qui actionne un<br />
actuateur. Ce dernier est de type linéaire<br />
et composé d’un moteur pas<br />
à pas. Son utilisation ne nécessite<br />
pas un contrôle de position par un<br />
capteur externe. En effet, à partir<br />
d’une position neutre, il suffit de<br />
compter le nombre d’incréments<br />
effectués ainsi que leur sens pour<br />
connaître la position actuelle de<br />
l’actuateur en tout temps.<br />
Application<br />
Ce système peut être appliqué sur<br />
toute moto. Pour des questions<br />
fonction de la vitesse et de l’angle de braquage Phare directionnel monté sur la mini moto<br />
budgétaires et pratiques, nous testons<br />
notre application sur une mini<br />
moto. Elle est prévue pour des démonstrations<br />
en salle, donc à l’arrêt.<br />
Pour cette raison, le signal de vitesse<br />
est simulé à l’aide d’un potentiomètre<br />
et non pas mesuré.<br />
Dans le cadre de notre projet, le<br />
phare directionnel est un phare<br />
supplémentaire. Nous utilisons un<br />
feu de croisement de voiture comme<br />
modèle. Nous avons créé une<br />
unité phare actuateurs détachable<br />
dans l’optique d’un montage ultérieur<br />
sur une moto.<br />
Par l’apport que peut amener un<br />
tel système au niveau de la sécurité<br />
active, une commercialisation est<br />
possible. Une industrialisation exige<br />
encore beaucoup d’adaptations.<br />
Mais rien que pour les motards, il<br />
serait dommage d’abandonner le<br />
projet à ce stade. Bonne route !<br />
6 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Réalisation d’un capteur de force à jauges de contraintes<br />
Mécatronique / Prof. Jean-François Urwyler<br />
Experts: Marco Küng, Philippe Burri<br />
Dans le domaine de l’automobile et de l’industrie en général, les capteurs ont désormais une importance<br />
primordiale. Ils constituent les “organes des sens” d’un véhicule ou d’une machine. Leurs<br />
signaux sont devenus indispensables pour de nombreuses fonctions de commande et de régulation<br />
des différents systèmes de gestion du moteur, de la suspension, de la sécurité ou du confort.<br />
L’intérêt principal de notre projet réside dans le fait que nous allons concevoir et développer<br />
entièrement notre propre produit en partant de zéro. Bienvenue dans le monde passionnant de<br />
l’ingénierie !<br />
La conception d’un capteur fait appel<br />
à toutes les ressources offertes<br />
par des disciplines scientifiques et<br />
techniques aussi variées que la mécanique,<br />
l’électromécanique, la microélectronique,<br />
l’optique, l’informatique,<br />
la chimie et tout récemment<br />
encore la biologie. Le domaine des<br />
capteurs est extrêmement vaste et<br />
intéressant.<br />
Modélisation du capteur<br />
Principe du capteur de force<br />
Ce capteur de force est constitué<br />
d’un corps d’épreuve soumis à la<br />
force inconnue et subissant de ce<br />
fait une déformation: dans le domaine<br />
élastique, il y a proportionnalité<br />
entre déformation et contrainte<br />
(loi de Hook). La déformation et<br />
donc la force appliquée peuvent<br />
être mesurées à l’aide de jauges<br />
de contraintes. C’est une méthode<br />
courante, fiable et précise pour la<br />
mesure de forces ou de couples.<br />
Le corps d’épreuve<br />
La géométrie du capteur, et particulièrement<br />
celle du corps d’épreuve,<br />
est un facteur extrêmement<br />
important qui conditionne sa précision.<br />
Plusieurs solutions s’offrent à<br />
nous dans le type de sollicitation du<br />
corps d’épreuve. Pour notre plage<br />
de mesure, nous avons choisi un<br />
corps d’épreuve sollicité en flexion.<br />
Ce type de corps d’épreuve est<br />
destiné à des capteurs de moindre<br />
étendue de mesure et qui sont plus<br />
sensibles. De plus, et contrairement<br />
aux capteurs de traction, les<br />
capteurs de flexion sont généralement<br />
très linéaires.<br />
Analyse FEM du corps d’épreuve<br />
Les jauges de contraintes<br />
Les jauges de contraintes, ou jauges<br />
extensométriques, sont collées<br />
sur la surface du corps d’épreuve<br />
de telle sorte qu’elles adoptent sans<br />
altération son élongation superficielle.<br />
La variation de résistance de<br />
la jauge, qui résulte de son allongement,<br />
nous permet de connaître<br />
précisément la sollicitation exercée<br />
sur le corps d’épreuve.<br />
Objectifs du projet<br />
L’objectif principal du projet est de<br />
concevoir et réaliser un capteur de<br />
force fonctionnant en traction et<br />
compression. La plage de mesure<br />
définie est de 0 +/- 50 N. Une attention<br />
particulière doit être accordée<br />
aux caractéristiques suivantes:<br />
linéarité, précision, répétitivité, indépendance<br />
à la variation de température,<br />
rigidité, dimensions, étanchéité<br />
et coût de fabrication en vue<br />
d’une éventuelle commercialisation<br />
du capteur.<br />
Applications<br />
Les applications potentielles sont<br />
les suivantes:<br />
- technique de pesage,<br />
- mesures de vibrations,<br />
- systèmes de sécurité divers,<br />
- mesures de forces sur des machines<br />
industrielles,<br />
- applications médicales ou sportives.<br />
Graphique d’un essai de flexion<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Automobiltechnik<br />
Technique automobile<br />
Fasel Didier<br />
1983<br />
+4179 444 35 94<br />
didier.fasel@gmail.com<br />
Joye Stéphane<br />
1982<br />
+4179 246 21 52<br />
joye.stephane@gmail.com<br />
7<br />
VA
VA<br />
Automobiltechnik<br />
Technique automobile<br />
Fitze Rodrigo<br />
1982<br />
078 830 02 70<br />
rodrigofitze@hotmail.com<br />
Sensitivitätsanalyse Hybridfahrzeug<br />
Mechatronik / Dr. Philipp Dietrich, Prof.Jean-François Urwyler / Paul Scherrer Institut PSI Villigen<br />
Experten: Marco Küng, Philippe Burri<br />
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Sensitivitätsanalyse eines seriellen Hybridfahrzeugs, ausgestattet<br />
mit einem Verbrennungs- <strong>und</strong> Elektromotor. Die Analyse erfolgt durch die Simulation mit<br />
dem Programm QSS auf Basis von Matlab & Simulink, welches an der ETH Zürich entwickelt worden<br />
ist. Die Parameter umfassen Raddurchmesser, Rollwiderstand, Luftwiderstandsbeiwert, Gewicht,<br />
Getriebeauslegung usw. sowie die Wahl von Elektro- <strong>und</strong> Verbrennungsmotor <strong>und</strong> deren Steuerung.<br />
Ziel dieser Sensitivitätsanalyse ist es verschiedene Antriebskonzepte zu erstellen, um diese untereinander<br />
vergleichen <strong>und</strong> nach ihren Vor-<strong>und</strong> Nachteile bezüglich Verbrauch beurteilen zu können.<br />
Durch steigendes Umweltbewusstsein,<br />
Verknappung der Ölreserven,<br />
steigende Preise <strong>und</strong> damit zunehmende<br />
Abhängigkeit von den<br />
Erdölförderländern ist man heute<br />
gefordert, effizientere Wege der<br />
Energieumsetzung zu suchen. Man<br />
strebt schadstoffarme Verbrennung<br />
sowie einen guten Wirkungsgrad<br />
der Energieumsetzung an. Der Einsatz<br />
von Hybridfahrzeugen kann als<br />
ein Übergangskonzept angesehen<br />
werden, das als Ziel hat, die oben<br />
erwähnten Kriterien zu erfüllen.<br />
Hybridantriebe verfügen über mindestens<br />
zwei verschiedene Antriebsquellen,<br />
wobei beide das Fahrzeug<br />
über längere Distanz antreiben<br />
können (im Gegensatz zu Kurzzeitspeichersystemen).<br />
Man versteht<br />
unter Hybridantrieb die Kombination<br />
von zwei Energiewandlern <strong>und</strong><br />
zwei unterschiedlichen Energiespeichern<br />
(Tank, Batterie). Dabei<br />
unterscheidet man zwischen Serie-,<br />
Parallel- <strong>und</strong> Misch-Hybride.<br />
Durch das erarbeitetete Konzept<br />
(Serie-Parallel) wurden die Vorteile<br />
beider Energiewandler genutzt,<br />
ohne auf ihre spezifische Nachteile<br />
einzugehen. Die Steuerung erkennt<br />
den Leistungsbedarf sowie Geschwindigkeit<br />
des Fahrzeugs <strong>und</strong><br />
entscheidet somit über den bestmöglichen<br />
Einsatz beider Energiewandler.<br />
So hat man im Stadtbetrieb<br />
durch den Elektrobetrieb einen<br />
fast geräuschs- <strong>und</strong> emissionslosen<br />
Betrieb. Bei höheren Geschwindigkeiten<br />
kann der Verbrennungsmotor<br />
im optimalen Wirkungsgrad als Ge-<br />
Simulinkdarstellung eines Modells basierend auf der QSS-Toolbox<br />
nerator betrieben werden, zusätzlich<br />
kann er auch durch eine Kupplung<br />
direkt zur Antriebsachse verb<strong>und</strong>en<br />
werden. So kann weiterhin die<br />
hohe Energiedichte des Kraftstoffs<br />
genutzt <strong>und</strong> unnötige elektrischen<br />
Umwandlungen vermieden werden.<br />
Als Referenzfahrzeug wurde ein<br />
Audi A6 angenommen. Bei diesem<br />
Fahrzeug sind Verbrauchseinsparungen<br />
im Bereich von 7-10 % (ohne<br />
auf den Verzicht von Beschleunigungs<br />
<strong>und</strong> Höchstgeschwindigkeitswerte)<br />
zu erwarten.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Lokale <strong>Strom</strong>dichten in PE-Brennstoffzellen<br />
Elektrotechnik <strong>und</strong> Elektronik / Dr. Philipp Dietrich, Prof. Karl Meier-Engel / PSI, Villigen<br />
Experten: Andreas Stettler, Carlo Bosia<br />
In dieser Arbeit wird das Betriebsverhalten von Einzelzellen im Zellstapel untersucht. Dazu werden<br />
die lokalen <strong>Strom</strong>dichten <strong>und</strong> Spannungen gemessen. Es werden die Auswirkungen <strong>und</strong> der Mechanismus<br />
von Zellinteraktionen durch Variationen im Reaktandenfluss untersucht. Änderungen<br />
der gesamten <strong>und</strong> der lokalen Leistung im Vergleich zu Zellen mit identischen Gasflüssen werden<br />
so erklärt <strong>und</strong> quantifiziert. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen es ermöglichen, den Zellaufbau<br />
sowie die Betriebsparameter in Bezug auf die Steigerung des Wirkungsgrades sowie der Leistung<br />
anzupassen.<br />
Im Bild oben sind der Aufbau <strong>und</strong><br />
das Arbeitsprinzip einer PEFC<br />
dargestellt. Wasserstoff <strong>und</strong> Sauerstoff<br />
werden durch poröse Gasdiffusionsschichten<br />
zu den katalytischen<br />
Schichten geleitet. Dort<br />
wird wasserstoffseitig das Elektron<br />
des Wasserstoffs von seinem Proton<br />
getrennt <strong>und</strong> dem elektrischen<br />
Kreis zugeführt. Das Proton diff<strong>und</strong>iert<br />
durch die protonenleitende<br />
Membran zur sauerstoffseitigen<br />
katalytischen Schicht, wo es mit<br />
einem weiteren Proton, zwei Elektronen<br />
<strong>und</strong> einem Sauerstoffatom<br />
zu Wasser H 2 O wird. Das gebildete<br />
Wasser wird von der hydrophoben<br />
Gasdiffusionsschicht abgestossen<br />
<strong>und</strong> mit der Gasströmung abgeführt.<br />
Während dieser Reaktion<br />
wird Energie freigesetzt, welche zu<br />
einem grossen Teil als elektrische<br />
Energie verwendet werden kann.<br />
Brennstoffzellenstapel (Stacks), wie<br />
im Bild rechts, sind in der herkömmlichen<br />
Anordnung so aufgebaut,<br />
dass jeweils eine Bipolarplatte zwi-<br />
schen zwei Zellen angebracht wird.<br />
Die Bipolarplatte ist dafür zuständig,<br />
dass die Elektronen von der Anode<br />
der einen Zelle zur Kathode der anderen<br />
Zelle geleitet werden. Es entsteht<br />
eine Serieschaltung. Die Reaktionsmittel<br />
sowie das Kühlmittel<br />
werden parallel durch die Bipolarplatten<br />
geführt.<br />
Da die Kanäle der Reaktionsmittel<br />
<strong>und</strong> des Kühlmittels durch die<br />
Fertigungstoleranzen leicht variierende<br />
Strömungswiderstände<br />
aufweisen, ist der Fluss der<br />
Reaktionsmittel sowie<br />
des Kühlmittels<br />
in den einzelnen<br />
Zellen nicht<br />
zwingend gleich.<br />
Dazu kommt,<br />
dass die Eigenschaften<br />
der<br />
e l e k tro c h e m ischenKomponenten<br />
lokal<br />
unterschiedlich<br />
sein können.<br />
Während durch jede Zelle der Serieschaltung<br />
derselbe <strong>Strom</strong> fliessen<br />
muss, ist die <strong>Strom</strong>dichte infolge<br />
der lokalen <strong>Unter</strong>schiede inhomogen<br />
verteilt.<br />
Die Umverteilung des <strong>Strom</strong>es bewirkt<br />
Potentialdifferenzen entlang<br />
der Bipolarplatte <strong>und</strong> führt damit zu<br />
einer inhomogenen Polarisation der<br />
Zellen. Dadurch beeinflussen sich<br />
die <strong>Strom</strong>dichten in benachbarten<br />
Zellen gegenseitig. Als Resultat gibt<br />
es Verluste durch den <strong>Strom</strong>fluss in<br />
der Plattenebene <strong>und</strong> Änderungen<br />
der gesamten <strong>und</strong> lokalen Leistung<br />
durch ungleichmässige Polarisation.<br />
Um diese Effekte zu untersuchen,<br />
werden Messungen am Zweizeller<br />
im Bild unten durchgeführt. Der<br />
Stack verfügt über vier getrennte<br />
Gaskreise zur individuellen Gasversorgung.<br />
Damit ist eine Simulation<br />
der zuvor genannten Effekte möglich.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Automobiltechnik<br />
Technique automobile<br />
Hofer Marcel<br />
1979<br />
079’208’84’83<br />
HoferMarcel@hispeed.ch<br />
9<br />
VA
BI<br />
Automobiltechnik<br />
Technique automobile<br />
Infanger Christian<br />
1981<br />
079 220 73 45<br />
chrigu.infanger@bluewin.ch<br />
20<br />
Potentialabschätzungen am direkt einblasenden Gasmotor<br />
Thermodynamik <strong>und</strong> Verbrennungsmotoren / Prof. Dr. Jan Czerwinski, Dipl. Ing. Alois Fürhapter, AVL List, AT - Graz<br />
Experten: Christian Bach, Thomas Lutz<br />
Im Rahmen des EU-Projektes GREEN wird ein hocheffizientes Brennverfahren für den -Takt Motor<br />
entwickelt. Das Ziel besteht darin, ein neuartiges Verbrennungsverfahren unter dem Aspekt niedrigster<br />
CO 2 - <strong>und</strong> Schadstoffemissionen darzustellen. Erdgasbetriebene Fahrzeuge gibt es heute nahezu<br />
ausschliesslich bivalent <strong>und</strong> saugrohreinblasend in strassentauglichen Ausführungen. Verglichen<br />
mit einem aktuellen Benzinmotor erzielt die Direkteinblasung des unter Druck <strong>stehen</strong>den<br />
Erdgases (CNG) in weiten Kennfeldbereichen ein sehr niedriges Rohemissionsniveau. Gegenüber<br />
den konventionellen saugrohreinblasenden Systemen ermöglicht die Direkteinblasung eine signifikant<br />
höhere Leistungsdichte.<br />
Die Direkteinblasung von Erdgas ermöglicht<br />
eine Kontrolle <strong>und</strong> Modellierung<br />
der Turbulenz im Brennraum.<br />
Da das Brenngas in relativ engen<br />
Mischgrenzen mit Luft emissionsarm<br />
<strong>und</strong> effizient abbrennen kann,<br />
benötigt es einen Wert um λ = 1<br />
typisch von 0,8 bis zirka 1,7. <strong>Unter</strong><br />
λ versteht man das Massenverhältnis<br />
von der effektiv im Brennraum<br />
vorhanden Luftmasse zum theoretischen<br />
Luftmassenanteil für eine<br />
ideale Verbrennung. Bei stöchiometrischem<br />
Luft- Kraftstoffverhältnis<br />
findet eine theoretisch vollständige<br />
Verbrennung statt. Durch den<br />
nachgeschalteten<br />
Oxydations- <strong>und</strong><br />
R e d u k tionspro -<br />
zess im 3-Wege Katalysator<br />
erhält man<br />
die besten Voraussetzungen<br />
für niedrigste Emissionen.<br />
Ausser Acht gelassen<br />
wird dabei der<br />
Kraftstoffverbrauch.<br />
Anordnung der<br />
Hauptkomponenten<br />
im Brennraum<br />
Um einen besseren Wirkungsgrad<br />
in der Teillast zu verwirklichen, kann<br />
die Zylinderladung geschichtet werden.<br />
Das heisst, dass nicht der gesamte<br />
Brennraum, sondern nur ein<br />
kleiner Teil direkt um die Zündkerze<br />
mit brennfähigem Gemisch befüllt<br />
wird. Die sich bildende Ladungswolke<br />
hat den Vorteil, niedrigste<br />
Emissionen bei gleichzeitig sehr geringem<br />
Verbrauch zu ermöglichen,<br />
da das globale λ deutlich über der<br />
theoretischen Brenngrenze liegen<br />
kann. Allerdings hat diese Zylinderladung<br />
eine Randschichtzone, wo<br />
sich das nahezu stöchiometrische<br />
Kraftstoff- Luft-Gemisch der Ladungswolke<br />
beginnt abzumagern.<br />
In dieser Zone befindet sich auch<br />
das grösste Problem, denn die zu<br />
mageren Bedingungen führen hier<br />
zu unvollständiger Verbrennung. Es<br />
ent<strong>stehen</strong> HC-Emissionen.<br />
NO x -Emissionen ent<strong>stehen</strong> aufgr<strong>und</strong><br />
lokal hoher Flammentemperatur,<br />
welche auch bei Ladungsschich-<br />
tung in der Gemischwolke auftreten.<br />
Diesem Problem begegnet man mit<br />
Abgasrückführung. Ein weiteres<br />
Problem stellt sich bei der Nachoxidation<br />
im Katalysator. Das Temperaturniveau<br />
sinkt bei geschichtetem<br />
Motorbetrieb durch den<br />
grossen Massendurchsatz merklich<br />
ab. Die Katalysatortemperatur sinkt<br />
unter die Light-Off Temperatur <strong>und</strong><br />
die HC-Verbindungen – vorwiegend<br />
sehr stabile CH 4 -Moleküle - werden<br />
nicht mehr nachoxidiert.<br />
Die <strong>Unter</strong>suchungen an einem 1-Zylinder<br />
Versuchsmotor mit CNG-Direkteinblasung,<br />
unterschiedlichen<br />
Steuerzeiten, Abgasrückführung<br />
<strong>und</strong> Aufladung begegnen diesen<br />
Problemen. Das optimale Zusammenspiel<br />
dieser variablen Grössen,<br />
in Kombination mit einer dem<br />
Brennverfahren angepassten Brennraumgeometrie,<br />
sind Aufgaben meiner<br />
Diplomarbeit <strong>und</strong> sollen den genannten<br />
Problemen auf den Gr<strong>und</strong><br />
gehen.<br />
CFD-Ladungsbewegung 30°bTDC CFD-Ladungsbewegung TDC<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Commande électrique d’une boîte de vitesses de moto<br />
Mécatronique / Prof. Jean-François Urwyler<br />
Experts: Marco Küng, Philippe Burri<br />
De nos jours, la densité croissante de trafic exige une concentration toujours plus grande de la<br />
part des usagers de la route. Afin de diminuer la fatigue des conducteurs, il est primordial d’avoir<br />
le meilleur confort de conduite possible. De nombreux systèmes ont déjà fait leur apparition sur les<br />
voitures, par exemple les boîtes robotisées, les systèmes de régulation de vitesse adaptifs ou les<br />
feux de route directionnels. Le secteur de la moto ne propose pas encore ou peu de ces systèmes.<br />
Il existe donc un véritable challenge pour développer de nouveaux produits ou adapter aux motos<br />
ceux déjà fonctionnels sur les voitures.<br />
En ce qui concerne mon projet, je<br />
vais me concentrer sur la robotisation<br />
d’une boîte de vitesses. Je dispose<br />
d’un ensemble moteur-boîte<br />
d’une ancienne Suzuki 125 cm 3 et<br />
le but sera de réaliser un prototype<br />
fonctionnel sur banc d’essai, avec<br />
lequel il sera possible de changer<br />
les vitesses sur simple pression<br />
d’un bouton. Pour cela, il faudra<br />
placer deux moteurs électriques sur<br />
cette boîte : l‘un gérant l’embrayage,<br />
l’autre se chargeant de monter ou<br />
descendre les vitesses. Il sera également<br />
nécessaire de développer<br />
l’électronique de commande qui<br />
pilotera ces moteurs et contiendra<br />
les sécurités indispensables pour<br />
éviter tout changement de rapport<br />
qui mettrait le motard ou sa machine<br />
dans une situation dangereuse.<br />
Parallèlement au changement de<br />
vitesses électrique, le changement<br />
traditionnel avec embrayage à la<br />
main et levier de sélection au pied<br />
sera maintenu. Le motard<br />
aura ainsi le choix entre<br />
les deux systèmes. Un<br />
grand constructeur de<br />
moto a déjà développé<br />
une boîte robotisée pour<br />
un de ses modèles. Le<br />
but ici ne sera évidemment<br />
pas de copier ce système mais<br />
de développer un produit qui<br />
pourra être adapté sur des motos<br />
déjà existantes.<br />
Pour commencer, un support devra<br />
être réalisé pour placer le groupe<br />
moteur-boîte sur le banc d’essai.<br />
Ensuite, il faudra établir une liste<br />
de toutes les solutions possible<br />
pour la transmission de mouvement<br />
entre les moteurs et les leviers<br />
d’embrayage et de sélection<br />
des rapports. Selon certains critères,<br />
l’une d’elles sera choisie pour<br />
chaque moteur et sera modélisée<br />
sur CAO. Après cela, il faudra mesurer<br />
les forces et les angles à parcourir<br />
pour actionner ces leviers. À<br />
l’aide de ces données, les calculs<br />
nécessaires à la détermination des<br />
moteurs et des réducteurs à commander<br />
pourront être faits. Pour la<br />
partie électronique du projet, c’est<br />
un microprocesseur qui comman-<br />
dera les moteurs via des transistors.<br />
Les signaux qui y entreront seront<br />
la consigne de changement (monter<br />
ou descendre), le régime du moteur<br />
ainsi que la position des moteurs,<br />
détectée par des capteurs<br />
optiques.<br />
Les avantages de ce système seront<br />
évidemment que l’on aura plus<br />
de confort et moins de fatigue de<br />
conduite sur de longs parcours,<br />
particulièrement sur routes sinueuses<br />
et en ville, le choix d’utiliser le<br />
système traditionnel ou le système<br />
électrique, ainsi que, pour le futur,<br />
un passage de rapport sans<br />
à-coups à l’aide d’une gestion supplémentaire<br />
du couple moteur lors<br />
des changements.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Automobiltechnik<br />
Technique automobile<br />
Klaey Michaël<br />
1984<br />
079 682 55 12<br />
klayton84@hotmail.com<br />
2<br />
VA
VA<br />
Automobiltechnik<br />
Technique automobile<br />
Lüchinger Philipp<br />
1977<br />
079/400’55’31<br />
ph.luechinger@gmx.ch<br />
Zuber Stefan<br />
1981<br />
079/502’97’60<br />
stefan.zuber@gmx.net<br />
Auswertung von Anstossversuchen<br />
Fahrzeugmechanik / Prof. Bernhard Gerster<br />
Experten: Fredy Rüegg, Alfred Sasse<br />
<strong>Unter</strong> Anwendung eines hochmodernen D-Fahrzeugscanners werden Crashversuche erstmals<br />
nach völlig neuen Aspekten untersucht <strong>und</strong> ausgewertet. Das Ziel unserer Diplomarbeit ist die Gewinnung<br />
von Erkenntnissen für die Unfallanalyse zur Verbesserung der Berechnungsgenauigkeit bei<br />
Unfällen im niedrigen Geschwindigkeitsbereich.<br />
Unser Interesse gilt primär dem Zusammenhang von Deformationskraft <strong>und</strong> -weg mit der Fahrzeuggeometrie.<br />
Sollte aus diesen bildgebenden Verfahren ein Erkenntnisgewinn resultieren, wird die Diplomarbeit<br />
für die Versicherungsbranche hilfreich sein, um Unfallabläufe mit behaupteten Halswirbelsäulenverletzungen<br />
(HWS) künftig noch präziser beurteilen zu können.<br />
Im Rahmen eines <strong>Unter</strong>suchungsprogramms<br />
des Schweizerischen<br />
Versicherungsverbandes (SVV)<br />
wird auf Initiative der Arbeitsgruppe<br />
für Unfallmechanik (AGU) <strong>und</strong> unter<br />
Beteiligung der Dynamic Test Center<br />
AG (DTC) seit längerem die Steifigkeit<br />
neuerer Personenwagen bei<br />
Kollisionen im niedrigen Geschwindigkeitsbereich<br />
untersucht.<br />
Erstmals werden sechs Fahrzeuge<br />
dieser Testserie vor <strong>und</strong> nach der<br />
Kollision zusätzlich zur standardmässigen<br />
<strong>und</strong> bereits sehr aufwändigen<br />
Dokumentation mit einem<br />
3D-Scanner abgebildet.<br />
Das Bild zeigt ein gecrashtes Fahrzeug, mit<br />
unterschiedlich eingefärbten Deformations-<br />
tiefen<br />
Werden nun die Scans vor <strong>und</strong><br />
nach der Kollision übereinander<br />
gelegt, so kann für jeden beliebigen<br />
Punkt der Karosserie seine kollisionsbedingte<br />
Verschiebung definiert<br />
werden.<br />
Uns ist es gelungen, ein fahrzeugspezifisches<br />
Raster zu generieren,<br />
um diese individuellen Punktverschiebungen<br />
einem Koordinatensystem<br />
zuordnen zu können. Der<br />
Raster dient dazu, den einzelnen<br />
Komponenten der Fahrzeugstruk-<br />
tur eine Deformationsenergie zuzuweisen<br />
<strong>und</strong> so die Front-Heckstrukturen<br />
in Zonen unterschiedlicher<br />
Karosseriesteifigkeiten aufzuteilen.<br />
Eine zusätzliche Herausforderung<br />
besteht darin, bereits be<strong>stehen</strong>de<br />
Berechnungsverfahren zur Bestimmung<br />
<strong>und</strong> Aufteilung der Deformationsenergie<br />
zu optimieren,<br />
respektive neue Wege zu finden.<br />
Branchenüblich wird in diesem Fall<br />
jedoch nicht von Deformationsenergie,<br />
sondern vom EES-Wert,<br />
also einer energieäquivalenten Geschwindigkeit,<br />
gesprochen.<br />
Ob <strong>und</strong> wie stark sich dabei Faktoren<br />
wie Rotationsenergie der drehenden<br />
Räder, Bremsenergie oder<br />
Reibung auf den EES-Wert auswirken,<br />
ist eine der zentralen Fragestellungen<br />
unserer Arbeit. Anhand<br />
aufwändiger Messungen <strong>und</strong> umfangreichen<br />
Berechnungen werden<br />
wir diesbezüglich Klarheit zu schaffen<br />
versuchen.<br />
Um die sehr zeitraubenden Scan-<br />
<strong>und</strong> Auswerteverfahren künftig in<br />
der Privatindustrie profitabel anwenden<br />
zu können, versuchen wir<br />
diese so weit als möglich zu vereinfachen.<br />
Das Resultat darf dabei jedoch<br />
nicht an Aussagekraft verlieren<br />
oder gar verfälscht werden.<br />
Nur wenn Aufwand <strong>und</strong> Nutzen des<br />
kostspieligen 3D-Scanners harmonieren,<br />
wird er künftig auch für die<br />
Auswertung der SVV-Versuchsreihen<br />
oder ähnlichen Anwendungen<br />
in der Unfallanalyse Anwendung<br />
finden.<br />
22 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Feux arrières commandés par radio<br />
Electrotechnique et électronique / Prof. Karl Meier-Engel<br />
Experts: Andreas Stettler, Carlo Bosia<br />
Le projet consiste à créer un système de commande par radio pour des phares supplémentaires.<br />
Ces phares sont utilisés pendant le remorquage de véhicules en panne. Le but de ce projet est de<br />
construire un appareil qui soit petit, léger, facile à utiliser et économique. Ce projet est réalisé en<br />
collaboration avec l’entreprise “Autohilfe Zurich”, qui s’occupe du dépannage des véhicules lourds.<br />
L’appareil est un outil efficace pour augmenter la sécurité dans une situation de trafic toujours plus<br />
difficile. Ce projet est un développement du travail de diplôme Easy light fait en 200 -2006.<br />
Le projet se compose des systèmes suivants:<br />
Le système émetteur est connecté<br />
par une prise européenne 15 pôles<br />
au camion tracteur. L’émetteur<br />
génère, à l’aide d’un microprocesseur,<br />
un signal binaire avec une vitesse<br />
de 9600 Baud. Ce signal de<br />
longueur d’un Byte est transmis par<br />
radio aux phares supplémentaires.<br />
Les informations qu’il contient sont<br />
données en fonction des commandes<br />
actives et elles sont représentées<br />
par des Bit.<br />
Les phares supplémentaires à<br />
LED sont montés à l’arrière du véhicule<br />
en panne. La fixation est<br />
exécutée à l’aide de ventouses. Le<br />
phare gauche reçoit le signal FM de<br />
433MHz et active les feux de position,<br />
de freinage et de signalisation<br />
en fonction des Bit actifs dans le signal<br />
de commande. Le phare droit<br />
est connecté par un câble au système<br />
récepteur installé dans le phare<br />
de gauche.<br />
Le système de recharge pour les<br />
batteries Nickel/Métalhydrure, est<br />
composé d’un limiteur de courant.<br />
Ces types des batteries ont besoin<br />
d’une recharge constante de<br />
400mA pendant 16h. Les batteries<br />
Ni/Mh garantissent une durée de<br />
fonctionnement des phares supplémentaires<br />
de 5h au minimum. Les<br />
batteries Ni/MH sont plus chères<br />
que les batteries au plomb, mais elles<br />
sont nettement moins lourdes et<br />
plus petites.<br />
Ce système, utilisé pour la commande simultanée de plusieurs utilisateurs, à l’aide d’un signal binaire transmis<br />
par radio, résulte être très efficace et bon marché. De plus, il permet d’autres applications très intéressantes,<br />
même dans des domaines différents de celui qui est décrit ici.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Automobiltechnik<br />
Technique automobile<br />
Martinbianco Roberto<br />
1979<br />
079 614 68 22<br />
roby@attysoft.ch<br />
2<br />
VA
BI<br />
Automobiltechnik<br />
Technique automobile<br />
Nägeli Peter<br />
1981<br />
078 656 10 26<br />
peter_naegeli@gmx.ch<br />
2<br />
Konstruktion eines Bewegungssimulators<br />
Konstruktion / Prof. Hans-Ulrich Feldmann<br />
Experten: Hans-Jörg Gisler, Sebastian Tobler<br />
Einmal Lokomotivführer zu sein, diesen Bubentraum können Sie sich nun erfüllen! Die E Abteilung<br />
der HTI Biel arbeitet seit Jahren an einem Lokomotivsimulator, <strong>und</strong> letztes Jahr wurde ein Bewegungssystem<br />
dazu entwickelt <strong>und</strong> hergestellt, welches jedoch einige Mängel aufweist. Meine Arbeit<br />
besteht darin, das System von Gr<strong>und</strong> auf neu zu überdenken <strong>und</strong> die be<strong>stehen</strong>den Mängel zu<br />
beseitigen. Nach einer Analyse des vorhandenen Bewegungssystems <strong>und</strong> ausführlicher Internetrecherche,<br />
habe ich eine Anforderungsliste, Funktionsanalyse <strong>und</strong> verschiedene Varianten für das Bewegungssystem<br />
erstellt. Die ausgewählte Variante wurde abschliessend im CAD zu einem fertigen<br />
Prototyp ausgearbeitet.<br />
Zu Beginn der Diplomarbeit habe<br />
ich eine Anforderungsliste für das<br />
Bewegungssystem erstellt. Um diese<br />
möglichst genau zu formulieren<br />
war es nötig das vorhandene System<br />
zu studieren <strong>und</strong> die Bewegungen<br />
einer Lokomotive zu kennen.<br />
Dazu wurden einige Berechnungen<br />
bezüglich Neigung <strong>und</strong> Beschleunigung<br />
durchgeführt. Anhand dieser<br />
Ergebnisse ergaben sich die zu erreichenden<br />
Neigungswinkel um die<br />
x- <strong>und</strong> y-Achse des Simulators. Diese<br />
Neigungen geben dem Fahrer<br />
das gleiche Fahrgefühl wie bei einer<br />
realen Lokomotive.<br />
Der zweite Schritt bestand darin<br />
das Bewegungssystem über eine<br />
Funktionsanalyse zu beschreiben.<br />
Das Hauptaugenmerk lag dabei<br />
auf der klaren Analyse, welche Freiheitsgrade<br />
das Bewegungssystem<br />
erlauben <strong>und</strong> welche es unterbinden<br />
muss. Zusammen mit einem<br />
morphologischen Kasten habe ich<br />
danach fünf neue Varianten für das<br />
CAD Modell des kompletten neuen Bewegungssimulators<br />
Bewegungssystem entworfen. Um<br />
diese neuen <strong>und</strong> die be<strong>stehen</strong>de<br />
Variante zu vergleichen wurden<br />
verschiedene Lösungskriterien erstellt,<br />
eine der wichtigsten dabei<br />
war, dass die bereits vorhandenen,<br />
sehr kostspieligen Elektrozylinder<br />
wieder verwendet werden können.<br />
Durch diese Bewertung legte ich<br />
mich auf das jetzt ausgearbeitete<br />
System fest.<br />
Der eigentliche Bewegungsmechanismus<br />
des neuen Simulators<br />
ist der gleiche wie bei der alten<br />
Konstruktion, lediglich einige Dimensionen<br />
haben sich verändert.<br />
Der <strong>Unter</strong>schied des Systems besteht<br />
vor allem darin, wie ich die zu<br />
unterbindenden Freiheitsgrade abgestützt<br />
habe. Diese werden nicht<br />
mehr über Pendelstützen, welche<br />
einen grossen Platzbedarf benötigen,<br />
sondern via Führungen vorne<br />
<strong>und</strong> hinten am Simulator abgestützt,<br />
wodurch die Konstruktion<br />
kompakter ausfällt.<br />
CAD Modell der be<strong>stehen</strong>den Konstruktion<br />
Um den grössten Mangel der be<strong>stehen</strong>den<br />
Konstruktion, die ungenügende<br />
Steifigkeit, zu beheben<br />
habe ich nur Hohlprofile für den<br />
Aufbau des Bewegungs- sowie des<br />
Gr<strong>und</strong>rahmens verwendet. Anhand<br />
von FEM-Berechnungen wurde die<br />
Steifigkeit überprüft. Ebenfalls wurden<br />
mittels FEM-Analyse die Eigenschwingungsfrequenzen<br />
berechnet<br />
um zu gewährleisten, dass sich Bewegungs-<br />
<strong>und</strong> Gr<strong>und</strong>rahmen nicht<br />
gegenseitig anregen <strong>und</strong> aufschaukeln.<br />
Nach der Fertigstellung der restlichen<br />
Bauteile war die Konstruktion<br />
abgeschlossen <strong>und</strong> ich habe einen<br />
Prototyp Zeichnungssatz dazu erstellt.<br />
Als letztes erstellte ich noch<br />
eine Gefahrenanalyse nach Maschinenrichtlinie<br />
für meine Konstruktion.<br />
Somit steht dem Bau eines Prototyps<br />
nichts mehr im Wege <strong>und</strong> ich<br />
hoffe, dass ich einmal auf “meinem”<br />
Simulator Platz nehmen kann.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Test d’un crochet de secours pour train historique<br />
Construction / Prof. Hans-Ulrich Feldmann, Prof. Heinrich Schwarzenbach<br />
Experts: Hans-Jörg Gisler, Sebastian Tobler<br />
Le but de ce travail de diplôme est de tester la résistance mécanique d’un attelage de secours par<br />
simulation. En vue d’une homologation, il est impératif de déterminer s’il résiste aux contraintes et<br />
aux déformations sous les différents cas de charges et d’efforts lors de son fonctionnement. Pour<br />
ce faire, une analyse par éléments finis (FEM) a été appliquée et, grâce aux résultats obtenus, des<br />
améliorations ont pu être apportées.<br />
Les trains historiques font partie du<br />
patrimoine et cela, l’association des<br />
Trains Nostalgiques du Trient (TNT)<br />
l’a bien compris. C’est grâce à ces<br />
bénévoles que des véhicules bientôt<br />
centenaires se voient accorder<br />
une seconde jeunesse. Malgré toute<br />
cette affection, il n’est pas exclu<br />
que l’un d’entre eux, souffrant de<br />
l’âge, tombe en panne. C’est là que<br />
le remorquage intervient. Seul hic,<br />
la compatibilité n’est plus de mise<br />
entre ces automotrices d’antan et<br />
celles d’aujourd’hui. La TNT a donc<br />
conçu un attelage de remorquage<br />
spécifique. Celui-ci fait l’objet de ce<br />
travail de diplôme afin de répondre<br />
aux normes de l’Office Fédéral des<br />
Transport (OFT) et d’être ensuite<br />
homologué.<br />
Modélisation de l’attelage<br />
La ligne Martigny-Châtelard est<br />
une voie “de montagne” donc munie<br />
d’une crémaillère. Il en découle<br />
des forces spécifiques qui n’ont<br />
pas lieu d’être sur des tracés standards.<br />
La déclivité atteint les 200 ‰<br />
et le rayon de courbe minimal est<br />
de 60 m.<br />
Lorsque tous les paramètres physiques<br />
et techniques sont connus,<br />
nous pouvons déterminer les forces<br />
d’attaques sur l’attelage. Avec<br />
leurs amplitudes et leurs directions,<br />
nous pouvons obtenir, grâce aux<br />
calculs manuels, les déformations<br />
et les contraintes que subit l’attelage.<br />
Bien entendu, la capacité et la<br />
précision des calculs manuels sont<br />
limitées. C’est là que l’analyse par<br />
éléments finis (FEM) entre en jeu.<br />
La méthode des éléments<br />
finis est une<br />
méthode mathématique<br />
qui permet la<br />
résolution d’équations<br />
différentielles. Il est ainsi<br />
possible de décrire le<br />
Résultats FEM des contraintes<br />
comportement des structures. La<br />
résolution des équations différentielles<br />
se transforme alors en résolution<br />
d’un système d’équations algébriques<br />
contenant des inconnues<br />
de fonctions simples.<br />
L’analyse FEM nous montre les zones<br />
trop faibles et donc à améliorer<br />
(voir image). À partir de là, nous<br />
pouvons penser à une construction<br />
mieux adaptée aux besoins demandés.<br />
L’amélioration principale a été apportée<br />
à l’élément muni de la rotule.<br />
Cette pièce a été totalement repensée<br />
afin d’obtenir des lignes de forces<br />
rectilignes et une zone d’amortissement<br />
qui limite la fatigue ainsi<br />
que les “pics” de tension dus aux<br />
chocs.<br />
Grâce à ces modifications, l’attelage<br />
est maintenant capable de supporter<br />
les efforts les plus extrêmes<br />
qui agissent lors de son utilisation<br />
et de répondre ainsi aux normes de<br />
sécurité de l’OFT.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Automobiltechnik<br />
Neurohr Damien<br />
1981<br />
078 808 19 09<br />
neurohrdam@msn.com<br />
2<br />
BI<br />
Technique automobile
BI<br />
Automobiltechnik<br />
Technique automobile<br />
Sevinc Tony<br />
1980<br />
0787900088<br />
sewinz@hotmail.com<br />
26<br />
Konstruktion einer Karosserie für einen Sportwagen<br />
Konstruktion / Prof. Hans-Ulrich Feldmann<br />
Experten: Hans-Jörg Gisler, Sebastian Tobler<br />
Realisation einer radikalen Rennmaschine. Mithilfe eines D Scanners wird die Hälfte eines : Modells<br />
in das CAD System importiert. Die entstandenen Polygone werden im CAD in Freiformflächen<br />
umgewandelt <strong>und</strong> gespiegelt. Danach müssen die Karosserieteile für die Herstellung <strong>und</strong> Verwendung<br />
sinnvoll aufgeteilt werden. Dabei sollen die Details der Überlappungen <strong>und</strong> Verbindungen<br />
der einzelnen Karosserieteile gelöst werden. Ziel der Arbeit ist es, CAD Fertigungsdaten in D <strong>und</strong><br />
Zeichnungen zu erhalten mit denen gefräste Formen der Einzelteile hergestellt werden können.<br />
Den Wunsch, ein eigenes Rennauto<br />
zu bauen, habe ich schon seit<br />
meiner Kindheit. Mit dem heutigen<br />
Wissen nach meiner Ausbildung<br />
komme ich meinem Traum immer<br />
näher. Die ersten Skizzen für einen<br />
solchen Rennwagen entstanden<br />
im Jahre 1995. Der Aufbau besteht<br />
aus einer Glasfaserverschalung <strong>und</strong><br />
einem Gitterrohrrahmen, wobei das<br />
Auto auf ein Gewichtsminimum abgespeckt<br />
wird. Klimaanlage, Servolenkung,<br />
elektrische Fensterheber<br />
<strong>und</strong> sonstige Komponenten,<br />
die in einem Serienwagen<br />
heutzutage<br />
CAD-Modell der Karosserie<br />
Standard sind, sucht man hier vergeblich.<br />
Nachdem ich im Jahre 2002 ein<br />
1:8 Modell aus Styropor angefertigt<br />
hatte, entschloss ich mich für ein<br />
weiteres Modell, welches ich aus<br />
Modellier Clay baute. Als ich eine<br />
Hälfte ziemlich genau hinbekommen<br />
hatte, ging es zum nächsten<br />
Schritt über, das 3D Scannen. Dadurch<br />
konnte ich das Modell in ein<br />
Polygon Editing Tool importieren<br />
um damit weiterarbeiten zu können.<br />
Zuerst aber wurde das Modell auf<br />
die richtige Grösse skaliert. Die<br />
gescannten Polygone wiesen<br />
viele Löcher <strong>und</strong> Unebenheiten<br />
auf, welche<br />
durch die Verarbeitung<br />
entstanden sind. Alle<br />
diese nicht gewollten Effekte<br />
mussten bereinigt<br />
werden. Diese Daten wurden<br />
danach ins CAD importiert.<br />
Im CAD konnte man<br />
mit hilfe von Splines<br />
neue Flächen über<br />
die Polygone legen<br />
<strong>und</strong> somit<br />
die gewünschte<br />
Fläche rekonstruieren.<br />
Nachdem die<br />
Photoshop Bild<br />
Flächen aufgebaut wurden, mussten<br />
die einzelnen Karosserieteile<br />
bestimmt <strong>und</strong> aufgeteilt werden.<br />
Der nächste Schritt wäre die Realisation<br />
eines Gitterrohrrahmens.<br />
Mithilfe der fertigen CAD-Daten <strong>und</strong><br />
eines Sponsors kann zu einem späteren<br />
Zeitpunkt die Negativform der<br />
Karosserie gefräst oder mit dem<br />
Spannplattenverfahren ein Prototyp<br />
gebaut werden. Ziel dieses<br />
Fahrzeuges ist es Rennatmosphäre<br />
auf die Strasse zu bekommen. Der<br />
Fahrer muss sich wie in einem Formel<br />
Rennwagen fühlen. Der Fahrer<br />
muss einem Helm tragen, da dieses<br />
Auto keine Windschutzscheibe besitzt,<br />
sondern nur einen Windabweiser.<br />
Es wird versucht eine Strassenzulassung<br />
zu bekommen.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Vario Transport System<br />
Konstruktion / Prof. Hans-Ulrich Feldmann / Spezialfahrzeugbau Meier Otelfingen<br />
Experten: Hans-Jörg Gisler, Sebastian Tobler<br />
Der Transport eines Sattelaufliegers mit Hilfe eines speziellen Anhängers ist keine neue Idee. In der<br />
LKW-Branche werden solche Anhänger bereits seit Jahren für überlange Transporte genutzt. Der<br />
Traktor als Zugmaschine eines Sattelaufliegers war bis anhin gesetzlich nicht erlaubt.<br />
Durch die neuartige Konstruktion eines -Achs-Anhängers mit Sattelkupplung wird der Transport<br />
eines herkömmlichen LKW-Sattelaufliegers mittels Traktor möglich. Um eine Übersicht der bereits<br />
be<strong>stehen</strong>den Produkte zu erhalten, wird als erstes eine Marktanalyse erstellt. Nach einer Funktionsanalyse<br />
wird der -Achs-Anhänger komplett konstruiert <strong>und</strong> die Festigkeit wird mittels Handrechnungen<br />
<strong>und</strong> FEM-Analyse geprüft.<br />
Diverse Pressemitteilungen sowie<br />
Berichte zeigen, dass landwirtschaftliche<br />
Anhängerzüge oftmals<br />
nicht dem Gesetz entsprechen. “85<br />
Prozent aller Traktorentransporte<br />
entsprechen nicht den gesetzlichen<br />
Anforderungen. Meist liegt es daran,<br />
dass ein grosser Anteil der heute in<br />
Betrieb <strong>stehen</strong>den Anhängern oder<br />
ein Teil der verwendeten Komponenten<br />
aus der 25-km/h-Zeit stammen.”<br />
Dies ist ein Zitat von Peter<br />
Meier. Er gilt als Fachmann, wenn<br />
es um Anhängerkupplungen <strong>und</strong><br />
Achsen an Traktoren <strong>und</strong> Anhängern<br />
geht. Aus dieser Problematik<br />
entsteht Herr Meiers Idee. Der Kern<br />
des Vario Transport Systems ist ein<br />
1-Achs-Vorderwagen zur Aufnahme<br />
eines Aufliegers. Die Komponenten<br />
des Vorderwagens sowie die Auflieger<br />
kommen aus dem LKW-Bereich<br />
<strong>und</strong> sind somit für beachtlich grössere<br />
Geschwindigkeiten ausgelegt,<br />
als sie im landwirtschaftlichen Sektor<br />
vorherrschen. Ein Transportsystem<br />
besteht aus einer Zugmaschine<br />
(Traktor), einem Vorderwagen <strong>und</strong><br />
einem Auflieger.<br />
Die zu Beginn der Diplomarbeit erstellte<br />
Marktanalyse zeigt, dass ein<br />
1-Achs-Vorderwagen für die Landwirtschaft<br />
ein interessantes <strong>und</strong> zukunftsweisendes<br />
Projekt darstellt.<br />
Es entsteht die Möglichkeit ein sicheres,<br />
universelles Transportsystem<br />
für die schweizerischen Verhältnisse<br />
zu entwickeln. Die bereits<br />
be<strong>stehen</strong>den Systeme können die<br />
Anforderungen allesamt nur teilweise<br />
erfüllen.<br />
In Absprache mit dem Auftraggeber<br />
wird eine Anforderungsliste erstellt,<br />
welche in Kombination mit den<br />
gesetzlichen Vorgaben die Rahmenbedingungen<br />
der Konstruktion<br />
vorgeben. Zur Dimensionierung<br />
werden verschiedene Lastfälle <strong>und</strong><br />
die daraus resultierenden Kräfte auf<br />
den Zentralwagen errechnet. Die<br />
Grobauslegung mit verschiedenen<br />
Profilen <strong>und</strong> Materialstärken erfolgt<br />
mit einer Handrechnung. Der erste<br />
Konstruktionsentwurf wird mit FEM<br />
analysiert. Dieser Konstruktionsentwurf<br />
dient als Gr<strong>und</strong>lage für die Diskussion<br />
mit dem Auftraggeber. Aus<br />
Vario Transport System<br />
CAD-Modell des 1-Achs-Vorderwagens<br />
dieser Diskussion wird der endgültige<br />
Konstruktionsentwurf realisiert.<br />
Die Chassiskonstruktion ist für die<br />
Produktion bereit. Die Achs- <strong>und</strong><br />
Kupplungskomponenten sind ausgewählt<br />
<strong>und</strong> die Konstruktion realisiert.<br />
Für die endgültige Produktion<br />
des 1-Achs-Vorderwagens muss<br />
noch eine Auslegung <strong>und</strong> Konstruktion<br />
einer Hydraulik- <strong>und</strong> Pneumatikanlage<br />
vorgenommen werden. Danach<br />
steht dem Erfolg der sicheren<br />
Transporte in der schweizerischen<br />
Landwirtschaft mittels Vario Transport<br />
System nichts mehr im Wege!<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Automobiltechnik<br />
Sonder Nicolin<br />
1980<br />
081 681 17 55<br />
info@garascha-sonder.ch<br />
27<br />
BI<br />
Technique automobile
VA<br />
Automobiltechnik<br />
Technique automobile<br />
Stauffer Adrian<br />
1978<br />
079 512 32 89<br />
stauffer_adrian@hotmail.com<br />
Betriebslast an Kippmuldenseitenwänden<br />
Fahrzeugmechanik / Prof. Bernhard Gerster / Moser AG, Steffisburg BE<br />
Experten: Fredy Rüegg, Alfred Sasse<br />
Die Moser AG, Kipper- <strong>und</strong> Fahrzeugbau, trat mit der Fragestellung an die BFH-TI, die Betriebslasten<br />
von Kippmuldenseitenwänden versuchstechnisch zu ermitteln. Um damit die Frage zu beantworten,<br />
ob für die 0t-Fahrzeuge dieselben Aluminium-Seitenwandprofile wie für 2t-Fahrzeuge eingesetzt<br />
werden können <strong>und</strong> wenn ja, welche konstruktiven Voraussetzungen gegeben sein müssen. Durch<br />
den Einsatz der Aluminium-Seitenwände könnte die Nutzlast erhöht <strong>und</strong> damit der K<strong>und</strong>ennutzen<br />
gesteigert werden.<br />
Zu Beginn der Diplomarbeit ging<br />
es darum eine Anforderungsliste<br />
für die Messergebnisse <strong>und</strong> die zu<br />
untersuchenden Lastfälle zu definieren.<br />
Hierzu wurde vorgängig die<br />
benötigte Messtechnik eingehend<br />
studiert <strong>und</strong> nach einer geeigneten<br />
Messeinrichtung gesucht. Hierbei<br />
bot sich die Messung der Materialspannung<br />
mittels Dehnmessstreifen<br />
(DMS) zur Bestimmung der Betriebslasten<br />
an.<br />
Im Weiteren wurde der Kontakt zu<br />
Kieswerken gesucht. Damit deren<br />
Erfahrung im Umgang mit den verschiedenen<br />
Beladungsmaterialien<br />
genutzt werden konnte. Gemäss<br />
ihren Erfahrungen ergeben sich<br />
hohe Seitenkräfte vor allem bei Beladungsmaterialien,<br />
welche über<br />
eine grosse Dichte <strong>und</strong> hohen Wasseranteil<br />
verfügen. Hierzu konnten<br />
jedoch keine konkreten Grössenangaben<br />
gemacht werden. Um die<br />
Seitenkräfte der verschiedenen Beladungsmaterialen<br />
dennoch ein wenig<br />
besser miteinander vergleichen<br />
zu können <strong>und</strong> einen Anhaltspunkt<br />
über die zu erwartenden Kräfte zu<br />
erhalten, wurde ein Versuchsmodell<br />
erstellt. Bei diesem Versuchsmodell<br />
handelt es sich um einen Plastikbehälter<br />
mit einem Volumen von etwa<br />
90 Litern. Dieser Behälter wurde in<br />
der Folge für die Messung entsprechend<br />
umgebaut <strong>und</strong> mit einem<br />
Kraftmesser versehen. Nun konnten<br />
unterschiedliche Beladungsmaterialien<br />
eingefüllt <strong>und</strong> gleichzeitig<br />
die Seitenkräfte messtechnisch erfasst<br />
werden.<br />
Vor der Applikation der DMS an<br />
den Seitenwänden wurde eine<br />
FEM-Analyse des Seitenwandprofils<br />
durchgeführt. Dies diente zur<br />
Bestimmung der mutmasslich kritischen<br />
Stellen, an welchen die<br />
maximalen Materialspannungen<br />
auftreten.<br />
Bei den eigentlichen Messversuchen<br />
wurde dann das Fahrzeug<br />
mit unterschiedlichen Materialien<br />
beladen <strong>und</strong> verschiedene Fahrmanöver<br />
absolviert. Hierbei<br />
wurden die auftretenden<br />
Materialspannungswerte<br />
messtechnisch erfasst <strong>und</strong><br />
gespeichert. Da es sich<br />
beim Versuchsfahrzeug<br />
um ein 32t-Fahrzeug handelte,<br />
mussten die ermit-<br />
<strong>Unter</strong>suchtes Seitenwandprofil<br />
Versuchsfahrzeug MAN TGA35.480<br />
telten Messwerte noch<br />
entsprechend auf die<br />
längeren Seitenwände<br />
eines 40t-Fahrzeugs<br />
umgerechnet werden.<br />
Damit wurde eine abschliessende<br />
Beurteilung<br />
der Betriebslasten möglich.<br />
2 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Plan d’affaires d’une entreprise prestataire de services<br />
Economie d’entreprise et informatique d’exploitation/ Prof. Antonito Bolla<br />
Experts: Ralf Ulmann, René Mumenthaler<br />
Il n’est plus réaliste, indépendamment de sa taille, de gérer une entreprise sans stratégie établie<br />
clairement. Le chef d’entreprise doit maîtriser plusieurs points de repère afin de pouvoir à tout moment<br />
évaluer son entreprise ainsi que son environnement et contrôler l’adéquation avec les objectifs<br />
stratégiques. Aujourd’hui, l’offre des moyens de prospections est vaste. Le manager doit les connaître<br />
afin de déterminer les mesures les plus appropriées à l’entreprise afin de trouver par exemple<br />
les clients potentiels et de conceptualiser les différentes possibilités de les approcher.<br />
L’entreprise et son environnement<br />
Lorsqu’une entreprise est créée,<br />
elle doit pouvoir se développer.<br />
Premièrement, l’entreprise doit définir<br />
son métier afin de pouvoir déterminer<br />
son secteur d’activité. Elle<br />
doit connaître exactement l’étendue<br />
de son savoir-faire, ses USP<br />
(Unique Selling Proposition) et les<br />
FSC (Facteurs Clés de Succès) liés<br />
à l’activité visée afin de pouvoir y répondre<br />
au mieux, par un PAC (Plan<br />
d’Action Commercial) concret.<br />
Il y a quelques années les firmes<br />
étaient uniquement concentrées<br />
sur la clientèle. Aujourd’hui, connaître<br />
de manière approfondie ses<br />
concurrents est devenu impératif.<br />
Pour commencer il faut, bien sûr,<br />
les identifier. Ensuite apprendre<br />
quels sont les objectifs des concurrents<br />
ainsi que les stratégies qu’ils<br />
utilisent pour les atteindre. Mieux<br />
l’on connaît ses concurrents, plus<br />
il est possible d’optimiser sa stratégie<br />
afin d’être encore plus compétitif<br />
sur le marché. Pour finir l’analyse,<br />
il est important de savoir dans quel<br />
environnement l’entreprise évolue,<br />
c’est-à-dire la politique du pays, la<br />
force des syndicats, le taux de chômage,<br />
etc. En connaissant de manière<br />
précise l’entreprise et son environnement,<br />
le manager peut alors<br />
prendre les décisions les mieux<br />
adaptées à son entreprise.<br />
La prospection<br />
Tout d’abord une entreprise doit<br />
bien segmenter son marché afin<br />
qu’elle puisse faire une action de<br />
prospection de qualité bien ciblée.<br />
Pour rechercher ses clients potentiels<br />
la firme peut avoir recours à de<br />
multiples moyens. Il est important<br />
de connaître les avantages ainsi<br />
que les inconvénients de chacun<br />
afin de pouvoir utiliser ceux qui<br />
sont les plus performants dans le<br />
domaine d’activité où l’entreprise<br />
veut prospecter.<br />
Une fois les clients sélectionnés, il<br />
faut penser à la manière que l’on<br />
veut utiliser pour les contacter.<br />
Lorsqu’une bonne relation est établie<br />
entre l’entreprise et son client,<br />
il faut être capable de bien l’entretenir.<br />
L’entreprise doit aussi se faire<br />
connaître afin que les clients potentiels<br />
qu’elle n’a pas identifiés apprennent<br />
à la connaître. Ceci peut<br />
être fait de différentes manières,<br />
par la présence à des foires, par un<br />
site internet, etc.<br />
Pour finir mon travail de diplôme,<br />
il a fallu faire un plan stratégique<br />
concret afin que le chef d’entreprise<br />
ait différents indicateurs de mesure<br />
et afin de voir les différentes<br />
tendances lors de l’évolution de la<br />
stratégie pour atteindre le but fixé.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Automobiltechnik<br />
Wahli Laurent<br />
1982<br />
079 369 23 35<br />
laurent.wahli@freesurf.ch<br />
29<br />
BI<br />
Technique automobile
BU<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Aeschlimann Roland<br />
1979<br />
roland_aeschlimann@gmx.ch<br />
Bandsperrfilter in koaxialer Struktur <strong>und</strong> DCM<br />
Hochfrequenztechnik / Prof. Fritz Dellsperger / Comlab AG, Ittigen: Ivo Germann<br />
Experte: Dr. Peter Schlatter<br />
Filter mit hohen Anforderungen lassen sich in der Hochfrequenztechnik nicht mehr mit konventionellen<br />
Bauelementen wie Spulen <strong>und</strong> Kondensatoren realisieren. Hier bieten sich Strukturen mit koaxialen<br />
Resonatoren hoher Güte an. Die Entwicklung solcher Filter erfolgt über eine Direct Coupling<br />
Matrix. In dieser Kopplungsmatrix, welche direkt aus der Filtersynthese gewonnen wird, sind alle<br />
wichtigen Informationen eines Filters enthalten. In Zusammenarbeit mit der Firma Comlab wurde<br />
ein Bandsperrfilter für WLAN, ausgehend von der Kopplungsmatrix, praktisch realisiert.<br />
Ausgangslage<br />
Im Jahr 2004 veröffentlichte Smain<br />
Amari, Professor vom Royal Military<br />
College of Canada, das IEEE-Paper<br />
Direct Synthesis of a New Class of<br />
Bandstop Filters. Dieses Dokument<br />
beschreibt eine mögliche Synthese<br />
für passive Zweipole, im Besonderen<br />
für Bandsperrfilter. Kernstück<br />
ist eine Kopplungsmatrix, welche<br />
durch Lösen der Übertragungsfunktions-Polynome<br />
gef<strong>und</strong>en wird.<br />
Die Kopplungsmatrix enthält alle Informationen,<br />
die für die Entwicklung<br />
eines Bandsperrfilters nötig sind.<br />
Abstände zwischen den Resonatoren,<br />
Höhe der Ankopplungen, Art<br />
der Kopplungen (kapazitiv oder induktiv)<br />
<strong>und</strong> nicht zuletzt die Filterstruktur<br />
selbst können direkt aus<br />
der Matrix bestimmt werden.<br />
Kopplungsmatrix<br />
Ziele<br />
Das Hauptziel der Diplomarbeit besteht<br />
darin, den Ansatz von Amari<br />
zu untersuchen. Dies soll anhand<br />
einer praktischen Realisation eines<br />
Bandsperrfilters für WLAN geschehen.<br />
Die Arbeit soll der Firma Comlab<br />
AG als Gr<strong>und</strong>lage für spätere<br />
Entwicklungen dieser Filterfamilie<br />
dienen.<br />
Design EM-Simulation<br />
Design<br />
Das Design erfolgt anhand einer<br />
Kopplungsmatrix eines 4-kreisigen<br />
Bandsperrfilters, welche nach dem<br />
Ansatz von Amari berechnet wurde.<br />
Mit dem 3D-EM Simulator von<br />
CST Microwave Studio wird die<br />
Struktur aufgebaut, simuliert <strong>und</strong><br />
optimiert. Es zeigt sich, dass die<br />
Entwicklung über eine Kopplungsmatrix<br />
gr<strong>und</strong>sätzlich sehr gut funktioniert.<br />
Schwierigkeiten ergeben<br />
sich bei der Ankopplung des Filters.<br />
Im Gegensatz zu einem Bandpassfilter<br />
müssen, nach Amari, bei einer<br />
Bandsperre Quelle <strong>und</strong> Last direkt<br />
verb<strong>und</strong>en sein. Dies ergibt sich aus<br />
der besonderen Struktur der Kopplungsmatrix.<br />
Dieses “Ankopplungsproblem”<br />
führt zu einer schlechten<br />
Anpassung des Bandsperrfilters.<br />
Eine breitbandige Lösung lässt sich<br />
nur durch eine besondere Ankopplung<br />
erreichen. Vorschalten von<br />
Tiefpass-Filtern, Einsetzen von Tapped-Lines<br />
oder die Verwendung<br />
von λ/4-Transformatoren liefern hier<br />
verschiedene Lösungsansätze.<br />
Prototyp<br />
Eine Lösung, welche mit dem EM-<br />
Simulator gef<strong>und</strong>en wurde, kann<br />
praktisch aufgebaut werden. Die koaxiale<br />
Struktur wird mit einer CNC-<br />
Fräsmaschine aus dem “Vollen” gefräst<br />
<strong>und</strong> schliesslich veredelt. Da<br />
die Frequenzen für WLAN (2.4GHz)<br />
relativ hoch sind, ist ein präzises<br />
Arbeiten unumgänglich. Bereits<br />
Fehler von einigen Zehntelmillimeter,<br />
z.B. bei der Länge<br />
der Ankopplung, führen zu<br />
unerwünschten Messergebnissen.<br />
Prototyp Bandsperrfilter<br />
0 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Energieoptimierung für Heizungs- <strong>und</strong> Klimaanlagen<br />
Automation / Ivo Oesch, Dr. Urs Brugger / Experte: Dr. Peter Winter, Fritz Eberhard feb Automation GmbH<br />
Mit den Möglichkeiten der Elektronik wurden in den 70er Jahren zunehmend Energieoptimierungssysteme<br />
entwickelt, die mit der Ölkrise in den 0er Jahren einen richtiggehenden Boom erfuhren.<br />
In den letzten 20 Jahren gerieten diese Systeme jedoch immer mehr in Vergessenheit. Durch den<br />
hohen Ölpreis <strong>und</strong> die Vorgaben bezüglich der Energieeffizienz ist es heute für viele <strong>Unter</strong>nehmen<br />
wieder rentabel, Energie einzusparen. Die Hauptziele dieser Diplomarbeit waren es, den Quellcode<br />
aus den 0er Jahren zu analysieren <strong>und</strong> ihn auf eine handelsübliche SPS zu portieren.<br />
Die Aufgabenstellung stammt von<br />
der feb Automation GmbH. Als Ausgangslage<br />
diente der verfügbare<br />
Quellcode aus den 80er Jahren mit<br />
welchem unübertroffene Energieeinsparungen<br />
bei Heizungen <strong>und</strong><br />
Klimaanlagen erzielt wurden. Aufgr<strong>und</strong><br />
dieses Sparpotentials <strong>und</strong><br />
den gemachten Erfahrungen mit<br />
Funktionen, die mit nicht feststellbarem<br />
Optimierungsnutzen dasselbe<br />
Ziel verfolgten, war der Zeitpunkt<br />
reif für die Wiederbelebung<br />
des selbstadaptiven Energieoptimierungsbausteins.<br />
In den darauffolgenden Schritten<br />
wurde der Quellcode analysiert <strong>und</strong><br />
das Funktionsprinzip erarbeitet. Es<br />
be<strong>stehen</strong> drei Gr<strong>und</strong>funktionen:<br />
Die sogenannte Nachtabsenkung<br />
(Ruhebetrieb), der Belegungsbetrieb<br />
sowie die jeweiligen Wechselphasen<br />
zwischen den beiden Betriebszuständen.<br />
Massgebende Funktion ist das Berechnen<br />
der idealen Frühein- <strong>und</strong><br />
Frühausschaltzeiten, bei welchen<br />
die Solltemperaturen zu Belegungsbeginn<br />
respektive zu Belegungsende<br />
angesteuert werden. Diese<br />
Zeiten hängen von verschiedenen<br />
Faktoren ab. Zum einen von direkt<br />
messbaren Grössen wie der Aussen-<br />
<strong>und</strong> Raumtemperatur <strong>und</strong> im<br />
verstärkten Masse von raumspezifischen<br />
Werten wie der Isolation <strong>und</strong><br />
der Leistungsfähigkeit der Heizung.<br />
Zur Ermittlung der selbstadaptiv<br />
einzustellenden Betriebsphasen<br />
werden Soll- <strong>und</strong> Istzustand unter<br />
Berücksichtigung der Störgrössen<br />
bei jedem Ein- <strong>und</strong> Ausschaltzyklus<br />
verglichen <strong>und</strong> die Steigung der<br />
Temperatur pro Zeiteinheit ermittelt.<br />
Liegt die ermittelte Steigung neben<br />
dem zugr<strong>und</strong>eliegenden Sollwert,<br />
wird dieser nach einstellbaren Korrekturwerten<br />
nachgeführt. In ergän-<br />
Prinzipieller Verlauf der Raumtemperatur während eines Tag/Nacht-Zyklus im Heizbetrieb<br />
zender Funktion werden während<br />
den Betriebsphasen durch Zu- <strong>und</strong><br />
Abschalten der Energieträger die<br />
Sollwertgrösse überwacht <strong>und</strong> bei<br />
<strong>Unter</strong>- respektive Überschreitung<br />
gegebener Grenzwerte externe Aggregate<br />
entsprechend geschaltet.<br />
Den ursprünglichen Code habe ich<br />
in die Programmiersprache C portiert<br />
<strong>und</strong> auf eine SPS der Firma B&R<br />
implementiert. Ein weiteres wichtiges<br />
Ziel war es, die errechneten<br />
Parameter zu sichern, um diese bei<br />
einem Netzausfall oder Initialstart<br />
als Defaultwerte laden zu können.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Affolter Christian<br />
1982<br />
079 215 06 45<br />
christianaffolter@bluewin.ch<br />
BU
BU<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Affolter Manuel<br />
1983<br />
+41797659836<br />
affom2@bfh.ch<br />
Grichting Patrick<br />
1983<br />
+41788529589<br />
gricp1@bfh.ch<br />
Fernwartung <strong>und</strong> Reservation für CarSharing Systeme<br />
Embedded Systems / Gerhard Krucker, Roger Weber<br />
Experte: Dominique Renevey<br />
Die steigenden Anforderungen an die Funktionalität in Fahrzeugen verlangt vermehrt den Einsatz<br />
von PCs. “Car Sharing” ist ein Beispiel dafür. Die Firma Digital Logic AG in Luterbach entwickelt<br />
hochintegrierte Embedded PC - Systeme, die für den Einsatz in Automobilen optimiert sind. Die<br />
x 6 - basierenden Systeme haben den Nachteil, dass sie sehr stromhungrig sind. Für die Autobatterie<br />
heisst das, dass sie bereits nach einem Tag komplett entladen ist. Aus diesem Gr<strong>und</strong> müssen die<br />
Funktionen, die auch bei ausgeschaltetem Fahrzeug gewährleistet sein müssen, von einem separaten<br />
Prozessorsystem übernommen werden.<br />
Anforderungen<br />
Heute verlangt das Leben Mobilität<br />
<strong>und</strong> Flexibilität in allen Belangen.<br />
CarSharing ermöglicht es, Automobile<br />
selbstständig <strong>und</strong> zu jeder Zeit<br />
nutzen zu können. Dieser Komfort<br />
erfordert eine Elektronik auf dem<br />
modernsten Stand der <strong>Technik</strong>. Ziel<br />
der Diplomarbeit ist die Entwicklung<br />
eines Mikrokontrollersystems, welches<br />
die Fernwartung, Reservation<br />
<strong>und</strong> Zutrittskontrolle der Fahrzeuge<br />
übernimmt. Sobald dem K<strong>und</strong>en<br />
der Zutritt zum Automobil gewährt<br />
wurde, soll der PC aufstarten <strong>und</strong><br />
seine Dienste zur Verfügung stellen.<br />
Die Reservation <strong>und</strong> die Überwachung<br />
der Fahrzeugdaten sollen<br />
mittels SMS über das mobile GSM<br />
- Netz erfolgen. Der K<strong>und</strong>e kann<br />
sich mit seiner persönlichen RFID -<br />
Karte identifizieren <strong>und</strong> Zutritt zum<br />
reservierten Fahrzeug verschaffen.<br />
Diese Gr<strong>und</strong>funktionalitäten sollen<br />
Schnittstellendiagramm<br />
bei <strong>stehen</strong>dem Fahrzeug von einem<br />
leistungsarmen Mikrokontrollersystem<br />
übernommen werden.<br />
Somit sind die Anforderungen an<br />
das Mikrokontrollersystem gegeben:<br />
- GSM - Kommunikation für Reservation<br />
<strong>und</strong> Fernwartung<br />
- RFID - Reader für die Zutrittskontrolle<br />
- Anbindung der Fahrzeugelektronik<br />
über den CAN - Bus<br />
- USB für Kommunikation mit<br />
Embedded - PC<br />
- Low - Power Prozessor<br />
Ergebnis<br />
Das Ergebnis der Arbeit ist ein Mikrokontrollersystem<br />
basierend auf<br />
einem ARM7 Prozessor. Über ein<br />
GSM - Edge - Modul von Siemens<br />
erfolgt die Kommunikation über das<br />
GSM-Netz. Mittels SMS können<br />
neue K<strong>und</strong>en an- <strong>und</strong> abgemeldet<br />
werden. Die Software wertet die<br />
empfangenen Kurznachrichten aus<br />
<strong>und</strong> generiert eine Reservationstabelle.<br />
Jeder K<strong>und</strong>e erhält seine persönliche<br />
RFID - Karte, die es ihm<br />
ermöglicht, die Zentralverriegelung<br />
des reservierten Fahrzeuges zu öffnen.<br />
Wird einem K<strong>und</strong>en der Zutritt<br />
gewährt, wird der Embedded - PC<br />
vom Mikrokontrollersystem gestartet.<br />
Das stromsparende System<br />
ermöglicht bei unbenutztem Fahrzeug<br />
die <strong>Strom</strong>versorgung über<br />
mehrere Wochen.<br />
Anwendungen<br />
Die entstandene Lösung zur Reservation<br />
<strong>und</strong> Fernwartung von<br />
CarSharing Systemen ist universell<br />
einsetzbar. Ohne jeglichen Mehraufwand<br />
ist ein Einsatz in Wohnungen<br />
oder öffentlichen Gebäuden<br />
realisierbar.<br />
2 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Spinning Power Measurement<br />
Energietechnik / Technische <strong>Informatik</strong> / Prof. Michael Höckel, Prof. Ulrich Burri<br />
Experte: Alfred Brechbühler<br />
Energieverbrauch ist heute ein aktuelles Thema in der Gesellschaft <strong>und</strong> eine grosse Herausforderung<br />
in der Zukunft. Eine Möglichkeit den Menschen dies bewusst zu machen, ist Spinning, wenn<br />
man gleichzeitig bekommt, mit welcher Leistung man momentan in die Pedalen tritt. Hierfür wurde<br />
das Spinning Power Measurement entwickelt. SPM erfasst das Bremsmoment <strong>und</strong> die Trittfrequenz,<br />
berechnet daraus die Momentanleistung <strong>und</strong> überträgt diese zu einem Anzeigemodul.<br />
Das Funktionsprinzip<br />
Gr<strong>und</strong>sätzlich braucht es die zwei<br />
physikalischen Grössen (Geschwindigkeit<br />
<strong>und</strong> Kraft), um die mechanische<br />
Leistung zu berechnen. Um<br />
diese Grössen zu messen sind<br />
mehrere Hallsensoren am Spinning<br />
Bike montiert. Ein Hallsensor<br />
misst die Geschwindigkeit direkt<br />
am Schwungrad, zwei weitere Hallsensoren<br />
messen die eingestellte<br />
Stufe an der Stellschraube. Beide<br />
Messungen basieren auf dem Induktionsprinzip.<br />
Wenn sich dem<br />
Hallsensor ein Magnet nähert, wird<br />
ein Magnetfeld induziert, <strong>und</strong> der<br />
IC erzeugt einen Impuls. Die Daten<br />
werden in einem Programmable Interrupt<br />
Controlller weiterverarbeitet.<br />
Die Software<br />
Das Programm ist in der Programmiersprache<br />
C geschrieben. Im<br />
Haupt-Programm wird der Zustand<br />
der Hallsensoren abgefragt<br />
<strong>und</strong> nach deren Abhängigkeit die<br />
Werte Power <strong>und</strong> Speed in den<br />
Funktionen berechnet.<br />
Die Kommunikation<br />
Um zwischen dem PIC (Hardware)<br />
<strong>und</strong> einem Anzeigeprogramm zu<br />
kommunizieren, ist ein CAN – Bus<br />
integriert. Ziel ist es, mehrere Spinning<br />
Bikes miteinander zu verbinden,<br />
was mit dem CAN Protokoll<br />
realisiert wird. Gesendet werden<br />
die Daten mit einer Baudrate von<br />
125 KBit/s.<br />
Einsatzgebiete<br />
Die in der Diplomarbeit entwickelte<br />
elektronische Schaltung <strong>und</strong> die<br />
Software können von der TI-BFH<br />
an diverse Energieunternehmen<br />
vermietet werden. An grossen Messen<br />
<strong>und</strong> Ausstellungen gibt es gute<br />
Gelegenheit, den eigenen Energieverbrauch<br />
mit Spinning <strong>und</strong> SPM<br />
zu demonstrieren.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Balli Rolf<br />
1981<br />
078 806 29 21<br />
r.balli@postmail.ch<br />
BI
BI<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Bello Jesús<br />
1975<br />
076 479 89 92<br />
bellj2@bfh.ch<br />
Informationssystem für behinderte Personen im öV<br />
ICT / Prof. Peter Raemy<br />
Experte: A. Blum (BAKOM)<br />
Die BFH-TI Biel befasst sich seit einiger Zeit mit dem Problem, sinnesbehinderten Reisenden im<br />
öffentlichen Verkehr (öV) Informationen zugänglich zu machen. Sehbehinderte Personen können<br />
Texte auf Bildschirmen <strong>und</strong> Tafeln nicht lesen <strong>und</strong> für Hörbehinderte sind Lautsprecherdurchsagen<br />
wertlos. Wir entwickelten einen Prototypen zu einer Situation, die einer SBB-Haltestelle entspricht.<br />
Dabei wurde speziell auf kostengünstige Lösungen für Behinderte geachtet.<br />
Team-Arbeit mit Gregor Riepl. Siehe Seite 141.<br />
Vorgaben<br />
Nach dem neuen Behindertengleichstellungsgesetz<br />
müssen im<br />
öffentlichen Verkehr innerhalb einer<br />
Übergangsfrist von 10 Jahren behinderte<br />
Reisende die gleichen Informationen<br />
erhalten wie Nichtbehinderte.<br />
Das betrifft unter anderem<br />
lokale Informationen an Haltestellen,<br />
Notrufstationen <strong>und</strong> Kontaktstellen.<br />
Wir haben uns auf das Teilproblem<br />
konzentriert, Verspätungs- <strong>und</strong><br />
Gleisänderungsnachrichten auf<br />
mobile Endgeräte zu übertragen.<br />
Konzept<br />
Die meisten sinnesbehinderten<br />
Menschen besitzen ein Handy,<br />
mit dem sie telefonieren (Sehbehinderte)<br />
oder SMS austauschen<br />
(Hör- <strong>und</strong> Sprechbehinderte) können.<br />
Viele moderne Mobiltelefone<br />
sind mit Bluetooth ausgerüstet <strong>und</strong><br />
unterstützen Java. Dies ermöglicht<br />
Lösungen ohne spezielle Geräte.<br />
Da Bluetooth für Verbindungen im<br />
Bereich von einigen Metern vorgesehen<br />
ist, ergibt sich eine einfache<br />
<strong>Unter</strong>teilung in Informationszonen.<br />
Um ein vollständiges System zu<br />
entwickeln, ist aber neben der mobilen<br />
Schnittstelle auch ein Verwaltungs-<br />
<strong>und</strong> Erfassungssystem<br />
nötig. Daher wurde das Projekt in<br />
zwei Teilprojekte aufgeteilt, die Herr<br />
Gregor Riepl <strong>und</strong> ich unabhängig<br />
voneinander bearbeiteten.<br />
Komponenten<br />
Das Erfassungs- <strong>und</strong> Verwaltungssystem<br />
besteht aus einem<br />
datenbankgestützten graphischen<br />
Interface (GUI) <strong>und</strong> den Kommunikationsmodulen<br />
zur Übertragung<br />
der Daten zwischen LAMP, J2SE<br />
<strong>und</strong> den Access Points.<br />
Arbeitsweise<br />
Zur Administration gibt es ein graphisches<br />
Interface (GUI) an einer<br />
Workstation zur Aufnahme, Speicherung,<br />
Editierung, Verwaltung<br />
<strong>und</strong> Übertragung der Daten zu den<br />
weiteren Systemteilen.<br />
Der Reisende erhält die Meldungen<br />
einerseits durch deren Abbildung<br />
auf den Panels <strong>und</strong> andererseits<br />
auf sein Handy, welches die Informationen<br />
über die Access Points<br />
empfängt. Die Informationen <strong>stehen</strong><br />
mehrsprachig zur Verfügung.<br />
Schematische Darstellung des Informationssystems.<br />
Ausblick<br />
Das gesamte System wurde offen<br />
<strong>und</strong> flexibel konzipiert, designed<br />
<strong>und</strong> implementiert. Dadurch sind<br />
Erweiterungen <strong>und</strong> Anpassungen<br />
einfach möglich. Auch neue Module<br />
können integriert werden, um mit<br />
anderen Verkehrsleitsystemen zu<br />
kommunizieren. Aufgr<strong>und</strong> der gewählten<br />
Technologien halten sich<br />
die Kosten sehr niedrig <strong>und</strong> die<br />
Kompatibilität zu anderen Systemen<br />
ist vorgesehen. Es lässt weitgehende<br />
Erweiterungen zu. Die Integration<br />
in andere be<strong>stehen</strong>de Systeme<br />
sollte leicht möglich sein.<br />
Links der administrative Teil, rechts Mobiltelefone, die von den Accesspoints in der Mitte<br />
versorgt werden. Die dicken Linien kennzeichnen ein drahtgeb<strong>und</strong>enes Netzwerk.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Erfassung des Kilometerstandes von Güterwagen<br />
Automation / Prof. Markus Moser<br />
Experte: Felix Kunz<br />
Am . Januar 2006 fiel das Monopol der SBB für den <strong>Unter</strong>halt <strong>und</strong> die Wartung von Kessel- <strong>und</strong><br />
Güterwagen. Dadurch haben die meist privaten Besitzer die Möglichkeit, ihre Wagen verschleissabhängig<br />
zu warten anstatt wie bis anhin periodisch. Da Güterwagen über keine <strong>Strom</strong>versorgung verfügen<br />
<strong>und</strong> extrem lange Wartungsintervalle von bis zu Jahren haben, wird ein System entwickelt,<br />
das trotz niedrigstem Energieverbrauch den Kilometerstand zuverlässig misst <strong>und</strong> berührungsfrei<br />
überträgt. Dabei sollen die Kosten so tief wie möglich gehalten werden.<br />
Im Zuge der schrittweisen Öffnung<br />
der Schweizerischen B<strong>und</strong>esbahn<br />
hin zum freien Markt wurde per 1.<br />
Januar 2006 das SBB-Monopol<br />
für den <strong>Unter</strong>halt von Kesselwagen<br />
aufgehoben. Der freie Markt<br />
soll den Wettbewerb unter den verschiedenen<br />
Werkstätten beleben<br />
<strong>und</strong> die Flexibilität <strong>und</strong> Effizienz der<br />
Instandhaltung verbessern.<br />
Bis anhin mussten Kesselwagen<br />
auf dem schweizerischen Schienennetz<br />
periodisch alle 5 Jahre<br />
gewartet werden, unabhängig von<br />
ihren effektiv zurückgelegten Distanzen.<br />
Da die meisten Wagen im<br />
Besitz von privaten Firmen sind,<br />
besteht der Bedarf an einer dem<br />
Verschleiss entsprechenden Wartungsmöglichkeit.<br />
In Zusammenarbeit mit der Bern-<br />
Lötschberg-Simplon AG (BLS) wurde<br />
ein System erarbeitet, das die<br />
Radumdrehungen einer Wagenachse<br />
erfasst <strong>und</strong> speichert. Der Zählerstand<br />
kann via RFID ausgelesen<br />
<strong>und</strong> auf einen PC übertragen werden,<br />
wo die zurückgelegte Distanz<br />
mit Berücksichtigung der Radabnutzung<br />
errechnet wird. RFID bietet<br />
den Vorteil, dass beim Auslesevorgang<br />
Energie berührungslos von<br />
aussen zugeführt werden kann <strong>und</strong><br />
den <strong>Strom</strong>verbrauch des Systems<br />
nicht zusätzlich belastet.<br />
Die Anforderungen bezüglich Langlebigkeit<br />
sind enorm hoch: Der Kilometerstand<br />
soll während 1 Million<br />
Kilometer oder auf 8 Jahre hinaus<br />
mit einer maximalen Toleranz von<br />
2 % genau messen.<br />
Kernstück der Arbeit ist das Erfassen<br />
des Zählerstandes <strong>und</strong> die Implementation<br />
eines RFID Systems<br />
mit der Hardware <strong>und</strong> den entsprechenden<br />
Übertragungsprotokollen.<br />
Das RF-Interface von Atmel arbeitet<br />
auf der in der Industriegängigen<br />
Frequenz von 125kHz <strong>und</strong> erlaubt<br />
eine individuelle Anpassung der<br />
Datenübertragung auf die vorliegenden<br />
Bedürfnisse. Der einbaufertige<br />
Prototyp wird von der BLS<br />
AG in einen Güterwagen eingebaut<br />
<strong>und</strong> danach während längerer Zeit<br />
auf seine Funktionalität getestet.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Betschart Martin<br />
1975<br />
betsm@bfh.ch<br />
BI
BI<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Bhunjun Reto<br />
076 481 88 51<br />
reto.bhunjun@gmx.net<br />
Parkstellung für die Lokomotive Re 20<br />
Eisenbahntechnik / Dr. Ing. Rohrer Hansjürg, Dipl. Ing. Moser Markus<br />
Experte: René Buser<br />
Im Zusammenhang mit der Übernahme der EWIII-Pendelzüge erwarb die BLS von den SBB 20 Loks<br />
vom Typ Re 20. Diese beinahe vierzigjährigen Loks erhielten neue Farben im BLS-Design <strong>und</strong> wurden<br />
leicht aufgefrischt. Damit können sie weiterhin zusammen mit den EWIII-Wagen, hauptsächlich<br />
im Pendelbetrieb, eingesetzt werden.<br />
Um den Komfort für Personal <strong>und</strong> Zugpassagiere zu steigern, habe ich im Auftrag der BLS eine Parkstellung<br />
entwickelt, in der Re 20 2 eingebaut <strong>und</strong> in Betrieb genommen.<br />
Die Parkstellung ermöglicht es,<br />
dass die Lok unbeaufsichtigt eingeschaltet<br />
bleiben kann. Das hat den<br />
Vorteil, dass sie bei Führerstandswechsel<br />
oder bei längeren Standzeiten<br />
nicht mehr ausgeschaltet<br />
werden muss. Davon profitieren<br />
die Passagiere, weil Licht <strong>und</strong> Heizung<br />
ohne <strong>Unter</strong>bruch zur Verfügung<br />
<strong>stehen</strong>. Die Lok kann über die<br />
Vielfachsteuerung von einem beliebigen<br />
Führerstand aus wieder in<br />
den normalen Betrieb übergeführt<br />
werden.<br />
Re 420 512 mit EW III Pendelzug<br />
Das bedingt, dass die Lok von einer<br />
intelligenten Steuerung überwacht<br />
wird. So schaltet diese sie automatisch<br />
aus, wenn der Luftdruck in der<br />
Speiseleitung unter 5 bar sinkt, die<br />
Batteriespannung unter 28 V fällt<br />
oder die Temperatur vom Transformator<br />
über 90°C steigt.<br />
Es wurden auch Zusatzfunktionen<br />
implementiert. So kann die Einschaltzeit<br />
der Zugheizung vom Lokpersonal<br />
manuell programmiert<br />
werden, oder nach Auslösung des<br />
<strong>Unter</strong>spannungsrelais unternimmt<br />
die Lok selbständig bis zu drei Wiedereinschaltversuche<br />
in einem bestimmten<br />
Zeitintervall.<br />
Re 420 mit EW III Pendelzug SPS Hardware für Parkstellung<br />
Eine SPS bildet das Herzstück<br />
der neu eingebauten Komponenten<br />
in die alte Relaissteuerung.<br />
Neben dem Schreiben eines umfangreichen<br />
Software-Programms,<br />
beinhaltete diese Arbeit auch das<br />
Konzipieren einer Sensorik für Temperatur-,<br />
Luftdruck- <strong>und</strong> elektrischer<br />
Spannungsüberwachung. Ich hatte<br />
das Vergnügen, das Projekt von der<br />
Planung über die Entwicklung bis<br />
hin zur Inbetriebnahme <strong>und</strong> Fertigstellung<br />
zu begleiten.<br />
6 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
BI<br />
Électricité et systémes<br />
de communication<br />
Bidi Alberto<br />
1982<br />
076 376 36 17<br />
bidialberto@bluewin.ch<br />
Détection de la température des animaux<br />
Télématique et réseaux / Prof. Claude Brielmann<br />
Expert: Joseph Odiet<br />
Le projet de surveillance électronique d’animaux d’élevage est le fruit d’une collaboration entre la<br />
HESB-TI de Bienne et la Haute école suisse d’agronomie de Zollikofen (HESA). Le système de détection<br />
de la température, qui se situe dans le cadre d’un projet de surveillance électronique appliquée<br />
à un système de télécommunication, permet de grandes économies en temps de travail et en temps<br />
d’observation. Le système est applicable à différents mammifères d’élevage tels que vaches, chevaux,<br />
brebis, chèvres et à des mammifères de parcs zoologiques.<br />
Système en général<br />
Le projet de surveillance électronique<br />
d’animaux d’élevage est le fruit<br />
d’une collaboration entre la HESB-<br />
TI de Bienne et l’Haute école suisse<br />
d’agronomie de Zollikofen (HESA).<br />
L’idée du projet est liée à la possibilité<br />
d’améliorer la procédure de mesure<br />
de la température des animaux<br />
d’élevage. Actuellement, les éleveurs<br />
utilisent l’observation visuelle<br />
pour la surveillance des troupeaux,<br />
ce qui est efficace mais demande<br />
néanmoins beaucoup de temps.<br />
Le développement du système<br />
électronique permet donc un gain<br />
dans les temps de travail et d’observation.<br />
Le système est composé d’un dispositif<br />
autonome de surveillance<br />
électronique de la température et<br />
d’un récepteur GPS et d’un système<br />
de communication qui envoie<br />
les donnés à un serveur par le réseau<br />
mobile GPRS.<br />
Système électronique de la<br />
détection de la température<br />
Le système doit détecter des petites<br />
variations de la température de<br />
l’animal et doit distinguer ces variations<br />
d’autres variations, dues par<br />
exemple à la chaleur de soleil sur la<br />
peau et à la variation de la température<br />
ambiante.<br />
Le but est de développer, en laboratoire,<br />
un système de mesure de<br />
la température pour des animaux<br />
d’élevage, basé sur une sonde thermométrique<br />
RFID (tag).<br />
Système RFID<br />
Le travail comprend la recherche<br />
des composants nécessaires pour<br />
la réalisation du système, la vérification<br />
de la précision de la mesure,<br />
l’interfaçage du lecteur au processeur<br />
de traitement, le développement<br />
des algorithmes de traitement<br />
des données pour améliorer la précision<br />
(filtrage du bruit, des dérives<br />
thermiques, critères de détection,<br />
etc.) et les tests sur un modèle de<br />
laboratoire pour caractériser la précision<br />
de mesure.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Mikrocontroller in der Sensorik<br />
Technische <strong>Informatik</strong> / Prof. Daniel Lanz<br />
Experte: Niklaus Affolter<br />
Sensoren gewinnen in praktisch allen Industriebereichen an Bedeutung. Die Fortschritte in der Mikroelektronik<br />
<strong>und</strong> der Mikrosystemtechnik führten in den letzten Jahren zu einem gewaltigen Entwicklungsschritt,<br />
insbesondere im Bereich Integration <strong>und</strong> Digitalisierung.<br />
Im Rahmen unserer Diplomarbeit soll ein modulares Messsystem mit diversen Schnittstellen zum<br />
Messen, Speichern <strong>und</strong> Auswerten von Sensorsignalen entwickelt werden.<br />
System-Aufbau<br />
Das Messsystem besteht aus den<br />
folgenden drei Komponenten: Dem<br />
Datenlogger-Board zum Auslesen<br />
der Sensoren (I 2 C, SPI, RS485 <strong>und</strong><br />
analoge Sensoren) <strong>und</strong> Speichern<br />
der Messwerte, dem Erweiterungs-<br />
Board zum Anschliessen nicht kompatibler<br />
Sensoren (z.B. 1-Wire-Bus,<br />
analoge Sensoren), sowie einer PC-<br />
Software für die Auswertung <strong>und</strong><br />
Archivierung der Messdaten.<br />
Datenlogger<br />
Das Board kann entweder standalone<br />
als Datenlogger, oder bei<br />
Real-Time Anwendung als Schnittstelle<br />
zwischen Sensoren <strong>und</strong> PC<br />
betrieben werden.<br />
Gesteuert wird das Board mit<br />
einem M16C62 16-Bit Mikrocontroller.<br />
Die von den Sensoren empfangenen<br />
Daten können mittels eines<br />
FAT-Filesystems in Textdateien auf<br />
die im System enthaltene SD-Card<br />
geschrieben werden. Über die Be-<br />
dienelemente <strong>und</strong> das OLED Display<br />
können Konfigurationen wie<br />
zum Beispiel die Eigenschaften der<br />
angeschlossenen Sensoren vorgenommen<br />
werden. Die Kommunikation<br />
mit dem PC erfolgt über eine<br />
USB-Schnittstelle.<br />
Erweiterungs-Board<br />
Sensoren, die keine Schnittstellen<br />
des Datenlogger-Boards unterstützen,<br />
können mit dem Erweiterungs-<br />
Board über I 2 C an den Datenlogger<br />
angeb<strong>und</strong>en werden. Somit muss<br />
die Schnittstelle für einen neuen<br />
Sensor nur auf dem Erweiterungs-<br />
Board implementiert werden.<br />
Das Board wird mit einem R8C1B<br />
16-Bit Mikrocontroller betrieben.<br />
Nebst der I 2 C Schnittstelle verfügt<br />
das Board über einen RS232 Anschluss,<br />
mit welchem zum Beispiel<br />
ein Display angesteuert werden<br />
kann um einen Standalone-Betrieb<br />
zu ermöglichen.<br />
Blockschaltbild Gesamtsystem<br />
PC-Software<br />
Zur komfortablen Benutzung des<br />
gesamten Messsystems steht auf<br />
dem PC eine Java Applikation zur<br />
Verfügung. Mit dieser können die<br />
angeschlossenen Sensoren konfiguriert<br />
<strong>und</strong> falls notwendig auch<br />
kalibriert werden. Die über die USB-<br />
Schnittstelle empfangenen Daten<br />
können in einer MySQL-Datenbank<br />
abgespeichert werden, wobei für<br />
jede Messsession eine neue Datenbank<br />
kreiert wird, um die Daten<br />
zu verwalten. Das GUI unterstützt<br />
zwei verschiedene Betriebszustände:<br />
einen Realtime-Betrieb, in<br />
dem die aktuellen Messwerte vom<br />
Board übertragen <strong>und</strong> auf dem GUI<br />
visualisiert werden <strong>und</strong> ein Vergangenheitswert-Betrieb,<br />
mit welchem<br />
der Verlauf eines Messwertes über<br />
einen bestimmten Zeitraum angezeigt<br />
werden kann. Weitere Funktionen<br />
zur Analyse der Daten sind<br />
denkbar <strong>und</strong> können jederzeit implementiert<br />
werden.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Bieri Marc<br />
1983<br />
079 773 31 49<br />
marcbieri@gmx.ch<br />
Luder Pascal Raphael<br />
1982<br />
079 656 05 27<br />
p.luder@gmx.ch<br />
9<br />
BU
BU<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Brand Michael<br />
1979<br />
michael-brand@gmx.ch<br />
Analyse des PROFIBUS Fehlerverhaltens<br />
Automation, Feldbusse / Prof. Max Felser<br />
Experte: Josef Meyer<br />
In der Industrie wird für die Automation immer mehr auf Feldbussysteme gesetzt. Diese Systeme<br />
bieten eine Vielzahl von Möglichkeiten für die Überwachung <strong>und</strong> Steuerung der Anlagen. Die eingesetzten<br />
Systeme sollten gegenüber externen Störquellen <strong>und</strong> Fehlern in der Datenübertragung so<br />
robust wie möglich sein. Es kann jedoch vorkommen, dass ein Feldbussystem wie der PROFIBUS<br />
bestimmte Fehler in der Datenübertragung nicht erkennt <strong>und</strong> so ein fehlerhaftes Telegramm weiterleitet.<br />
Dies kann im Prozess zu Störungen führen.<br />
Ausgangslage<br />
Laut Meldungen aus der Industrie<br />
sollen in laufenden Prozessen<br />
falsche Parameter über den PRO-<br />
FIBUS übertragen worden sein,<br />
welche zu Fehlfunktionen geführt<br />
haben. Messungen an den betroffenen<br />
Anlagen haben gezeigt, dass<br />
in diesem System relativ viele Fehlertelegramme<br />
übertragen worden<br />
sind. Durch die Anpassung der<br />
PROFIBUS-Verkabelung auf die<br />
geltenden Richtlinien konnten die<br />
Fehlertelegramme- wie auch die<br />
falsch übertragenen Parameter eliminiert<br />
werden.<br />
Datenübertragung<br />
Für die Sicherung der Daten verwendet<br />
der PROFIBUS eine Paritätskontrolle<br />
(even Parity), die auf<br />
jedes übertragene Datenbyte angewendet<br />
wird, <strong>und</strong> eine FCS (Frame<br />
check sequenz), die auf einen<br />
Teil (siehe Bild 1) des Telegramms<br />
angewendet wird. Die FCS rechnet<br />
die Werte aller übertragenen Datenbytes<br />
zusammen <strong>und</strong> speichert sie,<br />
ohne die Überläufe zu berücksichtigen,<br />
in einem 8Bit Wert ab.<br />
Es könnte also vorkommen, dass<br />
ein Telegramm während der Übertragung<br />
so verändert wird, dass<br />
die Summe der veränderten Daten<br />
wieder der FCS entspricht, oder zusätzlich<br />
zu den Daten auch die FCS<br />
eine Veränderung erfährt, die einen<br />
gültigen Wert ent<strong>stehen</strong> lässt.<br />
Bild1: Datenrahmen PROFIBUS Bild2: Restfehlerrate<br />
Ein so verändertes Telegramm<br />
kann vom System nicht erkannt<br />
werden <strong>und</strong> Fehler in den Prozess<br />
einbringen. Das Auftreten solcher<br />
Telegramme wird als Restfehlerrate<br />
bezeichnet <strong>und</strong> kann anhand der<br />
Bitfehler-Rate (BER) errechnet werden<br />
(siehe Bild 2).<br />
Nachweis<br />
In einem Laboraufbau soll ein PRO-<br />
FIBUS-System so gestört werden,<br />
dass sich Telegramme ergeben,<br />
die die oben genannten Veränderungen<br />
aufweisen <strong>und</strong> so als korrekt<br />
interpretiert werden. Die Aufzeichnungen<br />
sollen darüber Auskunft<br />
geben, ob die tatsächliche Restfehlerrate<br />
mit der berechneten übereinstimmt.<br />
0 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Demonstrator für PROFIBUS-PA<br />
Automatisierung / Prof. Max Felser<br />
Experte: Josef Meyer<br />
PROFIBUS-PA ist die Kommunikationslösung für die Prozessautomation. Über eine Zweidrahtleitung<br />
können die Feldgeräte auch in einer explosionsgefährlichen Umgebung kommunizieren <strong>und</strong><br />
auch direkt gespiesen werden. Gegenüber konventionellen <strong>Technik</strong>en lassen sich mit PROFIBUS-PA<br />
für Planung, Installation, Inbetriebnahme <strong>und</strong> Wartung erhebliche Kosten einsparen. Für das Bedienen,<br />
Visualisieren <strong>und</strong> Diagnostizieren einer Prozessanlage werden heute oft teure proprietäre<br />
Software-Werkzeuge eingesetzt. Mit dem S-Web-Editor der Firma Saia-Burgess steht ein Visualisierungstool<br />
zur Verfügung, mit dem sich auf Java-basierte Web-Seiten einfach <strong>und</strong> effizient gestalten<br />
lassen.<br />
Ausgangslage<br />
Im Labor für Feldbussysteme an<br />
der HTI in Burgdorf hat sich eine<br />
ansehnliche Zahl von Feldgeräten<br />
mit PROFIBUS-PA Anschaltungen<br />
angesammelt. Ziel ist es, ein funktionierendes<br />
Modell mit PROFI-<br />
BUS-Feldgeräten aufzubauen.<br />
Verschiedene Feldgeräte, wie z. B.<br />
Durchflusstransmitter, Stellantriebe,<br />
Temperatur-, Druck- <strong>und</strong> Füllstandsensoren,<br />
werden für diesen Aufbau<br />
eingesetzt. Das Herzstück ist<br />
eine PCD3 Steuerung der Firma<br />
Saia-Burgess. Für das Engineering<br />
der Anlage werden verschiedene<br />
Software-Werkzeuge eingesetzt,<br />
welche es ermöglichen, die Feldgeräte<br />
optimal zu konfigurieren <strong>und</strong><br />
zu parametrieren. Die Visualisierung<br />
der Anlage wird mit dem Saia<br />
S-Web-Editor realisiert. Mit einem<br />
Web-Browser ist es somit möglich,<br />
direkt via Ethernet die Anlage<br />
zu bedienen <strong>und</strong> zu beobachten.<br />
Saia Steuerung PCD3<br />
Hardware<br />
Die Steuerung der Anlage erfolgt<br />
über den neusten PCD3.M6540-<br />
Controller von Saia-Burgess, welcher<br />
über zahlreiche Schnittstellen<br />
wie PROFIBUS, Ethernet, RS485,<br />
RS232 <strong>und</strong> USB verfügt. Ein<br />
Web-Server ist standardmässig<br />
integriert <strong>und</strong> dieser ist über alle<br />
Geräteschnittstellen <strong>und</strong> Kommunikationskanäle<br />
auch ohne Ethernet-<br />
TCP/IP-Verbindung zugänglich.<br />
Die eingesetzten Feldgeräte sind<br />
bereits im Labor vorhanden <strong>und</strong><br />
müssen funktionsspezifisch in<br />
das Modell eingebaut werden. Ein<br />
wichtiger Bestandteil ist die richtige<br />
Konfiguration <strong>und</strong> Parametrierung<br />
der Feldgeräte mit Software-Werkzeugen,<br />
wie z. B. FieldCare. Die<br />
Prozessdaten werden in der PCD3<br />
Steuerung ausgewertet <strong>und</strong> auf<br />
der Visualisierungsoberfläche<br />
des Web-Browsers<br />
angezeigt.<br />
Saia S-Web-Editor<br />
Mit dem S-Web-Editor steht ein<br />
leistungsfähiges Software-Tool zur<br />
Verfügung, um Web-Seiten für die<br />
Visualisierung einer Prozessanlage<br />
zu gestalten. Das Kernstück des<br />
S-Web Konzeptes bildet der Web-<br />
Server, welcher im Betriebssystem<br />
aller neuen PCD-Steuerungen integriert<br />
ist. Durch die Integration in<br />
das Betriebssystem erfolgt der Zugriff<br />
auf die PCD-Daten direkt <strong>und</strong><br />
effizient. Im Web-Server können<br />
HTML-Dateien, Java-Applets, Bilder<br />
<strong>und</strong> beliebige Dateien gespeichert<br />
werden. Der Web-Server verarbeitet<br />
die Anfragen vom Browser<br />
gemäss HTML-Standard 1.1 <strong>und</strong><br />
liefert die angeforderten Seiten mit<br />
den Daten. Der Zugriff auf HTML-<br />
Seiten <strong>und</strong> auf SPS-Daten kann mit<br />
einem Passwort geschützt werden.<br />
Das Management der Web-Projekte<br />
ist Bestandteil vom PG5 Programmierwerkzeug.<br />
Die Web-Seiten<br />
werden einfach <strong>und</strong> effizient mit<br />
dem Saia S-Web-Editor oder einem<br />
Standard-HTML-Editor erzeugt.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Burri Marcel<br />
1977<br />
076 569 67 77<br />
marcel.burri@gmx.net<br />
BU
BU<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Bützer Bruno Thomas<br />
1982<br />
0792633790<br />
buetzer.b@gmx.ch<br />
Linux-Treiber <strong>und</strong> Webinterface für XScale-Board<br />
Technische <strong>Informatik</strong> / Prof. Roger Weber<br />
Experte: Dominique Renevey<br />
Um die Schulung von Studierenden <strong>und</strong> die Entwicklung von Mikrokontrollersystemen auf Basis der<br />
ARM-Architektur zu vereinfachen, wurde an der <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> ein neues Board entwickelt,<br />
welches eine umfassende Hardware-Peripherie besitzt. Auf dem Board können verschiedene<br />
Betriebssysteme wie zum Beispiel Linux, Windows CE, oder µC/OS-II eingesetzt werden.<br />
Ziel dieser Diplomarbeit ist es, die Linux Device Driver für die vorhandene Hardware-Peripherie zu<br />
entwickeln. In einer zweiten Phase werden die Device Driver im Rahmen einer einfachen Gebäudesteuerung<br />
eingesetzt, welche über ein Webinterface administriert werden kann.<br />
Hardware<br />
Das an der <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong><br />
entwickelte CARME-Board dient<br />
der Schulung von Studierenden<br />
sowie als Hardware-Plattform für<br />
die angewandte Forschung <strong>und</strong><br />
Entwicklung. Das Herzstück des<br />
Boards bildet ein Intel XScale-Mikrokontroller<br />
auf der Basis der ARM-<br />
Architektur. Durch die umfangreiche<br />
Ausstattung dieses Mikrokontrollers<br />
sind den Einsatzmöglichkeiten <strong>und</strong><br />
der Anbindung von Peripherie fast<br />
keine Grenzen gesetzt. Das Board<br />
bietet viele gängige Schnittstellen,<br />
Linux-Kernel-Modell mit MIN3IO Device Driver<br />
CARME-Board als Gebäudesteuerung mit Webinterface<br />
beispielsweise für die Speicherkarten-,<br />
CAN-, USB-, Ethernet- <strong>und</strong><br />
RS232-Anbindung. Ebenfalls wurde<br />
das Board mit einer vielseitigen<br />
Multischnittstellenerweiterung Namens<br />
MIN3IO ausgerüstet, welche<br />
direkte Ein- <strong>und</strong> Ausgänge von analogen<br />
<strong>und</strong> digitalen Signalen bietet.<br />
Das MIN3IO besitzt unter anderem<br />
einen 16-Bit I/O-Port, zwei analoge<br />
Eingänge, einen analogen Ausgang,<br />
eine 4-Digit 7-Segmentanzeige,<br />
jeweils acht LEDs <strong>und</strong> Schalter<br />
wie auch ein Potentiometer <strong>und</strong> vier<br />
Taster.<br />
Linux <strong>und</strong> die Device Driver<br />
Die Hardware des CARME-Boards<br />
ermöglicht den Einsatz eines leistungsfähigen<br />
Betriebssystems wie<br />
zum Beispiel Linux 2.6. Um die MI-<br />
N3IO-Erweiterung unter Linux nutzen<br />
zu können, muss die Hardware<br />
mit Device Driver erreichbar gemacht<br />
werden.<br />
Im Rahmen dieser Diplomarbeit<br />
wurden die notwendigen Linux Device<br />
Driver für die MIN3IO-Erweiterung<br />
realisiert. Dabei beinhaltete<br />
diese Arbeit das Design wie auch<br />
die Implementierung der Software.<br />
Um die Treiber universell nutzbar<br />
zu machen, wurde darauf geachtet,<br />
dass die Device Driver so schlank<br />
<strong>und</strong> transparent wie möglich gehalten<br />
wurden.<br />
Anwendung<br />
Um den Einsatz der Device Driver<br />
zu demonstrieren, wurde für das<br />
CARME-Board eine Applikation erstellt,<br />
welche als zentrale Gebäudesteuerung<br />
eingesetzt werden kann.<br />
Dabei kann in vier Räumen das<br />
Licht bedient <strong>und</strong> die Lüftung ein-<br />
<strong>und</strong> ausgeschaltet werden. Ebenfalls<br />
ist die Messung einer Temperatur<br />
vorgesehen. Die Applikation<br />
bietet zudem ein webbasiertes Interface,<br />
welches die Überwachung<br />
<strong>und</strong> Steuerung der einzelnen Elemente<br />
über ein Netzwerk ermöglicht.<br />
Das Webinterface wurde mit<br />
einem Java-Applet realisiert, welches<br />
via Socket mit der Applikation<br />
direkt kommuniziert.<br />
2 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Ethernet over First Mile<br />
Telekommunikation / Prof. Michel Tripet / KEYMILE AG<br />
Experte: Hans Zahnd<br />
Das Verlangen nach mehr Bandbreite für die Vernetzung von Firmen-Standorten nimmt stetig zu.<br />
Grosse technologische Fortschritte verkleinern zwar den Engpass letzte Meile, zusätzliche Dienste<br />
(z.B. VoIP <strong>und</strong> Videotelefonie) verlangen wiederum leistungsfähigere Vernetzungen. Die Übertragung<br />
von 2Mbps symmetrisch reicht für Geschäftsk<strong>und</strong>en oft nicht mehr aus.<br />
Die Telekommunikationsanbieter wünschen für dieses K<strong>und</strong>ensegment Anwendungen, die Zentral<br />
konfiguriert <strong>und</strong> überwacht werden können. Zu diesem Zweck sollen be<strong>stehen</strong>de Weitverkehrsnetze<br />
bis zum K<strong>und</strong>en ausgedehnt werden.<br />
Die KEYMILE AG, der Auftraggeber,<br />
ist führender Hersteller <strong>und</strong><br />
Anbieter von Next Generation Access<br />
Plattformen. Der weltweit eingesetzte<br />
Access Multiplexer UMUX<br />
1500 unterstützt die Möglichkeiten<br />
von Next Generation SDH. KEYMI-<br />
LE hat jedoch kein SHDSL-Netzabschlussgerät<br />
(NT) zur Terminierung<br />
von Ethernet over SDH. Ob <strong>und</strong> wie<br />
sich ein passendes NT eines Drittanbieters<br />
in die UMUX-Umgebung<br />
integrieren lässt, ist Bestandteil der<br />
Diplomarbeit.<br />
SDH steht für Synchronous Digital<br />
Hierarchy <strong>und</strong> ist eine Technologie,<br />
die in den Weitverkehrsnetzen der<br />
Telecom-Provider eingesetzt wird.<br />
Als Next Generation SDH werden<br />
Erweiterungen bezeichnet, die das<br />
virtuelle Bündeln von Zeitschlitzen<br />
Funktion Next Generation SDH<br />
Mögliche Anwendung<br />
zulassen. SHDSL (Symmetric High<br />
Bit Rate Digital Subscriber Line) ist<br />
die Bezeichnung für eine Breitband-<br />
Technologie, die in der letzten Meile<br />
zur Überbrückung von bis zu 3km<br />
eingesetzt wird. Be<strong>stehen</strong>de Telefonleitungen<br />
dienen als Trägermedium.<br />
Das eingesetzte NT vereint die<br />
Funktionen eines 2Port-Ethernet-Switches,<br />
einer Bridge <strong>und</strong><br />
die von vier SHDSL-Modems. Das<br />
Generic Framing Procedure-Protokoll<br />
bildet die Schnittstelle, um<br />
die unterschiedlich grossen Ethernet-Frames<br />
in die SDH-Container<br />
fester Länge abzufüllen. Mit Hilfe<br />
der Virtual Concatenation lassen<br />
sich mehrere VC-12 Container virtuell<br />
zusammenfassen. LCAS (Link<br />
Capacity Aggregation Scheme) er-<br />
möglicht die flexible Anpassung der<br />
Bandbreite <strong>und</strong> sichert die Verbindung<br />
bei Ausfall eines Pfades.<br />
Der Betrieb des Netzabschlussgerätes<br />
in der UMUX-Umgebung<br />
funktioniert. Messungen ergaben<br />
bei Vollausbau eine maximale<br />
Übertragungsrate von 8.6 Mbps in<br />
beide Richtungen. Der <strong>Unter</strong>bruch<br />
beim Ausfall einer SHDSL-Leitung<br />
beträgt maximal 6 Sek<strong>und</strong>en, anschliessend<br />
funktioniert die Verbindung<br />
mit reduzierter Bandbreite<br />
weiter. Das gr<strong>und</strong>legende Management<br />
des NT (SHDSL <strong>und</strong> SDH) ist<br />
via UCST, der Managementsoftware<br />
der UMUX-Plattform, möglich.<br />
Die weiterten Einstellungen zu<br />
Ethernet, GFP <strong>und</strong> LCAS lassen<br />
sich via UCST weder verändern<br />
noch überwachen.<br />
Die im Labor aufgebaute Lösung<br />
ist für einen Praxiseinsatz denkbar,<br />
aber nicht optimal. Vollständige Remote-Managementmöglichkeiten<br />
sind wünschenswert.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Dietrich Christoph Roland<br />
1982<br />
c.dietrich@email.ch<br />
Salvisberg Andreas<br />
1983<br />
078 805 55 18<br />
andreas.salvisberg@gmx.ch<br />
BU
BU<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Dietrich Matthias<br />
1982<br />
079 563 68 35<br />
matthias.dietrich@gmx.ch<br />
Schär Roland<br />
1979<br />
079 708 35 57<br />
schaerroland@gmail.com<br />
Die Theorie zu den<br />
aufgeführten Anwendungen<br />
kann in<br />
folgender Literatur<br />
nachgeschlagen<br />
werden:<br />
Daniel Ch. von<br />
Grünigen. Digitale<br />
Signalverarbeitung,<br />
Band 2. Fachbuchverlag<br />
Leipzig, 2007.<br />
Anwendungen der Digitalen Signalverarbeitung<br />
Digitale Signalverarbeitung / Prof. Dr. Daniel Ch. von Grünigen, Ivo Oesch<br />
Experte: Peter Richli<br />
Mit Digitaler Signalverarbeitung (DSV) ist die Realisierung vieler interessanter Anwendungen möglich.<br />
Um Studierenden die theoretischen Vorgänge in der DSV auf eine verständliche Art näher zu<br />
bringen, wurden auf dem Digitalen Signalprozessor (DSP) ausgewählte Anwendungen der Digitalen<br />
Signalverarbeitung implementiert <strong>und</strong> mit LabVIEW visualisiert. Es entstand eine Software, welche<br />
die Theorie mit Beispielen erklärt <strong>und</strong> ergänzt.<br />
Es sind die Anwendungen Systemidentifikation, Brummunterdrückung, Vektorvoltmeter <strong>und</strong> Geschwindigkeitsmessung<br />
entwickelt worden.<br />
Aufbau<br />
Als Digitaler Signalprozessor dient<br />
der TMS320C 6713 DSK von Texas<br />
Instrument. Dieser ist mit dem<br />
Code Composer Studio V2 in C<br />
programmierbar. Die Kommunikation<br />
zwischen dem DSP <strong>und</strong> Lab-<br />
VIEW erfolgt über eine zusätzliche<br />
USB-Schnittstelle. In LabVIEW löst<br />
der Benutzer der Software Telegramme<br />
aus, die an den DSP gesendet<br />
<strong>und</strong> von diesem verarbeitet<br />
<strong>und</strong> ausgeführt werden.<br />
Adaptive Filter<br />
Ein adaptives Filter ist ein spezielles<br />
Digitalfilter, welches seine Filterkoeffizienten<br />
automatisch einstellt.<br />
Eine erste mögliche Anwendung ist<br />
die Identifikation eines akustischen<br />
Übertragungskanals. In einem iterativen<br />
Vorgang wird durch das<br />
Einstellen der Adaptivfilter-Koeffizienten<br />
der Übertragungskanal<br />
nachgebildet.<br />
Eine zweite Anwendung ist die Befreiung<br />
eines Sensorsignals von<br />
einem 50 Hz-Netzbrumm. Dazu<br />
wird ein 50 Hz-Signal dem adaptiven<br />
Algorithmus zugeführt. Dieser<br />
bildet den Netzbrumm nach <strong>und</strong><br />
subtrahiert ihn vom gestörten Sensorsignal.<br />
Das Vektorvoltmeter, realisiert als<br />
adaptiver Linearkombinierer, misst<br />
Amplitude <strong>und</strong> Phase eines sinusförmigen<br />
Signals u d (t) bezüglich einer<br />
gleichfrequenten Referenzspannung<br />
u x (t). Der LMS-Algorithmus stellt die<br />
Koeffizienten w 0 [n] <strong>und</strong> w 1 [n] so ein,<br />
dass das Quadrat des diskreten Sig-<br />
Funktionsweise Vektorvoltmeter<br />
Bedienungsoberfläche Vektorvoltmeter<br />
nals e[n] = d[n] – y[n] minimal wird<br />
(siehe Bild). Daraus kann die Phasenverschiebung<br />
<strong>und</strong> Dämpfung<br />
gegenüber dem Referenzsignal berechnet<br />
werden.<br />
Korrelation<br />
Durch Korrelation lässt sich die<br />
Übereinstimmung zweier Signale<br />
bestimmen. Um die Geschwin-<br />
digkeit eines Körpers zu erfassen,<br />
müssen zwei um eine bekannte Distanz<br />
versetzte Sensoren eine sich<br />
verändernde Oberflächenstruktur<br />
abtasten. Durch Korrelation der<br />
Sensorsignale <strong>und</strong> Detektion der<br />
Position des Maximalwertes der<br />
Korrelationsfunktion können Richtung<br />
<strong>und</strong> Geschwindigkeit des Körpers<br />
bestimmt werden.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Führerstandsimulator HTI<br />
Elektrische Maschinen / Professor: Dr. Hansjürg Rohrer<br />
Experte: René Buser<br />
Im Zuge der Liberalisierung des Schienennetzes kommt der Ausbildung von fremden Triebfahrzeugführern<br />
immer grössere Bedeutung zu. Die Ausbildung <strong>und</strong> vor allem das Verhalten in betriebsbehindernden<br />
oder gefährdenden Situationen kann nur auf Simulatoren geübt werden. Das reale<br />
Fahrgefühl kann durch ein Bewegungssystem <strong>und</strong> So<strong>und</strong>s dargestellt werden. Der Simulator soll<br />
über die wesentlichen Bedienelemente wie das originale Fahrzeug bedient werden. Ebenso sollen<br />
die wesentlichen Anzeigen <strong>und</strong> Instrumente funktionieren.<br />
Aufgabe<br />
Unser Simulator im Labor, der einem<br />
originalen Führerstand eines BLS-<br />
Triebwagens entspricht, soll folgendermassen<br />
umgebaut werden.<br />
- Ersatz der analogen Winkelerfassung<br />
des Kontrollers <strong>und</strong> des Wendeschalters<br />
durch eine digitale.<br />
- Zusätzlicher Einbau eines modernen<br />
Kontrollers samt Wendeschalter,<br />
welcher umschaltbar zum be<strong>stehen</strong>den<br />
Kontroller mit der SPS<br />
kommunizieren können muss.<br />
- Zusätzlicher Einbau eines Oerlikon<br />
- Führerbremsventils, das<br />
pneumatisch umschaltbar zum<br />
be<strong>stehen</strong>den Charmilles -Ventil<br />
funktionieren muss, <strong>und</strong> der<br />
Einbau eines Rangierbremsventils.<br />
- Einbau einer BCD - Stufenanzeige.<br />
- Einbau von SBB - üblichen<br />
Meldelampen <strong>und</strong> Tastern.<br />
In der zweiten Semesterarbeit wurde<br />
der Simulator untersucht, die<br />
Komponenten der SPS bestimmt,<br />
ein Teilaufbau erstellt <strong>und</strong> die Soft-<br />
ware dafür entwickelt. Die Aufgabenstellung<br />
der Diplomarbeit ist<br />
neben dem weiteren Aufbau des<br />
Simulators die Inbetriebnahme <strong>und</strong><br />
die Optimierung der Software.<br />
Prinzip<br />
Die Eingaben an den Schaltern<br />
des Simulators werden vom SPS-<br />
Programm eingelesen <strong>und</strong> an den<br />
PC geschickt, auf welchem das<br />
Simulationsprogramm ‘Locsim’<br />
läuft. Dieser simuliert das Verhalten<br />
des Fahrzeuges. Die berechneten<br />
Grössen werden zum Teil an<br />
die SPS zurückgeschickt <strong>und</strong> von<br />
dieser auf den Anzeigen <strong>und</strong> Instrumenten<br />
ausgegeben oder zum<br />
Berechnung <strong>und</strong> Ausgabe des 3D-<br />
Bildes benutzt.<br />
Vorgehen<br />
In dieser Arbeit geht es darum, ein<br />
Programm zu schreiben, das Daten<br />
zwischen dem Lok-Simulator <strong>und</strong><br />
einer SPS austauschen kann. Ein<br />
vom Simulationsprogramm vorgegebener<br />
String soll über die SPS di-<br />
Links: Führerstandsimulator der HTI in Biel<br />
verse externe Anzeigeinstrumente<br />
ansteuern können. Umgekehrt sollen<br />
die über externe Eingabegeräte<br />
gemachten Veränderungen auf den<br />
PC geschickt werden.<br />
Es wird ein SPS-Programm entwickelt,<br />
ausgetestet <strong>und</strong> eine Dokumentation<br />
verfasst, welche aufzeigt,<br />
wie später Veränderungen vorgenommen<br />
werden können, <strong>und</strong> die<br />
Möglichkeit bietet, jederzeit <strong>und</strong><br />
ohne grossen Zeitaufwand die Kanäle<br />
beliebig zu erweitern.<br />
Für den Bremsbetrieb muss eine<br />
Bremsschaltung in Form einer Printplatte<br />
erstellt werden, weil einige Signale<br />
vom Simulator nicht direkt in<br />
die SPS eingelesen werden können.<br />
Auswertung<br />
Nach der Entwicklung <strong>und</strong> einigen<br />
Verfeinerungen <strong>und</strong> Änderungen in<br />
der Software ist die Inbetriebnahme<br />
auf dem Simulator abgeschlossen.<br />
Ich hoffe mit meinem Engagement<br />
einen kleinen aber wirkungsvollen<br />
Beitrag zur Verbesserung des öffentlichen<br />
Verkehrs leisten zu können.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Dordevic Gojko<br />
1969<br />
079 677 87 35<br />
dordevicgojko@yahoo.de<br />
BI<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik
BU<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Ebert Dominik<br />
1983<br />
dominik.ebert@gmx.ch<br />
Hofer Christophe<br />
1982<br />
c_hofer@gmx.ch<br />
Optisches Spektrometer für Plasmaprozesse<br />
Mikrosystemtechnik / Prof. Dr. Hans Köppel<br />
Experte: Niklaus Affolter<br />
Plasmaprozesse ermöglichen das Auf- <strong>und</strong> Abtragen sehr dünner Schichten auf einem Trägermaterial.<br />
In der Halbleitertechnik werden sie zum Bearbeiten von Wafern eingesetzt <strong>und</strong> sind eine Voraussetzung<br />
zur Herstellung von Mikrochips. Eine Möglichkeit um den Vorgang zu überwachen, ist<br />
die Analyse des vom Plasma ausgesendeten Lichts mit einem optischen Emissions-Spektrometer.<br />
Somit können Rückschlüsse auf die im Plasma vorhandenen Elemente gemacht werden. Im Reinraum<br />
der HTI Burgdorf war es bisher nicht möglich, einen solchen Prozess zu analysieren <strong>und</strong> zu<br />
überwachen.<br />
Plasmaprozesse<br />
In einem Dünnschichtlabor werden<br />
verschiedene Geräte eingesetzt,<br />
deren Prozesse technisches Plasma<br />
erfordern. In einer Kammer wird<br />
ein Vakuum erzeugt <strong>und</strong> das für<br />
den Prozess benötigte Gas zugegeben.<br />
Ein hochfrequentes Feld ionisiert<br />
das Gas, wodurch das Plasma<br />
entsteht. Das Spektrum des vom<br />
Plasma emittierten Lichts ist dabei<br />
charakteristisch für die im Wechselfeld<br />
vorhandenen Elemente.<br />
Wird zum Beispiel Photolack von<br />
einem Wafer abgetragen, sind die<br />
Elemente des Photolacks ebenfalls<br />
im Plasma vorhanden <strong>und</strong> emittieren<br />
Licht mit einem charakteristischen<br />
Spektrum. Sobald die Lackschicht<br />
(einige 10nm) abgetragen ist<br />
<strong>und</strong> das unter dem Lack liegende<br />
Silizium zum Vorschein kommt, än-<br />
Schematischer Aufbau des optischen Emissions-Spektrometers<br />
dert sich die spektrale Zusammensetzung<br />
des vom Plasma ausgesendeten<br />
Lichts. Diese Änderung<br />
kann mit blossem Auge nicht wahrgenommen<br />
werden, ein optisches<br />
Emissions-Spektrometer kann unter<br />
anderem auch diese Veränderung<br />
detektieren. Das Spektrometer<br />
sollte den Wellenlängenbereich von<br />
200 bis 900 nm abdecken <strong>und</strong> über<br />
den gesamten Bereich eine minimale<br />
Auflösung von 1 bis 3 nm haben.<br />
Die Kosten für ein solches Gerät<br />
sollten dabei möglichst gering sein.<br />
Spektrometer<br />
Eine Glasfaser transportiert das<br />
Licht von der Vakuumkammer zum<br />
Spektrometer. Ein Kollimator am<br />
Ausgang des Lichtwellenleiters erzeugt<br />
einen parallelen Lichtstrahl,<br />
welcher auf ein optisches Reflexi-<br />
ons-Gitter trifft. Das Gitter teilt das<br />
auftreffende Licht in seine spektralen<br />
Komponenten, der Reflexionswinkel<br />
eines Lichtstrahls ist von<br />
seiner Wellenlänge abhängig. Nach<br />
dem Gitter trifft das Licht auf einen<br />
Hohlspiegel welcher die Strahlen<br />
bündelt <strong>und</strong> auf einen linearen CCD-<br />
Sensor (Zeilensensor) lenkt. Somit<br />
kann jedem Pixel des Sensors eine<br />
bestimmte Wellenlänge zugeordnet<br />
werden.<br />
Das Signal des CCD-Sensors wird<br />
mit einem Analog-Digital-Wandler<br />
ausgelesen <strong>und</strong> über USB an<br />
den PC gesendet. Ein FPGA steuert<br />
ADW, CCD <strong>und</strong> USB-Interface.<br />
Mit der Software LabVIEW werden<br />
die empfangenen Daten verarbeitet<br />
<strong>und</strong> visualisiert. Auf dem Bildschirm<br />
erkennt der Anwender die<br />
vom Plasma emittierten Wellenlängen.<br />
Anhand des Spektrums können<br />
Rückschlüsse auf die vorhandenen<br />
Elemente <strong>und</strong> den Fortschritt<br />
des Prozesses gemacht werden.<br />
Mit Hilfe dieser Daten kann die Prozessanlage<br />
zu einem späteren Zeitpunkt<br />
automatisiert werden.<br />
6 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Komfortable DSP-Programmierung in der Mechatronik<br />
Mechatronik / Willi Merk /<br />
Experte: Dr. Lucien Terens<br />
Digitale Signalprozessoren setzen sich in der Mechatronik zunehmend durch, da sie die dynamischen<br />
<strong>und</strong> Präzisionsanforderungen erfüllen. Deren Programmierung erfolgt üblicherweise in C.<br />
Diese Methode ist zeitaufwendig <strong>und</strong> fehleranfällig. Graphische Programmiersprachen eignen sich<br />
dagegen besser. Es wird nun in Matlab/Simulink eine Positionsregelung unter Verwendung des TI<br />
C2000-Blocksets für den DSP TMS 20F2 2 von Texas Instruments programmiert. Das Endprodukt<br />
wird anschliessend in eine attraktive Anwendung fürs Mechatroniklabor “verpackt”.<br />
Die Verwendung einer graphischen<br />
Programmieroberfläche, deren Einarbeitung<br />
leicht ist, eignet sich sehr<br />
gut für praktische Anwendungen<br />
von Controllern. Dabei setzt sich<br />
die Programmiersprache Matlab/<br />
Simulink immer mehr durch, da sie<br />
die Simulation eines Prozesses mit<br />
anschliessender Codegenerierung<br />
für das Zielsystem ermöglicht.<br />
Es soll nun eine Positionsregelung<br />
mit einem elektronisch kommutierten<br />
Gleichstrommotor der Firma<br />
Maxon mit Hilfe des digitalen Signalprozessors<br />
(DSP) TMS320F2812<br />
von Texas Instruments realisiert<br />
werden.<br />
Regelung<br />
Um die Position des Antriebes zu<br />
regeln, verwendet man eine mehrschleifige<br />
Kaskadenstruktur. Innerhalb<br />
der Schleife für die Positionsregelung,<br />
die relativ langsam<br />
ist, werden eine Geschwindigkeits-<br />
<strong>und</strong> eine noch schnellere <strong>Strom</strong>regelung<br />
unterlagert. Diese erfolgt im<br />
rotorfesten Koordinatensystem (d-q<br />
System). Die notwendigen Transformationen<br />
erledigen die vorhandene<br />
Blöcke der Toolbox. Ebenfalls<br />
ist eine Raumzeigermodulation<br />
(Space Vector Modulation) vorgesehen.<br />
Diese ermöglicht eine bessere<br />
Ausnützung des Stellgliedes<br />
<strong>und</strong> vermindert die Schaltverluste.<br />
Dieses Stellglied ist eine 3-phasige<br />
MOSFET Brückenschaltung, die<br />
aus Zeitgründen auf einem Experimentierboard<br />
aufgebaut wurde. Sie<br />
ist über Optokoppler vom DSP potentialgetrennt.<br />
Die Position werden mit einem im<br />
Motor eingebauten Encoder gemessen<br />
<strong>und</strong> dessen Binärsignale<br />
im DSP in ein Positionsabbild umgerechnet.<br />
Anwendung<br />
Dieser Antrieb muss nun in eine attraktive<br />
Anwendung eingebaut werden.<br />
Die Idee eines elektronischen<br />
“Hau der Lukas” wurde näher betrachtet,<br />
wird jedoch aus zeitlichen<br />
<strong>und</strong> finanziellen Gründen nicht zustande<br />
kommen. Es wird deshalb<br />
eine Art interaktiver Partiturschreiber<br />
aufgebaut.<br />
Der Systemeingang ist eine einfache,<br />
einstimmige Melodie. Das<br />
vom Mikrofon erzeugte Signal wird<br />
zunächst gefiltert. Dabei werden<br />
die höchsten Harmonischen gedämpft.<br />
Danach muss die Gr<strong>und</strong>schwingung,<br />
dass heisst die kleinste<br />
vorhandene Frequenz, ermittelt<br />
werden. Diese wird in den Positionssollwert<br />
umgerechnet. Es wurde<br />
davon ausgegangen, dass die<br />
Noten im Frequenzbereich diskret<br />
verteilt sind <strong>und</strong> nur aus der Gr<strong>und</strong>-<br />
<strong>und</strong> Oberschwingungen be<strong>stehen</strong>.<br />
Der mechanische Teil stellt ganz<br />
einfach die Notenzeilen dar. Längs<br />
einer senkrechten Schiene wird<br />
ein Modul je nach Notenlage hinauf<br />
oder hinunter gefahren. Mit<br />
den gezeichneten Notenzeilen <strong>und</strong><br />
–schlüsseln sollte es ein verzögertes<br />
Notenlesen darstellen.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Eggenberg Urs<br />
1980<br />
Kein Bild<br />
7<br />
BU
BI<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Eggimann Lukas<br />
1983<br />
079 285 75 33<br />
le83@gmx.ch<br />
Schaad Thomas<br />
1981<br />
079 705 91 70<br />
thom.schaad@bluewin.ch<br />
PemPac – tragbare Brennstoffzellenversorgung<br />
Energietechnik, Mechatronik / Prof. Michael Höckel, Prof. Willi Merk<br />
Experte: Dr. Lucien Terens<br />
Bei mobilen Einsätzen mangelt es oft an der Energieversorgung von elektrischen Geräten. Mit dem<br />
PemPac können Geräte bis zu einer Leistung von 700W netzunabhängig betrieben werden. Das System<br />
basiert auf einem PEM-Brennstoffzellenstapel, welcher von zwei Composite-Druckflaschen mit<br />
den Prozessgasen versorgt wird. Dank dem im System integrierten Sinusinverter steht eine Wechselspannung<br />
von 2 0V bei 0Hz zur Verfügung. Mit den modernen Druckflaschen kann während ca.<br />
drei St<strong>und</strong>en schadstofffrei Energie bezogen werden, bevor diese wieder befüllt werden müssen.<br />
Die Steuerung, welche auf einem Mikrokontroller der Firma TI basiert, gewährleistet einen sicheren<br />
<strong>und</strong> einfachen Betrieb des PemPac.<br />
Motivation<br />
Für viele Berufsleute ist ein grosses<br />
Problem, immer <strong>und</strong> überall Energie<br />
für ihre Geräte zur Verfügung zu<br />
haben.<br />
Die heute üblichen Notstromaggregate<br />
mit Verbrennungsmotor haben<br />
den Nachteil, dass sie im Betrieb<br />
laut sind <strong>und</strong> umweltschädliche<br />
Abgase produzieren.<br />
Mit dem PemPac (Polymerelektrolyt<br />
Membran Packet) können die<br />
Abgase vermieden <strong>und</strong> der Lärmpegel<br />
reduziert werden.<br />
Da im Bereich der Brennstoffzellen<br />
(BZ) der Markt noch gering entwickelt<br />
ist, sind BZ-Systeme zurzeit<br />
noch teuer. Dies wird sich jedoch<br />
durch die gezielte Förderung von<br />
Wasserstoff als Energieträger noch<br />
ändern.<br />
Realisierung<br />
Das Herz des Systems ist der PEM-<br />
BZ-Stapel welcher an der TI in Biel<br />
entwickelt wurde. Der BZ-Stapel<br />
mit 18 Zellen hat eine Leistung von<br />
700 Watt. Zur Verbesserung der<br />
Dynamik werden parallel dazu Supercaps<br />
eingesetzt.<br />
Die modernen 700 bar Druckspeicher<br />
aus Kohlefaserverb<strong>und</strong>stoff<br />
ermöglichen einen Betrieb von<br />
ca. drei St<strong>und</strong>en bei Nennleistung.<br />
Das in die Druckspeicher integrierte<br />
Druckreduzierventil <strong>und</strong><br />
die Schnellkupplung ermöglichen<br />
ein einfaches Auswechseln der<br />
Gasspeicher.<br />
Um Netzspannung zu erhalten, wird<br />
ein Sinusinverter mit einer Nennleistung<br />
von 700 Watt eingesetzt.<br />
Basierend auf einem Mikrocontroller<br />
der Familie MSP 430 der Firma<br />
TI hat die Steuerung die Aufgabe,<br />
die Lüfter, den Wechselrichter <strong>und</strong><br />
die Magnetventile der Gasperipherie<br />
zu steuern. Zusätzlich überwacht<br />
sie sämtliche Betriebsparameter,<br />
um einen sicheren Betrieb zu garantieren.<br />
Um den PemPac autonom<br />
aufstarten zu können, werden<br />
standardisierte AAA-Batterien eingesetzt.<br />
Sobald der Stapel Energie<br />
liefert, bezieht auch die Steuerung<br />
ihre Energie aus diesem.<br />
Vorgehen<br />
Das Konzept für den PemPac wurde<br />
im Rahmen einer vorausgehenden<br />
Semesterarbeit erstellt.<br />
Aufbauend auf dieser Arbeit wurden<br />
die Komponenten bestellt <strong>und</strong><br />
das Design für den Aufbau entwickelt.<br />
Parallel zum elektrischen Leistungsteil,<br />
der Gasperipherie <strong>und</strong><br />
dem mechanischen Aufbau wurde<br />
die Steuerung ausgearbeitet.<br />
Um die Steuerung trotz der vielen<br />
Schnittstellen kompakt realisieren<br />
zu können, wurde die Steuerung<br />
applikationsspezifisch entworfen<br />
<strong>und</strong> auf einer elektronischen Leiterplatte<br />
implementiert.<br />
Ein weiterer wichtiger Punkt der<br />
Arbeit war das Programmieren der<br />
Steuerung, welche die Bedienung<br />
des Geräts für den Benutzer sicher<br />
<strong>und</strong> einfach gestaltet. Dazu wird<br />
der Benutzer über alle relevanten<br />
Systemzustände via Display informiert.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Moteur synchrone à autopilotage<br />
Prof. Markus Moser<br />
Expert: Felix Kunz<br />
La maison Haag Streit a développé un moteur ‘DC brushless’ pour une application qui exige une vitesse<br />
de rotation constante à haute précision. La solution actuelle est satisfaisante du point de vue<br />
précision, mais elle produit un bruit qui est probablement généré par la commutation. Dans le cadre<br />
du projet on a introduit un entrainement purement sinusoïdale. L’autopilotage se fait à l’aide de<br />
l’encodeur incrémental déjà utilisé. Le réglage est optimisé pour atteindre le synchronisme voulu.<br />
Situation générale<br />
Le moteur synchrone développé par<br />
la maison Haag Streit comprend un<br />
rotor à disque avec des aimants<br />
permanents collés. Un circuit imprimé<br />
avec des bobines sous forme<br />
de pistes conductives agit comme<br />
stator. Le système de mesure est<br />
un encodeur incrémental de haute<br />
résolution. La commutation est<br />
actuellement commandée par des<br />
éléments Hall. La tension des trois<br />
phases du moteur est utilisée pour<br />
régler la vitesse de rotation.<br />
La régulation de vitesse du moteur<br />
But du travail et résultats<br />
Le travail a pour but le développement<br />
de l’autopilotage adapté<br />
au système du moteur synchrone<br />
donné.<br />
Dans les travaux précédents on a<br />
analysé le système du moteur et on<br />
a évalué des autres stratégies d’entraînement.<br />
L’approche optimale<br />
est l’exploitation comme moteur<br />
synchrone à autopilotage. La régulation<br />
de vitesse est scalaire mais<br />
en supprimant le réglage du courant,<br />
car l’impédance réactive et la<br />
force électromotrice ont une petite<br />
influence par rapport à la chute de<br />
tension ohmique. L’efficacité de<br />
cette solution était prouvée par des<br />
mesures.<br />
Pour déterminer la position précise<br />
de l’axe magnétique du rotor, c’est-<br />
à-dire pour initialiser la position de<br />
l’encodeur par rapport à l’axe magnétique,<br />
on a poursuivi la solution<br />
propre d’une oscillation lente du<br />
moteur avant le démarrage. Les<br />
capteurs à effet Hall peuvent ainsi<br />
être éliminés.<br />
Dans le cadre du travail de diplôme<br />
on a optimisé la régulation et le saisi<br />
de vitesse. Le saisi travaille selon le<br />
principe de la mesure de période.<br />
La fréquence de coupure du système<br />
réglé est choisie la plus haute<br />
possible pour optimiser le synchronisme,<br />
la limite est donnée par la<br />
période de mesure de l’encodeur.<br />
Les mesures du synchronisme ont<br />
montré la réduction des oscillations<br />
de la vitesse de rotation comme<br />
prévu dans la simulation.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Elatatri Hicham<br />
1970<br />
9<br />
BI<br />
Électricité et systémes<br />
de communication
BU<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Emmenegger Marco<br />
1981<br />
079 203 17 65<br />
mugumu@bluewin.ch<br />
Aktiver PFC-Controller für Industrielaser<br />
Elektrotechnik/ Prof. Gerhard Krucker<br />
Experte: Walter Schlegel<br />
Durch die nicht sinusförmige <strong>Strom</strong>aufnahme von konventionellen Wechselrichtern mit einem Diodengleichrichter<br />
am Eingang oder getakteten Schaltnetzteilen sind deutliche Auswirkungen auf das<br />
<strong>Strom</strong>versorgungsnetz bemerkbar. Die hohen Oberwellenanteile im nicht sinusförmigen <strong>Strom</strong> sorgen<br />
für mehr Verlustleistung im Energieversorgungsnetz <strong>und</strong> in den Trafostationen, die von den<br />
Kraftwerken zusätzlich erzeugt werden müssen. Die Lösung gegen eine nicht sinusförmige <strong>Strom</strong>aufnahme<br />
des Wechselrichters ist die Implementierung einer Power Factor Correction (PFC).<br />
Ausgangslage<br />
Seit der Norm EN 61000-3-2, die<br />
seit dem 01.01.2001 in Kraft ist,<br />
muss mit wenigen Ausnahmen, jedes<br />
elektronische Gerät, das zwischen<br />
75 W <strong>und</strong> 1 kW verbraucht,<br />
eine PFC (Power Factor Correction)<br />
besitzen. Allgemein handelt es sich<br />
bei der PFC um eine Technologie,<br />
die der Verbesserung der allgemeinen<br />
<strong>Strom</strong>versorgung dienen soll,<br />
indem die komplexe Lastcharakteristik<br />
von Verbrauchern möglichst<br />
weit an jene einfacherer Geräte angepasst<br />
wird.<br />
Netzstrom mit/ohne PFC<br />
Funktionsprinzip einer aktiven PFC<br />
Ziele<br />
Die Hauptaufgabe der Diplomarbeit<br />
ist es, einen funktionsfähigen Prototypen<br />
für eine Ausgangsleistung<br />
von 1 kW zu entwickeln, welcher<br />
den geforderten Spezifikationen des<br />
Pflichtenheftes entspricht. Dazu ist<br />
in PSpice ein Simulationsmodell für<br />
den PFC-Controller zu entwerfen.<br />
Dieses soll für vertiefte Kenntnisse<br />
der Funktionsweise der PFC <strong>und</strong><br />
der Überprüfung der Messresultate<br />
des Prototypen dienen.<br />
Funktionsprinzip<br />
Um den Netzstrom näherungsweise<br />
sinusförmig zu halten, benutzt<br />
man in den meisten Fällen einen<br />
Aufwärtswandler. Diesen nennt<br />
man Leistungsfaktorvorregler oder<br />
in Englisch Power Factor Preregulator.<br />
Gegenüber dem konventionellen<br />
Aufwärtswandler gibt es<br />
aber einige <strong>Unter</strong>schiede: Am Eingang<br />
liegt keine DC-Spannung an,<br />
sondern die gleichgerichtete Netzspannung.<br />
Weiter wird der Schalter<br />
des Aufwärtswandlers so gesteuert,<br />
dass der Netzstrom nahezu sinusförmig<br />
ist oder, anders gesagt, der<br />
Netzspannung folgt. Die Ausgangsspannung<br />
wird auf eine Spannung<br />
geregelt, die grösser als die höchste<br />
Netzspitzenspannung ist.<br />
Ausblick<br />
Die Entwicklung eines Prototypen<br />
konnte mit guten Ergebnissen realisiert<br />
werden. Bei einer Weiterentwicklung<br />
könnte der verwendete<br />
PFC-Controller UC2818A durch einen<br />
DSP ersetzt werden. Dadurch<br />
würde eine flexiblere Schaltung<br />
erreicht werden. Spätere Änderungen<br />
der Spezifikationen wären<br />
so einfacher realisierbar.<br />
Mit Hilfe der verwendeten Simulationsschaltung<br />
konnten die praktischen<br />
Messungen verifiziert <strong>und</strong><br />
wo nötig genauer untersucht werden.<br />
0 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Löschtechnik Fernbedienung<br />
Elektronik & Technische <strong>Informatik</strong> / Prof. Daniel Lanz / Prof. Dr. Elham Firouzi<br />
Experte: Niklaus Affolter<br />
Um die Einsatzkraft der Feuerwehr zu verstärken, wird heute ein hohes Mass an Flexibilität <strong>und</strong> Effizienz<br />
verlangt. Moderne Feuerwehrfahrzeuge bieten eine Vielzahl von Lösch- <strong>und</strong> Rettungsmöglichkeiten,<br />
welche durch knappe personelle Mittel bedienbar sein müssen.<br />
Mit der Löschtechnik Fernbedienung bietet man dem Maschinisten, nebst den gängigen Bedienmöglichkeiten<br />
am Heck des Fahrzeugs eine weitere Variante, die Hauptfunktionen des Tanklöschfahrzeuges<br />
zu bedienen. Dabei ist zentral, dass der Bediener nicht mehr an den Standort am Heck<br />
des Fahrzeuges geb<strong>und</strong>en ist. Er kann sich frei bewegen, andere Tätigkeiten ausführen <strong>und</strong> trotzdem<br />
seine Anlage überwachen <strong>und</strong> bedienen.<br />
Unsere Auftraggeberin, die Firma<br />
Vogt AG, ist führende Herstellerin<br />
von Feuerwehrgeräten <strong>und</strong> -Fahrzeugen<br />
in der Schweiz. Die eingesetzten<br />
Tanklöschfahrzeuge<br />
besitzen eine Steuerung aller feuerwehrtechnischen<br />
Komponenten,<br />
Vogt - Easy Pump Control (VEPC)<br />
genannt, welche die Visualisierung<br />
der Systemdaten <strong>und</strong> die Bedienung<br />
der Hauptfunktionen ermöglicht.<br />
Zur Ergänzung des vorhandenen<br />
Steuersystems VEPC wird nun ein<br />
Gerät entwickelt, dass die Bedienung<br />
des Fahrzeuges flexibler gestaltet.<br />
Die Fernbedienung bietet<br />
eine ortsungeb<strong>und</strong>ene Möglichkeit,<br />
den Zustand des Tanklöschfahrzeuges<br />
zu visualisieren, <strong>und</strong><br />
alle wichtigen Eingaben zu tätigen.<br />
Im Rahmen einer vorgängigen Se-<br />
Blockschaltbild Löschtechnik Fernbedienung<br />
mesterarbeit haben wir die Hauptkomponenten<br />
der Löschtechnik<br />
Fernbedienung evaluiert. Ziel dieser<br />
Diplomarbeit ist es, die Software zu<br />
entwickeln <strong>und</strong> das Gesamtsystem<br />
zu testen.<br />
Zur Funkübertragung wird ein auf<br />
dem IEEE Standard 802.15.4 basierendes<br />
ZigBee-Modul eingesetzt.<br />
ZigBee <strong>und</strong> sein zugr<strong>und</strong>eliegender<br />
Standard erlauben die Realisierung<br />
von zuverlässigen, kostengünstigen<br />
<strong>und</strong> verlustleistungsarmen Funklösungen.<br />
Das eingesetzte Funkmodul wird<br />
mit einer Simple-MAC Software<br />
ausgeliefert. Dabei sind nur die<br />
wichtigsten Funktionen des Standards<br />
für eine Punkt-Punkt-Verbindung<br />
enthalten, womit die anwenderspezifische<br />
Software einfacher<br />
wird. In unserer Applikation sind<br />
das Senden <strong>und</strong> Empfangen von<br />
Paketen fixer Länge mit einer definierten<br />
Adresse sowie das Auslesen<br />
der Verbindungsqualität implementiert.<br />
Durch das Senden einer<br />
Bestätigung nach jedem Paket wird<br />
zudem eine verbindungsorientierte<br />
Lösung realisiert. Somit ist ein Verbindungsausfall<br />
detektierbar.<br />
Die Fix-Station hat die Aufgabe,<br />
die empfangenen Telegramme der<br />
SPS auf die für das Funkmodul verständlichen<br />
Pakete umzuformen.<br />
Zur Kommunikation mit dem Tanklöschfahrzeug<br />
verwenden wir den<br />
gleichen CAN-Bus wie für das<br />
VEPC. Der Microcontroller wertet<br />
die für ihn bestimmten Telegramme<br />
aus <strong>und</strong> leitet sie via Funkmodul an<br />
die Mobilstation weiter. Umgekehrt<br />
werden empfangene Steuerbefehle<br />
des Bediengerätes an die SPS gesendet.<br />
Mit der Mobile-Station haben wir<br />
das eigentliche Bediengerät realisiert.<br />
Alle Systemdaten des Tanklöschfahrzeuges<br />
werden analysiert,<br />
ausgewertet <strong>und</strong> mit einem Grafik-<br />
Display visualisiert. Ebenfalls ermittelt<br />
der Microcontroller zu jedem<br />
Zeitpunkt den Status der Fernbedienung<br />
<strong>und</strong> gibt im Fehlerfall eine<br />
Warnmeldung aus. Die Eingabe<br />
von Steuerdaten erfolgt über eine<br />
Folientastatur. Eine komfortable<br />
Menüführung erlaubt eine intuitive<br />
<strong>und</strong> einfache Bedienung der Löschtechnik<br />
Fernbedienung.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Friedli Martin<br />
1981<br />
friedlimartin@gmail.com<br />
Niederhauser Thomas<br />
1983<br />
th_niederhauser@bluewin.ch<br />
BU
BU<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Friedrich Karin Barbara<br />
1982<br />
friedrich.karin@gmx.net<br />
Gfeller Daniel<br />
1982<br />
daniel.gfeller@bluewin.ch<br />
Ausbau des DC-Speisegerätes für Solargen.-Sim.<br />
Photovoltaik / Prof. Dr. Heinrich Häberlin<br />
Experte: Dr. Rudolf Minder<br />
Um wetterunabhängige Messungen an Solarwechselrichtern durchzuführen, werden im Photovoltaiklabor<br />
der BFH-TI Solargenerator-Simulatoren eingesetzt. Deren Energieversorgung erfolgte<br />
bis anhin durch eine rotierende Umformergruppe. Als Ersatz für die Umformer wurde im Laufe unserer<br />
Diplomarbeit eine getaktete Netzspeisung mit einer Ausgangsleistung von 2 kW realisiert. Die<br />
Gleichrichtung erfolgt über einen dreiphasigen PFC-Gleichrichter, der hohe Leistungsfaktoren <strong>und</strong><br />
geringe Oberschwingungen auf den Netzströmen bewirkt. Ein einstellbarer Tiefsetzsteller konvertiert<br />
die dabei ent<strong>stehen</strong>de Zwischenkreisspannung auf die gewünschte Ausgangsspannung.<br />
Das Photovoltaiklabor der BFH-TI<br />
ist eine der wenigen Institutionen,<br />
die über hochstabile Solargenerator-Simulatoren<br />
grösserer Leistung<br />
zum Test von Netzverb<strong>und</strong>wechselrichtern<br />
verfügt. Diese Simulatoren<br />
benötigen eine leistungsfähige,<br />
einstellbare DC-Speisung. Die<br />
bis anhin eingesetzten rotierenden<br />
Umformergruppen sind zwar genügend<br />
leistungsfähig <strong>und</strong> einfach<br />
regelbar, allerdings auch teuer <strong>und</strong><br />
unhandlich.<br />
Bereits vor einem Jahr wurde im<br />
Rahmen einer Diplomarbeit eine<br />
getaktete Netzspeisung mit PFC-<br />
Gleichrichter entwickelt. Das dabei<br />
entstandene Gerät hat aber mit<br />
8.5 kW eine zu kleine Ausgangsleistung<br />
<strong>und</strong> verfügt über einen<br />
sehr provisorischen Aufbau, der für<br />
einen praktischen Einsatz ungeeignet<br />
wäre.<br />
Unsere Aufgabe war es, auf Basis<br />
des be<strong>stehen</strong>den Gerätes, eine<br />
in ein Gehäuse integrierte Netzspeisung<br />
zu bauen, welche zur<br />
<strong>Strom</strong>versorgung der Simulatoren<br />
eingesetzt werden kann. Dafür verwendeten<br />
wir den vorhandenen<br />
dreiphasigen PFC-Gleichrichter sowie<br />
einen von uns in einer vergangenen<br />
Semesterarbeit realisierten<br />
Tiefsetzsteller mit einer Leistung von<br />
34kW, welcher für diese Anwendung<br />
natürlich stark überdimensioniert<br />
ist. Beide Komponenten<br />
mussten vor dem Einbau noch modifiziert<br />
werden, ausserdem haben<br />
wir das Gerät mit verschiedenen<br />
Schutzschaltungen versehen, die<br />
im Fehlerfall eine Beschädigung<br />
des Simulators oder eine Gefährdung<br />
des Anwenders verhindern.<br />
Die Schaltung wurde zum Schluss<br />
in einen 19” Schrank eingebaut.<br />
Die Eingabe der Sollwerte für Ausgangsspannung<br />
<strong>und</strong> <strong>Strom</strong>begrenzung<br />
erfolgt über ein Frontpanel<br />
entweder manuell oder durch eine<br />
PC-Schnittstelle. Die Werte werden<br />
an die Regelung des Tiefsetzstellers<br />
geleitet. Letzterer konvertiert<br />
die Zwischenkreisspannung vom<br />
PFC Gleichrichter in die gewünschte<br />
Ausgangsspannung, welche in<br />
einem Bereich von 100… 850V eingestellt<br />
werden kann. Da es nicht<br />
sinnvoll wäre, bei 100V Ausgangs-<br />
Blockschema des DC-Speisegerätes<br />
spannung mit derselben Zwischenkreisspannung<br />
zu arbeiten wie bei<br />
850V, kann auch die Zwischenkreisspannung<br />
variiert werden. Die<br />
Bestellung der Zwischenkreisspannung<br />
erfolgt durch die Regelung<br />
des Tiefsetzstellers. Sie kann Werte<br />
von 550… 900 V annehmen.<br />
Durch den Einsatz von Halbleitern<br />
der neusten Generation (1200 V<br />
MOSFETS, Hyperfastdioden) konnten<br />
die Schaltverluste auf ein Minimum<br />
reduziert werden. Der Gesamtwirkungsgrad<br />
des Systems<br />
(PFC <strong>und</strong> Tiefsetzsteller) dürfte<br />
schätzungsweise bei 95% liegen,<br />
wobei ein Test zum Zeitpunkt des<br />
Druckes noch ausstand.<br />
2 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Bedieneinheit zu Induktionsheizungen<br />
Automation / Prof. Markus Moser<br />
Experte: Felix Kunz<br />
Die Firma Schmalz Distributions-Systeme AG produziert Speiseverteilsysteme, wie sie zum Beispiel<br />
in Krankenhäusern verwendet werden. Das Ziel dieser Diplomarbeit ist, die Software für eine<br />
Bedieneinheit eines solchen Speiseverteilsystems zu entwickeln <strong>und</strong> einen Prototyp in Betrieb zu<br />
nehmen.<br />
Im Speiseverteilsystem ist die Regeneration (schonende Erwärmung) der Nahrungsmittel durch eine<br />
Induktionsheizung realisiert. Die Bedieneinheit hat die Aufgabe, diese Induktionsheizung zu steuern<br />
<strong>und</strong> den Ablauf des Regenerationsprozesses zu kontrollieren.<br />
Wieso eine neue Bedieneinheit?<br />
Die be<strong>stehen</strong>de Bedieneinheit ist<br />
schon lange auf dem Markt <strong>und</strong><br />
durch die vielen Änderungen <strong>und</strong><br />
Erweiterungen ist die Software<br />
kaum mehr wartbar. Die alte Bedieneinheit<br />
realisiert zudem die<br />
Leistungszufuhr in die Induktionsheizung<br />
nur durch Ein- <strong>und</strong> Ausschalten<br />
der Generatoren.<br />
Induktionswagen eines Speiseverteilsystems<br />
Die Ausgangslage<br />
In einer der Diplomarbeit vorangehenden<br />
Semesterarbeit wurde<br />
bereits das Konzept für eine neue<br />
Bedieneinheit entwickelt <strong>und</strong> die<br />
Hardware für einen Prototypen<br />
hergestellt. Die neue Bedieneinheit<br />
erlaubt die kontinuierliche<br />
Leistungsvorgabe an den Induktionsgenerator.<br />
Es ist zudem ein PC<br />
Programm vorhanden, mit dem<br />
es möglich ist, Regenerationsprozesse<br />
zu definieren <strong>und</strong> auf dem<br />
Bediengerät laufen zu lassen sowie<br />
Logger Daten vom Bediengerät anzuzeigen.<br />
Das Ziel<br />
Das Ziel dieser Diplomarbeit ist die<br />
Entwicklung <strong>und</strong> der Aufbau eines<br />
Prototyps der Bedieneinheit einer<br />
Induktionsheizung. Dieser Prototyp<br />
soll den Regenerationsprozess<br />
steuern <strong>und</strong> überwachen.<br />
Das System<br />
Der realisierte Prototyp umfasst<br />
eine Reihe von Funktionen:<br />
Es können bis zu vier Generatoren<br />
an die Bedieneinheit angeschlossen<br />
werden. Das Benutzerinterface<br />
besteht aus einem Display <strong>und</strong> vier<br />
Tasten. Der Prototyp beinhaltet eine<br />
Echtzeituhr, die stets die aktuelle<br />
Uhrzeit liefert, Ereignisse <strong>und</strong> Zustände<br />
werden zudem in einem<br />
Datalogger gespeichert. Damit die<br />
Bedieneinheit komfortabel erweitert<br />
werden kann, ist ein CAN Bus<br />
implementiert, über den später weitere<br />
Module angeschlossen werden<br />
können. Für die Übertragung<br />
von Logger Daten von der Bedieneinheit<br />
zum PC <strong>und</strong> für den Transfer<br />
von Regenerationsprogrammen<br />
vom PC zur Bedieneinheit wurde<br />
eine i-Button Schnittstelle implementiert.<br />
Das Resultat<br />
Die Software für die Bedieneinheit<br />
einer Induktionsheizung konnte realisiert<br />
werden <strong>und</strong> der Prototyp<br />
wurde in Betrieb genommen. Die<br />
Menüführung wurde nahezu gleich<br />
wie in der alten Bedieneinheit implementiert,<br />
was einen Umstieg auf<br />
das neue System erleichtert. Die<br />
Bedieneinheit ist in der Lage, einen<br />
Generator gemäss einem Regenerationsprozess<br />
zu steuern.<br />
Prototyp Bedieneinheit einer Induktionshei-<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
zung<br />
Gatschet Steve<br />
1982<br />
078 689 75 99<br />
stevegatschet@gmx.ch<br />
BI<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik
BI<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Haggenmacher Leandro<br />
1982<br />
079 / 740 46 65<br />
leo_hagen@yahoo.com<br />
Anschluss des Loksimulators an Vielfachsteuerungs-Kabel<br />
Elektrische Maschinen / Betreuer: Prof. Dr. Hansjürg Rohrer<br />
Experte: René Buser<br />
Für kleinere Bahn-<strong>Unter</strong>nehmen ist die Anschaffung eines Loksimulators für Ausbildungszwecke<br />
meist eine viel zu grosse Investition. Um die Hardware-Anschaffung auf ein Minimum zu reduzieren,<br />
soll der Rechner, auf welchem die Simulation läuft, mit einer SPS an das Vielfachsteuerungs-Kabel<br />
eines Steuerwagens angeschlossen werden. Das eingesetzte Simulations Programm LOCSIM, welches<br />
an der <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> entwickelt wurde, bietet die Möglichkeit, alle erdenklichen Situationen<br />
realitätsnah mit Hilfe von Videoaufnahmen darzustellen. Für diese Diplomarbeit wurde ein<br />
Steuerwagen <strong>und</strong> die Strecke Tavannes-Tramelan der CJ Chemins de fer du Jura gewählt.<br />
Schon seit einigen Jahren wird das<br />
Programm LOCSIM verwendet, um<br />
Echtzeit-Simulationen von Bahnfahrten<br />
zu machen. Das Programm<br />
befindet sich im Einsatz bei diversen<br />
Loksimulatoren wie zum Beispiel<br />
im Museo FERALP in Bussoleno<br />
(Turin), im Rail-In-Treff in Interlaken<br />
oder auf einem in der Schule in Biel<br />
aufgebauten Simulator. Momentan<br />
wird für den Verband der Schweizer<br />
Schmalspurbahnen (Railplus)<br />
ein Ausbildungs-Simulator gebaut.<br />
Alle diese Simulatoren benützen<br />
als Umgebung für die Simulation einen<br />
alten ausgebauten Führerstand,<br />
oder einen speziell dafür angefertigten<br />
Nachbau.<br />
Video-Bild der Führerstands-Sicht<br />
Die Chemins de fer du Jura CJ<br />
möchten zu Ausbildungszwecken<br />
auch das Programm LOCSIM einsetzen.<br />
Die Anschaffung einer kompletten<br />
Führerstandsnachbildung<br />
ist auszuschliessen, weil dieser<br />
Fahrzeugtyp schon seit Jahren<br />
nicht mehr gebaut wird <strong>und</strong> somit<br />
ein Nachbau extrem teuer würde.<br />
Ein alter Führerstand desselben<br />
Typs ist auch nicht erhältlich, weil<br />
alle Fahrzeuge noch im Betrieb<br />
sind. Des weiteren würde der in Anspruch<br />
genommene Platzaufwand<br />
nicht dem Nutzen entsprechen.<br />
Es entstand bei den CJ somit die<br />
Idee, einen gerade im Betrieb nicht<br />
benutzten Steuerwagen als Plattform<br />
zu benutzen. Das Ziel ist, in<br />
möglichst kurzer Zeit einen Steuerwagen<br />
für Ausbildungs-Zwecke<br />
herrichten zu können, ohne dass<br />
das Fahrzeug irgendwelche Anpassungen<br />
gegenüber dem heutigen<br />
Zustand braucht.<br />
Die Verbindung zwischen dem<br />
Computer <strong>und</strong> dem Fahrzeug ist<br />
mit einer SPS der Firma Selectron<br />
aufgebaut, diese gibt die vom Pro-<br />
gramm berechneten Signale über<br />
die Vielfachsteuerungs-Leitung an<br />
das Fahrzeug, <strong>und</strong> liest umgekehrt<br />
die an den Triebwagen adressierten<br />
Signale <strong>und</strong> gibt diese an den<br />
Rechner.<br />
Dem Steuerwagen wird somit ein<br />
angeschlossener Triebwagen vorgetäuscht,<br />
die Sicherheitsanlagen<br />
entlang der Strecke werden mit<br />
einem unter dem Fahrzeug plazierten<br />
Elektromagneten nachgebildet.<br />
Der Lokomotivführer sieht während<br />
der Simulationen Bilder, die aus<br />
dem Führerstand des fahrenden<br />
Zuges aufgenommen worden sind.<br />
Da alle Fahrstrassen während der<br />
Aufnahme abgefahren wurden, besteht<br />
die Möglichkeit auch in der Simulation<br />
alle Geleise zu befahren.<br />
Um eine realitätsnahe Ausbildung<br />
zu ermöglichen, wurden im Laufe<br />
der Diplomarbeit alle Signale entlang<br />
der aufgenommenen Strecke<br />
in das Video-Signal eingefügt. Somit<br />
können diese unabhängig der<br />
Stellung während der Aufnahme<br />
dargestellt werden.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Smart Charging Station<br />
Computer Engineering / Prof. Gerhard Krucker<br />
Expert: Walter Schlegel / RUAG Aerospace<br />
Nowadays mobile devices are an inherent part of the modern society. The personal cell phone and<br />
the technician’s tester are only two examples. These devices have one thing in common: they are<br />
driven by a firmware. Unfortunately the firmware sometimes contains minor or even major bugs.<br />
That is where the Smart Charging Station steps in.<br />
The goal of the project was to develop a server-client system for managing the firmware of in-field<br />
devices without forcing them to be sent back to the manufacturer. The result is a Smart Charging<br />
Station which connects to a server over the internet to get the latest firmware.<br />
Problem<br />
The problem of installing a new<br />
firmware on devices that are in use<br />
is that the device has to return to<br />
the factory. Often this is a barrier<br />
for the customer as well as for the<br />
manufacturer. Furthermore, this<br />
way of servicing is cost and time inefficient.<br />
The result of these disadvantages<br />
are unsatisfied clients and<br />
outdated equipment.<br />
This drawback was recognized by<br />
RUAG Aerospace, Interlaken which<br />
is one of the major suppliers for<br />
testing equipments for the Swiss<br />
Airforce. The demand for a system<br />
which manages the firmware<br />
update process automatically was<br />
identified and the idea of a Smart<br />
Charging Station was born.<br />
Fig. 1: Connection between the charger and the server<br />
Fig. 2: Software stack of the charger<br />
Solution<br />
The aim is to maintain the mobile<br />
devices while the battery gets<br />
charged. Therefore the charging<br />
station needs to be “intelligent”.<br />
That means the station has to perform<br />
additional tasks than simply<br />
charge the battery.<br />
The charging station itself has to<br />
be up to date with the target device’s<br />
firmware. As a result, a server<br />
which provides the latest firmware<br />
and the communication between<br />
the charging station and the server<br />
over the internet is realized. To be<br />
independent of a LAN connection<br />
the charger connects to the internet<br />
using a GPRS link (Fig. 1). To<br />
protect the firmware data while it<br />
is transferred, a security scheme is<br />
applied. Currently AES is used for<br />
data encryption and SHA-256 for<br />
securing the data integrity. Once a<br />
firmware is stored on the charging<br />
station, it can be installed on every<br />
device that is connected.<br />
The charger is based on an Intel XScale<br />
PXA270 processor with ARM9<br />
core and a LCD. Embedded Linux<br />
has been chosen as operating system.<br />
To fit different environments,<br />
the application on the charger has<br />
been split into four modules (Fig. 2).<br />
Each of the modules has its own<br />
scope of operation to fulfil. While<br />
the lower level modules control<br />
the hardware interfaces, the main<br />
functionality, as described above,<br />
is realized in the Device Manager<br />
module.<br />
Future<br />
This system is far from being limited<br />
to firmware update purpose only.<br />
Enhancements, such as the upload<br />
of maintenance data from the target<br />
device to the server, are conceivable.<br />
This would give the operator of<br />
a firmware server the possibility to<br />
automatically maintain a database<br />
of the devices in use and their current<br />
status. This database could improve<br />
the technical support of the<br />
manufacturer. Also the upload of<br />
measurement data not to the manufacturer<br />
but to a server of the user,<br />
is possible.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Hostettler Roland<br />
1983<br />
079 609 05 31<br />
r.hostettler@gmx.ch<br />
BU
BU<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Huggler Christian<br />
1982<br />
079 566 08 33<br />
chhg@bluewin.ch<br />
Liechti Simon<br />
1984<br />
079 253 12 27<br />
simonliechti@bluewin.ch<br />
2GHz-DDS Evaluation Board<br />
Hochfrequenztechnik / Prof. René Obi, Martin Aebersold<br />
Experte: Hans Zahnd<br />
Die direkte digitale Synthese DDS ist eine äusserst praktische Methode zur digitalen Erzeugung<br />
analoger Signale. Es wird dabei eine feste Frequenz eingespiesen <strong>und</strong> der Ausgang kann präzis <strong>und</strong><br />
sehr schnell variiert werden. Dieses Prinzip, Frequenzen auf derart triviale Weise zu steuern, gilt als<br />
neuste Generation in der Entwicklung für Signalsynthese.<br />
Der Baustein DS 2, das bisher schnellste <strong>und</strong> höchstauflösende auf dem Markt erhältliche IC (Integrated<br />
Circuit), kann mit 2 GHz <strong>und</strong> mehr betrieben werden, was den Durchbruch der DDS-Technologie<br />
auf einen massiv breiteren Einsatzbereich zur Folge haben könnte.<br />
In dieser Arbeit geht es darum, die<br />
in einer vorgängigen Semesterarbeit<br />
entwickelte Hardware eines Evaluation<br />
Boardes für den DDS-Baustein<br />
DS852 in Betrieb zu nehmen. Das<br />
Board enthält eine USB-Schnittstelle<br />
für die Kommunikation mit einem<br />
Computer. Zudem sind verschiedene<br />
Varianten einer Ausgangsbeschaltung<br />
vorhanden. Das Ziel der<br />
Diplomarbeit ist, eine hardwarenahe<br />
Steuerungssoftware für den Mikrocontroller<br />
auf dem Evaluation Board<br />
zu implementieren. Weiter soll eine<br />
grafische Benutzeroberfläche, die<br />
das Kommunizieren des Benutzers<br />
mit dem Board über die USB-<br />
Überblick des Systems<br />
Schnittstelle ermöglicht, mit Matlab<br />
erstellt werden. Da das Board der<br />
Firma WaveLab Engineering AG als<br />
Vorführobjekt dienen wird, sollen<br />
verschiedene Applikationen wie iteratives<br />
Ausgeben von Frequenzen<br />
aus Tabellen, Codefolgen mit FSK<br />
(Frequency Shift Keying) <strong>und</strong> ev.<br />
CDMA (Code Division Multiple Access)<br />
zur Verfügung gestellt werden.<br />
Der Baustein wird anschliessend<br />
analysiert <strong>und</strong> ausgemessen, um<br />
Optimierungsmöglichkeiten bezüglich<br />
des Ausgangsspektrums <strong>und</strong><br />
des Dynamikbereichs auszuarbeiten.<br />
Dabei werden seine Hardwaregrenzen<br />
aufgezeigt <strong>und</strong> mit der<br />
Theorie verglichen. Es wird untersucht,<br />
welche Ausgangsbeschaltungen<br />
<strong>und</strong> Einsatzgebiete sich für<br />
diesen Baustein – aber auch für<br />
die Technologie allgemein – eignen.<br />
Auch werden Optimierungsmöglichkeiten<br />
für die Ansteuerung wie<br />
zum Beispiel GFSK (mit weicheren<br />
Übergängen als FSK) ausgearbeitet<br />
werden. Die Optimierungen werden<br />
anschliessend anhand von Messungen<br />
aufgezeigt.<br />
Endprodukt der Diplomarbeit ist<br />
die hardwarenahe Software für das<br />
DDS Evaluation Board sowie eine<br />
grafische Benutzeroberfläche für<br />
den Computer, die via USB-Schnittstelle<br />
mit der Hardware kommunizieren<br />
kann. Auch wird ein Bericht<br />
über die gesamte Arbeit verfasst,<br />
der die Software-Designs, Messresultate<br />
<strong>und</strong> auch allgemeine Theorieblöcke<br />
<strong>und</strong> Begründungen zum<br />
Thema DDS enthält.<br />
6 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
HF-Teil für ein radarbasiertes Fahrzeugleitsystem<br />
Telekommunikation / Dr. Rolf Vogt<br />
Experte: Hugo Ziegler<br />
Für Bus-Chauffeure ist es relativ schwierig, bei der Einfahrt an eine Haltestelle genau an die Bordsteinkante<br />
heran zu fahren. Für ältere oder behinderte Leute ist dies aber wichtig, um ihnen ein<br />
komfortables Einsteigen zu ermöglichen. Aus diesem Gr<strong>und</strong> soll ein Fahrzeugleitsystem für Busse<br />
entwickelt werden, das quasi wie ein Autopilot funktioniert. Die notwendige elektronische Lenkung<br />
wird dabei vom Projekt Joysteer übernommen. Was noch fehlt ist eine genaue Erfassung der Position<br />
des Busses.<br />
Ausgangslage<br />
Die Distanz des Busses relativ zu<br />
zwei fixen Reflektoren, soll in einem<br />
Messbereich von 0 bis 100 Metern<br />
mit einer Genauigkeit von 10 Millimetern<br />
gemessen werden. Im Rahmen<br />
einer Semesterarbeit wurden<br />
Lösungskonzepte für ein solches<br />
System erarbeitet. In der Diplomarbeit<br />
ging es nun darum, das geeignetste<br />
auszuwählen <strong>und</strong> den Hochfrequenzteil<br />
eines entsprechenden<br />
Demonstrators aufzubauen.<br />
Konzept<br />
Als Frequenzbereich wurde dabei<br />
das ISM-Band bei 5.8 GHz ausgewählt,<br />
da dort weniger Störungen<br />
zu erwarten sind als bei 2.4 GHz.<br />
Blockschaltbild des Systems<br />
Ausserdem ist die Bandbreite grösser,<br />
was eine höhere Auflösung<br />
ermöglicht. Das Gr<strong>und</strong>prinzip basiert<br />
dabei auf dem so genannten<br />
FMCW-Radar. FMCW steht für<br />
Frequency Modulated Continuous<br />
Wave. Bei diesem Radarprinzip<br />
wird eine frequenzmodulierte elektromagnetische<br />
Welle ausgesandt.<br />
Diese wird vom Reflektor zurückgesendet<br />
<strong>und</strong> gelangt dann mit<br />
einer zeitlichen Verzögerung zum<br />
Empfangsgerät. In der Zwischenzeit<br />
ist die Frequenz des momentanen<br />
Sendesignals weitergelaufen.<br />
Wie das Blockschaltbild zeigt,<br />
wird das empfangene Signal mit<br />
dem momentanen Sendesignal gemischt.<br />
Nach dem Tiefpass, der auf<br />
den Mischer folgt, ergibt sich ein<br />
Signal, dessen Frequenz proportional<br />
zur Zielentfernung ist. Diese Frequenz<br />
wird gemessen <strong>und</strong> daraus<br />
die Entfernung berechnet. Dieses<br />
Verfahren hat gegenüber anderen<br />
Möglichkeiten den Vorteil, dass es<br />
mehrzielfähig <strong>und</strong> weniger störanfällig<br />
ist.<br />
Resultate<br />
Bei einer Auswertung mit einer FFT<br />
(Fast Fourier transform), ergibt sich<br />
mit der uns zur Verfügung <strong>stehen</strong>den<br />
Bandbreite von 150 MHz eine<br />
Auflösung von etwa 1 Meter. Mittels<br />
anderer Auswertungsmethoden,<br />
kann man dies aber noch deutlich<br />
verbessern.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Hurni Daniel<br />
1982<br />
079/622 54 35<br />
daniel.hurni@gmail.com<br />
7<br />
BI
BU<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Jaggi Gerhard<br />
1982<br />
079 768 67 43<br />
g.jaggi@bluewin.ch<br />
Rytz Bernhard<br />
1982<br />
079 436 30 92<br />
bernhard.rytz@gmx.ch<br />
System on Chip Design<br />
Digitaltechnik / Prof. Daniel Holzer<br />
Experte: Peter Richli<br />
System on Chip ist die englische Bezeichnung für ein Einchipsystem. Während früher Systeme mit<br />
Hilfe von Mikroprozessoren <strong>und</strong> zusätzlichen integrierten Schaltungen aufgebaut wurden, sind gegenwärtige<br />
Systeme vermehrt auf einem Chip realisiert. Dadurch ergeben sich benutzerspezifische<br />
Lösungen, welche eine hohe Performance aufweisen <strong>und</strong> trotzdem kostengünstig sind. Im Rahmen<br />
dieser Diplomarbeit realisierten wir ein dezentrales Datenerfassungssystem, welches auf der Technologie<br />
eines Einchipsystems basiert.<br />
Mit einem System on Chip (SoC)<br />
Design lassen sich komplexe Systeme<br />
benutzerspezifisch auf kleinstem<br />
Raum in einem Chip realisieren.<br />
Hardwareerweiterungen können in<br />
VHDL (Hardware Description Language)<br />
geschrieben werden, was<br />
den Entwicklungsprozess dadurch<br />
erheblich beschleunigt. Durch die<br />
Einbindung von Softcore-Prozessoren<br />
sind auch softwaremässig<br />
keine Grenzen gesetzt.<br />
Über einen Zweikanal Analog-Digitalwandler<br />
werden analoge Daten<br />
mit bis zu 1 MHz abgetastet. Diese<br />
werden auf dem System im RAM<br />
abgelegt <strong>und</strong> können später mit<br />
Hilfe des Webservers über TCP/IP<br />
heruntergeladen werden. Dadurch<br />
ist keine zusätzliche Software auf<br />
dem Remote-PC nötig.<br />
Systemübersicht<br />
Die Echtzeitdatenerfassung ist in<br />
VHDL realisiert <strong>und</strong> läuft parallel zur<br />
Software auf dem System. Dadurch<br />
lässt sich die Performance erheblich<br />
steigern. Diese Hardwareerweiterung<br />
kommuniziert einerseits<br />
über den SPI-Bus (Serial-Peripheral-Interface)<br />
mit dem Analog-Digitalwandler<br />
<strong>und</strong> andererseits über<br />
den OPB (On-Chip-Peripheral-Bus)<br />
mit dem Softcore-Prozessor.<br />
Das System ist auf einem Spartan-<br />
3E FPGA realisiert, welches 500k<br />
Logikzellen zur Verfügung stellt.<br />
Der 32-Bit Softcore-Prozessor<br />
“MicroBlaze” von Xilinx besitzt eine<br />
Harvard Architektur <strong>und</strong> ist speziell<br />
für diese FPGA’s konzipiert.<br />
Für die Realisierung des Webservers<br />
ist es von Vorteil ein Betriebssystem<br />
einzusetzen. Deshalb<br />
wurde das Echtzeitbetriebssystem<br />
“Xilkernel” von Xilinx verwendet. Dieser<br />
stellt unter anderem die nötigen<br />
Funktionalitäten wie die Kommunikation<br />
über TCP/IP, sowie die<br />
Erstellung eines Dateisystems mit<br />
den dazugehörigen Zugriffsfunktionen<br />
sicher.<br />
Die Steuerung des Datenerfassungssystems<br />
geschieht über eine<br />
dynamische Webseite mit einem<br />
eingebetteten Java Applet, welches<br />
die gesamte Datenerfassung konfiguriert<br />
<strong>und</strong> die Daten als Vorschau<br />
in einem Grafen darstellen kann.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Raddurchmesser-Erfassung SBB<br />
Elektrische Maschinen / Prof. Dr. Hansjürg Rohrer<br />
Experte: René Buser<br />
Die SBB werden in Zukunft ihre Fahrzeugflotte im Regionalverkehr weiter ausbauen. Dabei setzen<br />
sie immer mehr auf Gliederzüge, wie die FLIRT, anstelle von Einzelwagen. Diese neue Fahrzeugtechnologie<br />
bringt wesentliche Änderungen im Bezug der Instandhaltung mit sich. Um diesen Änderungen<br />
gerecht zu werden, lassen die SBB den Ablauf der Instandhaltungsarbeiten neu bewerten.<br />
Meine Diplomarbeit über die Erfassung des Raddurchmessers während der Fahrt ist ein auf dem<br />
neuen Instandhaltungskonzept gewachsenes Hilfsmittel zur Koordination der Drehgestellarbeiten<br />
wie Aufarbeitung <strong>und</strong> Ersatz.<br />
Ausgangslage<br />
In der vorausgehenden Semesterarbeit<br />
wurden mehrere Möglichkeiten<br />
zur Raddurchmessererfassung während<br />
der Zugfahrt miteinander verglichen.<br />
Dabei wurden seitens der<br />
SBB aber auch seitens von Stadler<br />
Rail AG die Rahmenbedingungen<br />
genau spezifiziert.<br />
Das Resultat dieser Nutzwertanalyse<br />
zeigt auf, dass die Bestimmung<br />
des Raddurchmessers mit Hilfe von<br />
GPS die Kriterien wie hohe Genauigkeit,<br />
einfache Systemintegration <strong>und</strong><br />
Kosteneffizienz am besten erfüllt.<br />
Funktionsweise<br />
Durch das kinematische Gr<strong>und</strong>gesetz<br />
der Kreisbewegung “v=ω * r“ ist<br />
der Radius [r] durch die Geschwindigkeit<br />
[v] <strong>und</strong> die Winkelgeschwindigkeit<br />
[ω] gegeben. Dabei wird die<br />
Geschwindigkeit mit Hilfe von GPS<br />
<strong>und</strong> die Winkelgeschwindigkeit durch<br />
die Achsgeber erfasst.<br />
Vorgehensweise<br />
Vorgehen<br />
Mit Hilfe der<br />
Fehlerberechnung<br />
konnte die<br />
Genauigkeit dieserMessmethode<br />
abgeschätzt<br />
werden. Jedoch<br />
gilt diese Berechnung<br />
stets<br />
nur unter idealen<br />
Bedingungen. In<br />
der Realität spielenGPS-Empfangsqualität,Sinuslauf,<br />
Schlupf <strong>und</strong> das Gleiten des<br />
Zuges eine wichtige Rolle.<br />
Um nun eine definitive Realisierung<br />
abzuschätzen, sind Testfahrten im<br />
normalen Zugsverkehr durchgeführt<br />
worden. Die GPS-Daten wurden<br />
dabei mit Hilfe des u-blox Evaluation<br />
Boards aufgenommen. Die<br />
Achsgebersignale, aber auch andere<br />
Signale der Fahrzeugleittech-<br />
Eisenbahnrad FLIRT<br />
nik, wurden mit dem CANalyzer<br />
aufgezeichnet. Die gemessenen<br />
Daten wurden nun mit MatLab aufbereitet<br />
<strong>und</strong> dargestellt. Durch die<br />
Analyse des so berechneten Raddurchmessers<br />
in Abhängigkeit der<br />
Zeit konnten Filterfunktionen erstellt<br />
werden, welche die resultierende<br />
Fehlertoleranz der Raddurchmesserbestimmung<br />
verkleinert.<br />
Auswertung<br />
Die durch MatLab errechneten Werte<br />
liegen im Bereich von ± 1 mm.<br />
Im Vergleich zu der von den SBB<br />
durchgeführten statischen Messung<br />
ist dieses Resultat unerwartet gut,<br />
da diese bei gleicher Genauigkeit<br />
noch einen Zeit - bzw. Personalaufwand<br />
mit sich bringt.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Jordan Benjamin<br />
1982<br />
078 / 815 48 34<br />
jordb@bfh.ch<br />
9<br />
BI
BI<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Kaiser Raphael<br />
1978<br />
078 860 89 95<br />
raphael.kaiser@gmx.net<br />
Naegeli Michael Dominic<br />
1983<br />
078 829 31 04<br />
m.naegeli@swissonline.ch<br />
PEM-Scoot: Control and operation analysis<br />
Energy Systems / Prof. Michael Höckel<br />
Expert: Alfred Brechbühler<br />
The principle of supply and demand suggests that as fossil fuel supplies diminish, prices will rise.<br />
Higher prices will lead to increased alternative, renewable energy supplies such as hydrogen. The<br />
PEM-Scoot is a Scooter with electric motor. Powered by a fuel cell using hydrogen as fuel and pure<br />
oxygen as oxidizing agent the Scooters exhaust is pure water. This diploma project involves software<br />
for the control unit and drive tests.<br />
System overview<br />
The PEM-Scoot is an electrical<br />
Scooter produced by Peugeot. In<br />
a former project its batteries had<br />
been replaced by fuel cells. The<br />
hydrogen fuel and the oxygen are<br />
stored in two pressure cylinders. In<br />
the fuel cell hydrogen and oxygen<br />
are directly converted to electricity<br />
and heat with water as exhaust<br />
product. Super capacitors buffer<br />
the fuel cell so that acceleration<br />
power demand can be reached.<br />
Control and analysis<br />
A microcontroller is implemented<br />
to ensure safe and comfortable<br />
driving. The unit controls periphery<br />
parts such as gas valves, water<br />
pumps and power relays. In addi-<br />
PEM-Scoot<br />
Labview analyser<br />
tion, cell voltages, stack current,<br />
and temperature are measured and<br />
controlled to enable stable operation.<br />
Furthermore, security<br />
procedures are<br />
implemented to keep<br />
the system safe in case of<br />
a system failure or malfunction.<br />
Over a CAN-interface<br />
typically used in vehicle<br />
applications this data is<br />
sent to a Bluetooth-Transmitter.<br />
The Bluetooth device<br />
permits a wireless<br />
connection to a notebook<br />
in a surro<strong>und</strong>ing<br />
area of up to<br />
100 meters. This<br />
allows the PEM-<br />
Scoot data to be<br />
viewed and analysed<br />
on the notebook.<br />
For this purpose, a<br />
LabView program<br />
was designed.<br />
Driving tests<br />
By means of real live drive tests<br />
specific data was gathered and<br />
analysed. With this information critical<br />
parameters could be adjusted,<br />
enabling maximum fuel exploitation<br />
and enhancing stability.<br />
Conclusion<br />
The PEM-Scoot is a prototype and<br />
shows solid options for replacing<br />
fossil fuel powered vehicles in traffic.<br />
60 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
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Mikrocontrollerprogrammierung für Diagnosesystem<br />
Embedded Control / Prof. Max Felser / Jaquet Technology Group, Basel<br />
Experte: Josef Meyer<br />
Zur Schadstoffreduzierung bei Lastkraftwagen (LKW) wird eine Harnstofflösung eingesetzt, welche<br />
in die heissen Abgase gesprüht wird <strong>und</strong> in einem chemischen Prozess die Schadstoffe reduziert.<br />
Um den Nutzen dieser Anlage zu gewährleisten, muss die Harnstofflösung eine bestimmte Konzentration<br />
haben. Die Firma Jaquet Technology Group aus Basel entwickelt zu diesem Zweck einen optischen<br />
Sensor, welcher die Qualität der Lösung beurteilt.<br />
Ausgangslage<br />
Die Firma Jaquet Technology Group<br />
in Basel entwickelt einen Sensor<br />
zur Analyse von Harnstofflösungen,<br />
welche in LKWs zur Reduktion von<br />
Schadstoffen eingesetzt werden.<br />
Der Sensor wird in der Versorgungsleitung<br />
der Harnstoff-Wasser-<br />
Lösung angebracht. Der Sensor<br />
besitzt vier LEDs (Light Emitter Diode),<br />
zwei Photodioden <strong>und</strong> ist als<br />
Einweg-Lichtschranke aufgebaut.<br />
Das Messprinzip basiert auf der<br />
Tatsache, dass verschiedene Stoffe<br />
unterschiedliche Wellenlängen des<br />
Lichts absorbieren. Aus diesem<br />
Gr<strong>und</strong> haben die vier LEDs unterschiedliche<br />
Wellenlängen <strong>und</strong> werden<br />
einzeln eingeschaltet. Auf dem<br />
Referenzprint befinden sich die vier<br />
LEDs sowie eine Photodiode (Referenzphotodiode)<br />
<strong>und</strong> ein Temperatursensor.<br />
Der Messprint auf der<br />
gegenüberliegenden Seite besitzt<br />
eine Photodiode (Messphotodiode)<br />
<strong>und</strong> einen Temperatursensor.<br />
Auftrag<br />
Das Sensorsystem beinhaltet einen<br />
Mikrocontroller, welcher die vier LEDs<br />
steuert <strong>und</strong> die Signale der beiden<br />
Photodioden mit Hilfe der beiden<br />
Temperatursensoren <strong>und</strong> einem PGA<br />
(Programmable Gain Amplifier) auswertet.<br />
Über CAN (Controller Area<br />
Network) wird die Konzentration der<br />
Lösung an die zentrale Steuerung<br />
des LKWs gesendet.<br />
Steuerung<br />
Die Steuerung der LEDs kann wahlweise<br />
über ein PWM-Signal (Pulse<br />
Width Modulation) oder durch<br />
<strong>Strom</strong>regelung erfolgen.<br />
Eingabe<br />
Die eingehenden Signale sind analog<br />
<strong>und</strong> werden durch den in den<br />
Mikrocontroller integrierten ADC<br />
(Analog Digital Converter) in digitale<br />
Werte transformiert.<br />
Es sind acht Signale, je eines von<br />
den zwei Temperatursensoren, je<br />
Sensorquerschnitt<br />
zwei von den beiden Photodioden<br />
(ein verstärktes <strong>und</strong> ein gefiltertes<br />
Signal), eines vom PGA <strong>und</strong> eines<br />
von der LED <strong>Strom</strong>messung.<br />
Verarbeitung<br />
Nach dem Einlesen der Signale<br />
werden sie verarbeitet. Anhand der<br />
berechneten Werte wird die Konzentration<br />
der Lösung im Sensorbehälter<br />
beurteilt.<br />
Ausgabe<br />
Die Ausgabe erfolgt über den im Automobilbau<br />
verbreiteten CAN-Bus.<br />
Das Sensorsystem sendet die Konzentration<br />
der Lösung an die zentrale<br />
Steuerung.<br />
Programmablauf<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Keller Patrick<br />
1979<br />
patrick.keller@limesbs.ch<br />
6<br />
BU
BI<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Kuharajasekaram Joanand<br />
1978<br />
MacGyver031@datacomm.ch<br />
62<br />
Drahtloses Sensor Netzwerk (Wireless Sensor Network)<br />
Communication / Prof. Peter Raemy<br />
Experte: A. Blum<br />
R<strong>und</strong> um das Atomkraftwerk Mühleberg soll ein drahtloses Sensornetzwerk die Radioaktivität messen<br />
<strong>und</strong> überwachen. Die Messdaten der Sensoren werden über das Mobilfunknetz einem Server<br />
übermittelt <strong>und</strong> von diesem auf dem Internet zur Verfügung gestellt.<br />
Ausgangslage<br />
Seit 1987 misst eine private Vereinigung<br />
(http://www.radioaktivitaet.net)<br />
r<strong>und</strong> um das Atomkraftwerk Mühleberg<br />
die Radioaktivität. An den einzelnen<br />
Standorten wird mit einem<br />
Geiger-Müllerzählrohr die γ-Strahlung<br />
erfasst <strong>und</strong> die Zählrate ermittelt.<br />
Die Messwerte wurden bislang<br />
auf einem Papierstreifen ausgedruckt,<br />
zentral gesammelt, ausgewertet<br />
<strong>und</strong> auf dem Internet veröffentlicht.<br />
Diese Abläufe sollen nun<br />
automatisiert werden. Die bewährte<br />
Messmethode wird beibehalten,<br />
hingegen sollen die Daten drahtlos<br />
einem Server übermittelt werden.<br />
Radioaktivität<br />
<strong>Unter</strong> Radioaktivität versteht man<br />
sowohl den Zerfall von Atomkernen<br />
(α- <strong>und</strong> β-Strahlung) wie auch<br />
die kurzwellige elektromagnetische<br />
γ-Strahlung. In unserem Fall misst<br />
das Geiger-Müller-Zählrohr ausschliesslich<br />
die γ-Strahlung, die bei<br />
jedem Zerfall auftritt.<br />
Messstation<br />
Die Messstation besteht aus dem<br />
erwähnten Geiger-Müller-Zählrohr,<br />
einem Mikroprozessor, einem GPRS-<br />
Modem, der <strong>Strom</strong>versorgung <strong>und</strong><br />
einer Batterie.<br />
Die Messstation übermittelt die<br />
Messdaten automatisch <strong>und</strong> drahtlos<br />
an einen Server. Normalerweise<br />
werden die Daten einmal pro Tag<br />
übermittelt. Sollte aber eine einstellbare<br />
Zählrate überschritten werden,<br />
so können z.B. per SMS Alarmmeldungen<br />
abgeschickt werden <strong>und</strong><br />
fortlaufend Daten gesendet werden.<br />
Bei einem <strong>Unter</strong>bruch des öffentlichen<br />
<strong>Strom</strong>netzes kann der Betrieb<br />
ca. 24 St<strong>und</strong>en mit einer ein-<br />
gebauten Batterie aufrechterhalten<br />
werden.<br />
Mit dem GPRS-Modem können die<br />
Messdaten über das Mobilfunknetz<br />
übertragen werden. Dadurch kann<br />
der Standort flexibel gewählt werden.<br />
Server<br />
Der zentrale Server sammelt die<br />
Daten von mehreren Sensormodulen,<br />
speichert diese in einer Datenbank<br />
<strong>und</strong> stellt die Messdaten auf<br />
dem Internet zur Verfügung.<br />
Ausblick<br />
Wo kein öffentliches <strong>Strom</strong>netz zur<br />
Verfügung steht, könnten Brennstoff-<br />
oder Solarzellen eingesetzt<br />
werden. Die vorgestellte Lösung<br />
kann mit geeigneten Sensoren<br />
ausgerüstet, als generisches drahtloses<br />
Netzwerk betrachtet werden.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
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Leistungsoptimierung xxxxxxxx<br />
für Solarwechselrichter<br />
Regelungstechnik/ yyyyyyyyyyyyyyy Industrieelektronik / Prof. Dr. Josef Goette, Prof. Dr. Andrea Vezzini<br />
Sputnik Engineering AG:Stefan Zürcher / Experte: Urs Muntwyler<br />
Mit den stets steigenden Preisen der fossilen Brennstoffe erhalten alternative Energiequellen eine<br />
grosse Bedeutung. Für die in Biel ansässige Sputnik Engineering AG wird ein SolarMax 6000C Photovoltaik-Wechselrichter<br />
optimiert. Dieses Gerät dient dazu, die Gleichspannung von Solarzellen zur<br />
Einspeisung ins 2 0 Volt Wechselspannungsnetz umzuwandeln. Die zwei enthaltenen Boost-Converter<br />
(Aufwärtswandler) sollen nun nicht mehr synchron, sondern im sogenannten Interleaved-Modus<br />
betrieben werden. Diese Überarbeitung erhöht den Wirkungsgrad <strong>und</strong> senkt die Bauteilkosten,<br />
was in diesem stark wettbewerbsorientierten Markt ein entscheidender Vorteil ist.<br />
Nachdem in der vorhergegangenen<br />
Semesterarbeit bereits die<br />
Regelung untersucht wurde, steht<br />
in der Diplomarbeit die Umsetzung<br />
im Mittelpunkt. Um die Realisierung<br />
unter Laborbedingungen vom zeitlichen<br />
Aufwand her überschaubar<br />
zu halten, wird mit einem dSpace-<br />
System (Echtzeithardware zu Matlab/Simulink)<br />
gearbeitet.<br />
Durch umfangreiche Voruntersuchungen<br />
wurde die Machbarkeit<br />
abgeklärt <strong>und</strong> die notwendige<br />
Messsignal-Aufbereitung definiert.<br />
Diese muss sich nahtlos in die be<strong>stehen</strong>de<br />
Hard- <strong>und</strong> Software des<br />
Wechselrichters einpassen. Für diese<br />
Schaltungen wurde nach Tests<br />
eine Leiterplatte entworfen <strong>und</strong><br />
hergestellt, die als Schnittstelle<br />
zwischen dem Wechselrichter <strong>und</strong><br />
dem dSpace-System wirkt. Dabei<br />
wurde aufgr<strong>und</strong> der Mischung<br />
aus schnellen Digital- <strong>und</strong> Analog-<br />
Messsignalen auch besonders auf<br />
ein elektromagnetisch verträgliches<br />
Layout geachtet.<br />
Mit den nun zur Verfügung <strong>stehen</strong>den<br />
genauen Messwerten lässt sich<br />
somit von dSpace aus sowohl der<br />
Betriebszustand der beiden Boost-<br />
Converter ablesen als auch die Regelung<br />
in Echtzeit betreiben. Ziel<br />
ist es, so den bestmöglichen Wirkungsgrad<br />
zu garantieren. Dieser<br />
wird mit einem Leistungsmessgerät<br />
in verschiedenen Arbeitspunkten<br />
gemessen; aus den Messwerten<br />
Aufbau einer PV-Anlage Blockschaltbild Wechselrichter<br />
kann der Wirkungsgrad zwischen<br />
Synchron- <strong>und</strong> Interleaved-Betrieb<br />
aufgestellt werden. Daraus kann<br />
ein Schluss gezogen werden, ob<br />
die Wirkungsgradsteigerung genügend<br />
gross ist, um das neue Konzept<br />
bei Seriengeräten umzusetzen.<br />
Zudem interessiert, ob es gelingt,<br />
die Bauteilkosten zu senken, <strong>und</strong><br />
ob die neue Regelung auch mit<br />
dem be<strong>stehen</strong>den Mikrokontroller<br />
realisierbar ist.<br />
So hilft Bieler Technologie die Alternativenergie<br />
weiter zu stärken <strong>und</strong><br />
sichert durch fortschrittliche Bauweise<br />
wichtige Arbeitsplätze in der<br />
Region.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Küng Toni<br />
1980<br />
toni.kueng@bluewin.ch<br />
6<br />
BI
BU<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Künzi Daniel<br />
1981<br />
Linux-Treiber für Industrierechner<br />
Technische <strong>Informatik</strong> / Roger Weber<br />
Experte: Dominique Renevey<br />
Konventionelle PCs haben aufgr<strong>und</strong> ihrer hohen Verbreitung viele Vorteile: Komponenten <strong>und</strong><br />
Schnittstellen sind standardisiert, es besteht ein grosses Angebot an Peripheriekomponenten <strong>und</strong><br />
der Preis ist tief. Da liegt es nahe, diese auch für die Automatisierung in der Industrie einzusetzen.<br />
Aufgr<strong>und</strong> der hohen Flexibilität können diese für die Bedienung, Visualisierung <strong>und</strong> Datenerfassung<br />
eingesetzt werden. Die Anforderungen an industrietaugliche Computer sind hoch. Diese müssen<br />
im Vergleich zu den Geräten für den Bürobereich robust gegen Umwelteinflüsse <strong>und</strong> auf besonders<br />
zuverlässigen Betrieb ausgelegt sein.<br />
Ausgangslage<br />
In der Firma Inetronic AG (www.<br />
inetronic.ch) wird zurzeit ein Industrierechner<br />
entwickelt. Dieses<br />
System soll die alte Hardware <strong>und</strong><br />
Software ersetzen. Als Betriebssystem<br />
wird Embedded Linux eingesetzt.<br />
Dieses bietet die folgenden<br />
Vorteile: der Quellcode ist frei erhältlich.<br />
Dies ermöglicht dem Entwickler<br />
die vorhandenen Module<br />
<strong>und</strong> Programme besser zu ver<strong>stehen</strong>,<br />
<strong>und</strong> allenfalls anzupassen. Es<br />
bietet eine gute Skalierbarkeit <strong>und</strong><br />
die <strong>Unter</strong>stützung von vielen verschiedenen<br />
Hardware-Plattformen.<br />
Auch von der guten Netzwerkunterstützung<br />
<strong>und</strong> der OpenSource-Gemeinschaft<br />
kann profitiert werden.<br />
Ein weiterer grosser Vorteil ist die<br />
Unabhängigkeit von proprietären<br />
Anbietern.<br />
Eingesetzter Industrierechner<br />
Als Industrierechner wird die während<br />
der letzten Semesterarbeit<br />
entwickelte Hardware eingesetzt<br />
(siehe Abbildung). Diese hat die folgenden<br />
Eigenschaften:<br />
- Colibri XScale PXA-270 Modul,<br />
520 MHz, 64 MB SDRAM, 32<br />
MB Flash<br />
- 8.4“ TFT-Display mit Touchscreen<br />
- Ethernet<br />
- 2 x USB<br />
- 3 x UART<br />
- 2 x CAN<br />
- Digitale I/O<br />
- 2 x SD Memory Card<br />
- IDE<br />
- Audio I/O<br />
Entwicklung der Linux-Treiber<br />
Mit dem Board Support Package<br />
(Software-<strong>Unter</strong>stützungspaket,<br />
Abkürzung BSP), welches der Hersteller<br />
des Colibri-Moduls zur Verfügung<br />
stellt, wird ein Teil der Hardware<br />
<strong>und</strong> Schnittstellen unter Linux<br />
bereits unterstützt. Das erste Ziel<br />
der Diplomarbeit ist die Erstellung<br />
der restlichen Treiber. <strong>Unter</strong> anderem<br />
sind dies Treiber für die beiden<br />
SD-Speicher-Karten, CAN <strong>und</strong> die<br />
digitalen Ein- <strong>und</strong> Ausgänge.<br />
Erste Applikation<br />
Ein weiteres Ziel ist die Evaluation<br />
einer Entwicklungsumgebung für<br />
die Programmierung unter Linux<br />
<strong>und</strong> die Erstellung einer grafischen<br />
Benutzeroberfläche. Sie soll dem<br />
Entwickler die Erstellung von Anwendungen<br />
erleichtern. Als erste<br />
Anwendung wird eine kleine Wetterstation<br />
erstellt. Die Hardware ist<br />
aus einem Gemeinschaftsprojekt<br />
des Solution Circles (www.solution-circle.ch)<br />
vorhanden. Sie ermöglicht<br />
die Messung der Temperatur,<br />
Luftfeuchtigkeit, Windgeschwindigkeit<br />
<strong>und</strong> -richtung via CAN-Bus.<br />
Alle Daten werden grafisch auf dem<br />
Display angezeigt <strong>und</strong> auf einer<br />
SD-Speicher-Karte aufgezeichnet.<br />
Mit dieser Applikation kommen die<br />
Treiber, die gesamte Entwicklungsumgebung<br />
<strong>und</strong> auch die Hardware<br />
erstmals unter realen Bedingungen<br />
zum Einsatz.<br />
6 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
CLATE (Curling Laser Assisted Training Equipment)<br />
Technische <strong>Informatik</strong> / Prof. Ulrich Burri, Martin Mühlemann<br />
Experte: Stefan Brunner<br />
Seit die Schotten im 6. Jhd. auf zugefrorenen Teichen das Curling erf<strong>und</strong>en haben, ist bereits einige<br />
Zeit vergangen. An den Olympischen Spielen 99 in Nagano gehörte Curling erstmals zu den<br />
olympischen Disziplinen <strong>und</strong> gewinnt seither stetig an Popularität. Teamplay, Strategie <strong>und</strong> Konstanz<br />
sind in dieser Sportart unabdingbar. Um diese Konstanz zu erreichen, muss der Stein stets mit<br />
der gleichen <strong>Technik</strong> (besonders Rotation <strong>und</strong> Geschwindigkeit) gespielt werden. Der identische<br />
Geschwindigkeitsverlauf ist nur schwer trainierbar. Man behilft sich bisher mit einer kommerziellen<br />
Stoppuhr um wenigstens rudimentäre Aussagen machen zu können.<br />
Genau an dieser Stelle kommt CLATE ins (Curling)-Spiel.<br />
Was kann CLATE<br />
CLATE (Curling Laser Assisted<br />
Training Equipment) ist ein Zeitmesssystem,<br />
aufgebaut aus vier<br />
modularen Laser-Lichtschranken<br />
<strong>und</strong> einer portablen Display-Unit<br />
mit Touchscreen. Das System ermöglicht<br />
es dem Curling-Team, mit<br />
minimalem Aufwand repräsentative<br />
Rückschlüsse aus der Trainingseinheit<br />
zu ziehen, sowie die gesammelten<br />
Daten nachhaltig zu bearbeiten.<br />
Die vier Laser-Lichtschranken, oder<br />
CR-Trapper, können an beliebigen<br />
Orten entlang des Rinks (des Spielfelds)<br />
aufgestellt werden. Zur Sicherstellung<br />
ihrer einwandfreien<br />
Funktion kann jede einzelne individuell<br />
justiert werden. Auf der Display-Unit<br />
können die Positionen der<br />
CLATE Display-Unit<br />
drahtlos verb<strong>und</strong>enen CR-Trapper<br />
bequem mittels Touchscreen-Display<br />
spezifiziert werden. Passiert<br />
nun im Training ein gespielter Stein<br />
die Lichtschranken, ermitteln diese<br />
umgehend die Momentangeschwindigkeiten<br />
des Steins. <strong>Unter</strong><br />
Zuhilfenahme der Daten aller vier<br />
Lichtschranken können zusätzlich<br />
auch die Sektorzeiten (Zeit, die der<br />
Stein benötigt, um von der einen<br />
zur andern Lichtschranke zu gelangen)<br />
ermittelt werden. All diese<br />
Informationen geben dem Spieler<br />
Aufschluss über seine Spieltechnik<br />
<strong>und</strong> erlauben es, akkurate Aussagen<br />
über die so wichtige Konstanz<br />
zu machen.<br />
Über eine USB-Schnittstelle kann<br />
man die Display-Unit an einen PC<br />
anschliessen <strong>und</strong><br />
die gesammelten<br />
Trainingsdaten auslesen.<br />
Zusätzlich können<br />
die Mannschaften<br />
über Touchscreen<br />
eingegeben <strong>und</strong> weiteretrainingsrelevante<br />
Informationen<br />
angezeigt werden.<br />
Dank der funkbasierten<br />
<strong>Technik</strong> von<br />
CLATE fallen lästige<br />
Kabel weg <strong>und</strong> erlauben<br />
es dem Team,<br />
die Display-Unit dort<br />
zu platzieren wo sie<br />
gebraucht wird.<br />
Die <strong>Technik</strong> von CLATE<br />
Das System basiert auf einer drahtlosen<br />
unidirektionalen Kommunikation,<br />
realisiert über ein Funkinterface<br />
im ISM-Band. Die Display-Unit,<br />
sowie die CR-Trapper sind auf<br />
PCBs aufgebaut. Herzstück des<br />
CR-Trappers ist ein rfPIC12F675<br />
mit integriertem RF-Transmitter,<br />
wobei die Loop-Antenne zum Senden<br />
der Daten direkt im Layout realisiert<br />
wurde.<br />
Um die fehlerfreie Kommunikation<br />
sicherzustellen, wurde eigens dafür<br />
ein CRC-geschütztes Funkprotokoll<br />
entwickelt.<br />
Auf der Display-Unit werden die<br />
Daten von einem AT91SAM7 ausgewertet<br />
<strong>und</strong> auf dem Grafikdisplay<br />
angezeigt. Um eine Nachbearbeitung<br />
auf dem PC zu gewährleisten,<br />
werden die nötigen Daten in einem<br />
Dateisystem abgelegt. So kann die<br />
Display-Unit vom PC als Memorystick<br />
erkannt werden.<br />
In die Hardware integriert sind unter<br />
anderem ein Laderegler zum Laden<br />
der Akkus <strong>und</strong> ein Real Time Clock<br />
zum Datieren der Daten im Datalogger.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Lempen Markus<br />
1982<br />
kloppy@bluewin.ch<br />
Stucki Reto<br />
1980<br />
mabla1@gmx.ch<br />
6<br />
BI
BI<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Lerch Rolf<br />
1982<br />
+41 79 745 65 12<br />
rolf.lerch@gmx.ch<br />
66<br />
Real-Time Emulation of a Guitar Tube Amplifier<br />
Digital Signal Processing / Prof Dr. Josef Goette<br />
Experte: Mr Urs Muntwyler<br />
Since 9 6, when Leo Fender developed his first guitar amplifier, almost every musician’s goal has<br />
been to define and create his own so<strong>und</strong>. Up until now, many guitar amplifier models have been<br />
developed, some performing well and some not. In former times, every amplifier was built based<br />
on tubes; those were the times, where today’s vintage so<strong>und</strong> was created. A few decades later, the<br />
first complete transistor amplifier was built. Both kinds of amplifiers have got technical advantages<br />
and disadvantages, and both types have their own so<strong>und</strong> characteristics. What I, and also many guitarists<br />
with a certain technical backgro<strong>und</strong> always have dreamed of, is to reap the benefit of both<br />
technologies; the warm and full so<strong>und</strong> of a tube amplifier, together with the reliability and the reproducibility<br />
of a transistor amplifier.<br />
Initial Position:<br />
Let me give you an <strong>und</strong>erstanding<br />
about the main idea. Tube amplifiers<br />
did <strong>und</strong>oubtly influence the so<strong>und</strong><br />
over the last five decades, and they<br />
are still doing it. Most listeners are<br />
used to hear the so<strong>und</strong> of<br />
tube amps and they like<br />
it. Most guitarists do<br />
not just ‘like’ the tube<br />
so<strong>und</strong>,-they love it. For<br />
some reasons the majority<br />
of musicians want<br />
to play with tube amplifiers,<br />
and not just because of sentimental<br />
values and feelings.<br />
A huge majority of musicians<br />
prefer the vintage-, the classic-tube<br />
so<strong>und</strong>, which we can<br />
produce with tubes, so there<br />
must also be some technical<br />
aspects. Fact is that tubes are<br />
not very reliable, that they have<br />
huge variations in their electrical<br />
characteristics, and, last<br />
but not least, they<br />
are expensive. Another<br />
handicap<br />
is that if you have<br />
to exchange the<br />
tubes, because a<br />
reparation or revision,<br />
you may<br />
loose your old<br />
and loved<br />
so<strong>und</strong>. All<br />
these disadvantages<br />
do not appear<br />
with transistors.<br />
And that<br />
is where we want to start: we want<br />
the pleasant, warm and full so<strong>und</strong> of<br />
a tube amplifier combined with the reliability<br />
and reproducibility of transistor<br />
stages.<br />
Main Idea:<br />
From old schematics of<br />
well known tube amplifiers,<br />
we create mathematical<br />
models based on the physical<br />
behavior of a guitar amplifier.<br />
In a first step we simulate<br />
these models with<br />
MATLab. This will give an<br />
idea whether we are on<br />
the right track. Later we<br />
implement the obtained<br />
equations in DSP processor.<br />
To realize our real-time<br />
application, we must find an appropriate<br />
algorithm for the real-time<br />
solution of said differential equation.<br />
Finally we put the complete hardware<br />
into a self-made cabinet, to<br />
get a stand-alone application.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Aktive Vibrationskompensation einer Linearachse<br />
Mechatronik, Regelungstechnik / Dr. H. Wild / ifms Institut für mechatronische Systeme<br />
Experte: Dr. Lucien Terens<br />
Linearmotoren kommen zunehmend in Werkzeugmaschinen <strong>und</strong> bei Positionssystemen zum Einsatz.<br />
Im Gegensatz zu den verbreiteten rotierenden Maschinen versetzt ein Linearmotor die mit ihm<br />
verb<strong>und</strong>enen Objekte nicht in eine drehende, sondern in eine gradlinige Bewegung (Translationsbewegung).<br />
Linearmotoren folgen demselben Funktionsprinzip wie permanent erregte Synchronmaschinen,<br />
wobei die ursprünglich kreisförmig angeordneten elektrischen Komponenten auf einer ebenen<br />
Strecke angeordnet sind. In Zusammenarbeit mit dem Institut für mechatronische Systeme ifms<br />
wurde die Positionsregelung optimiert <strong>und</strong> die Vibrationen, die im Betrieb ent<strong>stehen</strong>, anhand eines<br />
robusten Reglers verringert.<br />
Ausgangslage<br />
In zwei Semesterarbeiten <strong>und</strong> einer<br />
Diplomarbeit im WS 2005/2006<br />
(Fässler/Padberg, Betreuer: W. Merk)<br />
wurde ein Laboraufbau mit einem Linearmotor,<br />
dem dazugehörenden<br />
Frequenzumrichter <strong>und</strong> einer digitalen<br />
Positionsregelung realisiert.<br />
Letztere läuft auf einem PEC80-<br />
System der Firma ABB <strong>und</strong> kann<br />
mit Simulink <strong>und</strong> VHDL programmiert<br />
werden. Auf den erwähnten<br />
Arbeiten aufbauend, sollen der Laboraufbau<br />
weiter entwickelt sowie<br />
die Vibration auf Gr<strong>und</strong> der Kraftwelligkeit<br />
gemessen <strong>und</strong> eine geeignete<br />
Kompensationsmöglichkeit<br />
vorgeschlagen <strong>und</strong> realisiert werden.<br />
Das Ziel ist es, die Vibrationen<br />
in einer Richtung zu kompensieren<br />
<strong>und</strong> so ein Objekt, z.B. eine Linse,<br />
in dieser Achse möglichst vibrationsfrei<br />
zu halten.<br />
Zustandsregler mit gemessenen Grössen<br />
Regelung<br />
Die ursprüngliche Version der Positionsregelung<br />
läuft mit einem klassischen<br />
PID-Kaskadenregler. Um<br />
eine höhere Regelgüte erreichen<br />
zu können, wird der Zustandsregler,<br />
der immer noch als theoretischer<br />
Regler gilt, eingesetzt.<br />
Um die Zustände ( x [m], v [m/s], a<br />
[m/s 2 ] ) einer Regelstrecke vorgeben<br />
zu können, müssen mindestens<br />
Eingangs <strong>und</strong> Ausgangsgrösse bekannt<br />
sein. Alle weiteren Grössen<br />
Zustandsregler mit Beobachter<br />
können anhand eines Beobachters<br />
ermittelt werden.<br />
Auf dem verwendeten Laboraufbau<br />
sind jedoch alle Grössen messbar.<br />
Daher gibt es die Möglichkeit, den<br />
Regler mit Beobachter dem Regler<br />
mit den gemessenen Grössen gegenüber<br />
zu stellen.<br />
Noch höhere Regelgüte kann mit<br />
robusten Reglern wie z.B. Sliding-<br />
Mode- oder High-Gain-Control erreicht<br />
werden. Voraussetzung dafür<br />
ist eine hohe Güte der Messsignale.<br />
In diesem Fall ist dies mindestens<br />
die Position x [m], die schnell,<br />
rauschfrei <strong>und</strong> genau aufgenommen<br />
werden muss.<br />
Erweitertes PEC80-System<br />
Mathematisches Modell<br />
der Regelstrecke<br />
Durch den Aufbau des Linearmotors<br />
<strong>und</strong> den Aufbau des Frequenzumrichters<br />
ergibt sich ein theoretisches<br />
Modell. Die benötigten Werte bekommt<br />
man aus den Angaben der<br />
Hersteller, der Theorie <strong>und</strong> von<br />
Messungen. Dieses theoretische<br />
Modell wird durch eine Systemidentifikation<br />
verifiziert. Anhand des Modells<br />
kann der Beobachter dimensioniert<br />
werden. Sämtliche für die<br />
Regelung benötigten Koeffizienten<br />
können auch anhand des Modells<br />
berechnet werden.<br />
Linearmotor im Betrieb<br />
Ausblick<br />
Die Vibrationen, die auf dem Primärteil<br />
eines Linearmotors auftreten, ent<strong>stehen</strong><br />
vor allem durch die wechselnden<br />
Anziehungskräfte der Permanentmagneten<br />
auf den Eisenkern des Primärteils.<br />
Dieses Phänomen führt in<br />
der x-Achse zu einer Kraftwelligkeit,<br />
die bei geeignetem Regler als Störgrösse<br />
vernachlässigt werden kann.<br />
Die noch vorhandene Vibration in y-<br />
Richtung kann mit einem Beschleunigungssensor<br />
aufgenommen werden<br />
<strong>und</strong> über einen weiteren Regelkreis<br />
mit Piezoaktor kompensiert werden.<br />
So ist es möglich z.B. eine Linse während<br />
dem Betrieb konstant auf gleicher<br />
Höhe zu halten.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Leuenberger James<br />
1981<br />
034 461 46 60<br />
jamesleuenberger@gmx.ch<br />
67<br />
BU
BU<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Liniger Erich<br />
1983<br />
076 414 06 70<br />
erich_liniger@web.de<br />
Prüfstand zur Erfassung chemischer Messgrössen<br />
Messtechnik <strong>und</strong> Automation / Ivo Oesch, Dr. Urs Brugger / Experte: Dr. Peter Winter<br />
Livio Vanazzi, PROCON AG, Burgdorf<br />
Die Analyse von Reinstwasser ist in der Halbleiter- <strong>und</strong> in der Pharmaindustrie für die Produktion<br />
von grösster Bedeutung. Dabei ist der TOC-Wert (Total Organic Carbon) ein wichtiger Indikator für<br />
die Reinheit von Wasser. Der Wert wird bestimmt, indem die organischen Partikel im Wasser oxidiert<br />
werden. Die Oxidation bewirkt eine Zunahme der Leitfähigkeit, über welche auf den TOC-Gehalt<br />
geschlossen werden kann. Auf dem Markt sind bereits verschiedene Geräte, welche den TOC-Wert<br />
ermitteln. Die be<strong>stehen</strong>den Systeme genügen jedoch den hohen Anforderungen in der Praxis oft<br />
nicht. Deshalb will die PROCON AG in Burgdorf ein eigenes Gerät entwickeln.<br />
Reinstwasser ist in der Pharma-<br />
<strong>und</strong> der Halbleiterindustrie eine<br />
wichtige Voraussetzung, um produzieren<br />
zu können. Die Aufbereitung<br />
von Trinkwasser zu Reinstwasser,<br />
welches lediglich noch einzelne<br />
Fremdmoleküle enthalten darf, ist<br />
ebenso aufwendig, wie notwendig<br />
<strong>und</strong> wichtig. Ist die Wasserqualität<br />
nicht gewährleistet, so <strong>stehen</strong> in der<br />
Pharmaindustrie möglicherweise<br />
Menschenleben auf dem Spiel. Andererseits<br />
bedeutet der Stillstand<br />
einer Anlage für den Betreiber einen<br />
enormen finanziellen Verlust. Aus<br />
Sicherheitsgründen verabschiedete<br />
die USP (United States Pharmacopeia)<br />
im Jahr 1998, die Norm<br />
USP23 , welche vorschreibt,<br />
dass der TOC-Gehalt im Wasser<br />
gemessen werden muss. Um die<br />
Anlagen einerseits nicht unnötig<br />
stoppen zu müssen, andererseits<br />
aber die Wasserqualität garantieren<br />
zu können, ist es sehr wichtig, dass<br />
die TOC-Messung präzise ist.<br />
Um den TOC-Gehalt der Wasserprobe<br />
bestimmen zu können, wird<br />
die Probe mit einer UV-Lampe bestrahlt.<br />
Dadurch oxidieren die organischen<br />
Stoffe im Wasser. Während<br />
dieser Oxidation wird die Temperatur<br />
<strong>und</strong> – mit zwei Elektroden – die<br />
Leitfähigkeit gemessen. Die Oxidation<br />
hat eine Veränderung der<br />
Leitfähigkeit zur Folge, aus welcher<br />
nach dem Erreichen des stationären<br />
Zustands <strong>und</strong> einer Temperaturkompensation<br />
der TOC-Gehalt<br />
berechnet wird.<br />
Der Benutzer hat die Möglichkeiten<br />
eine Einzelmessung, eine Messserie,<br />
eine Online-Messung, einen<br />
System Suitability Test (SST) oder<br />
eine Kalibration durchzuführen.<br />
Nach jeder Messung werden die<br />
aufgenommenen Datenpunkte in<br />
einer SQL-Datenbank abgelegt <strong>und</strong><br />
auf Wunsch ansprechend dargestellt.<br />
Mit der guten Aufschlüsselung<br />
der Gerätezustände wurde erreicht,<br />
dass der Benutzer – im Gegensatz<br />
zu bisherigen Produkten – auf zusätzliche<br />
Messtechnik verzichten<br />
kann.<br />
Dank einer ausgeklügelten Software<br />
können mit dem entwickelten<br />
Gerät Stoffe gemessen werden,<br />
welche bisher nicht detektierbar<br />
waren. Ausserdem wurde der<br />
Messbereich erheblich erweitert.<br />
Die Arbeit ist das Kernstück der<br />
weiteren Entwicklungen der PRO-<br />
CON AG, welche das Ziel eines eigenständigen<br />
Produktes verfolgen.<br />
6 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
MPPTair – Solar Power Optimizer for Aircrafts<br />
Industrial Electronics / Prof. Dr. Andrea Vezzini, Prof. Dr. Josef Götte / drivetek ag, CH-2562 Port<br />
Expert: Urs Muntwyler<br />
In any solar powered system, a DC/DC-Converter plays a major role for the tracking of the solar panels<br />
Maximum Power Point (MPP). The Bern University of Applied Sciences in Biel/Bienne already has a<br />
proven track record in the design of such high efficiency converters for solar race cars.<br />
For the use in a solar powered aircraft the power to weight ratio is as important as efficiency. To reduce<br />
weight, a new converter topology has been chosen. Due to this design change and the increased<br />
switching frequency the weight of the MPPT will decrease significantly.<br />
In the near future, renewable energy<br />
sources such as solar energy will<br />
become essential, as already today<br />
we are facing a shortage of fossil<br />
energy. Apart from efforts aimed at<br />
raising the efficiency of photovoltaic<br />
cells and arrays, there is also the<br />
need to improve the other components<br />
of a photovoltaic system. For<br />
these reasons, the Bern University<br />
of Applied Sciences in Biel-Bienne,<br />
has developed a high-efficiency<br />
Maximum Power Point Tracker.<br />
The MPPT new Generation, which<br />
is now supported by drivetek ag, is<br />
a high performance switching DC/<br />
DC-converter with an efficiency of<br />
up to 99 %.<br />
The MPPT nG was originally developed<br />
for the use in the World Solar<br />
Challenge’s race cars, where<br />
it already supported two winning<br />
The MPPTair DC/DC-Converter with its DSP Controller Board<br />
teams. For a new application in a<br />
solar powered aircraft, the tracker<br />
has to be reduced in size and<br />
weight. This is the main goal of our<br />
diploma thesis which includes the<br />
development of a new hardware<br />
and software design.<br />
The used Digital Signal Processor<br />
(DSP) from Texas Instruments is<br />
capable to control the MPPT with<br />
a sophisticated new control approach<br />
which minimizes the switching<br />
losses. Owing to this approach<br />
and the increased switching frequency<br />
which goes up to 400 kHz<br />
smaller and lighter capacitors and<br />
most notably lighter inductor coils<br />
could be chosen. This also makes<br />
it possible to design the converter<br />
in a very flat, compact style.<br />
The newly chosen topology of four<br />
interleaved boost converters minimizes<br />
the current ripple and im-<br />
proves the electromagnetic compatibility<br />
of the converter.<br />
To cover a broad spectrum of communication<br />
needs, the new converter<br />
comes with a fully implemented<br />
CAN Interface. As a superior protocol,<br />
CANopen provides a very<br />
flexible and open standard which<br />
also leaves space for manufacturer<br />
specific ideas. This permits controlling,<br />
setting up and supervising the<br />
MPPT with a CANopen LabView<br />
interface which can be adapted to<br />
the needs of the MPPT with almost<br />
no effort.<br />
These design parameters make the<br />
new developed MPPTair a lightweight<br />
DC/DC Boost Converter<br />
which is optimized for the use in<br />
the air.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Lüthi Marc<br />
1981<br />
+41 78 699 29 52<br />
marc.luethi@ggs.ch<br />
Simonin Cédric<br />
1984<br />
+41 79 430 52 76<br />
simoc@gmx.ch<br />
69<br />
BI
BI<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Marti Christoph<br />
1980<br />
078 771 67 80<br />
chris-marti@gmx.ch<br />
70<br />
Automatisierung eines Transfersystems<br />
Automatisierungstechnik / Prof. Markus Moser<br />
Experte: Felix Kunz<br />
Dieses Transfersystem simuliert einen technischen Prozess, der in der industriellen Fertigung sehr<br />
üblich ist: Eine Fertigungsstrasse für ein Bauteil oder Werkstück.<br />
Das System wird als Übungs- <strong>und</strong> Demonstrationsmodell an der BFH-TI verwendet. Die Transferanlage<br />
wurde technisch auf den neusten Stand gebracht <strong>und</strong> mit aktuellen Komponenten aus der<br />
Automationstechnik ausgestattet.<br />
Diese Diplomarbeit befasst sich mit der gesamten Projektierung <strong>und</strong> Realisierung der Steuerungs-<br />
Software, <strong>und</strong> weiteren Massnahmen, um das Transfersystem zu erweitern <strong>und</strong> in ein übergeordnetes<br />
System zu integrieren.<br />
Der Aufbau des Transfersystems<br />
Auf der Anlage befinden sich zwei<br />
parallel angeordnete Förderbänder,<br />
die in entgegengesetzter Richtung<br />
laufen. An den Enden <strong>und</strong><br />
in der Mitte der Transportbänder<br />
sind Greifarme angebracht, die die<br />
Werkstückträger jeweils auf das<br />
andere Band verschieben. An vier<br />
Orten können die Werkstücke bearbeitet<br />
werden.<br />
Dort werden sie durch pneumatisch<br />
betriebene Zylinder gestoppt<br />
<strong>und</strong> ausgerichtet (indexiert). Zur<br />
Bearbeitung können Arbeitsstationen<br />
als Module an die Anlage angedockt<br />
werden. Die Schnittstellen<br />
der Arbeitsstationen wurden so<br />
projektiert, dass eine einfache Anbindung<br />
an Steuerung, Druckluft<br />
<strong>und</strong> <strong>Strom</strong>versorgung gewährleistet<br />
ist.<br />
Die Steuerung<br />
Für die Steuerung wird eine aktuelle<br />
<strong>und</strong> weit verbreitete SPS (speicherprogrammierbare<br />
Steuerung)<br />
von Siemens eingesetzt: Die SIMA-<br />
TIC S7.<br />
Damit der Verdrahtungsaufwand<br />
möglichst gering blieb, wurde eine<br />
dezentrale Peripherie für die Ein-<br />
<strong>und</strong> Ausgänge eingesetzt, welche<br />
über PROFIBUS DP mit der SPS<br />
kommuniziert. Die Ansteuerung<br />
der pneumatischen Aktoren erfolgt<br />
über zwei Ventilinseln, die auch am<br />
PROFIBUS angeb<strong>und</strong>en sind.<br />
Transfersystem mit Bedien-<br />
Die Software<br />
Die Ablaufsteuerung wurde mit der<br />
Software STEP 7 von Siemens erstellt.<br />
Die Steuerung ermöglicht den<br />
gleichzeitigen Transport mehrerer<br />
Werkstückträger auf dem System.<br />
Wenn bei einer Arbeitsstation die<br />
Bearbeitung länger als vorgesehen<br />
dauert, kann das zu einem Stau<br />
führen. Das System kann automatisch<br />
auf einen Stau reagieren <strong>und</strong><br />
pult <strong>und</strong> Signallampe<br />
Schematische Darstellung des Transfersys-<br />
tems<br />
Massnahmen ergreifen, indem es<br />
zum Beispiel die Umleitung über<br />
die Mitte aktiviert. Zudem werden<br />
Fehlfunktionen der Anlage erkannt<br />
<strong>und</strong> verarbeitet: Zum Beispiel beim<br />
Klemmen eines Werkstücks wird<br />
die Druckluft <strong>und</strong> das Förderband<br />
abgeschaltet. Ein Fehler wird über<br />
eine Signalleuchte angezeigt <strong>und</strong><br />
kann am Bedienpult nach der Behebung<br />
quittiert werden.<br />
Zur Erweiterung der Anlage wurde<br />
ein geeignetes Identifikationssystem<br />
projektiert, welches die aktuellen<br />
Fertigungsgrade der einzelnen<br />
Bauteile oder Werkstücke ausliest.<br />
Damit der Anlagenzustand auf<br />
einem PC visualisiert werden kann,<br />
wurde nach einem Man-Machine-<br />
Interface gesucht, welches eine<br />
einfache Anbindung an die SPS ermöglicht.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Automatische Bandschweissanlage<br />
Automation / Prof. Max Felser / Herbert Reber, Soprem Automation AG<br />
Experte: Josef Meyer<br />
Die Firma Soprem Automation AG entwickelt <strong>und</strong> produziert Band- <strong>und</strong> Drahtzuführanlagen für die<br />
Industrie. Seit ca. 0 Jahren werden auch Bandspeicheranlagen für Aluminiumprofiliereinheiten erfolgreich<br />
in die gesamte Welt exportiert. Die Bandprofiliereinheit ist Bestandteil einer Kunststoffextruderanlage,<br />
welche in ihrem Prozess nicht ohne weiteres angehalten werden kann. Deshalb<br />
muss das Bandmaterial am Anfang <strong>und</strong> am Ende mit einer Bandschweissmaschine zusammengefügt<br />
werden, um der Folgemaschine eine nahtlose Materialzufuhr garantieren zu können.<br />
Ausgangslage<br />
<strong>Unter</strong> dem ständigen Preisdruck<br />
mit ausländischen Konkurrenten<br />
ist die momentan verwendete,<br />
von der Firma Soprem eingekaufte<br />
Bandschweissanlage zu teuer.<br />
Deshalb wurde eine günstigere, auf<br />
die Bedürfnisse dieses Prozesses<br />
zugeschnittene Maschine seitens<br />
unserer Firma entwickelt. Bandschweissmaschinen<br />
kommen heute<br />
immer häufiger zum Einsatz, da<br />
sich die industriellen Anforderungen<br />
an kontinuierlich laufende Bandanlagen<br />
geändert haben. Stillstandszeiten<br />
der Maschinen bedeuten<br />
Produktionsausfall, deshalb muss<br />
eine Materialumrüstung heute nicht<br />
möglichst kurz sein, sondern ganz<br />
eliminiert werden. Nachdem in der<br />
Semesterarbeit die Hardware zu<br />
dieser Bandschweissanlage evaluiert<br />
<strong>und</strong> getestet wurde, ist nun die<br />
Software in Form dieser Diplomarbeit<br />
realisiert worden.<br />
Bandschweissanlage SGA120<br />
Problematik<br />
Die Bandschweissmaschine sorgt<br />
für das Zusammenfügen der beiden<br />
Bandenden, sobald sich eine<br />
Materialspule dem Ende zu neigt.<br />
Dabei muss eine optimale Schweissung<br />
innerhalb kürzester Zeit abgeschlossen<br />
sein, da der Bandspeicher<br />
nur über begrenzte Kapazität<br />
verfügt <strong>und</strong> sonst die Folgemaschine<br />
nicht weiterarbeiten kann.<br />
Die zu verschweissenden Aluminiumbänder<br />
sind zwischen 0.2 <strong>und</strong><br />
0.8 mm dick <strong>und</strong> zwischen 50<br />
<strong>und</strong> 120 mm breit. Um einen Einbrand<br />
am Bandanfang <strong>und</strong> -ende<br />
zu vermeiden muss der Schweissstrom<br />
abhängig von der Position<br />
des Schweisskopfes reguliert werden.<br />
Da die geschweisste Materialnaht<br />
keinesfalls vor<strong>stehen</strong> darf, ist<br />
eine Materialzugabe während des<br />
Schweissvorganges nicht zulässig.<br />
Durch den Einsatz von zum Teil<br />
sehr dünnem Aluminiumband ist<br />
das WIG-Schweissverfahren (Wolfram-Inert-Gas)<br />
am besten geeignet,<br />
da hier die Leistung bis in sehr<br />
kleine <strong>Strom</strong>bereiche ideal geregelt<br />
werden kann.<br />
Frequenzumrichter mit aufsteckbarer SPS<br />
Steuerungskonzept<br />
Der 3-phasige Servomotor ist mit<br />
einem Rückführsystem ausgerüstet,<br />
so ist die Position des Schweisskopfes<br />
jederzeit bekannt. Die kompakte<br />
Schweissquelle kann über<br />
ein Analog-Digital-Interface angesteuert<br />
werden. Die zentralen Steuerelemente<br />
sind Produkte der Firma<br />
Control Techniques, da in der<br />
Fertigungsstrasse des Endk<strong>und</strong>en<br />
(Kunststoffextruder, Profilieranlage)<br />
bereits solche Geräte im Einsatz<br />
sind. Der modular einsetzbare Servoregler<br />
“Unidrive SP” ermöglicht<br />
dem Benutzer das genaue Positionieren<br />
des Antriebes mit Schweisskopf.<br />
Zusätzlich verfügt dieser<br />
Frequenzumrichter über diverse<br />
Erweiterungsfunktionen, wie zum<br />
Beispiel das aufsteckbare Applikationsmodul<br />
mit integriertem RISC-<br />
Prozessor, Echtzeitbetriebsystem<br />
<strong>und</strong> dazugehörigen Tasks. Mit dieser<br />
SPS-Erweiterung können die<br />
Sensoren <strong>und</strong> Ventile der Maschine<br />
zusammen über das Beckhoff<br />
I/O-System angesteuert werden.<br />
Über ein HMI (Human Machine Interface)<br />
kann die Anlage bedient<br />
<strong>und</strong> gewartet werden. Zusätzlich ist<br />
es über das Bedienterminal möglich,<br />
diverse für die Schweissung<br />
notwendige Parametersätze (Vorschubgeschwindigkeit,Schweissströme,<br />
Position der Rampen) einzugeben<br />
<strong>und</strong> zu speichern.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Mathys Pascal<br />
1980<br />
gizmo@bluewin.ch<br />
7<br />
BU
BI<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Meier Sascha Werner<br />
1980<br />
079 246 78 07<br />
Weber Tobias<br />
1982<br />
079 628 81 68<br />
72<br />
Messen von Anpresskräften<br />
Industrieelektronik / Prof. Dr. Andrea Vezzini, Prof. Markus Moser<br />
Experte: Urs Muntwyler<br />
Zurzeit existieren keine Methoden zum Messen der Anpresskräfte von Schabern auf Walzen in der<br />
Papierindustrie. Besonders Variationen über die ganze Maschinenbreite (bis zu 2 Meter) detektieren<br />
zu können ist von Interesse. Um die Anpresskraft zu messen wird heute eine Federwaage verwendet.<br />
Die Methode bestimmt die Gesamtkraft <strong>und</strong> kann nur eingesetzt werden, wenn ausreichend<br />
Platz vorhanden ist. Aus diesem Gr<strong>und</strong> will die Firma ASimpa GmbH ein Messsystem entwickeln,<br />
das den rauen Umgebungsbedingungen, welche in einer Papierfabrik herrschen, gewachsen ist.<br />
Ziel ist die Bestimmung des Kraftverlaufs über die gesamte Maschinenbreite mit einem kostengünstigen<br />
System.<br />
Gr<strong>und</strong>lage der Entwicklung ist ein<br />
EU-Patent mit der Nummer 01 273<br />
289.7 der Firma ASimpa GmbH.<br />
Dieses schützt die Idee, mittels<br />
Dehnmessstreifen auf Schabern<br />
die Belastung lokal zu messen.<br />
In einer vorangegangenen Semesterarbeit<br />
wurde ein Prototyp erstellt,<br />
mit welchem die Funktionsfähigkeit<br />
unseres Systems, sowie die<br />
Reproduzierbarkeit einer Messung<br />
nachgewiesen werden konnte. Das<br />
Messsystem wird in der Diplomarbeit<br />
weiterentwickelt, damit es zum<br />
einen den rauen Umgebungsbedingungen,<br />
welche in einer Papierfabrik<br />
herrschen, gewachsen ist,<br />
<strong>und</strong> zum anderen aus betriebswirtschaftlicher<br />
Sicht tragbar wird. Wir<br />
zielen darauf ab, dass die gesamte<br />
Produktion möglichst effizient <strong>und</strong><br />
kostengünstig realisiert werden<br />
kann.<br />
Aufgr<strong>und</strong> der grossen Störempfindlichkeit<br />
des auszuwertenden<br />
Signals, welches durch den DMS<br />
erzeugt wird (einige μV), haben wir<br />
uns entschieden, einen intelligenten<br />
Sensor zu entwickeln.<br />
Dieser Sensor hat die Aufgabe, das<br />
Messsignal unmittelbar beim DMS<br />
aufzunehmen, zu verstärken, eine<br />
A/D-Wandlung auszuführen, digital<br />
zu filtern <strong>und</strong> den Messwert in dieser<br />
Form über den störunempfindlichen<br />
RS 485 Bus einem PC oder<br />
Notebook (auf dessen Anfrage) zu<br />
senden. Damit das Messsystem<br />
trotz sich ändernden äusseren Bedingungen<br />
möglichst präzise arbeitet,<br />
werden die einzelnen Sensoren<br />
vor jeder Messreihe direkt an Ort<br />
<strong>und</strong> Stelle neu initialisiert. Dieser<br />
Vorgang beinhaltet einen automatischen<br />
Brückenabgleich, sowie<br />
einen Nullpunktabgleich, die so genannte<br />
Initialisierungsmessung.<br />
Die Arbeit beinhaltet alle Schritte<br />
von der Entstehung des Klingendesigns,<br />
der Elektronikentwicklung<br />
Simulation des mechanischen Verhaltens<br />
Messstelle komplett<br />
inklusive der Programmierung des<br />
Microcontrollers bis zur Visualisierung<br />
der Messresultate mittels Lab-<br />
VIEW sowie die Organisation einer<br />
Kleinproduktion. Das System wurde<br />
im Labor auf seine Funktionsfähigkeit<br />
getestet <strong>und</strong> bereits auf zwei<br />
grossen Papiermaschinen erfolgreich<br />
eingesetzt.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Traffic Sign Recognition<br />
Signal- <strong>und</strong> Bildverarbeitung / Prof. Dr. Werner Jenni<br />
Experte: Hansjörg Klock<br />
Die modernen Automobile der neusten Generationen enthalten immer mehr intelligente, elektronische<br />
Systeme. Sei dies nun zu Gunsten der Sicherheit oder des Komforts, so sind viele dieser<br />
Systeme nicht mehr aus den Automobilen wegzudenken. In Sachen Sicherheit geht der Trend im<br />
Moment in Richtung Fahrerassistenzsysteme, welche dem Fahrer in brenzligen Situationen helfen<br />
oder diese sogar schon vorher erkennen <strong>und</strong> vermeiden. Die Idee zu dieser Diplomarbeit ist genau in<br />
diesem Bereich anzusiedeln. Wem ist es nicht schon passiert, dass er sich während der Fahrt nicht<br />
mehr sicher war, wie schnell er nun fahren darf oder ob er sich auf einer Hauptstrasse befindet oder<br />
nicht.<br />
Ausgangslage<br />
Während der Semesterarbeit (Sommersemester<br />
2006) wurden aus<br />
einem Videofilm manuell Bilder, die<br />
Verkehrsschilder als Bildelemente<br />
enthalten, ausgewählt <strong>und</strong> als Einzelbilder<br />
(jpeg-Dateien) abgespeichert.<br />
Zur Auswertung der Bilder<br />
(Ziel: Identifikation der Verkehrssignale)<br />
wurden mehrere Softwaremodule<br />
(MATLAB) entwickelt. Wie sich<br />
jedoch herausstellte, ist diese Aufgabe<br />
um einiges schwieriger, als zu<br />
Beginn angenommen.<br />
Ziele<br />
Als Hauptaufgabe der Diplomarbeit<br />
soll nun mit MATLAB ein Demosystem<br />
für dieses Problem entwickelt<br />
werden. Aufgr<strong>und</strong> der begrenzten<br />
Zeit für die Entwicklung sollen<br />
Aufbau des Demosystems<br />
nur Temposchilder mit rotem Rand<br />
erkannt werden <strong>und</strong> es ist keine<br />
Echtzeitlösung anzustreben. Das<br />
Demosystem soll projizierte Bilder<br />
von Verkehrssituationen analysieren,<br />
eventuell vorhandene Temposchilder<br />
erkennen <strong>und</strong> dann dem<br />
Anwender optisch <strong>und</strong>/oder akustisch<br />
mitteilen, welches die aktuelle<br />
Höchstgeschwindigkeit ist.<br />
Dazu gilt es, zum einen vielversprechende<br />
Methoden aus der Semesterarbeit<br />
zu perfektionieren <strong>und</strong><br />
zum anderen neue Methoden zu<br />
entwickeln.<br />
Funktionsprinzip<br />
Um ein Bild auf das Vorhandensein<br />
eines Verkehrsschildes zu prüfen,<br />
wird das Bild zuerst einem Farbfilter<br />
unterzogen. Dabei werden alle Re-<br />
gionen bestimmt, in welchen sich<br />
rote Objekte befinden, wobei Regionen<br />
mit homogener Farbe bereits<br />
ausgeschlossen werden. Der Farbraum<br />
der roten Farbe wurde dabei<br />
gezielt grosszügig gewählt, da die<br />
rote Farbe der Schilder stark variieren<br />
kann. In einer weiteren Stufe<br />
werden fünf verschiedene Methoden<br />
auf diese Regionen angewandt,<br />
um Kandidaten für Schilder anhand<br />
von Formen, charakteristischen<br />
Farbverläufen, usw. zu finden. Die<br />
Resultate dieser Funktionen werden<br />
anschliessend gewichtet <strong>und</strong><br />
ausgewertet, um so die ROI’s (Region<br />
of Interest) im Bild zu ermitteln.<br />
Als Nächstes werden diejenigen<br />
ROI’s ausgeschlossen, in welchen<br />
sich noch dreieckige Schilder befinden.<br />
Danach wird innerhalb der<br />
ROI’s nach dem inneren Kreis des<br />
Schildes gesucht, um anschliessend<br />
die Ziffern, falls vorhanden,<br />
zu extrahieren. Zum Schluss werden<br />
die Ziffern mittels OCR (Optical<br />
Character Recognition) ausgewertet,<br />
um dann dem Benutzer optisch<br />
<strong>und</strong>/oder akustisch die geltende<br />
Höchstgeschwindigkeit mitzuteilen.<br />
Ausblick<br />
Bei einer allfälligen Weiterentwicklung<br />
könnte der MATLAB - Algorithmus<br />
in die Programmiersprache<br />
C/C++ umgeschrieben werden.<br />
Damit könnte auf einem Controllersystem<br />
eine echtzeitfähige Variante<br />
des Systems für den Einsatz im<br />
Auto realisiert werden.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Meister Christian<br />
1983<br />
079 733 80 08<br />
chrigu_m@ggs.ch<br />
Nützi Oliver<br />
1983<br />
079 461 66 60<br />
oli.nuetzi@bluewin.ch<br />
7<br />
BU
BI<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Mülhauser Adrian<br />
1984<br />
muelhauser@gmx.ch<br />
7<br />
High Fidelity Cuk Converter Audio Power Amplifier<br />
Industrieelektronik / Prof. Dr. Andrea Vezzini, Prof. Dr. Josef Götte<br />
Experte: Urs Muntwyler<br />
Die Realisation eines Klasse D Audio Leistungsverstärkers innerhalb der HiFi-Norm stellt höchste<br />
Ansprüche an einen Switching Converter. Die Kombination aus hoher Dynamik bei gleichzeitig praktisch<br />
eliminierbarem <strong>Strom</strong>rippel am Ausgang macht den Cuk Converter äusserst interessant für<br />
den Einsatz in einer Audioendstufe. Mit einem Vier-Quadranten Cuk Converter <strong>und</strong> einem One-Cycle<br />
Kontroller konnte so eine erstaunlich elegante <strong>und</strong> einfache Lösung für ein schwieriges Problem<br />
gef<strong>und</strong>en werden.<br />
Klasse D Audio Leistungsverstärker<br />
werden heute in der Regel mit<br />
einer Halb- oder Vollbrücke realisiert.<br />
Die Nachteile dieser Invertertopologie<br />
sind der pulsierende Eingangsstrom<br />
<strong>und</strong> das Ausgangsfilter<br />
zur Dämpfung des <strong>Strom</strong>rippels,<br />
welches mindestens ein LC-Filter<br />
2. Ordnung ist. Der Konverter<br />
muss folglich mit einer relativ hohen<br />
Schaltfrequenz betrieben werden,<br />
um gleichzeitig einen tiefen<br />
<strong>Strom</strong>rippel zusammen mit einer<br />
guten Dynamik zu erreichen. Die<br />
grosse Phasenverschiebung im<br />
Ausgangsfilter führt weiter dazu,<br />
dass das System nur mit einer kleinen<br />
Schleifenverstärkung betrieben<br />
werden kann, was sich negativ auf<br />
den Klirrfaktor auswirkt.<br />
High Fidelity Cuk Converter Audio Power Amplifier (Labormodell)<br />
Diese Nachteile sind beim Cuk<br />
Converter mit gekoppelten Induktivitäten<br />
nicht vorhanden: Die nichtpulsierenden<br />
Ein- <strong>und</strong> Ausgangsströme<br />
machen zusätzliche Filter<br />
überflüssig <strong>und</strong> reduzieren nebenbei<br />
EMI-Probleme, der <strong>Strom</strong>rippel<br />
kann einseitig praktisch vollständig<br />
eliminiert werden, während die Dynamik<br />
des Ausgangssignals immer<br />
noch sehr hoch ist, <strong>und</strong> der Konverter<br />
bietet einen hohen Wirkungsgrad.<br />
Schwieriger gestaltet sich allerdings<br />
die Regelung des Konverters. Der<br />
verwendete Vier-Quadranten Cuk<br />
Converter weist eine nicht-lineare<br />
Übertragungsfunktion 5. Ordnung<br />
auf. Eine äusserst elegante Lösung<br />
konnte hier aber mit der One-Cycle<br />
Control <strong>Technik</strong> gef<strong>und</strong>en werden.<br />
Das System aus Konverter <strong>und</strong><br />
One-Cycle Kontroller hat schliesslich<br />
eine lineare Übertragungsfunktion<br />
1. Ordnung. Dieses lässt sich<br />
nun mit einem simplen PI-Kontroller<br />
regeln. Das Resultat ist ein Klasse<br />
D Audio Leistungsverstärker mit<br />
kleinem Rauschen, grosser Dynamik<br />
<strong>und</strong> hoher Schleifenverstärkung.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Zentraler Arbeitsplatz für Zugsicherungsleitsystem<br />
Elektronik <strong>und</strong> technische <strong>Informatik</strong> / Prof. Daniel Lanz<br />
Experte: Niklaus Affolter<br />
Ein Zugsicherungs-Leitsystem berechnet anhand der Stellwerkzustände <strong>und</strong> der Fahrzeugparameter<br />
jederzeit die maximal erlaubte Geschwindigkeit eines Zugs. Wird der maximal-Speed überschritten<br />
ertönt im Führerstand zuerst ein Warnsignal; bei fehlender Reaktion des Fahrers wird eine Notbremsung<br />
eingeleitet. Da sich das Streckennetz in einem dauernden Wandel befindet, können vor<br />
Ort bei den Stellwerkrechnern Langsamfahrstellen eingegeben <strong>und</strong> andere Parameter verändert<br />
werden. Ziel dieser Diplomarbeit ist die Realisierung eines Systems zur zentralen Ansteuerung der<br />
Stellwerkrechner in der Leitstelle der Regionalbahn Bern Solothurn (RBS).<br />
Ausgangslage<br />
Da keine Vernetzung der Rechner<br />
mit der Zentrale in Worblaufen vorhanden<br />
ist, muss immer jemand<br />
vor Ort sein um Änderungen vorzunehmen,<br />
was einerseits einen<br />
relativ grossen zeitlichen Aufwand<br />
bedeuten kann, anderseits im Falle<br />
von Langsamfahrstellen eingeben<br />
oder entfernen oft ausserhalb der<br />
Bahnbetriebszeit erfolgen muss.<br />
Dadurch ent<strong>stehen</strong> für die RBS<br />
Kosten <strong>und</strong> Verzögerungen.<br />
Problemstellung <strong>und</strong><br />
Zielsetzung<br />
Die Kommunikation mit dem Stellwerkrechnern<br />
erfolgt über eine<br />
RS485-Schnittstelle. Diese Art der<br />
Datenübertragung ermöglicht zwar<br />
prinzipiell den vernetzten Betrieb<br />
als Bus, aber leider ist vom Hersteller<br />
der Anlage keine Adressierungsmöglichkeit<br />
vorgesehen. Die einzelnen<br />
Leitstellen können also nicht<br />
einzeln angesprochen werden, es<br />
darf immer nur eine mit dem PC<br />
verb<strong>und</strong>en sein. Die RS485-Signale<br />
werden nun per Glasfaser-Kabel in<br />
die Zentrale in Worblaufen vernetzt.<br />
Die Aufgabenstellung lautet, ein<br />
System zu entwickeln womit zwischen<br />
den verschiedenen Knoten<br />
umgeschaltet werden kann. Dies<br />
beinhaltet eine Software für Windows<br />
<strong>und</strong> eine Hardware welche<br />
die Signale entsprechend umleitet.<br />
Alle Aktionen sollen aufgezeichnet<br />
werden; als optionales Ziel wurde<br />
der Anschluss eines zweiten PCs<br />
vorgeschlagen.<br />
Realisierung<br />
Die Umschalteinheit wurde der<br />
vielen Ein-/Ausgänge wegen mit<br />
einem FPGA realisiert. Dieser wird<br />
Systemübersicht Führerstand mit ZSL-Anzeige<br />
über eine USB Schnittstelle an<br />
den PC angeschlossen. Die Programmierung<br />
des FPGAs erfolgt<br />
in VHDL, einer Hardwarebeschreibungssprache<br />
mit der es einfach<br />
möglich ist, komplizierte digitale<br />
Systeme zu beschreiben. Für die<br />
Bedienersoftware auf dem PC wird<br />
Java eingesetzt, weil dafür vorbereitete<br />
Treiber für den verwendeten<br />
USB-Chip existieren. Das GUI bietet<br />
eine einfache Umschaltung des<br />
anzusprechenden Stellwerks, eine<br />
Protokollierung aller Aktionen <strong>und</strong><br />
eine Funktion zur Anpassung des<br />
Netzes (es werden immer wieder<br />
Stellwerke zusammengeführt). Ausserdem<br />
kann eine zweite Instanz<br />
des Programms eine Verbindung<br />
über TCP/IP zum ersten aufbauen,<br />
um die Umschaltung von einem anderen<br />
Arbeitsplatz fernzusteuern. Es<br />
wird dafür gesorgt, dass nur entweder<br />
vor Ort oder ferngesteuert auf<br />
die Hardware zugegriffen werden<br />
kann.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Niggli Ulrich<br />
1983<br />
ueli.niggli@gmail.com<br />
7<br />
BU
BI<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Ocaña Cedric<br />
1980<br />
079 443 36 03<br />
ocana@postmail.ch<br />
Zaugg Philipp<br />
1983<br />
079 504 09 87<br />
ph.zaugg@gmx.ch<br />
76<br />
High Speed Hardware Based Ethernet Packet Analyzer<br />
Mikroelektronik / Prof. Dr. Marcel Jacomet<br />
Experte: Felix Kunz<br />
In the modern communication society, the filtering of Internet data is an important subject. Nowadays<br />
there are a lot of software products on the market handling this issue. Most of these products<br />
suffer from the fact that the faster the web link is, the more cpu time is used for filtering. This missing<br />
cpu time is slowing down the computer performance. For this reason we developed an analyzer<br />
witch scans the bit stream directly on the high-speed hardware level. The extracted information<br />
concerning the transmission protocols can be used to reject attacks, for QoS (Quality of Service),<br />
and to detect virus infected packets.<br />
Ethernet packet<br />
The most common standard for<br />
communication over network is<br />
Ethernet. The data is sent in frames<br />
containing the essential data and<br />
header information. In the data<br />
section of the Ethernet frame, many<br />
protocols, like TCP/IP or ARP are<br />
encapsulated. Our analyzer does<br />
a qualification based on protocol<br />
types, transmission sources and<br />
the transmitted data. A complementary<br />
project with two computer<br />
engineering students is running in<br />
parallel and handles the Linux drivers<br />
and transmission protocol definitions<br />
(see p. 97).<br />
Interface<br />
Implemented in a computer, our<br />
device would be housed on the<br />
network card. The extracted information<br />
is directly accessible by the<br />
CPU and can be used for a simplified<br />
and fast handling on the operating<br />
system level. Our packet<br />
analyzer is configurable with rules<br />
defined by the operating system,<br />
enabling the analyzer to face actual<br />
and future security requirements.<br />
Evaluation board and software<br />
As development platform, we<br />
used the Xilinx development board<br />
ML401. Among other devices, it<br />
contains a virtex 4 FPGA and an<br />
Ethernet transceiver. The used development<br />
software was the Xilinx<br />
Plattform Studio(XPS). This tool allows<br />
connecting IP cores (intellectual<br />
property hardware components)<br />
by buses or signals on an abstract<br />
level. Integrated Software Environment<br />
(ISE) was used to include our<br />
VHDL code and to synthesize the<br />
overall design. Verification, simulation<br />
and testing have been done<br />
with the Modelsim tool.<br />
System<br />
An embedded system including a<br />
MicroBlaze CPU was generated<br />
to evaluate the performance of our<br />
Block diagram of realized Ethernet packet analyzer<br />
packet analyzer. This set-up made<br />
it possible to use uClinux as operating<br />
system with a standard serial<br />
connection (RS232) to communicate<br />
with the system. The internal<br />
connection over the on-chip peripheral<br />
bus (OPB) handles the communication<br />
between the MicroBlaze,<br />
the analyzer and the e-mac (Ethernet<br />
controller). As depicted in the<br />
block diagram, any Ethernet frame<br />
has to pass trough the analyzer.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
<strong>Unter</strong> <strong>Strom</strong> <strong>stehen</strong>...<br />
Sputnik Engineering AG<br />
Höheweg 85 · 2502 Biel<br />
Switzerland<br />
Tel. + 41 (0)32 346 56 00<br />
Fax + 41 (0)32 346 56 09<br />
sputnik@solarmax.com<br />
www.solarmax.com<br />
...nicht nur unsere SolarMax-Wechselrichter sondern auch<br />
unsere Mitarbeiter.<br />
Sputnik Engineering AG – 1991 von ehemaligen Assistenten der Ingenieurschule Biel gegründet – verschrieb<br />
sich der Entwicklung von Solarstrom-Wechselrichtern. Heute zählt das Bieler <strong>Unter</strong>nehmen mit seinen Solar-<br />
Max-Geräten zu den Top 3 auf dem europäischen Markt der netzgekoppelten Photovoltaik-Wechselrichter.<br />
Der Erfolg von Sputnik Engineering basiert auf 3 <strong>Unter</strong>nehmensgr<strong>und</strong>sätzen:<br />
CLEVER: Die Technologie der erneuerbaren Energien mit intelligenten <strong>und</strong> einfachsten<br />
Lösungen weiter zu entwickeln.<br />
KRAFTVOLL: Durch unternehmerisches, diszipliniertes Handeln die Unabhängigkeit<br />
der Firma <strong>und</strong> ihrer Stärken zu fördern.<br />
ÜBERZEUGEND: Durch Übernahme von Verantwortung Vertrauen in die Firma <strong>und</strong><br />
ihre Kompetenzen schaffen <strong>und</strong> Probleme als Chancen für neue Lösungen betrachten.<br />
www.solarmax.com
BU<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Reisinger Stephan<br />
1981<br />
s.reisinger@gmx.ch<br />
Wireless Schnittstelle für Kaffeemaschine<br />
Hochfrequenztechnik / Prof. Fritz Dellsperger<br />
Experte: Dr. Peter Schlatter / Delisys AG<br />
Beflügelt durch die Wünsche der K<strong>und</strong>en, von lästigen Kabeln unabhängig zu sein, erlebt die drahtlose<br />
Kommunikationstechnologie derzeit einen Boom. Diesem Fortschritt soll auch die serielle<br />
UART-Schnittstelle der Kaffeemaschine “Tiger” nicht nach<strong>stehen</strong> <strong>und</strong> durch moderne Wireless-<br />
<strong>Technik</strong> erneuert werden. In der vorangehenden Semesterarbeit wurden bereits mehrere Standards<br />
unter die Lupe genommen, wo sich, nach wirtschaftlichen, technischen <strong>und</strong> marktorientierten Analysen,<br />
die Bluetooth-Variante hervorhob, die den Anforderungen für dieses Projekt am ehesten gerecht<br />
wurde. In der Diplomarbeit wurde die Schnittstelle schliesslich realisiert, wofür ein geeignetes,<br />
integriertes Modul beschafft wurde.<br />
Ziel des Projekts ist es, die Handhabung<br />
der Windows-Software<br />
“Service-Tool” zu erleichtern <strong>und</strong><br />
zeitgemäss anzupassen. Dieses<br />
Tool bietet die Möglichkeiten, via<br />
serieller Schnittstelle, diverse maschinenspezifische<br />
Daten (Service-,<br />
Maschinen-, Benutzerdaten etc.)<br />
auf einen PC oder PDA einzulesen,<br />
auszuwerten <strong>und</strong> neu zu definieren.<br />
Der Bluetooth-Link stellt dabei<br />
die Kommunikationsschnittstelle<br />
zwischen PC/PDA <strong>und</strong> der Kaffeemaschine<br />
“Tiger” dar <strong>und</strong> ersetzt<br />
die bis dato verwendete Kabelverbindung.<br />
Entwickelt wurde also ein<br />
Interface-Kit, welches an Stelle des<br />
RS-232 Steckverbinders an das<br />
“Tiger”-Board angesteckt wird. Für<br />
Testzwecke wurde ein Evaluation-<br />
Kit bestellt, mit welchem das eingesetzte<br />
Bluetooth-Modul in Betrieb<br />
genommen wurde. Zur Kommunikation<br />
mit PC/PDA werden die bereits<br />
integrierten Bluetooth-Schnittstellen<br />
verwendet. Die Übertragungs-Software<br />
ist im Windows-Programm<br />
“Service-Tool” bereits integriert <strong>und</strong><br />
wird weiterhin eingesetzt.<br />
Beim Hardware-Entwurf war es<br />
wichtig, dass die vorgegebenen<br />
Designregeln befolgt wurden, um<br />
spätere Übertragungs-Störungen<br />
zu vermeiden. Die <strong>Strom</strong>versorgung<br />
des Interfaces erfolgt über einen 24<br />
VDC-Anschluss, welcher, neben<br />
den UART-Anschlüssen, Teil des<br />
verwendeten Schnittstellen-Steckers<br />
der “Tiger”-Maschine ist. Optional<br />
kann das Bluetooth-Interface<br />
auch extern mit 2.7-3.5 VDC gespiesen<br />
werden, wofür auf der Printplatte<br />
zwei Anschlüsse vorgesehen<br />
sind, die beispielsweise den Einsatz<br />
zweier 1.5V-Batterien ermöglichen.<br />
Da das endgültige Interface in die<br />
bereits existierende Kaffeemaschine<br />
integriert werden soll, war es neben<br />
der Funktionalität ebenso wichtig,<br />
dass die Baugruppe möglichst<br />
kleine Aussenmasse hat, um den<br />
reibungslosen Einbau in die Maschine<br />
zu ermöglichen. Die Verbindung<br />
vom Interface zur Hauptplatine der<br />
Kaffeemaschine erfolgt einfach<br />
durch ein 4-adriges Kabel.<br />
Wireless-Link der Kaffeemaschine “Tiger”<br />
Das “Service-Tool“ steht vorwiegend<br />
den Service-<strong>Technik</strong>ern <strong>und</strong><br />
Monteuren zur Verfügung. Aus diesem<br />
Gr<strong>und</strong> wurde zusätzlich ein<br />
Benutzerhandbuch erstellt, um die<br />
Anwendung mit dem neuen Tool so<br />
einfach wie möglich zu gestalten.<br />
Das Handbuch beinhaltet eine Hilfe<br />
zur Konfiguration der jeweiligen<br />
Module, sowie eine übersichtliche<br />
Beschreibung <strong>und</strong> Erklärung des<br />
“Service-Tool“-Programms. Später<br />
soll es, wie beispielsweise eine Geräteanleitung<br />
eines Fernsehers, allen<br />
“Bluetooth-Service-Tools” beigelegt<br />
werden.<br />
7 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Laser Tracking<br />
Signal- <strong>und</strong> Bildverarbeitung / Prof. Dr. Werner Bäni / RUAG Land Systems<br />
Experte: Hansjörg Klock<br />
Die Firma RUAG Land Systems entwickelt ein Verfahren zur explosionsfreien Vernichtung von<br />
Personenminen. Dabei wird der Mantel der Mine mit einem Laserstrahl aufgeschmolzen <strong>und</strong> der<br />
Sprengstoff entzündet, ohne dass eine Detonation erfolgt. Bevor jedoch der Energielaser eingeschaltet<br />
werden kann, muss ihn der Operator mit Hilfe eines Ziellasers auf das Objekt ausrichten.<br />
Aus Sicherheitsgründen beobachtet der Operator diesen Vorgang über eine Videokamera. “Laser<br />
Tracking” ist ein Bildverarbeitungsalgorithmus, der den Laserpunkt zuverlässig lokalisiert <strong>und</strong> die<br />
Blickrichtung der Videokamera dem Laserpunkt nachführt. Dadurch kann der Operator den Laserpunkt<br />
zu jeder Zeit sehen.<br />
Während dieses ganzen Vorgangs<br />
sind höchste Sicherheitsvorschriften<br />
einzuhalten, da die Möglichkeit<br />
einer Detonation nie ganz<br />
ausgeschlossen werden kann. Bevor<br />
der auf einem gepanzerten Fahrzeug<br />
montierte Laser vom Operator<br />
eingeschaltet werden kann, muss<br />
er mit Hilfe eines schwächeren Ziellasers<br />
auf das Objekt ausgerichtet<br />
werden. Der Operator verfolgt den<br />
Laserpunkt über eine Videokamera,<br />
diese ist auf dem Lasergehäuse<br />
installiert. Die Parallelverschiebung<br />
zwischen Laserstrahl <strong>und</strong> optischer<br />
Achse der Videokamera lässt eine<br />
feste Montage der Kamera nicht zu.<br />
Vielmehr muss der Blickwinkel der<br />
Distanz entsprechend angepasst<br />
werden.<br />
Ein erstes Ziel der Diplomarbeit<br />
“Laser Tracking” besteht darin, einen<br />
Bildverarbeitungsalgorithmus<br />
zu entwickeln, der den Laserpunkt<br />
in einem Video zuverlässig <strong>und</strong><br />
schnell lokalisieren kann. Im Einsatzgebiet<br />
besteht der Hintergr<strong>und</strong><br />
aus organischen Stoffen wie Gras,<br />
Sand oder Laubblätter. Durch diese<br />
verschiedenen Materialien werden<br />
die Anforderungen an den Algorithmus<br />
zusätzlich erhöht.<br />
In einer zweiten Aufgabe geht es um<br />
die Realisierung eines Regelkreises<br />
zur Nachführung der Videokamera.<br />
Unabhängig von der Einsatzdistanz<br />
soll die Blickrichtung der Videokamera<br />
dem Laserpunkt nachgeführt<br />
werden, so dass er sich immer in<br />
der Bildmitte befindet.<br />
Im Algorithmus wurden zwei Verfahren<br />
implementiert: Beim “statischen<br />
Tracking” wird ohne Vorwissen die<br />
absolute Position des Laserpunktes<br />
im Videobild bestimmt. Dies ist bei<br />
der Initialisierung nötig, oder wenn<br />
der Laserpunkt “verloren” gegangen<br />
ist. Beim “dynamischen Tracking”<br />
wird dagegen der Laser-<br />
Modifizierter Schützenpanzer M113 Videokamera montiert auf Energielaser Personenmine<br />
punkt verfolgt, das heisst es wird<br />
bei bekannter Ausgangsposition<br />
nur die Positionsänderung detektiert.<br />
Hier kommen unter anderem<br />
Bildverarbeitungsmethoden aus<br />
dem Bereich Motion Detection zum<br />
Einsatz.<br />
Zur Nachführung der Videokamera<br />
wird ein Goniometer der Firma<br />
ZABER eingesetzt. Damit kann sie<br />
sowohl in horizontaler wie auch in<br />
vertikaler Richtung gedreht werden.<br />
Die entstandene Software “Laser<br />
Tracking”, vollständig in MATLAB<br />
programmiert, ist ein zuverlässiges<br />
Demo-System, das den Laserpunkt<br />
lokalisiert <strong>und</strong> mit der Videokamera<br />
verfolgt. Der Operator<br />
kann über die Benutzeroberfläche<br />
den markierten Laserpunkt beobachten<br />
<strong>und</strong> sieht immer einen bezüglich<br />
des Laserpunkts optimalen<br />
Bildausschnitt. Zusätzlich kann er<br />
über diverse Einstellungen die Verfolgungsart<br />
seinen Bedürfnissen<br />
anpassen.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Rüegsegger Michael<br />
1983<br />
079 744 82 11<br />
m.ruegsegger@gmx.ch<br />
79<br />
BU
BU<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Sathiyamoorthy Ramesh<br />
1974<br />
076 396 14 14<br />
sathr1@bfh.ch<br />
USB Display-Modul mit USB Host Anbindung<br />
<strong>Informatik</strong> / Hr. Peter Aeschimann<br />
Experte: Dr. Peter Schlatter<br />
Die international tätige Telecontrol AG in Kriegstetten stellt Geräte zur Erfassung der Einschaltquoten<br />
für TV <strong>und</strong> Radio her.<br />
Zurzeit wird eine neue Generation dieser Systeme entwickelt. Bei dieser Diplomarbeit geht es um die<br />
Neuentwicklung des Erfassungsgeräts, welches sich bei ausgewählten TV-Zuschauern befindet.<br />
Das Erfassungsgerät setzt sich aus zwei Komponenten zusammen, einem Hauptgerät <strong>und</strong> einem<br />
Display-Modul, welche über eine USB Schnittstelle miteinander kommunizieren.<br />
Über das Display-Modul kann der TV-Zuschauer mittels einer IR-Fernbedienung interaktiv Eingaben<br />
vornehmen.<br />
Die Diplomarbeit ist Bestandteil eines Produkts, dass später kommerziell verkauft werden soll.<br />
Anforderungen<br />
Für das neue Zentralgerät Telecontrol<br />
XL2 ist ein externes Display-<br />
Modul zu entwickeln<br />
welches, abgesetzt vom Zentralgerät,<br />
auf das TV-Gerät oder ein<br />
Möbel im Haushalt gestellt werden<br />
kann.<br />
Das Display wird verwendet um die<br />
Daten, welche für den Haushalt gerade<br />
wichtig sind, anzuzeigen. Dazu<br />
gehörten der aktuell gewählte TV-<br />
Sender, die Personen <strong>und</strong> Gäste,<br />
die diese Sendung gerade schauen.<br />
Merkt das Hauptgerät, dass das<br />
TV-Gerät läuft, sich aber niemand<br />
angemeldet hat, so wird eine Meldung<br />
über das Display ausgegeben,<br />
z.B. “Bitte anmelden”.<br />
Das Display ist auch für den Empfang<br />
der IR-Daten der Fernbedienung<br />
zuständig <strong>und</strong> leitet diese<br />
bereits decodiert über das USB Interface<br />
an das Hauptgerät weiter.<br />
Das Display muss mit verschiedenen<br />
Font-Sätzen zurechtkommen,<br />
somit muss das Soft- <strong>und</strong><br />
Hardwaredesign auch die Anzeige<br />
von arabischen, asiatischen, kyrillischen<br />
<strong>und</strong> weiteren Sprachen unterstützen<br />
können.<br />
Umsetzung<br />
Als Display wurde ein Custom Made<br />
PLED Display mit 256 x 32 Pixeln<br />
mit 16 Graustufen eingesetzt. Die<br />
Software wurde so konzipiert, dass<br />
die Displayhardware für das Hauptgerät<br />
abstrahiert wurde, <strong>und</strong> dieses<br />
die Funktionen über Telegramme<br />
ansprechen kann. Z.B. Text anzeigen,<br />
Text scrollen, Bitmaps anzeigen.<br />
Die Fonts werden im Display<br />
gespeichert; es können je nach<br />
Bedarf weiter Fonts in das Display<br />
nachgeladen werden.<br />
Das Display besteht hauptsächlich<br />
aus drei Komponenten: dem<br />
PLED Display Demo Board<br />
XL2 Hauptgerät<br />
Hauptprozessor, einem separaten<br />
Prozessor für IR <strong>und</strong> dem Display<br />
Controller.<br />
Als Hauptprozessor wird auf dem<br />
Display der LPC2148 von Philips<br />
mit eingebautem USB Interface als<br />
Slave Device eingesetzt. Für IR ist<br />
ein Atmel Tiny 11 zuständig. Der<br />
Display Controller ist vom Hersteller<br />
bereits mit einer nicht veränderbaren<br />
Firmware versehen.<br />
Damit das Display mit dem Hauptgerät<br />
kommunizieren kann, musste<br />
der USB Treiber des Embedded Linux<br />
im Hauptgerät angepasst werden.<br />
0 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
LAN-based Measurement System<br />
Nachrichtentechnik / Prof. Fritz Dellsperger<br />
Experte: Walter Schlegel<br />
Im <strong>Unter</strong>richt an der <strong>Fachhochschule</strong> werden den Studenten zur Veranschaulichung der Theorie oft<br />
Versuche im Labor gezeigt. Die Vorführung dieser Versuche im entsprechenden Labor ist zeitaufwendig<br />
<strong>und</strong> manchmal wegen fehlender Infrastruktur am betreffenden Standort gar nicht durchführbar.<br />
Das in dieser Diplomarbeit entwickelte Messsystem soll diesen Problemen Abhilfe verschaffen.<br />
Messversuche können im Labor fest aufgebaut werden <strong>und</strong> danach von einem beliebigen PC aus via<br />
LAN (Local Area Network) mit Hilfe eines GUI (Graphical User Interface) fernbedient werden.<br />
Um in der Nachrichtentechnik<br />
messtechnische Versuche durchführen<br />
zu können, werden teure Signal-Generatoren<br />
<strong>und</strong> Anzeigegeräte<br />
benötigt. Damit diese Geräte<br />
nicht für jeden Versuch herumtransportiert<br />
werden müssen, sollen sie<br />
an einem fixen Standort aufgebaut<br />
<strong>und</strong> durch einen beliebigen PC ferngesteuert<br />
werden können. Neuere<br />
Messinstrumente mit einem Windows<br />
XP Betriebssystem <strong>und</strong> einer<br />
LAN Schnittstelle, können durch<br />
eine Windows Remote Desktop<br />
Verbindung recht einfach mit einem<br />
PC verb<strong>und</strong>en <strong>und</strong> bedient werden.<br />
Bei älteren Geräten fehlt jedoch<br />
diese komfortable Möglichkeit. In<br />
dieser Diplomarbeit wird nun eine<br />
LabView basierte Software entwickelt,<br />
welche in der Lage ist, auch<br />
ältere Geräte von einem PC aus zu<br />
bedienen.<br />
Messsystem<br />
Das Messsystem besteht aus folgenden<br />
Geräten:<br />
- Signal Generator (R&S SME<br />
03) zum Erzeugen analog <strong>und</strong><br />
digital modulierter Signale<br />
- Switch Unit (Agilent 34970A)<br />
zum Umschalten zwischen den<br />
einzelnen Messversuchen<br />
- Spektrum Analyzer (R&S FSP3)<br />
- Oszilloskop (Agilent<br />
DSO6034A)<br />
Der Benutzer kann in einem Hauptmenü<br />
entweder manuell auswählen,<br />
welche Geräte er bedienen will,<br />
oder er kann einen vorkonfigurierten<br />
Messaufbau für einen bestimmten<br />
Versuch wählen. Bei der manuellen<br />
Wahl wird für jedes im Hauptmenü<br />
gewählte Instrument eine Benutzeroberfläche<br />
geladen. Es kann jedes<br />
Gerät unabhängig bedient werden.<br />
Bei der Wahl eines vorkonfigurier-<br />
ten Messaufbaus werden die für<br />
den Versuch benötigten Funktionen<br />
aller Instrumente in einer Benutzeroberfläche<br />
zusammengefasst. Bestimmte<br />
Voreinstellungen werden<br />
automatisch vorgenommen.<br />
In der Diplomarbeit wird ein vorkonfigurierter<br />
Messaufbau realisiert, bei<br />
dem das “Spektral Regrowth” (Erhöhung<br />
des an einen Kanal grenzenden<br />
Spektrums) durch die Nichtlinearität<br />
eines Leistungsverstärkers<br />
bewiesen wird. Die Software ist<br />
modular aufgebaut <strong>und</strong> für weitere<br />
Messaufbauten erweiterbar.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Schaad Christian<br />
1982<br />
079 398 91 66<br />
schaad@ggs.ch<br />
BU
BI<br />
Électricité et systémes<br />
de communication<br />
Schadegg Gabriel<br />
1975<br />
079 646 12 33<br />
schag1@bfh.ch<br />
2<br />
Communication par GPRS pour automates de vente<br />
Télématique et réseaux / Prof. Claude Brielmann<br />
Expert: Pierre von Niederhäusern<br />
Notre partenaire industriel, spécialisé dans le domaine des automates de vente a donné mandat à la<br />
Haute école Technique et Informatique bernoise de réaliser un module d’acquisition et de transfert<br />
de données sans fil. Le module doit transmettre les données acquises sur un automate de vente<br />
vers un serveur de données grâce au réseau GPRS par le biais du protocole TCP. Le module est totalement<br />
autonome et n’a besoin dans la plupart des cas d’aucune aide extérieure pour fonctionner,<br />
mise à part l’alimentation dispensée par l’automate de vente.<br />
But du projet<br />
Ce travail a pour principal objectif<br />
de développer un système permettant<br />
d’envoyer et de recevoir par<br />
un moyen sans fil vers un serveur<br />
de données des informations sortant<br />
d’un automate programmable.<br />
Le serveur de données peut fournir<br />
des informations telles que sur la<br />
machine (plus de produit en stock<br />
par exemple), ou comptabiliser les<br />
ventes de l’automate. A moyen terme,<br />
il sera également possible de<br />
mettre à jour les paramètres contenus<br />
dans l’automate.<br />
Fonction<br />
Le module développé doit être totalement<br />
autonome, pouvoir diagnostiquer<br />
les problèmes et y remédier<br />
de lui-même, comme par<br />
exemple une déconnexion du canal<br />
GPRS. Il comprendra un module<br />
RTC (Real Time Clock) afin de garder<br />
sa connexion active en continu.<br />
Les connections avec l’automate<br />
de vente seront isolées galvaniquement<br />
grâce à des opto-coupleurs.<br />
Un port sera exclusivement dédié<br />
au débogage et permettra de lire<br />
ce que le module est en train de<br />
faire en temps réel.<br />
Transmission<br />
Le canal GPRS est fréquemment<br />
utilisé dans les télécommunications<br />
actuelles et surtout avec les<br />
téléphones mobiles. C’est ce canal<br />
qui vous permet de télécharger des<br />
sonneries depuis un site internet ou<br />
plus simplement de surfer sur internet<br />
avec votre Natel. Le protocole<br />
choisi est le protocole TCP/IP qui<br />
permet, contrairement au protocole<br />
FTP, une transmission spontanée<br />
de la part du client comme du serveur,<br />
ainsi il est possible d’échanger<br />
des données facilement.<br />
Programmation<br />
Le processeur sera programmé en<br />
langage C. Selon le désir du mandant,<br />
le programme sera scindé en<br />
modules autonomes, une partie réception<br />
et envoi des données, une<br />
partie connexion au serveur et une<br />
partie analyse des données envoyées<br />
et reçues.<br />
Le serveur sera, quant à lui, programmé<br />
en langage Java et devra<br />
être en mesure de comprendre les<br />
données envoyées par le module et<br />
de les répartir correctement dans<br />
une base de donnée.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Erkennung der Netzwerktopologie beim PROFINET<br />
Automation / Prof. Max Felser<br />
Experte: Josef Meyer<br />
Die Topologie eines Netzwerks - gewissermassen sein Bauplan - muss für einen Netzwerkadministrator<br />
jederzeit bekannt sein. Nur so kann er im Störungsfall die Ursache schnell <strong>und</strong> effizient<br />
eingrenzen <strong>und</strong> beheben. Da sich die Netzwerktopologie ändern kann, muss für die manuelle Dokumentation<br />
der Änderungen ein beträchtlicher Zeitaufwand in Kauf genommen werden. Mit dem<br />
Einzug der industriellen Variante von Ethernet in die Welt der Automation zeigte sich auch hier der<br />
Bedarf nach einer zuverlässigen <strong>und</strong> automatisch ablaufenden Erkennung der Topologie. Das Link<br />
Layer Discovery Protocol (LLDP) nimmt für sich in Anspruch diesen Bedarf zu decken.<br />
LLDP nach dem Standard IEEE<br />
802.1AB bedient sich zu einem<br />
grossen Teil an den Erfahrungen,<br />
die mit herstellerspezifischen Vorgängern<br />
wie dem Cisco Discovery<br />
Protocol gemacht wurden. LLDP<br />
wird jedoch dank dem Engagement<br />
der IEEE bereits herstellerunabhängig<br />
eingesetzt. Das Gr<strong>und</strong>prinzip<br />
besteht darin, dass jede<br />
Station weiss, was an ihr für Nachbarn<br />
angeschlossen sind. Dazu<br />
senden die Stationen periodisch<br />
Daten (Namen, Anschlussnummer,<br />
Eigenschaften usw.) aus, welche<br />
von den Nachbarstationen empfangen<br />
<strong>und</strong> abgespeichert werden.<br />
Eine Netzwerk Management Station<br />
– beispielsweise in Form eines<br />
PCs – kann auf diese gesammelten<br />
Daten zugreifen <strong>und</strong> durch eine intelligente<br />
Auswertung schlussendlich<br />
die Topologie darstellen.<br />
PROFINET-Aufbau<br />
Auch in den neusten Festlegungen<br />
für das Automatisierungsnetzwerk<br />
PROFINET taucht LLDP auf. Zusätzlich<br />
zu den bereits erwähnten<br />
Vorteilen kann im PROFINET eine<br />
bekannte Topologie für einen vereinfachten<br />
Geräteaustausch benutzt<br />
werden. Die aktuelle Version<br />
sieht für die Adressierung vor, dass<br />
jeder Station ein symbolischer<br />
Name zugeteilt wird. Dies erschwert<br />
den Gerätetausch in einer lau-<br />
Beispiel für eine Netzwerktopologie<br />
fenden Anlage weil das neue Gerät<br />
im Auslieferungszustand noch keinen<br />
Namen besitzt. Ist jedoch die<br />
Topologie des zugr<strong>und</strong>eliegenden<br />
Netzwerks bekannt, so bestünde<br />
die Möglichkeit, der ausgetauschten<br />
Station aufgr<strong>und</strong> ihrer Lage den<br />
Namen <strong>und</strong> somit seine IP-Adresse<br />
automatisch zuzuteilen.<br />
Das primäre Ziel der Diplomarbeit<br />
bestand darin, den Einsatz <strong>und</strong><br />
die Möglichkeiten des LLDP beim<br />
PROFINET zu untersuchen <strong>und</strong> dokumentieren.<br />
Neben der reinen Topologieerkennung<br />
bietet der Grossteil<br />
der mit LLDP ausgestatteten<br />
Geräte auch weitere Funktionen für<br />
die Überwachung der Geräte <strong>und</strong><br />
der Verbindungen untereinander.<br />
So kann vielfach die Auslastung<br />
eines Anschlusses visualisiert oder<br />
die Konfiguration eines Gerätes angezeigt<br />
<strong>und</strong> geändert werden.<br />
Anhand von verschiedenen Geräten<br />
mit oder ohne LLDP <strong>und</strong> einer<br />
Netzwerk Management Software<br />
konnte analysiert werden, wie weit<br />
die Implementierungen des jungen<br />
Standards bereits fortgeschritten<br />
sind. Es zeigten sich in diesem Zusammenhang<br />
einige Defizite, die<br />
die Erkennung der Topologie beeinträchtigen<br />
können.<br />
Zu Demonstrationszwecken wurde<br />
mit den analysierten Geräten ein<br />
PROFINET-Aufbau erstellt, womit<br />
man diese neuartigen Möglichkeiten<br />
an einem praktischen Beispiel<br />
aufzeigen kann.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Schafer Iwan<br />
1983<br />
iwan.schafer@gmail.com<br />
BU
BI<br />
Électricité et systémes<br />
de communication<br />
Schaffner Brice<br />
1982<br />
078 821 63 69<br />
brice.schaffner@freesurf.ch<br />
Télémétrie par GPRS pour animaux d’élevage<br />
Télécommunication / Prof. Claude Brielmann<br />
Expert: Joseph Odiet<br />
Le système TeleDEC est développé dans le cadre d’un projet de surveillance électronique d’animaux<br />
d’élevage. Ce projet a pour but de répertorier dans une base de données des informations utiles<br />
pour la surveillance du troupeau, comme la température ou la position.<br />
TeleDEC est un module d’acquisition/transmission de données autonome à dimensions réduites<br />
(taille d’un paquet de cigarettes). Le système utilise le réseau de la téléphonie mobile GSM/GPRS<br />
pour l’envoie des données à un serveur. L’alimentation est fournie par une batterie, qui permet une<br />
autonomie allant jusqu’à 90 jours.<br />
Le projet de surveillance électronique<br />
d’animaux d’élevage est le fruit<br />
d’une collaboration entre la HESB-<br />
TI de Bienne et la Haute école<br />
suisse d’agronomie de Zollikofen.<br />
Actuellement les éleveurs, utilisent<br />
l’observation visuelle pour la surveillance<br />
de leurs troupeaux. Ce<br />
mode est efficace, mais demande<br />
néanmoins beaucoup de temps de<br />
la part de l’éleveur.<br />
Le projet TeleDEC a pour but de<br />
créer un outil de surveillance autonome<br />
pouvant être placé sur chaque<br />
animal du troupeau. Cet outil<br />
utilise un système Wireless pour la<br />
transmission périodique des mesures<br />
dans une base de données. Ce<br />
procédé permet à l’éleveur un gain<br />
de temps précieux.<br />
Le travail de diplôme a été de développer<br />
un premier prototype qui<br />
permettra de démontrer la faisabilité<br />
du projet.<br />
Vue d’ensemble du système TeleDEC<br />
Hardware<br />
Pour pouvoir bénéficier d’une autonomie<br />
de 90 jours, une étude de<br />
différentes architectures possibles<br />
a été réalisée, ceci afin de trouver<br />
les composants optimaux pour le<br />
système. Cette étude a démontré<br />
qu’une architecture comprenant un<br />
microcontrôleur Ultra-Low power<br />
comme noyau, combiné avec un<br />
modem GPRS et un module GPS<br />
permettait une gestion optimale de<br />
l’énergie.<br />
Le prototype a été réalisé de manière<br />
à avoir des dimensions aussi réduites<br />
que possible, ce qui permet<br />
de le fixer facilement sur le collier<br />
de l’animal. Il comprend un modem<br />
GPRS Telit GC864-QUAD pour<br />
l’envoi des données, un module<br />
GPS U-blox TIM-4P pour l’acquisition<br />
de la position, ainsi qu’un microcontrôleur<br />
PIC 18F6627 comme<br />
cœur du système. Le module dispose<br />
notamment des ports sériels<br />
USART, I 2 C et SPI pour l’acquisition<br />
de données supplémentaires telles<br />
que la température.<br />
Software<br />
Le software est entièrement réalisé<br />
en C. Le microcontrôleur utilise des<br />
commandes AT pour communiquer<br />
avec le modem Telit et l’interface<br />
avec le GPS utilise le protocole<br />
NMEA.<br />
Le programme est divisé en deux<br />
parties, acquisition et transmission.<br />
Le modem GPRS demande beaucoup<br />
d’énergie et est uniquement<br />
mis sous tension une fois que toutes<br />
les données sont disponibles,<br />
ceci afin de limiter au maximum<br />
son temps de fonctionnement. La<br />
partie acquisition est implémentée<br />
en utilisant une programmation<br />
cyclique pour l’émulation d’un<br />
système Multitâche (Cyclic OS). Le<br />
multitâche permet l’acquisition et<br />
la gestion des différentes données<br />
simultanément et ainsi augmente la<br />
rapidité du système.<br />
Le design du software est conçu<br />
de manière à permettre une implémentation<br />
ultérieure de fonctions<br />
supplémentaires (par exemple le<br />
changement de configuration du<br />
système par SMS ou par GPRS) facile<br />
et rapide.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Rauscharmer getakteter Leistungsverstärker<br />
Mechatronik / Prof. Dr. Harald Wild, Dipl. El.-Ing. Florian Fässler / ifms<br />
Experte: Lucien Terens<br />
Für hochpräzise Positionieranwendungen werden in der Praxis oft Voice-Coil-Motoren eingesetzt.<br />
Neben linearen Endstufen, welche hohe Verlustleistungen erzeugen, werden für den Betrieb solcher<br />
Motoren vor allem pulsweitenmodulierte Endstufen eingesetzt. Diese haben den Nachteil, dass<br />
der getaktete Betrieb <strong>Strom</strong>rippel <strong>und</strong> Störungen erzeugt <strong>und</strong> so die Positioniergenauigkeit einschränkt.<br />
Diese <strong>Strom</strong>rippel können verkleinert werden, indem zwischen mehreren Spannungsstufen<br />
geschaltet wird (Multilevel). Um die Wirtschaftlichkeit einer solchen Lösung abzuschätzen, ist<br />
das Bedürfnis nach einem Prototyp entstanden.<br />
Das Institut für mechatronische Systeme<br />
ifms ist eine Forschungseinrichtung<br />
der <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong>.<br />
Mit diversen Industriepartnern<br />
werden insbesondere mechatronische<br />
Projekte im Zusammenhang<br />
mit Voice-Coil-Motoren <strong>und</strong> Piezoaktuatoren<br />
realisiert.<br />
In einem aktuellen Projekt, der<br />
hochdynamischen Linearachse,<br />
stösst man an Grenzen. Mit handelsüblichen<br />
Endstufen entsteht ein<br />
Positionsrauschen von +/-0.5μm.<br />
Dieses Rauschen resultiert aus<br />
dem <strong>Strom</strong>rippel in der Motorenwicklung,<br />
dem Quantisierungsrauschen<br />
der Analog-Digitalwandler für<br />
die <strong>Strom</strong>messung (Regelung) <strong>und</strong><br />
aus eingekoppelten Störungen.<br />
Simulation der Multilevel-Leistungsendstufe<br />
Industrieübliche Endstufen haben<br />
vier Leistungshalbleiterschalter in H-<br />
Brückenform angeordnet. In dieser<br />
Anordnung wird in jedem Schaltzyklus<br />
die volle Zwischenkreisspannung<br />
geschaltet. Die Schaltgeschwindigkeit<br />
beträgt in der Regel<br />
20 kHz. Die Regelung erfolgt analog<br />
oder digital, wobei die analogen<br />
Regler schneller <strong>und</strong> genauer auf<br />
Änderungen der Führungsgrösse<br />
reagieren, der Regler aber diskret<br />
aufgebaut werden muss. Bei den<br />
digitalen Reglern kann die Parametrisierung<br />
via PC-Schnittstelle<br />
erfolgen.<br />
Um die Positionsstabilität zu verbessern,<br />
ist in einer vorgängigen<br />
Semesterarbeit das Konzept einer<br />
Multilevelendstufe ausgearbeitet<br />
worden. Dieses Prinzip basiert auf<br />
der H-Brücke, umfasst aber acht<br />
Halbleiterschalter. Dadurch kann<br />
wahlweise die volle oder die halbe<br />
Zwischenkreisspannung geschaltet<br />
werden. Damit halbiert sich beim<br />
Positionieren der <strong>Strom</strong>rippel, ohne<br />
in den Beschleunigungsphasen<br />
an Dynamik einzubüssen. Dieses<br />
Prinzip stammt aus der Leistungselektronik<br />
<strong>und</strong> wird zum Schalten<br />
von grossen Leistungen eingesetzt.<br />
In der Mikropositioniertechnik wird<br />
es aber bisher noch nicht verbreitet<br />
eingesetzt.<br />
Weiter wird die Performance der<br />
Endstufe durch die Schaltfrequenz<br />
von 50kHz <strong>und</strong> 16Bit Analog- Digitalwandler<br />
erhöht. Die Ausgangsfilter<br />
können anwendungsspezifisch<br />
dimensioniert <strong>und</strong> einfach aufgeschraubt<br />
werden. Im Gegensatz<br />
zu käuflichen Leistungsendstufen<br />
kann diese direkt ans 230V Netz<br />
angeschlossen werden. Zwei Flybackconverter<br />
speisen die Zwischenkreise.<br />
Die Pulsmuster Generierung<br />
<strong>und</strong> die Regelung erfolgen<br />
auf einem Controllersystem mit<br />
FPGA (PEC80 der Firma ABB).<br />
Der nächste Entwicklungsschritt<br />
besteht darin, das Controllersystem<br />
mit dem Leistungsteil zu vereinen.<br />
Ein anwenderfre<strong>und</strong>liches PC-<br />
Interface zum Parametrisieren des<br />
<strong>Strom</strong>reglers könnte die Endstufe<br />
abr<strong>und</strong>en.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Schäppi Urs<br />
1982<br />
079/434’77’48<br />
schaeppi.urs@besonet.ch<br />
BU
BU<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Schär Marcel<br />
1983<br />
079 3741830<br />
m.schaer@greenmail.ch<br />
Stossstromgenerator 0/ 0μs<br />
Hochspannungs- <strong>und</strong> Hochstromtechnik / Prof. Dr. Kurt Lehmann<br />
Experte: Dr. Thomas Aschwanden<br />
Seit kurzem müssen in der Schweiz eingesetzte Blitzschutzkomponenten für den äusseren Blitzschutz<br />
nach Klasse H der Norm EN 0 6 geprüft sein. Bei dieser Prüfung muss der Prüfling mehrere<br />
Stossströme von 00kA Amplitude <strong>und</strong> ein Verhältnis Stirn- zu Rückenhabwertszeit von 0/ 0μs<br />
(Bild ) aushalten.<br />
Momentan gibt es keinen Stossstromgenerator in der Schweiz, der diese Impulsform liefert, <strong>und</strong><br />
Prüfungen müssen aufwendig im Ausland durchgeführt werden. Deshalb entstand in einer vorgängigen<br />
Semesterarbeit ein Grobkonzept für einen Stossstromgenerator, welcher diese Stossströme<br />
unterstützt. In dieser Diplomarbeit wird nun dieses Konzept verfeinert <strong>und</strong> ein Modell für dessen<br />
Überprüfung aufgebaut.<br />
Konventionelle Stossstromgeneratoren<br />
be<strong>stehen</strong>, wie in Bild 2 dargestellt,<br />
aus einfachen RLC-Kreisen.<br />
Mit dieser Schaltung können kurze<br />
Stossströme wie z.B. die genormte<br />
8/20μs Impulsform mit geringem<br />
Aufwand erzeugt werden. Für längere<br />
Impulse müssten aber zu viele<br />
Kondensatoren parallel geschaltet<br />
werden, um die benötigte Energie<br />
zu speichern. Abhilfe könnte hier<br />
eine zusätzliche Funkenstrecke<br />
schaffen, wie sie im Bild 2 unter Variante<br />
1 dargestellt ist.<br />
Diese zweite Funkenstrecke muss<br />
triggerbar sein <strong>und</strong> im <strong>Strom</strong>maximum<br />
des RLC-Kreises gezündet<br />
werden. Dadurch wird der Kondensator<br />
kurzgeschlossen <strong>und</strong> das<br />
anfängliche System 2. Ordnung<br />
(RLC) zu einem System 1.Ordnung<br />
(RL) reduziert. Mit dieser Zusatzeinrichtung<br />
(Cowbar) kann mit einer<br />
ähnlich grossen Kapazität, wie sie<br />
für einen 8/20 μs Impuls benötigt<br />
würde, auch ein Impuls der Form<br />
10/350 μs erzeugt werden.<br />
Diese zweite Funkenstrecke hat<br />
aber den Nachteil, dass dafür eine<br />
aufwendige Steuerung nötig ist. Aus<br />
diesem Gr<strong>und</strong> wurde eine alternative<br />
zu dieser Funkenstrecke gesucht<br />
<strong>und</strong> in Form von Hochleistungsdioden<br />
(Bild 2, Variante 2) gef<strong>und</strong>en.<br />
Über den Einsatz von Hochleistungsdioden<br />
in Stossstromgeneratoren<br />
ist nur wenig Dokumentation<br />
Bild 1 Stossstrom 10/350μs<br />
Bild 2RLC-Stossstromkreis mit Erweiterungen<br />
verfügbar. Nach der Konzeptverfeinerung<br />
wurde deshalb ein Teilmodul<br />
aufgebaut, mit welchem ein reduzierter<br />
Stossstrom von 10kA Amplitude<br />
<strong>und</strong> einem Verhä1tnis Stirn- zu<br />
Rückenhabwertszeit von 10/350μs<br />
möglich sein sollte. Gelänge dies,<br />
könnte mit der Parallelschaltung<br />
von mehreren solchen Teilmodulen,<br />
der in der Norm verlangte volle<br />
Stossstrom erzeugt werden.<br />
6 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Handbuch für die Planung eines Firmen WLAN<br />
Netzwerktechnik (Datenkommunikation) / Prof. Fritz Dellsperger, Prof. Rolf Lanz<br />
Experte: Walter Schlegel dipl.Ing. ETH<br />
Mit der drahtlosen Breitbandkommunikation begann etwas, das als echte Revolution bezeichnet<br />
werden kann. Der Bau für drahtgeb<strong>und</strong>ene Netzwerke hatte die Zeit, sich über mehrere Produktgenerationen<br />
hinweg zu entwickeln, WLANs hingegen haben diese Reifezeit noch vor sich. Mit dieser<br />
Zukunftsperspektive liegt es auf der Hand, welche zentrale Bedeutung das WLAN hat <strong>und</strong> haben<br />
wird. Bis heute gibt es jedoch kein Handbuch oder keinen Leitfaden, welche das nötige Wissen<br />
gebündelt aufzeigen <strong>und</strong> auf die praktischen Probleme hinweisen, die bei der Planung eines drahtlosen<br />
Firmennetzwerkes ent<strong>stehen</strong> können. Auf Gr<strong>und</strong> dessen haben wir ein Handbuch für die Planung<br />
eines Firmen WLAN geschrieben.<br />
Ausgangslage<br />
Auf den unterschiedlichsten Technologien<br />
basierende Computernetzwerke<br />
bestimmen heute im<br />
hohen Mass unseren Alltag in der<br />
Geschäftswelt, zu Hause <strong>und</strong> unterwegs.<br />
Der Trend zur globalen<br />
Vernetzung beeinflusst zunehmend<br />
sowohl die zwischenmenschliche<br />
Konversation als auch die Abwicklung<br />
von Geschäftsprozessen.<br />
Drahtlose Übertragungssysteme<br />
gewinnen vermehrt an Bedeutung,<br />
da der Kabelsalat nicht mehr erwünscht<br />
<strong>und</strong> die Mobilität gefragter<br />
denn je ist. Zugleich stellen sich Fragen<br />
wie: ist diese Netzwerktechnik<br />
auch bereits ausgereift, wie sieht<br />
es mit der Sicherheit aus, worauf<br />
ist bei einer Zellenplanung zu ach-<br />
Tablet PC mit Site-Survey-Software für eine optimale Zellenplanung<br />
ten, gefährden die Funkstrahlen unsere<br />
Ges<strong>und</strong>heit <strong>und</strong> mit welchen<br />
Kosten hat ein <strong>Unter</strong>nehmen zu<br />
rechnen, damit ein Firmen WLAN<br />
betrieben werden kann? Dieses<br />
Handbuch soll kompetente Antworten<br />
auf diese Fragen geben.<br />
Was bietet das Handbuch<br />
Das Handbuch für die Planung<br />
eines WLAN dient primär dem Planer<br />
zur Erarbeitung eines Lösungskonzeptes<br />
für die Umsetzung eines<br />
drahtlosen Firmennetzwerkes. Der<br />
Leitfaden des Handbuches entspricht<br />
einer Rezeptvorlage, anhand<br />
der eine effizientere <strong>und</strong><br />
schnellere Planung erfolgen kann.<br />
Die Schwerpunkte liegen bei der<br />
Zellplanung, der Sicherheit <strong>und</strong> den<br />
Komponenten, welche für eine optimale<br />
drahtlose Kommunikation notwendig<br />
sind. Damit diese Punkte<br />
zeitgemäss beantwortet werden<br />
können, erfordert ein WLAN eine<br />
kompetente Beratung, welche wir<br />
einem <strong>Unter</strong>nehmen anbieten können.<br />
Fazit<br />
Die WLAN-Technologie befindet<br />
sich derzeit in einer sehr dynamischen<br />
Phase für die Weiterentwicklung<br />
an den Standards für<br />
höhere Sicherheit, verbesserte<br />
Dienstqualität, grössere Bandbreite<br />
<strong>und</strong> Reichweite sowohl im Frequenzbereich<br />
von 2.4 GHz als auch<br />
im 5 GHz Bereich. Der unausweichliche<br />
Schritt in dieser Entwicklung ist<br />
das flächendeckende, vom Kabel<br />
befreite <strong>Unter</strong>nehmen, wo alle Mitarbeiter<br />
von den Vorteilen eines uneingeschränkten<br />
Zugangs profitieren<br />
können. Somit geht der Trend in<br />
Richtung “von jedem Gerät zu jeder<br />
Zeit <strong>und</strong> überall auf die gewünschte<br />
Applikation zugreifen”. Mit unserem<br />
Handbuch können wir einem <strong>Unter</strong>nehmen<br />
eine zeitgerechte Lösung<br />
anbieten. Wie sieht es bei Ihrem<br />
<strong>Unter</strong>nehmen aus? Möchten auch<br />
Sie Ihre Produktivität <strong>und</strong> Flexibilität<br />
in Zukunft steigern? Falls das<br />
Bedürfnis vorhanden ist, werden<br />
wir Sie gerne beraten, damit auch<br />
Ihr <strong>Unter</strong>nehmen in der Zukunft im<br />
Kommunikationsbereich die Nase<br />
vorn hat.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Scheidegger Daniel<br />
1978<br />
limes@hispeed.ch<br />
Trittibach Stefan<br />
1979<br />
trittibach.st@bluewin.ch<br />
7<br />
BU
BI<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Schluchter Samuel<br />
1983<br />
079 418 79 76<br />
samuel.schluchter@bluewin.ch<br />
Dyn. Simulation des Beruhigungsbeckens Innertkirchen<br />
Energietechnik / Prof. Michael Höckel / KWO<br />
Experte: Thomas Aschwanden<br />
Die Kraftwerke Oberhasli KWO führt zur Zeit das Investitionsprogramm “KWO plus” durch. In mehreren<br />
unabhängigen Projektteilen will die KWO ihre Anlagen sanieren <strong>und</strong> aufwerten, das vorhandene<br />
Potential an Wasserkraft besser nutzen <strong>und</strong> die Kraftwerksleistung erhöhen. In den Kraftwerken<br />
Innertkirchen <strong>und</strong> 2 wird das weiter oben gefasste Wasser an die Aare zurückgegeben. Dadurch<br />
wird der Abfluss an der Rückgabestelle beeinflusst. Für die Aufwertung des Kraftwerks Innertkirchen<br />
wird die be<strong>stehen</strong>de Ausbauwassermenge um 2 m /s erhöht. Um die Schwallwirkung in der<br />
Aare zu dämpfen plant die KWO auf der Wiese vor dem Kraftwerk Innertkirchen 2 ein mit Kleinturbinen<br />
ausgerüstetes Beruhigungsbecken.<br />
Im Rahmen dieser Diplomarbeit soll<br />
ein dynamisches Simulationsmodell<br />
erstellt werden, mit welchem das<br />
Zusammenspiel der Turbinen der<br />
Kraftwerke Innertkirchen 1 <strong>und</strong> 2,<br />
sowie den Kleinturbinen <strong>und</strong> dem<br />
Beruhigungsbecken untersucht<br />
werden kann. Es ist ein Regelalgorithmus<br />
zu erarbeiten <strong>und</strong> im Simulationsmodell<br />
zu implementieren.<br />
Als Regelelemente sind 33 Siphon-<br />
Turbinen, zwei Schlauchwehre wie<br />
auch zwei Gr<strong>und</strong>ablässe geplant.<br />
Geregelt werden hauptsächlich<br />
zwei Grössen:<br />
1. Die Höhe des Beckens, welche<br />
eine maximale Höhe nicht<br />
überschreiten darf. Diese Höhe<br />
selbst hängt vom Zufluss der<br />
Kraftwerke Innertkirchen 1 <strong>und</strong><br />
2 ab.<br />
2. Die zweite Grösse ist der Gradient<br />
des Aareabflusses. Der<br />
Anstieg der Aare sollte idealerweise<br />
den Wert von 2.5 m 3 /s/<br />
min nicht überschreiten. Wenn<br />
man dies erreicht, wird die Aare<br />
nach dem Ausbau der Kraftwerke<br />
durch Schwalleinwirkung<br />
weniger belastet als vorher. Als<br />
Inputwerte der Steuerung dienen<br />
die Betriebssollwerte der<br />
Kraftwerke sowie die momentanen<br />
Abflüsse.<br />
Das Modell wird in DIgSILENT<br />
PowerFactory aufgebaut. Dieses<br />
Programm ist für die dynamische<br />
Simulation von Kraftwerken <strong>und</strong><br />
Hochspannungsnetzen entwickelt<br />
worden. Um das Ausgleichsbecken<br />
zu simulieren, müssen alle Komponenten<br />
neu erstellt werden, denn<br />
die vordefinierten Bauteile sind<br />
nicht für hydraulische Simulationen<br />
ausgelegt. Der grosse Vorteil von<br />
DIgSILENT liegt in dem modularen<br />
Aufbau. Einzelne Bauteile können<br />
mehrmals verwendet werden, nur<br />
die Parameterliste muss entsprechend<br />
angepasst werden.<br />
Beruhigungsbecken<br />
Die Ergebnisse dieser Simulation<br />
werden für die Dimensionierung<br />
des Beckens benötigt. Die minimale<br />
Beckentiefe sowie die Dimensionierung<br />
der Regelelemente können<br />
aus den Resultaten abgeleitet werden.<br />
In Szenarienrechnungen kann<br />
der Verlauf des Aarepegels dargestellt<br />
werden. Die Leistungen der<br />
Turbinen sowie die erzeugte Energie<br />
kann mit dem Modell über einen<br />
Zeitraum von einem Jahr simuliert<br />
werden.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Embedded Webserver für Mikrocontrollerlernsystem<br />
Telekommunikation, Mikrocontrollertechnik / Betreuer: Daniel Holzer<br />
Experte: Peter Richli / Ascom (Schweiz) AG<br />
Die Ausbildung zum Elektroniker hat sich in den letzten Jahren stark verändert. Heute fordert die Industrie<br />
nicht nur Kenntnisse in Fertigung <strong>und</strong> Messtechnik, sondern auch umfangreiche Fähigkeiten<br />
in Mikrocontrollertechnik <strong>und</strong> hardwarenaher Softwareentwicklung. Aufgr<strong>und</strong> vielseitiger K<strong>und</strong>enwünsche<br />
werden im Berufsbildungscenter der Ascom (Schweiz) AG ergänzend zu diesen Gr<strong>und</strong>gebieten<br />
auch Thematiken der Datenkommunikation vermittelt.<br />
Für ein entsprechendes Ausbildungsmodul zu TCP/IP-Netzwerken wurde auf Basis des be<strong>stehen</strong>den<br />
Mikrocontrollerlernsystems ein Ethernetinterface entwickelt <strong>und</strong> die benötigten Softwareteile<br />
umgesetzt.<br />
Ausgangslage<br />
Das geplante Ausbildungsmodul<br />
ist in zwei Teile gegliedert. Im ersten<br />
Teil erstellen die Lernenden eine<br />
einfache Wetterstation welche über<br />
eine serielle Schnittstelle angesprochen<br />
werden kann. In einem zweiten<br />
Teil sollen nun die Thematiken<br />
Internet <strong>und</strong> embedded Webserver<br />
vermittelt werden. Dazu wird<br />
die be<strong>stehen</strong>de Wetterstation an<br />
ein entsprechendes Interface angeschlossen<br />
<strong>und</strong> von einer speziellen<br />
Mikrocontrollersoftware angesprochen.<br />
Die Lernenden werden<br />
während der Ausbildung den eingesetzten<br />
TCP/IP-Stack kennen<br />
lernen <strong>und</strong> eine Webseite erstellen,<br />
welche die Daten der Wetterstation<br />
dynamisch darstellt.<br />
Hardware<br />
Das Wetterstations- <strong>und</strong> Ethernetinterface<br />
wurde als Zusatzmodul<br />
zu dem in der Semesterarbeit entwickeltenMikrocontrollerlernsystem<br />
PIC Board Advanced Release<br />
4 (PBA4) realisiert. Somit kann die<br />
dort verwendete Peripherie (LCD,<br />
Schalter, etc.) <strong>und</strong> die Onboard-<br />
Programmierschaltung eingesetzt<br />
<strong>und</strong> das Interface auch für zukünftige<br />
Ethernet-Entwicklungen verwendet<br />
werden.<br />
Um den hohen Anforderungen bezüglich<br />
Speichergrössen <strong>und</strong> Rechenleistung<br />
gerecht zu werden,<br />
wurde der leistungsstarke 8-Bit-<br />
RISC-Mikrocontroller PIC18F4685<br />
evaluiert, der auf dem Lernsystem<br />
bestückt werden kann. Das Inter-<br />
PIC Board Advanced R4 mit bestücktem<br />
Ethernet-Erweiterungsboard<br />
face beinhaltet neben dem 10Mbps<br />
Ethernet-Port <strong>und</strong> der Schnittstelle<br />
für die Wetterstation auch einen<br />
seriellen Flash-Speicher zur Ablage<br />
der statischen Webseiten-Daten.<br />
Software<br />
Für meine Anwendung habe ich einen<br />
lizenzfreien TCP/IP-Stack von<br />
Microchip portiert. Der Stack ist<br />
modular aufgebaut <strong>und</strong> beinhaltet<br />
ein einfaches kooperatives Multitasking-System.<br />
Er bietet Module<br />
zu den Protokollen TCP, UDP <strong>und</strong><br />
IP im Transport <strong>und</strong> Internet-Layer<br />
<strong>und</strong> zu den Hilfsprotokollen ICMP<br />
<strong>und</strong> ARP. Weiter <strong>stehen</strong> die Applikationsprotokolle<br />
HTTP, FTP <strong>und</strong><br />
DHCP zur Verfügung. Ausserdem<br />
sind auch Hilfsmodule für ein einfaches<br />
Dateisystem <strong>und</strong> verschiedene<br />
Hardwaretreiber vorhanden.<br />
Die erstellte Software nutzt nun<br />
den implementierten HTTPServer-<br />
Task <strong>und</strong> erweitert diesen um die<br />
“callback”-Funktionen zum Hauptprogramm<br />
(CGI-Skripte), welche<br />
die dynamischen Webseiteninhalte<br />
erstellen. In den statischen Webseiten<br />
können zu diesem Zweck<br />
Platzhalter eingesetzt werden um<br />
beispielsweise die Wetterstationsdaten<br />
einzubinden. Um die Funktionalität<br />
des Stacks zu demonstrieren<br />
<strong>und</strong> als Musterlösung für die<br />
Aufgabe der Lernenden wurden<br />
ausserdem verschiedene Webseiten<br />
umgesetzt.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Seiler Remo<br />
1982<br />
remo.seiler@gmx.ch<br />
9<br />
BU
BU<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Süssmilch René<br />
1982<br />
079 475 85 72<br />
r.s@dtc.ch<br />
Signal strength and quality analyzer for Boomerang<br />
<strong>Informatik</strong> / Dr. Elham Firouzi, Markus Adam (ICU Technology GmbH)<br />
Experte: Mario Giacometto<br />
Das Boomerang System von ICU Scandinavia ermöglicht eine einfache Überwachung <strong>und</strong> Qualitätssicherung<br />
für Gefrier-, Kühl-, Trockenschränke <strong>und</strong> Brutkästen. Boomerang überwacht z.B. die<br />
Temperatur, indem es die Informationen sammelt, auswertet <strong>und</strong> speichert. Die Kommunikation<br />
zwischen Sensor-Knoten <strong>und</strong> dem PC erfolgt drahtlos oder über das k<strong>und</strong>eneigene lokale Netzwerk<br />
<strong>und</strong> macht so die Installation einfach <strong>und</strong> flexibel.<br />
Der Signal strength and quality analyser SSQA soll dem Installateur helfen, die optimale Position für<br />
die Sensor-Funkknoten zu finden. Ebenfalls kann er mittels diesem Messgerät genau ermitteln, ob<br />
für weitere Funkstrecken ein Repeater erforderlich ist.<br />
Ausgangslage<br />
Seit kurzer Zeit gelten in der Medizinal-<br />
<strong>und</strong> auch der Lebensmittelbranche<br />
massiv strengere Vorschriften<br />
bezüglich Lagerung <strong>und</strong><br />
Kühlung von Medikamenten, Blut<br />
oder auch Lebensmitteln. Die Firma<br />
ICU Scandinavia stellt mit dem<br />
Boomerang-System ein universelles<br />
Datenloggersystem her, das<br />
gepaart mit Temperatursensoren<br />
speziell diese Bereiche hervorragend<br />
überwachen <strong>und</strong> gegebenenfalls<br />
sofort Alarm beim Über- oder<br />
<strong>Unter</strong>schreiten eines definierten<br />
Temperaturbereichs auslösen kann.<br />
Die Kommunikation zwischen den<br />
einzelnen Sensorknoten <strong>und</strong> dem<br />
Hauptknoten erfolgt grösstenteils<br />
per Funk. Dadurch minimiert sich<br />
der Installationsaufwand für den<br />
K<strong>und</strong>en soweit als möglich.<br />
Um die Installation für den <strong>Technik</strong>er<br />
zu erleichtern, soll während der<br />
Diplomarbeit ein Signalstärke- <strong>und</strong><br />
-qualitätsmessgerät für diesen Funklink<br />
entwickelt werden<br />
Übersicht Boomerangsystem der Firma ICU<br />
Scandinavia<br />
Ziel der Diplomarbeit<br />
Das Ziel dieser Diplomarbeit ist es,<br />
ein funktionstüchtiges Signalstärke-<br />
<strong>und</strong> -qualitätsmessgerät nach<br />
den Spezifikationen des Pflichtenheftes<br />
zu entwickeln. Dazu sind<br />
drei Teilprobleme zu lösen: Anpassung<br />
eines be<strong>stehen</strong>den Sendeknotens<br />
zur Signalstärke-Messung,<br />
Bluetooth-Übertragung vom Messknoten<br />
zum PDA <strong>und</strong> die Auswertsoftware<br />
auf dem PDA, welche in<br />
C# geschrieben wird.<br />
Wände sind Funkübertragungshindernisse,<br />
deshalb braucht es ein Messgerät, um die<br />
Funkübertragung zu testen<br />
PDA mit SSQA-Software<br />
Funktionsprinzip<br />
Das PDA-Programm sendet timergesteuert<br />
alle 250ms einen Request<br />
über den Messknoten zum<br />
zu testenden Sensorknoten. Dieser<br />
sendet eine vordefinierte Antwort<br />
inklusive einer Header-CRC <strong>und</strong><br />
einer CRC über die ganze Antwort<br />
zurück. Während dem Empfangen<br />
der Antwort misst der Messknoten<br />
ebenfalls die Signalstärke. Die<br />
empfangene Antwort wie auch<br />
die Signalstärke werden dann per<br />
Bluetooth an den PDA weitergeleitet,<br />
wo sie dann ausgewertet werden.<br />
Für die Signalqualität werden<br />
die letzten h<strong>und</strong>ert Telegramme<br />
überprüft, ob diese korrekt empfangen<br />
wurden.<br />
Ausblick<br />
Es ist vorgesehen, in der nächsten<br />
Revision der Knoten-Leiterplatte<br />
die Hardwareänderungen für die<br />
Signalstärkemessung ebenfalls zu<br />
implementieren. Somit kann dann<br />
jeder Knoten mit der entsprechend<br />
angepassten Software als Messknoten<br />
eingesetzt werden. Ebenfalls<br />
ist geplant, mindestens die Signalstärke<br />
bei jedem Log-Eintrag<br />
mitabzuspeichern. Somit wird meine<br />
Entwicklung später nicht nur für<br />
die Installation benutzt, sondern soll<br />
auch aktiv in das Überwachungssystem<br />
mit einfliessen.<br />
90 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Unlicensed Mobile Access (UMA)<br />
EKT / Prof. Claude Brielmann<br />
Experte: Pierre von Niederhäusern<br />
Die Mobilfunknetze der dritten Generation (UMTS) ermöglichen es, den Sprachverkehr über IP zu<br />
übertragen (VoIP). Da heutzutage die privaten <strong>und</strong> beruflichen Lokalitäten grösstenteils mit WLAN<br />
abgedeckt sind, ist es zwecks Reduktion der Gesprächskosten interessant, den Sprachverkehr soweit<br />
wie möglich über WLAN abzuwickeln. Entfernt sich der Benutzer aus dem Empfangsbereich<br />
eines WLANs, muss das Gespräch, ohne dass der Benutzer etwas bemerkt, über das Mobilnetz umgeleitet<br />
werden. Um dies zu ermöglichen, wird ein seamless Handover implementiert.<br />
Ausgangslage<br />
Die UMA Technologie ermöglicht<br />
ein seamless Handover von Gesprächen<br />
im (herkömmlichen) Circuit<br />
Modus <strong>und</strong> dem VoIP Modus<br />
über ein WLAN (VoWLAN). Bei dieser<br />
<strong>Technik</strong> wird jedoch ein UMA<br />
Network Controller (UNC) benötigt,<br />
der in jedem WLAN präsent sein<br />
muss <strong>und</strong> vom Provider betrieben<br />
wird. Der Vorteil für den Provider<br />
liegt darin, dass Mithilfe des Controllers<br />
die Authentifizierung sowie<br />
Abrechung der Verbindungskosten<br />
problemlos möglich ist. Der Nachteil<br />
für den Benutzer ist, dass er<br />
nicht frei in der Wahl des WLANs<br />
ist, sondern nur solche seines Providers<br />
benutzen kann.<br />
Konzept<br />
Es existieren weitere proprietäre<br />
Lösungen, welche vorwiegend auf<br />
einem Client-Server-Modell basieren<br />
<strong>und</strong> darauf zugeschnitten sind,<br />
von einem Provider betrieben zu<br />
werden.<br />
Lösungsansatz<br />
End-zu-End-Verbindungen benötigen<br />
keinen Controller, dabei entsteht<br />
aber das Problem, ein seamless<br />
Handover unterstützen zu<br />
können. Ohne Zugang zur internen<br />
Netzinfrastruktur des Providers ist<br />
es auch nicht möglich, Gespräche<br />
im Circuit-Modus zu kontrollieren.<br />
Um diese Schwierigkeit zu<br />
umgehen, werden sämtliche Verbindungen<br />
mit VoIP realisiert. Da<br />
das GSM-Datennetz den Anforderungen<br />
einer VoIP Verbindung nicht<br />
oder nur sehr schlecht Rechnung<br />
trägt, muss UMTS-Empfang vorhanden<br />
sein.<br />
Reduktion der Kosten<br />
VoIP Verbindungen als solche<br />
sind kostenlos, dabei spielt es keine<br />
Rolle, an welchem Ort sich die<br />
Gesprächsteilnehmer aufhalten,<br />
solange sie nur über einen Internetzugang<br />
verfügen. Ein WLAN ist<br />
zuhause <strong>und</strong> am Arbeitsplatz meistens<br />
vorhanden, es ent<strong>stehen</strong> keine<br />
zusätzlichen Kosten. Die Datenübertragung<br />
über UMTS ist nicht<br />
umsonst, aber es gibt diverse Flatrates.<br />
Ziele<br />
Die Ziele dieser Diplomarbeit be<strong>stehen</strong><br />
darin, mögliche <strong>Technik</strong>en zur<br />
Realisierung eines seamless Handovers<br />
einer reinen VoIP Verbindung<br />
zwischen UMTS <strong>und</strong> WLAN<br />
zu evaluieren <strong>und</strong> später auf einer<br />
Plattform (Symbian, Windows CE,<br />
Linux) zu implementieren.<br />
Die VoIP Verbindungen werden mit<br />
Hilfe des Session Initiation Protocols<br />
(SIP) realisiert.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Tschabold Daniel<br />
1981<br />
0797751130<br />
tschabi@gmail.com<br />
9<br />
BI
BU<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Uebersax Peter<br />
1983<br />
076 441 82 97<br />
pjtsch@hotmail.com<br />
Linearer Leistungsverstärker für UMTS<br />
Hochfrequenztechnik / Prof. Fritz Dellsperger<br />
Experte: Hans Zahnd<br />
Der Begriff UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) ist in aller M<strong>und</strong>e. Die Um- <strong>und</strong><br />
Aufrüstung der aktuellen Mobilfunknetze hin zur dritten Generation ist weltweit in vollem Gange.<br />
Dazu müssen die Basisstationen mit neuen Apparaturen versehen werden. Diese Anlagen benötigen<br />
zur Erzeugung der notwendigen Sendeleistung sowie zum Verstärken der Empfangssignale Verstärkerstufen.<br />
In dieser Diplomarbeit wird ein linearer Leistungsverstärker für das UMTS-Downlinkband<br />
elektrisch <strong>und</strong> thermisch dimensioniert sowie simuliert, optimiert, gelayoutet <strong>und</strong> gefertigt. Anhand<br />
geeigneter Messungen wird das Erfüllen der Spezifikationen verifiziert.<br />
Das Einführen einer neuen Technologie<br />
hat oft viele für den Endbenutzer<br />
unsichtbare Folgen. So musste<br />
UMTS beispielsweise in das Spektrum<br />
von 1900/2100 MHz gelegt<br />
werden, da die Frequenzbänder<br />
um 900MHz <strong>und</strong> 1800MHz bereits<br />
für GSM reserviert sind. Diese erhöhte<br />
Frequenzlage der Signale<br />
hat einen grossen Einfluss auf die<br />
Schaltungsentwicklung. Dies gilt<br />
sowohl für die Endgeräte (Mobiltelefone)<br />
als auch für die Basisstationen.<br />
Bei der Leiterplattenentwicklung<br />
wird diesem Aspekt Rechnung<br />
getragen. Da die Eigenschaften<br />
von Halbleiterelementen stark frequenzabhängig<br />
sind, können die<br />
für GSM entwickelten Transistoren<br />
nicht mehr eingesetzt werden.<br />
Bei Realisierung des linearen Leistungsverstärkers<br />
wird daher eine<br />
neue Halbleitertechnologie verwendet.<br />
Es handelt sich dabei um SiC<br />
(Silicon Carbide) Transistoren. Diese<br />
bieten mehrere Vorteile, so weisen<br />
sie z.B. eine deutlich grössere<br />
Leistungsdichte als frühere Technologien<br />
auf. Diese Eigenschaft<br />
ermöglicht, bei gleich bleibenden<br />
Bedingungen, eine Miniaturisierung<br />
des Gehäuses, was sich positiv auf<br />
das Hochfrequenzverhalten auswirkt.<br />
Eine der Hauptanforderungen an<br />
Leistungsverstärker ist ein grosser<br />
IMA 3 (Intermodulationsabstand<br />
dritter Ordnung). Werden zwei Frequenzen<br />
(f 1 , f 2 ), welche nahe beiein-<br />
ander liegen, als Eingangssignale<br />
verwendet, sind am Verstärkerausgang<br />
im Nutzfrequenzbereich<br />
nicht nur die beiden verstärkten<br />
Eingangssignale messbar, sondern<br />
auch unerwünschte Frequenzkomponenten<br />
zweiter, dritter <strong>und</strong><br />
höherer Ordnung (Abbildung). Sie<br />
ent<strong>stehen</strong> aufgr<strong>und</strong> von nicht idea-<br />
len Eigenschaften des Verstärkers.<br />
Der IMA 3 sagt aus, wie stark die<br />
unerwünschten Produkte dritter<br />
Ordnung gedämpft sind. Eine starke<br />
Dämpfung dieser Erzeugnisse<br />
ist für einen störungsfreien Betrieb<br />
unabdingbar. Der entwickelte Verstärker<br />
erfüllt im Wesentlichen die<br />
folgende Spezifikationen:<br />
Frequency Range 2110 to 2170MHz<br />
IMA 3 @ 30dBm Output-Power ≥ 40dB<br />
Gain ≥ 10dB<br />
Returnloss ≥ 15dB<br />
Supply U DS = 48V ; U GS = 0…-12V<br />
Die Kombination zweier identischer<br />
Verstärkerstufen ist ebenfalls ein<br />
Bestandteil dieser Schaltungsentwicklung.<br />
Man erhält dadurch einen<br />
Harmonic Balance Simulation<br />
Balanced-Verstärker mit grösserer<br />
Ausgangsleistung <strong>und</strong> besserer Ein-<br />
<strong>und</strong> Ausgangsanpassung.<br />
92 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Mess- <strong>und</strong> Prüfgerät für <strong>Strom</strong>wandlerkerne<br />
Messtechnik / Ing. FH Peter Aeschimann<br />
Experte: Peter Schlatter<br />
Die Firma Trench AG stellt unter anderem sehr präzise Hochspannungs-<strong>Strom</strong>wandler her. Die<br />
Stormwandler funktionieren nach dem Transformatorprinzip. Um eine exakte Messung zu garantieren,<br />
werden die Wicklungen mit einem Ringkern hoher Güte magnetisch gekoppelt.<br />
Weil der Herstellungsprozess dieser Ringkerne schwierig zu steuern ist, gibt es Exemplarstreuungen.<br />
Die Identifizierung fehlerhafter Ringkerne ist im heutigen Produktionsablauf erst nach dem Bewickeln<br />
der Sek<strong>und</strong>ärwicklung möglich. Um mangelhafte Kerne schon vor dem Bewickeln zu bestimmen,<br />
gab Trench AG den Auftrag, ein Mess- <strong>und</strong> Prüfgerät für Ringkerne zu entwickeln.<br />
Die Materialgüte von Trafoblechen<br />
wird normalerweise mit Hilfe des<br />
Epsteinrahmens bestimmt. Dieses<br />
normierte Messverfahren bedingt<br />
jedoch, dass rechteckige Materialproben<br />
vorhanden sind. Der Epsteinrahmen<br />
besteht aus den im<br />
Viereck (l m ) aufgeschichteten Probestreifen,<br />
die mit einer Primär- (N 1 )<br />
<strong>und</strong> einer Sek<strong>und</strong>ärwicklung (N 2 )<br />
versehen sind. Zum Ausmessen der<br />
Probestücke wird die Primärwicklung<br />
mit einer Konstantstromquelle<br />
erregt. Der Primärstrom(I 1 ) erzeugt<br />
ein magnetisches Feld mit einer<br />
Feldstärke (H), die proportional zur<br />
<strong>Strom</strong>stärke ist (1). Durch die magnetische<br />
Feldstärke entsteht in der<br />
Eisenprobe ein magnetischer Fluss<br />
(Φ) (2). Ändert sich während der<br />
Zeit t 1 bis t 2 der Fluss um ΔΦ bzw.<br />
die Flussdichte (B) um ΔB so wird<br />
dadurch in der Sek<strong>und</strong>ärwicklung<br />
eine Spannung (u 2 ) induziert (3). Somit<br />
ist die Flussänderung bzw. die<br />
Flussdichteänderung proportional<br />
zum Integral der Sek<strong>und</strong>ärspan-<br />
Steuerprogramm auf dem PC<br />
nung (4). Dank dieser Beziehungen<br />
kann relativ einfach aus dem Primärstrom,<br />
der Sek<strong>und</strong>ärspannung<br />
<strong>und</strong> den geometrischen Kerndaten<br />
die materialspezifische Hysteresekurve<br />
konstruiert werden.<br />
Angelehnt an das Messverfahren<br />
des Epsteinrahmens entsteht nun<br />
ein Prüf- <strong>und</strong> Messsystem für Ringkerne.<br />
Das Kernstück des Prüfsystems<br />
bildet der Industrierechner<br />
CompactRIO von National Instruments.<br />
Zur Messwerterfassung <strong>und</strong><br />
zur Signalerzeugung ist das CRIO<br />
mit einem ADC- <strong>und</strong> DAC-Modul<br />
erweitert. Über eine RS232 Schnittstelle<br />
steuert das CRIO das Messinterface,<br />
das zur optimalen Anpas-<br />
sung der Messspannungen an die<br />
ADCs dient. Weiter beinhaltet das<br />
Interface auch die Anpassung <strong>und</strong><br />
Filterung des Steuersignals für den<br />
Leistungsverstärker. Der 2000W<br />
Leistungsverstärker von ServoWatt<br />
ist als spannungsgesteuerte <strong>Strom</strong>quelle<br />
geschaltet <strong>und</strong> garantiert<br />
auch das Ausmessen von grossen<br />
Kernen im Sättigungsbereich. Die<br />
mit dem CRIO erfassten Messwerte<br />
für Primärstrom, Primärspannung<br />
<strong>und</strong> Sek<strong>und</strong>ärspannung werden<br />
an einen PC gesendet, der über<br />
Ethernet mit dem Messsystem verb<strong>und</strong>en<br />
ist. Mit der Bedienersoftware<br />
auf dem PC wird einerseits<br />
das CRIO gesteuert <strong>und</strong> andererseits<br />
die ganze Datenverarbeitung,<br />
Messwertdarstellung <strong>und</strong> Messprotokollführung<br />
ausgeführt. Um<br />
die Ringkerne auch im Industriebetrieb<br />
effizient auszumessen, wurde<br />
ein Messadapter erstellt. Dieser erlaubt<br />
dank Steckverbindungen auf<br />
einfache Weise die Prüfwicklungen<br />
am Ringkern anzubringen.<br />
Blockschaltbild des Mess- <strong>und</strong> Prüfsystems für Ringkerne<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Von Ballmoos Simon<br />
1980<br />
simon.vballmoos@bluemail.ch<br />
9<br />
BU
BU<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Wagner Ben-David<br />
1982<br />
079 450 93 19<br />
benjonsen@hotmail.com<br />
Magnetfeldaufnehmer in “ultra low power”-Systemen<br />
Elektronik / Prof. Roland Brun<br />
Experte: Mario Giacometto<br />
Bei batteriebetriebenen medizinischen Geräten ohne Möglichkeit eines Batterieaustausches, spielt<br />
der niedrige Energieverbrauch eine zentrale Rolle. Der <strong>Strom</strong>verbrauch steht in direktem Zusammenhang<br />
mit der Produktlebensdauer. In dieser Diplomarbeit geht es um die Entwicklung eines<br />
Umdrehungs-Encoders, der in Medizinalprodukten eingesetzt werden kann. Die Erkennung erfolgt<br />
dabei mit einem sogenannten Wiegandsensor, der bei sicher verändernden magnetischen Feldern<br />
ohne jegliche Engergiezufuhr, elektrische Impulse von bis zu 2 Volt erzeugt.<br />
Ziele<br />
Ziel dieser Diplomarbeit ist es, die<br />
theoretischen, in der Literatur<br />
schlecht dokumentierten, Gr<strong>und</strong>lagen<br />
des Wiegand-Sensors genauer<br />
zu untersuchen. Im Weiteren<br />
soll eine einfache Signalanpassung<br />
entwickelt <strong>und</strong> die Signalauswertung<br />
des Sensors mit einem Mikrocontroller<br />
realisiert werden. Dabei<br />
ist auf einen möglichst tiefen<br />
<strong>Strom</strong>verbrauch zu achten.<br />
Funktionsprinzip<br />
In einem ersten Schritt geht es um<br />
die Zusammenstellung der theoretischen<br />
Gr<strong>und</strong>lagen des Wiegand-<br />
Sensors, die mit entsprechenden<br />
Messungen zu überprüfen sind.<br />
Der Wiegand-Sensor besitzt die<br />
erstaunliche Eigenschaft, dass er<br />
unter Einwirkung eines sich verändernden<br />
magnetischen Feldes<br />
ausgeprägte elektrische Impulse<br />
abgibt, die unabhängig von der<br />
Umdrehungsgeschwindigkeit sind.<br />
Herzstück des Wiegand-Sensors<br />
ist der sogenannte Wiegand-Draht,<br />
der aus einem weichmagnetischen<br />
Kern <strong>und</strong> einem hartmagnetischen<br />
Wiegandsensor<br />
Mantel besteht. Die magnetische<br />
Polarisierung von Kern <strong>und</strong> Mantel<br />
richtet sich nach dem äusseren<br />
angelegten Magnetfeld aus. Dabei<br />
richtet sich zuerst der Kern entsprechend<br />
aus. Bei einer Ummagnetisierung<br />
des Kerns klappt dieser<br />
bei einer bestimmten Feldstärke<br />
sprungartig um. Diese sprungartige<br />
Ummagnetisierung ist mit einer<br />
schnellen magnetischen Feldflussänderung<br />
verb<strong>und</strong>en, die einen<br />
Spannungsimpuls in der den Wiegand-Draht<br />
umschliessenden Spule<br />
erzeugt.<br />
In einem zweiten Schritt geht es um<br />
die Optimierung der Signalanpassungsschaltung<br />
des bereits in einer<br />
vorgängigen Semesterarbeit entwickelten<br />
Umdrehungs-Encoders.<br />
Durch das hohe Sensorausgangssignal<br />
ist lediglich eine kleine <strong>und</strong><br />
einfache Anpassungsschaltung<br />
Anordnung Sensor <strong>und</strong> Magnete<br />
nötig. Der Mikrocontroller stammt<br />
aus der “ultra low power” MSP430-<br />
Familie von Texas Instruments <strong>und</strong><br />
kann in verschiedenen stromsparenden<br />
Standby-Modi betrieben<br />
werden. Durch entsprechende Konfiguration<br />
ist er nur im Moment des<br />
Impulses aktiv. Andernfalls ist er im<br />
Standby-Modus <strong>und</strong> verbraucht<br />
somit entsprechend wenig <strong>Strom</strong><br />
(ca. 1 μA inkl. laufender Uhr).<br />
Ausblick<br />
Künftige Erweiterungen weiterer<br />
Features sind durch den Einsatz<br />
des Mikrocontrollers möglich. So<br />
könnten beispielsweise verschiedene<br />
Sicherheitsfunktionen oder<br />
die Datenspeicherung sehr interessant<br />
sein. Wer weiss, vielleicht<br />
findet sich das Prinzip dieses Umdrehungs-Encoders<br />
irgendeinmal<br />
in einem batteriebetriebenen medizinischen<br />
Gerät wieder.<br />
9 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Short Range Wireless Communication<br />
Hochfrequenztechnik / Prof. René Obi, Martin Aebersold<br />
Experte: Hans Zahnd<br />
Die Qualität eines terrestrischen Funkkanals ist sehr schwankend. Sie ist unter anderem von der<br />
Mehrwegausbreitung abhängig. Der Kanal kann deshalb durch Fadinglöcher, Dispersion <strong>und</strong> den<br />
Dopplereffekt über kurze Zeit ausfallen oder sehr stark gestört werden, was eine hohe Bit Error Rate<br />
zur Folge hat.<br />
Diese Bit Error Rate kann stark verbessert werden, wenn der Datenstrom kanalcodiert wird.<br />
Im Rahmen der Diplomarbeit ist ein Messsystem zu realisieren, mit welchem der Funkkanal sowie<br />
die Auswirkungen von Kanalcodierungen untersucht werden können.<br />
Hardware<br />
In der vorgängigen Semesterarbeit<br />
wurde eine geeignete Hardware<br />
zusammengestellt. Mit dem Chipcon<br />
CC2400 wurde ein Transceiver<br />
evaluiert, welcher den gestellten<br />
Anforderungen gerecht wird.<br />
Der Transceiver, welcher die Daten<br />
FSK respektive GFSK modulieren<br />
kann, besitzt eine maximale Datenrate<br />
von 1 MBit/s <strong>und</strong> sendet im<br />
lizenzfreien 2.4GHz ISM Band. Angesteuert<br />
wird der Transceiver via<br />
SPI-Schnittstelle durch den NXP<br />
LPC2148 Mikrocontroller. Dieser<br />
ARM7-Mikrocontroller besitzt einen<br />
USB-Controller <strong>und</strong> kann intern mit<br />
60MHz getaktet werden.<br />
Transceiver Board<br />
Systemaufbau<br />
Die Daten werden beim Sende-PC<br />
generiert <strong>und</strong> sowohl an den Mikrocontroller<br />
als auch an den Empfangs-<br />
PC gesendet. Beim sendeseitigen<br />
Mikrocontroller werden die Daten<br />
kanalcodiert <strong>und</strong> anschliessend<br />
vom Transceiver ausgesendet. Der<br />
empfangsseitige Transceiver empfängt<br />
die Daten. Nachdem sie vom<br />
Mikrocontroller decodiert worden<br />
sind, werden sie an den Empfangs-<br />
PC gesendet. Dieser vergleicht die<br />
Daten in Echtzeit <strong>und</strong> berechnet<br />
daraus die Bit Error Rate.<br />
Es werden Datenrahmen mit Präambel,<br />
Synchronisationswort <strong>und</strong><br />
einem 1024 Byte grossen Datenfeld<br />
über die Luftschnittstelle übertragen.<br />
Die Daten werden über die USB-<br />
Schnittstelle zwischen dem Trans-<br />
Aufbau des Übertragungssystems<br />
ceiver-Board <strong>und</strong> dem PC ausgetauscht.<br />
Zwischen Sende- <strong>und</strong><br />
Empfangs-PC wird via LAN-Verbindung<br />
kommuniziert.<br />
Die PC-Software wurde mit Matlab<br />
realisiert. Mit einer grafischen Bedieneroberfläche<br />
können die Transceiver-Einstellungen<br />
vorgenommen<br />
<strong>und</strong> das System gesteuert werden.<br />
Das ganze System wurde so aufgebaut,<br />
dass nachträglich Kanalcodierungen<br />
hinzugefügt <strong>und</strong> diese somit<br />
in verschiedenen Umgebungen<br />
untersucht werden können.<br />
Mit einer Kanalcodierung wird dem<br />
Datenstrom Red<strong>und</strong>anz hinzugefügt,<br />
sprich es werden mehr Daten<br />
verwendet um die gleiche Information<br />
zu übertragen. Dadurch können<br />
Bitfehler erkannt <strong>und</strong> teilweise<br />
auch korrigiert werden.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Wälchli Manuel-Pascal<br />
1982<br />
079 794 90 19<br />
manuel@waelchli.org<br />
9<br />
BU
BI<br />
Elektro- <strong>und</strong> Kom-<br />
munikationstechnik<br />
Zimmermann Christoph<br />
1983<br />
077 433 24 75<br />
christoph@bigbeat.ch<br />
Zurbrügg Matthias<br />
1982<br />
079 732 36 52<br />
matthias.zurbruegg@gmx.ch<br />
Gecko SoC HW/SW Co-Design Board<br />
Mikroelektronik / Prof. Dr. Marcel Jacomet<br />
Experte: Felix Kunz<br />
Gecko ist eine universell einsetzbare Hardware Plattform, die es ermöglicht, in kurzer Zeit Projekte<br />
aus dem Gebiet Chipentwicklung oder SoC (System on Chip) zu realisieren <strong>und</strong> zu testen. Bei Semester-<br />
<strong>und</strong> Diplomarbeiten erlaubt es das Konzept, dass sich die Studenten auf die eigentlichen<br />
Projektziele konzentrieren können, da die ganze Komplexität der Schaltung schon auf dem Gecko<br />
Modul vorhanden ist <strong>und</strong> nicht jedesmal neu erstellt werden muss <strong>und</strong> so nur noch die applikationsspezifischen<br />
Komponenten hinzuzufügen sind. Für die neue Version, den Gecko , haben wir die<br />
dazu benötigten Softwarekomponenten entwickelt.<br />
Ausgangslage<br />
Der technische Fortschritt schreitet<br />
voran <strong>und</strong> mit ihm auch die<br />
Ansprüche an die Anwender <strong>und</strong><br />
an die Ausbildung. Um den Stand<br />
der <strong>Technik</strong> halten zu können, wird<br />
schon jetzt ein Nachfolger für den<br />
Gecko2 konzipiert.<br />
Die Hardware wurde im Rahmen<br />
der vorgängigen Semesterarbeit<br />
entwickelt <strong>und</strong> parallel zur Diplomarbeit<br />
realisiert. Der neue Gecko3<br />
zeichnet sich durch folgende Eigenschaften<br />
aus:<br />
- Xilinx Spartan3 mit 1 bis 2 Mio.<br />
Gatter<br />
- 128 MByte DDR SD-RAM<br />
- 32 MByte Flash Speicher<br />
- USB 2.0<br />
- 100 Mbit Ethernet<br />
- Über 160 frei verfügbare I/O<br />
Ports<br />
- RS232<br />
- Miniaturisiert auf die Dimension<br />
einer Kreditkarte<br />
Somit <strong>stehen</strong> mit dem Gecko3 genügend<br />
Hardware-Ressourcen für<br />
umfangreiche Projekte bis hin zu<br />
Masterarbeiten zur Verfügung.<br />
Eine graphische Benutzeroberfläche<br />
bietet dem Studenten einen<br />
vereinfachten Zugang zur Plattform,<br />
über welche der FPGA konfiguriert,<br />
die Firmware erneuert <strong>und</strong> Daten<br />
ausgetauscht werden können.<br />
Dank einem zusätzlichen Speicher<br />
ist auch ein stand-alone Betrieb<br />
ohne USB Verbindung möglich.<br />
Vorgehen<br />
Da der Gecko3 parallel zur Diplomarbeit<br />
realisiert wurde, benutzten<br />
wir ein Xilinx Spartan 3 <strong>und</strong> ein<br />
Cypress EZ-USB 2 Entwicklungs-<br />
Board, um die Software auf einer<br />
äquivalenten Hardware, wie sie auf<br />
dem Gecko3 vorhanden ist, zu programmieren<br />
<strong>und</strong> zu testen.<br />
Gecko3 Blockdiagramm CAD Zeichnung des Gecko3 Boards im Massstab 1:1<br />
Die Softwareentwicklung war sehr<br />
vielschichtig, da wir sowohl mehrere<br />
Zielsysteme wie auch mehrere Programmiersprachen<br />
einsetzten. Wir<br />
realisierten Mikrokontroller Software<br />
in C, die Windows <strong>und</strong> Linux Benutzeroberfläche<br />
in C++ <strong>und</strong> FPGA<br />
Testroutinen in VHDL.<br />
Perspektiven<br />
Das Gecko3 Konzept mit seiner<br />
kleinen Bauform <strong>und</strong> der leistungsfähigen<br />
Hardware erlaubt weitreichende<br />
Einsatzmöglichkeiten in<br />
vielen Bereichen wie Bild- <strong>und</strong> Signalverarbeitung,<br />
Regelungstechnik,<br />
Netzwerktechnik <strong>und</strong> anderen rechenintensiven<br />
Gebieten. Als erste<br />
Anwendung wird ein sehr kompakter<br />
Roboter konstruiert, um die vielfältigen<br />
Möglichkeiten zu demonstrieren<br />
<strong>und</strong> dadurch eine anschauliche<br />
Übungsplattform für Studenten zu<br />
haben.<br />
96 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Packet Inspector<br />
Embedded Systems / Prof. Dr. Jean-Pierre Caillot, Adrian Gschwend<br />
Expert: Prof. Dr. Torsten Braun<br />
Netzwerksicherheit <strong>und</strong> Quality Of Service (QoS) wird mit der Globalisierung des Datenverkehrs immer<br />
wichtiger. Aus diesem Gr<strong>und</strong> streben wir eine Verbesserung auf der Basis der Netzwerkkarte<br />
an. Während unserer Diplomarbeit entwickeln wir zusammen mit zwei Studenten aus dem Fachbereich<br />
Elektrotechnik (siehe Seite 76) eine Prototyp-Netzwerkkarte, die Datenpaketanalyse auf Hardwarebasis<br />
erlaubt. Die analysierten Pakete werden in der Hardware mit einer Markierung versehen,<br />
die eine einfache Weiterverarbeitung ermöglicht.<br />
Die Datenpaketanalyse <strong>und</strong> -bearbeitung<br />
auf Software-Ebene benötigt<br />
einen leistungsstarken Rechner<br />
<strong>und</strong> kostet viel Zeit. Deshalb wird<br />
dies meist mit Firewall <strong>und</strong> Router<br />
realisiert. Jedoch ist dann der PC<br />
nicht direkt geschützt <strong>und</strong> QoS<br />
kann nur durch Protokolle gewährleistet<br />
werden. Unsere Idee ist, die<br />
Verarbeitung der Datenpakete in<br />
der Netzwerkkarte so zu erweitern,<br />
dass die Pakete mit einer zusätzlichen<br />
Information versehen werden,<br />
welche dann die Weiterverarbeitung<br />
vereinfachen sollen.<br />
Die Basis für unser Projekt ist eine<br />
Virtex-4 LX Evaluation Platform (siehe<br />
Abbildung), welche durch das<br />
Elektrotechnik-Projektteam konfiguriert<br />
wird. Nach der Konfiguration<br />
hat die Plattform die Funktionalität<br />
einer Netzwerkkarte mit<br />
integriertem µClinux.<br />
Anhand von uns definierten Mustern<br />
überprüft die Hardware Netzwerk-<br />
Pakete, ob das entsprechende<br />
Muster darin enthalten ist. Netzwerkprotokolle<br />
sind nach gewissen<br />
Regeln aufgebaut. Dank dieser Regeln<br />
weiss man, wie ein Datenpaket<br />
eines bestimmten Protokolls aussehen<br />
muss. Beispielsweise kommt<br />
in einem IP-Paket folgende Bit-Fol-<br />
ge vor: 0000 1000 0000 0000 beziehungsweise<br />
in Hexadezimal:<br />
0800. Dieser kurze Ausschnitt enthält<br />
bereits zwei Informationen. Die<br />
Zahlenfolge 0800 zeigt den Typ<br />
des Paketes, in diesem Beispiel<br />
also IP <strong>und</strong> dessen Version 4. Zu<br />
Beginn haben wir verschiedenste,<br />
komplexe Bit-Muster definiert, die<br />
wir zur Analyse des Datenverkehrs<br />
verwenden. Im Prinzip prüfen wir,<br />
welche Muster in den Datenpaketen<br />
auftreten <strong>und</strong> speichern diese<br />
Information entsprechend ab. Mit<br />
diesen zwischengespeicherten Informationen<br />
ist es nun nicht mehr<br />
Xilinx Evaluation Platform<br />
nötig, auf Softwareebene das ganze<br />
Datenpaket zu analysieren. Es<br />
muss lediglich das Informationsfeld<br />
ausgelesen werden, um zu wissen<br />
welche Bitfolgen vorgekommen<br />
sind, beziehungsweise was für einen<br />
Inhalt das Paket hat.<br />
Um diese Funktionen zu gewährleisten<br />
mussten wir den vorhandenen<br />
Netzwerkkarten-Treiber so<br />
umprogrammieren, dass er die<br />
zusätzlichen Informationen richtig<br />
übermittelt sowie Anpassungen<br />
am Programm netfilter durchführen,<br />
um die Daten zu verarbeiten.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
Aeschbacher Thomas<br />
1981<br />
079 224 48 30<br />
thomas.ae@gmx.ch<br />
Hinderling Tobias<br />
1983<br />
079 483 99 94<br />
tobias.hinderling@bluewin.ch<br />
97<br />
BI
BE<br />
Amati Stefano<br />
1964<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
Simulations-Framework mit Verkehrssimulation<br />
Simulation / Prof. Dr. Jürgen Eckerle<br />
Experte: Herr Han Van der Kleij<br />
Eine Simulation kann dazu dienen, ein dynamisches System zu analysieren. Dabei werden Experimente<br />
an einem Modell durchgeführt, um Erkenntnisse über das reale System zu gewinnen.<br />
Im Falle der Verkehrssimulation soll das Verkehrsgeschehen mit seinen charakteristischen Grössen<br />
<strong>und</strong> seinen Phänomenen wie die Staubildung analysiert werden. Ziel dieser Bestrebungen sind einerseits<br />
zuverlässige Verkehrsprognosen <strong>und</strong> andererseits die <strong>Unter</strong>suchung <strong>und</strong> Entwicklung von<br />
geeigneten Steuerungsmassnahmen des Verkehrs.<br />
Der Trend zu Mobilität ist heute<br />
nach wie vor ungebrochen <strong>und</strong> diese<br />
Mobilität wird bei vielen durch<br />
das eigene Auto verwirklicht. So<br />
ist es nicht überraschend, dass<br />
in den letzten Jahren <strong>und</strong> Jahrzehnten<br />
das Verkehrsaufkommen<br />
rasant gewachsen ist. Diese Entwicklung<br />
stösst an die Grenzen<br />
der be<strong>stehen</strong>den Infrastruktur <strong>und</strong><br />
bereitet uns zunehmend grössere<br />
Probleme.<br />
Verkehrssimulation<br />
Mit Hilfe der Verkehrssimulation<br />
versucht man nun, das Verkehrsgeschehen<br />
mit seinen charakteristischen<br />
Grössen <strong>und</strong> seinen Phänomenen<br />
wie die Staubildung zu<br />
analysieren <strong>und</strong> den Einfluss verschiedener<br />
Parameter auf das Verkehrsgeschehen<br />
zu untersuchen.<br />
Dabei spielen selbstverständlich<br />
auch die Verhaltensweisen der am<br />
Verkehrsgeschehen beteiligten<br />
Fahrer eine grosse Rolle. Man versucht<br />
dies durch verschiedene Fahrermodelle<br />
abzubilden.<br />
Im Rahmen der Diplomarbeit wurde<br />
nun einerseits ein Simulationsframework<br />
implementiert, welches<br />
eine tragfähige, erweiterbare <strong>und</strong><br />
generische Architektur für interaktive<br />
Simulationen bereit stellt. Die<br />
erstellte Simulationsapplikation<br />
trennt insbesondere sauber zwischen<br />
problemspezifischen <strong>und</strong><br />
problemunabhängigen Teilen.<br />
Andererseits ist eine konkrete<br />
mikroskopische Verkehrssimulation<br />
Simulationsframework<br />
in das Framework integriert. Diese<br />
ermöglicht die Einstellung diverser<br />
Parameter sowohl für die Umgebung<br />
der Verkehrssimulation, wie<br />
auch für die an der Verkehrssimulation<br />
beteiligten Fahrzeuge <strong>und</strong><br />
Fahrer. Damit können verschiedene<br />
Situationen simuliert <strong>und</strong> analysiert<br />
werden.<br />
Den grössten Einfluss auf die Verkehrssimulation<br />
hat jedoch das<br />
vom Benutzer interaktiv steuerbare<br />
Fahrzeug. Dadurch kann das Verkehrsgeschehen<br />
vom Benutzer direkt<br />
beeinflusst werden <strong>und</strong> führt<br />
so auch zu einer viel grösseren Diversifikation.<br />
Die Verkehrssimulation implementiert<br />
verschiedene Algorithmen, um<br />
das Verhalten der nicht interaktiv<br />
gesteuerten Fahrzeuge zu beeinflussen.<br />
So für das Verhalten beim<br />
Fahren in Kolonne bzw. beim Auffahren<br />
auf ein vorderes Fahrzeug,<br />
aber auch für das Verhalten bei<br />
Spurwechseln.<br />
9 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
JTrade - Börsensimulation<br />
Software Engineering / Dr. Joachim Fulde<br />
Experte: Walter Eich<br />
JTrade ist eine wirklichkeitsnah gestaltete Börsensimulation, welche es den Teilnehmern ermöglicht,<br />
durch geschicktes Handeln mit Wertpapieren ein fiktives Startkapital zu vermehren <strong>und</strong> wertvolle<br />
Börsenerfahrungen zu sammeln. Um die reale Börsenwelt zu simulieren, werden aktuelle (real-time)<br />
Wertpapierdaten verwendet, die über eine XML-Schnittstelle bezogen werden. In technologischer<br />
Hinsicht wird auf eine zeitgemässe Software-Architektur sowie den Einsatz neuester J2EE-Technologien<br />
(Enterprise JavaBeans , JavaServer Faces) Wert gelegt.<br />
Ausgangslage<br />
Für viele Personen ist das Handeln<br />
mit Wertpapieren an der Börse ein<br />
Buch mit sieben Siegeln. Da Banken<br />
meist nur das reale (risikobehaftete)<br />
Handeln mit Wertpapieren<br />
anbieten, bleiben diese Personen<br />
oft der Börse fern. Mit Hilfe einer<br />
Börsensimulation soll der Einstieg<br />
in die Börsenwelt auf spielerische<br />
Art erleichtert werden.<br />
Lösungsbeschreibung<br />
JTrade ist eine Client-Server-Applikation,<br />
die auf dem 3-Schichten-<br />
Modell beruht. Der Server beinhaltet<br />
sowohl die Businesslogik als auch<br />
die Datenhaltung.<br />
Diese beiden Schichten beinhalten<br />
u.a. die folgende Funktionalität:<br />
- Registrierung neuer Teilnehmer<br />
- An-/Abmeldung zur Simulation<br />
- Verwalten von Depots mit<br />
einem virtuellen Startguthaben<br />
- Suche sowie Kauf <strong>und</strong> Verkauf<br />
von Wertpapieren<br />
- Generierung von Charts<br />
- Beobachten von Wertpapieren<br />
(Watchlist)<br />
- Anzeige aller Transaktionen<br />
(auch als PDF)<br />
- Anzeige der Wertpapiere mit<br />
der besten/schlechtesten Tagesperformance<br />
(Tops & Flops)<br />
- Anzeige der Teilnehmer mit der<br />
besten Performance (Rangliste)<br />
Durch die Trennung der Schichten<br />
wird eine spätere Erweiterung<br />
der Funktionalität vereinfacht. Für<br />
die dritte (GUI-) Schicht wurde ein<br />
Webclient erstellt, der die Resultate<br />
in geeigneter Weise darstellt <strong>und</strong><br />
die Aktionen entgegennimmt.<br />
Eingesetzte Technologien<br />
Serverseitig wird Enterprise Java-<br />
Beans 3 sowie das Persistenz-Framework<br />
Hibernate eingesetzt. Als<br />
Applikationsserver wird JBoss <strong>und</strong><br />
als Datenbank MySQL verwendet.<br />
Der Webclient wurde mit Apache<br />
MyFaces realisiert.<br />
Zudem werden die Open Source-<br />
Frameworks JasperReports <strong>und</strong><br />
JFreeChart (Chart- <strong>und</strong> PDF-Generierung),<br />
Log4J (Logging), Ant (Deployment)<br />
sowie JUnit (Testing) eingesetzt.<br />
Fazit<br />
Den Einstieg in die Börsenwelt mit<br />
Hilfe einer Börsensimulation zu erleichtern,<br />
hat bereits Anklang gef<strong>und</strong>en:<br />
Als Auftraggeber konnten<br />
wir die Tradejet AG gewinnen, für<br />
welche wir die Applikation realisiert<br />
haben. Somit ist eine gute Gr<strong>und</strong>lage<br />
geschaffen, um JTrade auch in<br />
der Praxis einzusetzen.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
Ammann Alain<br />
1976<br />
alain.ammann@gmail.com<br />
Thomet Gabriel<br />
1969<br />
gabriel.thomet@bluewin.ch<br />
99<br />
BE
BI<br />
Angelov Slavi<br />
1984<br />
076 345 76 60<br />
anges@bfh.ch<br />
Stauffer Markus<br />
1980<br />
078 742 28 82<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
Markus.Stauffer@gmail.com<br />
IIS – Intelligent Information System<br />
Software Engineering / Prof. Ueli Schrag<br />
Experte: Jean-Marie Leclerc<br />
IIS is a web based information system that provides and manages different groups of information<br />
screens. The screens have their own intelligence. The information displayed is location based. Each<br />
location is identified by it’s IP address. A web based administration module allows easy editing and<br />
customizing of flow and layout. IIS is a client server system, developed with open source components.<br />
Motivation<br />
The organization of an enterprise is<br />
essential for its success. Large corporations<br />
organize important information<br />
by posting it on big-screen<br />
TVs or other multimedia devices.<br />
The information is widely accessible.<br />
This can help employees to<br />
maximize efficiency. The Information<br />
flow is a key element of this<br />
concept. Deployment, configuration<br />
and updates can be time con-<br />
System overview<br />
suming, inefficient and expensive.<br />
The IIS project focuses on distribution<br />
and flow of information, with the<br />
least human interaction possible.<br />
Intelligence<br />
The intelligence of the system can<br />
be divided into two main logic<br />
points: Date logic and IIS logic.<br />
Date logic depends strictly on time<br />
and date constraints. If the information<br />
for the presentation happens<br />
within constraints limits it is shown.<br />
IIS logic relays on the position of<br />
the host that displays<br />
the information and<br />
its IP address.<br />
If a host is stationed within a specified<br />
range his information is shown.<br />
The IIS project supports all IP class<br />
ranges. Constraints are defined in<br />
the system and can be changed at<br />
any time. The system is intelligent. It<br />
combines the two logics to determine<br />
the information to be shown.<br />
Information<br />
The IIS system displays various<br />
kinds of information: tables, text,<br />
images, videos or flash animations.<br />
Tables, coupled with date and time,<br />
are stored in a database. Text can<br />
either be loaded from the database<br />
or from external RSS / XML feeds.<br />
All modern file formats are supported<br />
for image and video presentation.<br />
System<br />
All display screens run a web<br />
browser. IIS supports all current<br />
versions of web browsers and operating<br />
systems. A combination of<br />
Tomcat and Struts is responsible<br />
for the web-part of the system. The<br />
middleware of IIS is entirely implemented<br />
in Java and Java Database<br />
Connectivity (JDBC). Strong encrypted<br />
connections assure data<br />
integrity and privacy.<br />
00 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Chinderexpress<br />
<strong>Informatik</strong> / Prof. Dr. Jürgen Eckerle<br />
Experte: Han van der Kleij<br />
Die Firma ICF in Zürich organisiert Kinderbetreuung während eines Kongresses <strong>und</strong> eines Gottesdienstes.<br />
Die Kinderbetreuung wird derzeit manuell abgewickelt <strong>und</strong> genügt nicht höchsten Sicherheitsanforderungen.<br />
Pro Sonntag werden 700- 000 Kinder betreut. Ziel der Arbeit ist es, ein<br />
<strong>Informatik</strong>system zu realisieren, das einen schnellen <strong>und</strong> sicheren Check-In für die Kinderbetreuung<br />
durch eine geringe Anzahl von Angestellten ermöglicht. Das System erlaubt die Kinder in den zugehörigen<br />
Altersgruppen zu verwalten <strong>und</strong> protokolliert jedes Kommen <strong>und</strong> Gehen.<br />
Chinderexpress ist eine Client/Server-Applikation:<br />
Auf dem Server befindet<br />
sich das eigentliche Verwaltungsprogramm<br />
mit der Anbindung<br />
zu einer Datenbank, die hier durch<br />
das ISERVE-System realisiert wird.<br />
In dieser Datenbank sind vorab alle<br />
involvierten Personen <strong>und</strong> deren<br />
Beziehung untereinander gespeichert,<br />
einerseits alle Kinder, die regelmässig<br />
in den Kindergruppen<br />
betreut werden, mit Name, Adresse,<br />
zugehöriger Kindergruppe, usw.,<br />
deren Eltern <strong>und</strong> andererseits die<br />
Leiter, die eine der Kindergruppen<br />
betreuen.<br />
Die Client-Applikationen stellen zunächst<br />
die Verbindung zum Server<br />
her <strong>und</strong> ermöglichen dann ein<br />
Check-In der zu betreuenden Kinder.<br />
Beim ersten Check-In wird dem<br />
betreuten Kind eine RFID-Karte zugeteilt.<br />
Bei jedem weiteren Check-<br />
In wird nur noch diese Karte eingelesen,<br />
um damit einen Zugriff auf<br />
die zu diesem Kind gespeicherten<br />
Informationen zuermöglichen. Diese<br />
Karte verbleibt nicht beim Kind,<br />
sondern wird einer autorisierten<br />
Person, im Allgemeinen ein Elternteil,<br />
mitgegeben. Für den Check-<br />
Out muss diese Karte vorgewiesen<br />
werden.<br />
Meine Applikation protokolliert jedes<br />
Kommen <strong>und</strong> Gehen der betreuten<br />
Kinder <strong>und</strong> deren Leiter in<br />
einem Journal fortlaufend. Auf Anfrage<br />
kann zu jedem Kind eine Liste<br />
über dessen Besuch in einer der<br />
betreuten Gruppen in einem vorgegebenen<br />
Zeitraum ausgegeben<br />
werden. Natürlich können auch<br />
beispielsweise diese Informationen<br />
für eine gewählte Altersgruppe ausgegeben<br />
werden.<br />
Auch Sonderfälle, wie der Verlust<br />
einer Karte bzw. die Verwendung<br />
einer Ersatzkarte, falls die Originalkarte<br />
vergessen wurde, sind vorgesehen<br />
<strong>und</strong> können über mein System<br />
abgewickelt werden. Wichtig ist<br />
auch, dass die Eltern bzw. die autorisierte<br />
Person vorzeitig informiert<br />
werden, wenn während der Betreuung<br />
ein Problem auftritt: Dazu<br />
wird jedem Kind beim erstmaligen<br />
Bedienungsmaske für den Check-In<br />
Check-In eine Nummer zugeteilt,<br />
die den Eltern bekannt ist <strong>und</strong> die<br />
im Bedarfsfall über eine Grossleinwand<br />
angezeigt werden kann.<br />
Meine Applikation kommt nach<br />
Fertigstellung zum Einsatz <strong>und</strong> wird<br />
das Ein- <strong>und</strong> Auschecken der Kinder<br />
für die betreuten Gruppen erheblich<br />
vereinfachen <strong>und</strong> verkürzen.<br />
Bisher mussten Excel-Listen erstellt<br />
<strong>und</strong> ausgedruckt werden, die beim<br />
Ein- <strong>und</strong> Auschecken von Hand<br />
aktualisiert wurden. Anschliessend<br />
war noch eine Nachbearbeitung erforderlich,<br />
um die Daten der handgeführten<br />
Listen nochmals in einer<br />
neuen Excel-Liste abzulegen. Die<br />
Erstellung einer Überblicksinformation<br />
bzw. der Zugriff auf die einem<br />
Kind zugeordnete Information war<br />
bisher wiederum nur durch einen<br />
zeitaufwendigen manuellen Vorgang<br />
möglich.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
Avdija Florije<br />
079 432 61 12<br />
florijeavdija@bluewin.ch<br />
0<br />
BE
BE<br />
Bähler Vincent<br />
1976<br />
Gehrig Daniel<br />
1963<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
Nachverfolgung von K<strong>und</strong>entransaktionen<br />
Software Entwicklung / Prof. Dr. Joachim Fulde, Telekurs Card Solutions<br />
Experte: Dr. Igor Metz<br />
Die Firma Telekurs Card Solutions AG erbringt Dienstleistungen im bargeldlosen Zahlungsverkehr.<br />
Darunter fällt unter anderem auch die vollständige Abwicklung von Zahltransaktionen am Geldausgabeautomat<br />
oder Verkaufspunkt.<br />
Mit unserem kleinen Data-Warehouse unterstützen wir die Mitarbeiter bei Anfrage <strong>und</strong> Nachforschungsfällen.<br />
In einem solchen Fall wünscht der K<strong>und</strong>e Informationen über getätigte Transaktionen.<br />
Auf diese Informationen kann nun der Mitarbeiter über ein Web-Portal im Intranet zugreifen.<br />
Situation<br />
Alle Transaktionen laufen über ein<br />
NonStop-System. Da die Datenhaltung<br />
auf diesem System nur für<br />
eine beschränkte Zeit ausgelegt<br />
ist, werden Daten, die älter als einen<br />
Monat sind, auf Band ausgelagert.<br />
Tritt nun ein Anfrage- <strong>und</strong><br />
Nachforschungsfall auf, werden die<br />
Auswertungen direkt auf dem Non-<br />
Stop-System durchgeführt. Dem<br />
Mitarbeiter steht dafür eine Maske<br />
mit vordefinierten Auswertungen<br />
zur Verfügung. Betrifft die Auswertung<br />
ältere Transaktionen, so müssen<br />
die ausgelagerten Daten neu<br />
eingelesen werden. Dieser Prozess<br />
kann unter Umständen mehrere<br />
St<strong>und</strong>en dauern.<br />
Zielsetzung<br />
Es soll ein kleines Data-Warehouse<br />
aufgebaut werden, welches die<br />
Transaktionen ausserhalb des Non-<br />
Stop-Systems speichert. Die Daten<br />
sollen für den Zeitraum von zwei<br />
Jahren verfügbar sein, <strong>und</strong> bei Anfragen<br />
muss ein rascher Zugriff auf<br />
die Transaktionsdaten gewährleistet<br />
sein. Um die Daten besser filtern<br />
zu können, müssen die Abfragen<br />
flexibel definiert werden können.<br />
Zusätzlich wird eine Benutzer-Autorisierung<br />
implementiert.<br />
Der Umfang der Diplomarbeit besteht<br />
aus den Modulen Ladeprogramm,<br />
Datenbank, <strong>und</strong> Webinterface:<br />
Ladeprogramm<br />
Zurzeit be<strong>stehen</strong> sieben verschiedene,<br />
sogenannte Ströme von<br />
Transaktionsdaten (z.B. Bankomat<br />
oder Tankomat). Jeder einzelne<br />
<strong>Strom</strong> setzt sich aus zum Teil über<br />
H<strong>und</strong>ert verschiedener Felder zusammen.<br />
Ändert sich ein <strong>Strom</strong>,<br />
indem zum Beispiel ein neues Feld<br />
hinzugefügt wird, so bekommt der<br />
<strong>Strom</strong> eine neue Versionsnummer.<br />
Aufgabe des Ladeprogrammes ist<br />
nun, all die verschiedenen Ströme<br />
<strong>und</strong> Versionen so flexibel wie möglich<br />
zu verarbeiten. Wir erreichen<br />
dies, indem wir die Konfigurationen<br />
der Ströme aus der Datenbank einlesen.<br />
In einem weiteren Schritt verarbeitet<br />
das Ladeprogramm den<br />
<strong>Strom</strong> so, dass er ihn in einer geeigneten<br />
Art in der Datenbank speichern<br />
kann.<br />
Datenbank<br />
Im Konfigurationsteil der Datenbank<br />
werden die Konfigurationen<br />
der einzelnen Ströme gespeichert.<br />
Zusätzlich wird hier abgelegt, was<br />
das Ladeprogramm ausgeben,<br />
bzw. in der Datenbank speichern<br />
soll. Im Transaktionsteil werden alle<br />
Informationen gespeichert, welche<br />
vom Ladeprogramm ausgegeben<br />
werden.<br />
Webinterface<br />
Das Webinterface dient dem Mitarbeiter<br />
als Schnittstelle zur Datenbank.<br />
Nachdem er sich am System<br />
angemeldet hat, kann er entweder<br />
die vordefinierten Abfragen benützen,<br />
oder auch dynamische Abfragen<br />
erstellen. Hat der Mitarbeiter<br />
Administrationsrechte, so steht ihm<br />
zudem ein Interface zur Verfügung,<br />
mit dem er die Datenbank an neue<br />
Ströme anpassen kann.<br />
02 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
instantCAR unterstützt den Reservationsprozess beim sogenannten Carsharing <strong>und</strong> erweitert die<br />
bisherigen Möglichkeiten um eine LBS Komponente. Kernkomponente ist eine Handysoftware zur<br />
Reservation <strong>und</strong> anschliessenden Auffindung eines Fahrzeuges. Sie erfasst den Standort des K<strong>und</strong>en<br />
per GPS <strong>und</strong> bezieht ihn in die Reservationsanfrage mit ein. So kann der Benutzer mit wenigen<br />
Klicks einfach <strong>und</strong> bequem ein Auto am geografisch nächsten Vermietungsstandort reservieren,<br />
ohne dass er vorher zu wissen braucht, wo er sich selber <strong>und</strong> wo sich das gewünschte Fahrzeuges<br />
befindet.<br />
Ausgangslage<br />
In den letzten Jahren wurden GPS-<br />
Empfänger immer kleiner, leichter<br />
<strong>und</strong> billiger. Durch die zunehmende<br />
Verbreitung solcher Empfänger ent<strong>stehen</strong><br />
immer mehr Anwendungsgebiete<br />
für Location Based Services<br />
(LBS). Mit dem Aufkommen<br />
von Galileo (europäisches Pendant<br />
zum amerikanischen GPS) in den<br />
nächsten Jahren wird sich dieser<br />
Trend noch verstärken. Gleichzeitig<br />
steigt das Bedürfnis nach Mobilität,<br />
welche mit verschiedensten<br />
Transportmöglichkeiten zu befriedigen<br />
versucht wird. Aus diesem<br />
Bedürfnis heraus entstanden unter<br />
anderem Carsharing <strong>Unter</strong>nehmen,<br />
welche die positiven Aspekte von<br />
Individualverkehr <strong>und</strong> öffentlichem<br />
Verkehr vereinen. Wir unsererseits<br />
fanden im Bereich Carsharing ein<br />
Anwendungsgebiet für ein LBS <strong>und</strong><br />
werden im Rahmen der Diplomarbeit<br />
ein Reservationssystem für<br />
Fahrzeuge entwickeln.<br />
Zielsetzungen<br />
Am Ende der Diplomarbeit wollen<br />
wir ein funktionsfähiges Reservationssystem<br />
haben. Das System soll<br />
eine Handy-Applikation beinhalten,<br />
mit welcher der Benutzer spontan<br />
<strong>und</strong> unkompliziert ein Fahrzeug reservieren<br />
kann. Da Handys mit integriertem<br />
GPS noch zu teuer <strong>und</strong> zu<br />
wenig verbreitet sind, entschieden<br />
wir uns für eine Zweikomponentenlösung.<br />
Handy <strong>und</strong> GPS-Empfän-<br />
– Location Based Car Sharing Reservation System<br />
Location Based Services / Prof. Rolf Gasenzer<br />
Experte: Dr. Andreas Spichiger<br />
ger befinden sich also in zwei verschiedenen<br />
Geräten. Sobald aber<br />
GPS-Handys eine genügend hohe<br />
Verbreitung besitzen, kann man die<br />
Applikation problemlos auf die neuen<br />
Bedürfnisse anpassen.<br />
Realisierung<br />
Das System besteht softwareseitig<br />
aus zwei Komponenten. Neben<br />
der Clientapplikation, welche die<br />
Schnittstelle zum Benutzer darstellt,<br />
existiert eine Serverapplikation, die<br />
mit der Datenbank kommuniziert.<br />
Der Client ist in J2ME geschrieben<br />
<strong>und</strong> läuft auf einem Javafähigen<br />
Handy (oder Smartphone). Mit<br />
einem User Interface kann der Benutzer<br />
mit dem System interagieren.<br />
Einerseits kümmert sich der Client<br />
um die Verbindung zum GPS-Emp-<br />
fänger <strong>und</strong> um die Aufbereitung der<br />
GPS-Daten <strong>und</strong> andererseits um<br />
die Verbindung zum Servlet mittels<br />
HTTP.<br />
Die Serverapplikation, welche in<br />
J2EE geschrieben wird, kümmert<br />
sich um die Auswertung <strong>und</strong> die<br />
Beantwortung der Client-Requests.<br />
Dies beinhaltet Folgendes: Queries<br />
erstellen, um notwendige Informationen<br />
aus der Datenbank zu lesen,<br />
Datensätze zusammenstellen <strong>und</strong><br />
zurück an den Client senden sowie<br />
bei eingehender Reservation die<br />
Datenbank updaten.<br />
In der MySQL – Datenbank befinden<br />
sich die Informationen aller Standorte<br />
mit den dazu gehörenden<br />
Koordinaten, die verfügbaren Autotypen,<br />
eine K<strong>und</strong>endatenbank<br />
sowie ein Reservationstabelle.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
Balmer Niklaus<br />
1981<br />
balmn@bfh.ch<br />
Bongard Joel<br />
1979<br />
bongj@gmx.ch<br />
Schmid Remo<br />
1981<br />
schmr1@bfh.ch<br />
0<br />
BI
BI<br />
Baumberger Daniel<br />
1981<br />
d.baumberger@bluewin.ch<br />
Huber Tomas<br />
1981<br />
tomas.huber@gmail.com<br />
Liechti Beat<br />
1981<br />
beat-liechti@bluewin.ch<br />
Scheidegger Joe<br />
1980<br />
0<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
joe.scheidegger@gmail.com<br />
MobAfNa – Mobile Application for Navision<br />
<strong>Unter</strong>nehmensführung / Prof. Urs Sauter<br />
Experte: Jäggi Thomas<br />
Die Firma Logico SA hat sich auf die Einführung des ERP-Systems „Microsoft Dynamics NAV“ spezialisiert.<br />
Die Projektplanung ist in diesem Bereich sehr anspruchsvoll. Die mit dem K<strong>und</strong>en definierten,<br />
zu realisierenden Aufgaben müssen aufgeteilt <strong>und</strong> auf verschiedene Mitarbeiter verteilt<br />
werden. Dabei müssen natürlich parallel laufende Projekte sowie die täglichen Arbeiten der Mitarbeiter<br />
berücksichtigt werden. Deshalb wurde in dieser Arbeit für die Firma Logico SA eine Projektplanungshilfe<br />
für ihr ERP-System “Microsoft Dynamics NAV” implementiert <strong>und</strong> in das von ihnen<br />
verwendete Workgroup-System “Consolidate” integriert.<br />
Ausgangslage<br />
Die Firma Logico benutzte bisher<br />
für die Projekt- <strong>und</strong> Mitarbeitereinsatzplanung<br />
die folgenden Applikationen:<br />
- Excel (grobe Projektplanung)<br />
- Consolidate (Terminplanung<br />
der Mitarbeitenden)<br />
- Navision (Leistungserfassung<br />
<strong>und</strong> Abrechnung)<br />
Die Daten mussten manuell in die 3<br />
Umgebungen eingegeben werden,<br />
was die laufende Aktualisierung der<br />
Daten erschwerte.<br />
Projektplanung<br />
Die implementierte Lösung vereinfacht<br />
die Planung jeder Projektphase<br />
erheblich. Phasen <strong>und</strong> die darin<br />
enthaltenen Aufgaben können in<br />
beliebig viele Teilaufgaben (Aktivitäten)<br />
aufgeteilt werden <strong>und</strong> je<br />
nach Wunsch wird die Fahrzeit für<br />
den Hin- <strong>und</strong> Rückweg mit einberechnet.<br />
Mit Hilfe der graphischen<br />
Planungshilfe Orderbase können<br />
diese Aktivitäten den Mitarbeitern<br />
zugewiesen werden. Dabei werden<br />
auch Abwesenheiten oder bereits<br />
fixierte Termine der Mitarbeitenden<br />
berücksichtigt.<br />
Synchronisation<br />
Um die Synchronisation der Planungsdaten<br />
zwischen “Microsoft<br />
Dynamics NAV” <strong>und</strong> „Consolidate“<br />
sicherzustellen, wurden entsprechende<br />
Import- <strong>und</strong> Exportfunktionen<br />
entwickelt. Sie basieren auf<br />
unserer generischen .NET Schnittstelle,<br />
mit deren Hilfe auf eine beliebige<br />
Tabelle von “Microsoft Dynamics<br />
NAV” zugegriffen werden<br />
kann. Diese Schnittstelle eignet<br />
sich deshalb auch für weitere Integrationen<br />
von Umsystemen.<br />
Mobile Application<br />
Ein weiteres Feature unserer Applikation<br />
ermöglicht die Erfassung<br />
der beim K<strong>und</strong>en geleistetenArbeit<br />
über ein Mobilfunkgerät. Dabei wird<br />
mit Hilfe eines Web Services auf die<br />
generische Schnittstelle zugegriffen,<br />
um die dem Mitarbeiter zugeteilten<br />
Systemübersicht<br />
Aktivitäten auf sein Gerät zu laden<br />
<strong>und</strong> von dort aus zu bestätigen.<br />
Fazit<br />
Mit den Funktionen, die in dieser Arbeit<br />
implementiert wurden, wird der<br />
Projektplanungsprozess wesentlich<br />
erleichtert <strong>und</strong> verbessert. Zudem<br />
ermöglicht das erweiterte Datenmodell<br />
eine genauere Auswertung<br />
von Projekten. Der geplante kann<br />
mit dem tatsächlich realisierten<br />
zeitlichen Aufwand verglichen werden.<br />
Somit können auch Lehren für<br />
zukünftige Projekte gezogen werden.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Active Cyber Defence: Botnet Research<br />
Network Security / Prof. Dr. Jean-Pierre Caillot, Adrian Gschwend<br />
Experte: Sean Boran, Swisscom Innovations<br />
During the last few years, online crime has evolved towards a big business for technically skilled<br />
criminals. Pharming, Phising, Spam, Coorporate espionage, ID theft or Denial-of-Service are just<br />
some of the bad guys “weapons”, which cost the global economy millions to billions per year. Independant<br />
experts as well as state organizations believe that most of these crimes are committed<br />
using botnets.<br />
Situation<br />
A botnet is a collection of computers<br />
infected by a bot (software robot).<br />
This bot ensures its controller<br />
full access to the infected machines.<br />
Today, botnets are regarded as one<br />
of the major threats to today’s IT infrastructure.<br />
Bot software, which allows<br />
attackers to compromise and<br />
control a large number of computers<br />
with a relatively low risk of being<br />
caught, has become a favourite tool<br />
of online criminals. Implementation<br />
of more sophisticated technologies,<br />
such as P2P or VoIP, into the bot<br />
software in conjunction with a diversification<br />
within the online crime<br />
scene makes it even harder for the<br />
authorities to stop these criminal<br />
gangs operating beyond national<br />
borders and thus making legal<br />
prosecution even more complicated.<br />
The latest half-yearly report<br />
by the Swiss Coordination Unit for<br />
Cybercrime Control (CYCO), published<br />
on 15th November, states<br />
that the threat posed by botnets<br />
may hit every company connected<br />
to the Internet, but also every private<br />
person surfing the Web.<br />
Procedure<br />
First of all we set up ‘honeypots’ for<br />
gathering network data generated<br />
by bots/botnets. A ‘honeypot’ is a<br />
special computer, configured to attract<br />
attackers and/or malware such<br />
as bots, viruses etc. Windows XP<br />
RC1 was used for the ‘honeypots’<br />
and we connected them via a dualhomed<br />
Linux box in bridge mode<br />
(no IP-Address) to the Internet. For<br />
acceleration of the data collection<br />
phase we used three ‘honeypot’<br />
architectures in total connected to<br />
different network segments and logging<br />
the entire network traffic. Several<br />
Open Source tools were used for<br />
the analysis of the collected data.<br />
Detailed results will be presented in<br />
a research report.<br />
Botnet architecture with dynamic IRC server mapping<br />
Conclusion<br />
Traditional anti-virus and other security<br />
products such as firewalls<br />
can only protect you against known<br />
and obsolete attacks, and not<br />
against new created ones, therefore<br />
new ways to defend against<br />
malware have to be fo<strong>und</strong> to make<br />
the World Wide Web a safer place<br />
for e-Commerce but also for private<br />
surfing.<br />
Acknowledgement<br />
This diploma thesis is the basic<br />
workpackage of a larger project at<br />
Swisscom Innovations in the field of<br />
Information Security towards finding<br />
ways of Active Defence against<br />
botnets.<br />
Project Homepage<br />
http://projects.hti.bfh.ch/botnet/<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
Baumgartner Pascal Sven<br />
1977<br />
pascalbaumgartner@gmail.com<br />
Hählen Damian<br />
1981<br />
damianamar@gmail.com<br />
Häusler Sandro<br />
1981<br />
sandro.haeusler@gmail.com<br />
0<br />
BI
BI<br />
Bernasconi Fabio<br />
1981<br />
fbern@gmx.net<br />
Müller Daniel<br />
1981<br />
06<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
strider@digitalstrider.com<br />
ShapeShifter - Tracing von handgezeichneten Primitiven<br />
Bildverarbeitung / Dr. Jacques Boillat<br />
Experte: Prof. Dr. Federico Flückiger<br />
Die Interaktion des Menschen mit dem Computer hat sich in den vergangenen Jahrzehnten zumindest<br />
für das breite Publikum nicht verändert. Noch immer sind Maus <strong>und</strong> Tastatur die meistbenutzten<br />
Eingabeinstrumente, um dem Computer ein Anliegen mitzuteilen. Diese Eingabegeräte sind<br />
aber auf den Computer abgestimmt, <strong>und</strong> nicht auf den Menschen. Im Gegensatz dazu werden die<br />
traditionellen Ausdrucksmittel des Menschen wie Stift <strong>und</strong> Papier (oder eine andere Zeichenfläche)<br />
heute beinahe nicht verwendet. Einzig als Eingabemedium von Personal Digital Assistants (PDA)<br />
wird der Stift benutzt - potentielle Nutzungsmöglichkeiten bleiben somit unerschlossen.<br />
Einführung<br />
Die tägliche Interaktion des Menschen<br />
mit dem Computer ist heute<br />
nahezu auf Maus <strong>und</strong> Tastatur<br />
beschränkt. Diese bezeichnet man<br />
als Onlinemedien, weil zu den Daten<br />
des Mediums auch die zeitliche<br />
Dimension analysiert werden kann.<br />
Im Gegensatz dazu werden Scanner,<br />
Digital-Kamera <strong>und</strong> ähnliche<br />
Eingabegeräte als Offlinemedien<br />
bezeichnet. Der Stift als Zeichen-<br />
<strong>und</strong> Schreibwerkzeug wird heute<br />
nur bei der interaktiven Benutzung<br />
des Computers eingesetzt, als Offlinemedium<br />
wird er kaum verwendet,<br />
obwohl er nebst den offensichtlichen<br />
Nachteilen auch einige<br />
Vorteile gegenüber der Onlinevariante<br />
aufweist (der Mensch ist nicht<br />
durch ein künstliches Eingabegerät<br />
eingeschränkt <strong>und</strong> die Eingabe<br />
muss nicht zum selben Zeitpunkt<br />
wie die Analyse stattfinden).<br />
Aufgabenstellung<br />
Die Analyse von Fotografien von<br />
Handzeichnungen <strong>und</strong> die nachträgliche<br />
Zuordnung der Elemente<br />
zu geometrischen Formen ist für<br />
den Computer eine schwierige Aufgabe.<br />
Im Gegensatz zum menschlichen<br />
Gehirn, das spezialisiert ist<br />
auf das Erkennen von Mustern<br />
<strong>und</strong> Ähnlichkeiten in der Sinneswahrnehmung,<br />
hat der Computer<br />
gr<strong>und</strong>sätzlich keine Möglichkeit<br />
Bildelemente zu erkennen <strong>und</strong> zu<br />
klassifizieren. In dieser Diplomarbeit<br />
wurden Möglichkeiten zur Bildanalyse<br />
von handgezeichneten Primitiven<br />
erarbeitet. Dabei wurden in<br />
den Eingabebildern geometrische<br />
Formen mittels bekannter Algorithmen<br />
gesucht <strong>und</strong> als bereinigte<br />
Vektordaten ausgegeben. Um die<br />
Problemstellung auf das Erkennen<br />
dieser Elemente einzuschränken,<br />
gelten die folgenden Anforderungen<br />
an die zu analysierenden Bilder:<br />
v.l.n.r.: originales Bild, Lokalisierung der Geraden, Eckpunktdetektion <strong>und</strong> endgültige Ausga-<br />
be (in Vektorform)<br />
- Auf der Fotografie befinden sich<br />
nur geometrische Formen,<br />
- der Hintergr<strong>und</strong> ist uniform <strong>und</strong><br />
- die Aufnahmen wurden im rechten<br />
Winkel zur Oberfläche aufgenommen.<br />
Ausblick<br />
Durch die Benutzung von Stift <strong>und</strong><br />
Papier (oder einer anderen Zeichenunterlage)<br />
als Offlinemedium<br />
eröffnen sich bisher ungenutzte<br />
Möglichkeiten zur Interaktion mit<br />
dem Computer. Denkbare Einsatzgebiete<br />
sind<br />
- das Überführen <strong>und</strong> Bereinigen<br />
von Skizzen <strong>und</strong> handgezeichneten<br />
Diagrammen in Vektordaten,<br />
- das Erkennen von gefälschten<br />
Kunstmalereien durch Analyse<br />
der Strichführung,<br />
- die Auswertung von Bildern in<br />
Maltherapien (Analyse von Farben<br />
<strong>und</strong> Formen) <strong>und</strong><br />
- die Übernahme von Skizzen,<br />
wie sie in Ingenieursberufen<br />
<strong>und</strong> beim wissenschaftlichen<br />
Arbeiten anfallen, in den Computer.<br />
Gr<strong>und</strong>sätzlich finden sich überall<br />
dort neue Möglichkeiten, wo der<br />
Mensch Skizzen nicht direkt am<br />
Computer erstellen will oder kann<br />
<strong>und</strong> diese später in digitaler Form<br />
vorhanden sein sollen.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Intelligent Puzzle Solver<br />
Bildverarbeitung & -analyse / Prof. Dr. Erich Badertscher, Prof. Dr. Peter Schwab<br />
Experte: Dr. Federico Flueckiger<br />
Ein Puzzle, dessen Teile auf einer ebenen <strong>Unter</strong>lage ausgebreitet sind <strong>und</strong> aus schiefer Richtung mit<br />
einer Digitalkamera aufgenommen werden, soll mit Hilfe eines Computer-Programms virtuell zusammengesetzt<br />
werden. Dabei sind verschiedene Probleme zu lösen. <strong>Unter</strong> anderem muss die Aufnahme<br />
entzerrt werden, die Teile müssen extrahiert <strong>und</strong> Kenngrössen errechnet werden. Der Computer<br />
kennt zudem das Bild nicht, hat also keine Anhaltspunkte, was das Sujet betrifft. Die Applikation wird<br />
vollständig in Java entwickelt <strong>und</strong> verwendet die Java Advanced Imaging (JAI) Library.<br />
Eine weisse, ebene Fläche wird<br />
zunächst mit einer auf einem Stativ<br />
<strong>stehen</strong>den Digitalkamera fotografiert.<br />
Dabei ist Voraussetzung,<br />
dass die Seitenlängen der Fläche<br />
bekannt <strong>und</strong> deren Rand deutlich,<br />
schwarz markiert ist. Dies ermöglicht<br />
später die Entzerrung.<br />
Nun werden die einzelnen Teile<br />
eines Puzzles auf derselben Fläche,<br />
bei gleicher Beleuchtung ausgelegt<br />
<strong>und</strong> es wird erneut ein Bild erstellt.<br />
Diese Bilder werden auf den Computer<br />
übertragen <strong>und</strong> die Verarbeitung<br />
kann beginnen.<br />
Zunächst wird anhand der leeren<br />
Fläche die Weisskorrektur berechnet<br />
<strong>und</strong> anschliessend das Bild mit<br />
den Puzzlesteinen entsprechend<br />
angepasst. Jetzt werden die einzelnen<br />
Puzzlesteine extrahiert. An-<br />
hand der bekannten Seitenverhältnisse<br />
der Auslegefläche kann nun<br />
eine Entzerrungsmatrix berechnet<br />
werden, welche die, durch den<br />
schrägen Aufnahmewinkel entstandene,<br />
Verzerrung korrigiert. Die<br />
trapezförmig erscheinende Aufnahmefläche<br />
wird also rechteckig.<br />
Zusätzlich muss eine Randkorrektur<br />
vorgenommen werden, bei der die<br />
“Dicke” des Puzzles “weggerechnet”<br />
wird (soweit dies mit nur einem Bild<br />
möglich ist).<br />
Nun werden die einzelnen Puzzlesteine<br />
analysiert <strong>und</strong> die Ecken<br />
ermittelt. Mit den Ecken sind dann<br />
gleichzeitig die Seiten eines Steins<br />
definiert. Jetzt können Kennwerte<br />
errechnet werden, um später zu<br />
wissen, welche Teile zusammenpassen.<br />
Der eindeutigste Kennwert<br />
Von der Aufnahme zum fertigen Puzzle<br />
ist, ob es sich um eine Ein- oder<br />
Ausbuchtung handelt. Daneben<br />
werden verschiedene Teilverhältnisse<br />
<strong>und</strong> Flächen berechnet. Auch<br />
die Farben werden mit einbezogen.<br />
Für jeden der Kennwerte wird eine<br />
Menge mit Puzzlesteinkandidaten<br />
gebildet. Aus den, aus der hervorgehenden<br />
Schnittmenge resultierenden,<br />
Kandidaten wird mit Hilfe<br />
eines weiteren Prüfverfahrens der<br />
im Vergleich zu einem Referenzteil<br />
am besten passende Puzzlestein<br />
ermittelt. Das Programm geht zunächst<br />
ähnlich vor wie ein Mensch<br />
<strong>und</strong> versucht, den Rand zusammenzusetzen.<br />
Ausgangs- <strong>und</strong><br />
Endbild können dann verwendet<br />
werden, um einem Menschen Anweisungen<br />
zu geben, wie das Puzzle<br />
zusammenzusetzen ist.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
Bhend Matthias<br />
1981<br />
079 208 66 19<br />
matthias.bhend@bluewin.ch<br />
Frey Roman<br />
1981<br />
079 512 26 11<br />
roman_frey@hispeed.ch<br />
Jaun Oliver<br />
1979<br />
076 317 33 77<br />
olijaun@yahoo.com<br />
07<br />
BE
BI<br />
Boder Gautier<br />
1985<br />
0796313354<br />
gboder@gmail.com<br />
Sahli Jan<br />
1980<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
jan@mechatronic.ch<br />
– Gestion Automatisée des Ressources Réseaux<br />
Network Design / Prof. Dr. Abdelatif Mokeddem<br />
Expert: Daniel Forchelet<br />
L’augmentation du flux de personnel implique que la maintenance des comptes utilisateurs des entreprises<br />
devient un point important de l’optimisation des coûts d’administration. Des solutions logicielles<br />
facilitant la gestion des employés doivent être utilisées. Le problème est de transposer les<br />
structures contenues dans celles-ci vers les autres services informatiques, comme l’annuaire LDAP<br />
ou le système de messagerie électronique.<br />
Le projet GARR offre une solution modulable et extensible, envisagée, par exemple, pour l’Université<br />
de Neuchâtel.<br />
Une université est l’exemple typique<br />
de grands mouvements de personnel<br />
et d’étudiants. Chaque rentrée<br />
scolaire enregistre l’inscription de<br />
nouveaux étudiants ou le retour de<br />
stage des étudiants déjà inscrits. Il<br />
faut pouvoir les intégrer dans leurs<br />
nouvelles filières avec tous les accès<br />
informatiques nécessaires pour<br />
leurs études. Outre l’échange d’emails,<br />
ils doivent pouvoir enregistrer<br />
leurs documents dans leur dossier<br />
personnel et accéder au réseau depuis<br />
l’extérieur de l’université. Toutes<br />
les informations les concernant<br />
sont générées à l’aide des applications<br />
métiers telles que SAP pour la<br />
gestion des employés et des collaborateurs<br />
et eAcademia pour les<br />
étudiants. Actuellement, l’université<br />
possède un programme responsable<br />
du transfert des comptes créés<br />
par les logiciels dédiés vers l’annuaire<br />
informatique et les différents<br />
serveurs concernés. Ce programme<br />
arrive en fin de vie technologique<br />
et n’est pas apte à évoluer facilement.<br />
Le projet GARR propose<br />
une solution. Tout en reprenant les<br />
anciennes demandes, ce nouvel<br />
outil doit permettre la compatibilité<br />
avec les nouveaux systèmes, tels<br />
que la téléphonie IP, sans nécessiter<br />
d’importantes modifications.<br />
Outre l’ajout facilité de nouvelles<br />
fonctionnalités, la nouvelle version<br />
de cet outil doit fournir une administration<br />
simplifiée. La solution retenue<br />
se décompose en deux parties<br />
distinctes, un service Windows<br />
(ADSynch) responsable de synchroniser<br />
les données et une interface<br />
web J2EE (Anra) responsable de<br />
l’administration. La liaison entre ces<br />
deux systèmes est assurée par une<br />
base de données contenant tout<br />
autant le résultat des activités de<br />
synchronisation que les confirmations<br />
des opérateurs, nécessaires à<br />
l’exécution de certaines tâches.<br />
Flux de données du projet GARR<br />
Les informations provenant des<br />
différentes applications métiers<br />
sont aussi contenues dans cette<br />
base de données. Préparées sous<br />
forme de tâches agissant sur des<br />
objets, par exemple utilisateurs ou<br />
groupes décrits par des propriétés,<br />
elles seront consommées par<br />
le service de synchronisation pour<br />
être transférées vers l’annuaire Active<br />
Directory, les serveurs de stockages<br />
Windows ou les serveurs de<br />
messageries Exchange.<br />
0 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
A CUPS Proxy Using ZeroConf<br />
Networking / Ing. Adrian Gschwend, Prof. Mohamed Mokdad<br />
Expert: Prof. Dr. Torsten Braun<br />
Printing solutions on Unix-like systems are often implemented using the Common Unix Printing<br />
System.<br />
In SOHO networks this solution works fine: the available printers are installed locally on each workstation<br />
or on a central CUPS server.<br />
In bigger and geographically delocalized networks this becomes a problem, since there is no standard<br />
way to automatically filter the resources based on the location of the client who in this case is<br />
fed with the whole list of printers.<br />
Our diploma work tries to address this kind of problems using a brand new protocol named Zero-<br />
Conf.<br />
ZeroConf is a protocol specification<br />
developed by the Internet Engineering<br />
Task Force (IETF) which deals<br />
with Link-Local services.<br />
It has three main requirements:<br />
allocate IP addresses without a<br />
DHCP server; translate between<br />
names and IP addresses without a<br />
name server; find services without<br />
a directory server. The latter - DNS<br />
Service Discovery - is of interest for<br />
us.<br />
Service discovery is done independently<br />
by the hosts involved, without<br />
the need for a centralized server.<br />
Hosts join a common Multicast<br />
group and exchange UDP packets<br />
containing discovering queries and<br />
publishing responses.<br />
This allows clients to self-identify<br />
each others’ services.<br />
Our objective was to develop a<br />
proxy server able to satisfy the following<br />
work flow:<br />
1. listen for incoming mDNS-SD<br />
(Multicast DNS Service Discovery)<br />
requests;<br />
2. physically localize the client basing<br />
on the switch through which<br />
the client transmits;<br />
3. retrieve the list of printers available<br />
in the client’s neighborhood;<br />
4. feed the client with the list of<br />
printers;<br />
5. let the client deal with the printers<br />
autonomously.<br />
These five interactions are shown in<br />
the figure as numbered arrows.<br />
Since workstations and printers<br />
are often separated on different<br />
subnetworks, the proxy server has<br />
been designed to support the listening<br />
on multiple physical and virtual<br />
interfaces.<br />
The location of the client is defined<br />
as the location of the switch into<br />
which the client is plugged. This<br />
information is stored in the switch<br />
configuration, which is read by connecting<br />
to it via SNMP.<br />
On the printers’ side, information<br />
about the location is available in the<br />
CUPS server, which stores it in a<br />
printer description field.<br />
Once the location of the client has<br />
been retrieved, the list of available<br />
printers is requested from the<br />
CUPS server via HTTP and filtered<br />
basing on the value of that description<br />
field.<br />
The matching printers are then<br />
sent to the client via Unicast using<br />
mDNS-SD query responses.<br />
The main advantages of this implementation<br />
are the reduced network<br />
traffic (since responses are sent<br />
Unicast) and the transparency from<br />
the client’s point of view, who only<br />
has to support ZeroConf, which is<br />
shipped by default with most modern<br />
operating systems.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
Cerutti Pietro<br />
1984<br />
079 / 359 03 15<br />
pietro.cerutti@gmail.com<br />
Lukombo Kiala<br />
1971<br />
078 / 806 58 90<br />
lukok@orangemail.ch<br />
09<br />
BI
BI<br />
Décosterd Gaël<br />
1985<br />
+41 79 390 50 62<br />
webmaster@nct2000.com<br />
Stettler Simon<br />
1980<br />
+41 76 399 12 21<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
simon.stettler@gmx.ch<br />
J D Switch Visualization System (J DSVS)<br />
Infographie, virtual reality lab. / Prof. Dr. Claude Schwab<br />
Expert M. Yves Petitpierre<br />
Ces dernières années, la représentation en D de scènes complexes ainsi que l’immersion D prennent<br />
une importance capitale dans beaucoup de domaines. Notre école est équipée de plusieurs des<br />
dernières technologies actuellement disponibles sur le marché. Malheureusement, il n’existe pas de<br />
framework écrit en java nous permettant d’exploiter correctement tout le matériel de façon simple et<br />
optimale. L’idée est donc de créer une application complète regroupant des classes utilitaires rédigées<br />
en java et donnant la possibilité de profiter au mieux de tout ce dont nous disposons.<br />
L’immersion 3D est utilisée dans<br />
énormément de domaines différents.<br />
Qu’elles soient médicales,<br />
scientifiques, à buts éducatifs ou<br />
simplement divertissantes, ce sont<br />
les simulations qui profitent au<br />
mieux de toutes les technologies<br />
relatives à la 3D. Les domaines<br />
traitant de la simulation ont un fort<br />
potentiel dans les années futures,<br />
c’est pourquoi l’école se met régulièrement<br />
à jour et propose une<br />
multitude de matériels à ses étudiants.<br />
Actuellement, dans l’école, il est<br />
possible de visualiser une scène<br />
3D de quatre façons différentes: un<br />
écran en 2D, shutter glasses (Nu-<br />
Vision), casque HMD (Head Mounted<br />
Display) et enfin le système<br />
CAVE (Cave Automatic Virtual Environment).<br />
Mise à part la vision sur<br />
écran, ce sont tous des systèmes<br />
d’affichage stéréoscopique: l’œil<br />
gauche reçoit une image différente<br />
de l’œil droit.<br />
Chacune de ces technologies d’affichage<br />
requiert ses propres classes<br />
Java de façon à pouvoir afficher<br />
correctement une scène 3D. Un<br />
des buts de J3D Switch Visualization<br />
System est donc de développer<br />
et regrouper les classes d’affichage<br />
de toutes ces technologies et de<br />
donner la possibilité à un utilisateur<br />
de changer le type d’affichage de<br />
sa scène d’un seul clic de souris sur<br />
une GUI (Graphical User Interface).<br />
J3D Switch Visualization System<br />
propose aussi un framework complet<br />
permettant d’utiliser très facilement<br />
et de façon optimale deux<br />
gants d’acquisition de données<br />
et trois trackers de mouvements<br />
(6 degrés de liberté). Il gère aussi<br />
entièrement l’affichage d’une main<br />
en 3D réagissant aux mouvements<br />
des doigts ainsi que l’affichage et la<br />
gestion d’un menu en 3D utilisable<br />
directement avec les gants.<br />
Architecture de J3D Switch Visualization System<br />
L’application a été développée dans<br />
le but de simplifier au maximum la<br />
vie des futurs programmeurs. En<br />
guise d’exemple, trois applications<br />
ont été développées. Parmi cellesci,<br />
on trouve une simulation de jeu<br />
de fléchettes où il est possible de<br />
saisir une fléchette au moyen des<br />
gants d’acquisition de données et<br />
de la lancer sur une cible dans un<br />
bar.<br />
0 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Fightclubgame – Ein Internet Strategiespiel<br />
Künstliche Intelligenz / Prof. Dr. Bernhard Anrig, Prof. Dr. Jürgen Eckerle<br />
Experte: Han van der Kleij<br />
fightclubgame wurde als Strategiespiel im Internet entwickelt. Es ist im Wesentlichen eine Adaption<br />
des bekannten Fussballstrategiespieles “Hattrick” auf das Boxen. In fightclubgame muss man als<br />
Boxmanager Erfolge mit seinen Boxern erzielen. Eine Spielengine berechnet Sieg, Niederlage <strong>und</strong><br />
die aktualisierte Rangliste der Boxer. Auch virtuelle Boxmanager nehmen am Spiel teil. Um deren<br />
Spielverhalten zu Veranschaulichen können Simulationen von fightclubgame durchgeführt werden,<br />
in denen nur virtuelle Boxmanager gegeneinander spielen.<br />
Architektur fighclubgame<br />
fightclubgame ist ein Internetstrategiespiel,<br />
bei dem Spieler als Boxmanager<br />
versuchen, für ihre Boxer<br />
möglichst ideale Matchpaarungen<br />
gegen fremde Boxer zu vereinbaren.<br />
Die Matche werden von einer<br />
Gameengine durchgeführt. Während<br />
dem Match wird ein Matchbericht<br />
ausgegeben. Resultate<br />
werden auf Gr<strong>und</strong> der Fähigkeiten<br />
der Boxer, der Tagesform, der Matcherfahrung,<br />
einer Prise Zufall <strong>und</strong><br />
weiteren Faktoren entschieden.<br />
Nach den Matchveranstaltungen,<br />
die einmal pro Spielperiode stattfinden,<br />
werden die Ranglisten von<br />
Boxer <strong>und</strong> Boxmanager aktualisiert.<br />
Nach einem Match erhält ein Boxer<br />
aufgr<strong>und</strong> seiner Leistungen eine<br />
Verbesserung bestimmter Fähigkeiten<br />
(Trainingseffekt).<br />
Neben den realen Boxmanagern<br />
(Benutzern) existieren auch virtuelle<br />
Boxmanager. Diese werden durch<br />
einen Spielagenten bedient. Die virtuellen<br />
Boxmanager verhalten sich<br />
wie Benutzer <strong>und</strong> haben verschiedene<br />
Charaktere, die ein Benutzer<br />
haben kann (risikofreudiger Spieler,<br />
ambitionierter Spieler usw.). Sie fordern<br />
andere Boxmanager heraus,<br />
nehmen gute Forderungen an, lehnen<br />
schlechte ab usw. Einerseits<br />
kann mit virtuellen Boxmanagern<br />
gewährleistet werden, dass reale<br />
Boxmanager schon am Anfang<br />
gegen eine grosse Anzahl Gegner<br />
antreten können, anderseits<br />
können mit den virtuellen Boxmanagern<br />
Simulationen durchgeführt<br />
<strong>und</strong> Auswertungen bezüglich der<br />
Gameengine sowie der Güte der<br />
Algorithmen unseres Spielagenten<br />
gemacht werden.<br />
Die Spielplattform besteht aus einer<br />
Client-Server Architektur. Für die<br />
Benutzer steht eine Webapplikation<br />
zur Verfügung. Der Administrator<br />
kann via Webapplikation das Spiel<br />
<strong>und</strong> die virtuellen Boxmanager konfigurieren,<br />
Auswertungen vornehmen<br />
<strong>und</strong> Simulationen durchführen.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
Friedli Dominique<br />
079 262 93 61<br />
f_dominique@bluewin.ch<br />
Seiler Patric<br />
079 822 60 28<br />
patric.seiler@hotmail.com<br />
BE
BE<br />
Friedli Sven<br />
1982<br />
Moor Irene<br />
1978<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
intellihelp – A Collaboration Integration<br />
eBusiness / Prof. Rolf Jufer, mimacom ag<br />
Experte: Dr. René Bach<br />
Als Applikationsanwender kommt es immer wieder vor, dass man zu einer bestimmten Anwendung<br />
Hilfe benötigt. Praktisch jede Applikation bietet eine Direkthilfe an. Doch leider findet man in diesen<br />
Direkthilfen nicht immer gerade die Lösung zu dem Problem, da sie auf einer einseitigen Kommunikation<br />
beruht. Die Benutzer können meistens nur in fix vorgegebenen Rahmen Informationen zu den<br />
einzelnen Themen abholen. Weitere Fragen einbringen oder be<strong>stehen</strong>de Themen erweitern können<br />
sie jedoch nicht.<br />
intellihelp wirkt dem entgegen, indem es diverse Collaboration-Elemente zu einem Hilfesystem vereint.<br />
edoras® ist ein J2EE Framework der<br />
Firma mimacom, welches be<strong>stehen</strong>de<br />
Open-Source Frameworks<br />
vernetzt, integriert <strong>und</strong> abstrahiert,<br />
um eine komplette Implementation<br />
Suite zur Verfügung zu stellen.<br />
Die Implementation Suite ist modular<br />
aufgebaut <strong>und</strong> beruht auf einem<br />
Core-Modul, welches eine Basis<br />
für alle Projekte <strong>und</strong> Produkte darstellt.<br />
Darauf aufbauend sind die<br />
drei Module Business Intelligence,<br />
Web-Application <strong>und</strong> Rich-Client,<br />
welche direkt miteinander vernetzt<br />
einsetzbar sind.<br />
edoras® beinhaltet zusätzlich diverse<br />
Standard Komponenten wie<br />
eine Workflow Engine, ein Ressourcen<br />
Management System, ein<br />
Taskmanagement, ein Trouble Ticket<br />
System, usw. welche bei den<br />
Entwicklungen integriert werden<br />
können.<br />
In dieser Diplomarbeit wird mit intellihelp<br />
der Gr<strong>und</strong>stein für eine weitere<br />
solche Standard Komponente<br />
gelegt, welche diverse Collaboration-Elemente<br />
zusammenfasst.<br />
In diesem “intelligenten Hilfesystem”<br />
können Applikationsbenutzer<br />
mittels Messenger Fragen an<br />
eine bestimmte Personen oder<br />
Gruppen stellen. Das Forum ermöglicht<br />
das öffentliche Plazieren<br />
von Informationen <strong>und</strong> Fragen an<br />
die Applikationsgemeinschaft. Die<br />
FAQ Datenbank (Frequently Asked<br />
Questions) ermöglicht einem Applikationsadministrator<br />
das Publizieren<br />
von häufig auftretenden Fragen<br />
<strong>und</strong> den dazugehörigen Antworten.<br />
Somit können andere Applikationsbenutzer<br />
diese einsehen.<br />
Eine weitere wichtige Komponente<br />
ist die Suchfunktionalität. Diese<br />
ermöglicht dem Benutzer eine indexierte<br />
Suche über die FAQ <strong>und</strong><br />
Forumseinträge,<br />
damit er einfacher<br />
an die benötigte<br />
Information gelangen<br />
kann.<br />
Collaboration Komponente Messenger<br />
intellihelp wurde auf der Rich-Client-<br />
Umgebung von edoras® entwickelt.<br />
Server <strong>und</strong> Client Implementation<br />
werden strikt voneinander getrennt.<br />
Die Entitäten werden im Meta-Model<br />
<strong>und</strong> die Funktionen im Business-<br />
Model von edoras® abgebildet <strong>und</strong><br />
implementiert. Die Kommunikation<br />
wird über den Business-Delegate<br />
bzw. die Session-Facade gekapselt.<br />
Dieser Aufbau ermöglicht einerseits,<br />
dass alle entwickelten Elemente<br />
einzeln in edoras® Applikationen<br />
integriert werden können. Andererseits<br />
ermöglicht er auch, dass die<br />
Komponenten zu einem späteren<br />
Zeitpunkt für die Web-Plattform implementiert<br />
werden können<br />
2 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
joBroker – Gelegenheitsjobvermittlungsplattform<br />
.NET Programming / Prof. Marcel Pfahrer<br />
Experte: Andreas Dürsteler<br />
Eine Jobvermittlungsplattform ist eigentlich nichts Neues. Was bis anhin fehlt, ist die Möglichkeit,<br />
Gelegenheitsjobs bequem von zu Hause aus über das Internet zu buchen. Dabei geht es um Gelegenheitsjobs<br />
von kurzer Dauer, wie z.B. Musterprodukte in einem Bahnhofsgelände zu verteilen<br />
oder die Möglichkeit, sich als Barkeeper an einem Event zu engagieren. Mit dem joBroker Portal<br />
wird genau diese Zielgruppe angesprochen. Anbietern von Jobs <strong>und</strong> Jobsuchenden soll auf einfache<br />
Weise zu einem Arbeitsverhältnis verholfen werden.<br />
joBroker.ch ist ein Webportal, das in ASP.NET realisiert ist <strong>und</strong> Daten via ADO.NET in einer Microsoft<br />
SQL Datenbank verwaltet.<br />
Im Rahmen der Diplomarbeit wurde<br />
eine Web-Applikation erstellt,<br />
welche es Arbeitssuchenden <strong>und</strong><br />
Arbeitsanbietenden erlaubt, nur<br />
mittels Interaktion per Internet zu<br />
“Vertragsabschlüssen” zu kommen.<br />
Das Stöbern nach Jobangeboten<br />
steht jedem offen. Möchte sich jemand<br />
jedoch auf einen Job bewerben,<br />
muss er sich registrieren. Über<br />
die Registrierung erhalten die K<strong>und</strong>en<br />
Zutritt zum System <strong>und</strong> können<br />
dort ihre Daten hinterlegen. Der Suchende<br />
kann sich direkt auf einen<br />
Job bewerben, nachdem er alle<br />
nötigen Daten erfasst hat. Gleichzeitig<br />
erhält der Anbieter der Arbeit<br />
joBroker-Suchfunktion<br />
eine E-Mail, welche ihm signalisiert,<br />
dass eine Bewerbung eingetroffen<br />
ist. In seinem Bewerbungsordner<br />
findet er diese Bewerbung wieder<br />
<strong>und</strong> kann sie ablehnen oder annehmen.<br />
Durch die Rückbestätigung<br />
im Erfolgsfall kommt durch stilles<br />
Einvernehmen ein Arbeitsvertrag<br />
zu Stande. Über den Verlauf des<br />
Arbeitsverhältnisses kann der Arbeitgeber<br />
dem Mitarbeiter am Ende<br />
ein Zeugnis ausstellen, welches<br />
dieser ablehnen oder annehmen<br />
kann. Angenommene Zeugnisse<br />
werden öffentlich, so dass sich andere<br />
Anbieter über die Qualitäten<br />
eines Jobsuchenden ein Bild ma-<br />
chen können. Somit kommen eifrige<br />
K<strong>und</strong>en schneller zu neuen<br />
Abschlüssen <strong>und</strong> Anbieter finden<br />
schneller eine passende Arbeitskraft.<br />
Weiter ist es auch möglich,<br />
den Bewerbungen div. <strong>Unter</strong>lagen<br />
wie Lebenslauf, Zeugnisse, Fahrerlaubnis<br />
etc. durch Upload von Dateien<br />
beizulegen, wo dies verlangt<br />
oder sinnvoll ist. Bei Jobs, die nach<br />
schriftlichen Verträgen verlangen,<br />
können die Arbeitsverträge als PDF-<br />
Dokumente ausgedruckt, unterschrieben<br />
<strong>und</strong> auf dem herkömmlichen<br />
Weg versandt werden. Es ist<br />
also auch möglich, ein Jobangebot,<br />
welches über die “Gartenhilfe” hinausgeht,<br />
in joBroker zu integrieren.<br />
Zum Aufbau dieser Applikation wurden<br />
neue Möglichkeiten im Microsoft-Umfeld<br />
integriert. Zum Beispiel<br />
wird bei der Adresserfassung <strong>und</strong><br />
bei Popups von Informationsbeschreibungen<br />
auf Ajax-Technologie<br />
zurückgegriffen (u.a. schnelle Autovervollständigung<br />
als Eingabehilfe).<br />
Zudem wurden die Möglichkeiten<br />
genutzt, in der Datenbank XML-<br />
Strukturen abzulegen <strong>und</strong> aus diesen<br />
gezielt Daten auszulesen. Reports<br />
werden anhand der Crystal<br />
Reports Engine eingeb<strong>und</strong>en <strong>und</strong><br />
zur Verfügung gestellt.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
Gattlen Leander<br />
1966<br />
leander.gattlen@bkw-fmb.ch<br />
Link Oliver<br />
1978<br />
oliver.link@xmedia.ch<br />
Scheidegger Thomas<br />
1978<br />
tscheidegger@corex.ch<br />
BE
BE<br />
Gerber Jürg<br />
1981<br />
root@juere.net<br />
Siegenthaler Martin<br />
1973<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
sigicom@bluewin.ch<br />
VBI2WEB ist ein Softwaresystem, welches die Daten, die in der Austastlücke des Fernsehbildes übertragen<br />
werden, verarbeitet <strong>und</strong> mittels Web-Technologien dem Benutzer zur Verfügung stellt.<br />
Das System bietet Funktionalität zum Betrachten von Electronic Program Guide (EPG) <strong>und</strong> Teletext Informationen.<br />
Die in dieser Arbeit erstellte Weboberfläche für EPG erlaubt es einem Benutzer eines Intranets/privaten<br />
Netzwerks, sich über die aktuellen/vergangenen Fernsehsendungen zu informieren.<br />
Mit einem Java Applet können rasch News, wie zum Beispiel Wetterdaten oder Sportergebnisse aus<br />
dem Teletext angezeigt werden. Im Teletext werden die wichtigsten Informationen in kompakter Form<br />
angeboten.<br />
Diese Diplomarbeit besteht aus folgenden<br />
Hauptkomponenten:<br />
− VBI Server<br />
− SOAP Teletext Client<br />
− EPG Web Applikation<br />
Im VBI Server ist eine handelsübliche<br />
TV Capture Card eingebaut,<br />
die das TV Signal empfangen kann.<br />
Sie wird mit der ZVBI Library über<br />
einen OS Treiber angesteuert.<br />
Die vbicap C-Applikation beinhaltet<br />
einen Teil zum Verarbeiten der<br />
Teletext-Pakete <strong>und</strong> einen zweiten<br />
Teil, um die EPG Daten zu decodieren.<br />
Für die Decodierung der EPG<br />
Daten wurden Elemente des Open<br />
Source Projekts nxtvepg einbezogen.<br />
Alle aufgezeichneten Daten<br />
werden in einer relationalen Datenbank<br />
gespeichert. So können die<br />
Web Services die Daten aus der relationalen<br />
Datenbank beziehen <strong>und</strong><br />
Vertical Blanking Interval to WEB<br />
Fernsehtechnik, Softwareentwicklung / Prof. Rolf Lanz, Prof. Hansjürg Wenger<br />
Experte: Jean-Jacques Jaquier<br />
diese über SOAP zur Verfügung<br />
stellen.<br />
In unserer Diplomarbeit wurden<br />
die Komponenten VBI Server, Web<br />
Services, Web Service Client <strong>und</strong><br />
Web Server für EPG auf einem physikalischen<br />
Server installiert. Da die<br />
EPG Web Applikation mit dem VBI<br />
Server über eine SOAP Schnittstelle<br />
kommuniziert, kann der Web<br />
Server auch auf einem zweiten physischen<br />
Server installiert werden.<br />
Zur Darstellung der EPG Daten wurde<br />
eine Web Applikation erstellt. Für<br />
die Anzeige der TTX Daten wurde<br />
das be<strong>stehen</strong>de Applet der Diplomarbeit<br />
“Neuer Teletext-Client<br />
B34.08” verwendet <strong>und</strong> um die<br />
Funktionalität eines SOAP Clients<br />
erweitert.<br />
Da die Daten über einen herkömmlichen<br />
Fernsehanschluss übermit-<br />
telt werden, kann das System in<br />
einem Netzwerk ohne Internetzugang<br />
ebenfalls betrieben werden.<br />
Unser System bietet auch einen<br />
Client an, der die Betrachtung<br />
der EPG Daten auf mobilen Endgeräten<br />
mit Internetzugang, zum<br />
Beispiel einem Handy, ermöglicht.<br />
Hierzu wird eine Authentifizierung<br />
des Benutzers durchgeführt. Das<br />
System ist so gebaut, dass es die<br />
Fernprogrammierung eines Video<br />
Recorders ermöglicht. Die EPG Daten<br />
können auch als Datenquelle für<br />
einen Personal Video Recorder verwendet<br />
werden.<br />
VBI2WEB verwendet Open Source<br />
Software <strong>und</strong> wird selbst auch als<br />
solche zur Verfügung gestellt.<br />
Internetseite zu dieser Diplomarbeit:<br />
http://vbi2web.webhop.net/<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Software Engineering / Dr. Joachim Fulde<br />
Experte: Prof. Dr. Torsten Braun<br />
Die moderne Gesellschaft braucht vermehrt Geoinformationen zur räumlichen Verortung, denn<br />
jedes Mitglied muss sich immer über seinen individuellen Standort bewusst sein. Dabei kommen<br />
Geoinformationssysteme heute in den verschiedensten Disziplinen zum Einsatz, wobei die benötigten<br />
Daten in steigendem Mass über das Internet ausgetauscht <strong>und</strong> vertrieben werden. Entwicklungen<br />
wie GSM/GPRS, UMTS, <strong>und</strong> WLAN sowie von entsprechenden Endgeräten wie PDAs oder<br />
Smartphones ermöglichen heute auch die Nutzung des Internets durch mobile Geodaten-Anwender.<br />
Durch die Anwendung von Geodaten-Standards ist es für mobile Nutzer möglich, auch im Felde mit<br />
den erwähnten Technologien auf Geodaten-Server zuzugreifen.<br />
Das neue Topografische Landschaftsmodell<br />
(TLM) von swisstopo<br />
wird in Zukunft beim Auftraggeber<br />
eine zentrale Rolle im Bereich der<br />
Geodaten einnehmen. Dabei sollen<br />
sowohl Geografische Informationssysteme<br />
(GIS), Web Applikationen<br />
<strong>und</strong> Mobile Applikationen auf<br />
denselben Geodaten basieren.<br />
Die <strong>Unter</strong>suchung der Möglichkeiten<br />
<strong>und</strong> die Entwicklung einer Applikation<br />
zur Online-Nutzung der datenbankbasierten<br />
Geodaten im<br />
Bereich Mobile (PDA) wurde als<br />
– Mobile Nutzung von Geodaten<br />
Forschungsauftrag für diese Diplomarbeit<br />
vom Auftraggeber erteilt. Die<br />
gemeinsame mobile Verwendung<br />
der gleichen Geodatenbasis <strong>und</strong> die<br />
Nutzung der vollen Information auf<br />
dem PDA ist dabei eine Innovation.<br />
Ziel dieser Diplomarbeit ist das Erstellen<br />
eines Detailkonzeptes <strong>und</strong><br />
die Realisierung einer Applikation,<br />
welche die Daten des Topografischen<br />
Landschaftsmodells (TLM)<br />
oder anderer entsprechender datenbankorientierten<br />
Geodaten für<br />
mobile Geräte (PDA) online verfügbar,<br />
darstellbar <strong>und</strong> editierbar<br />
macht. Die Möglichkeiten der Datenspeicherung<br />
sind abzuklären <strong>und</strong><br />
zu definieren.<br />
Die Architektur entspricht dem Client<br />
Server Prinzip <strong>und</strong> unterstützt<br />
heute gängige PDAs. Eine Voraussetzung<br />
ist, dass das Gerät Java-<br />
Applikationen mit einer Java Virtual<br />
Machine (JVM) ausführen kann, welche<br />
den Standard Personal Profile<br />
1.0 (PP) unterstützt <strong>und</strong> über<br />
Bluetooth oder eine serielle Schnittstelle<br />
auf einen GPS-Empfänger zugreifen<br />
kann.<br />
Anhand der GPS-Positionierung<br />
wird eine Online-Datenabfrage gemacht,<br />
anschliessend werden die<br />
Geodaten visualisiert, modifiziert<br />
oder ergänzt <strong>und</strong> können wieder an<br />
den GEOBILITY-Server gesendet<br />
werden. Die Kommunikation der<br />
Highlevel Protokolle (SOAP) erfolgt<br />
auf dem Transportprotokoll TCP/IP.<br />
Für den GEOBILITY-Server werden<br />
verschiedenste Open Source<br />
Produkte eingesetzt. Die Geodaten<br />
werden mit einem DBMS gespeichert,<br />
verwaltet, aktualisiert <strong>und</strong><br />
über Geodatenaustauschformate<br />
importiert <strong>und</strong> exportiert.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
Gfeller Heinz<br />
1969<br />
heinzgfeller@bluewin.ch<br />
Scheidegger Marc<br />
1978<br />
marc.scheidegger@gmx.ch<br />
BE
BI<br />
Graber Johnny<br />
1982<br />
johnny.graber@gmail.com<br />
Müdespacher Andreas<br />
1980<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
muedespacher@web.de<br />
AtaraxiS – Security Tool für USB-Sticks<br />
Java Security / Prof. Jean-Paul Dubois, Prof. Claude Fuhrer<br />
Experte: Pierre-Yves Voirol<br />
Die Speicherkapazität von USB-Sticks wächst rasant <strong>und</strong> die Preise sinken stetig. Dies führt dazu,<br />
dass immer mehr Leute ihre Dateien darauf abspeichern <strong>und</strong> transportieren. Doch was passiert,<br />
wenn man seinen USB-Stick verliert? Neben der Hardware sind auch die Daten weg. Je wichtiger<br />
<strong>und</strong> sensibler diese sind, desto grösser wird die Ungewissheit, was mit ihnen passiert. Werden sie<br />
nur gelöscht oder gar detailliert untersucht?<br />
Quälende Fragen, die sich nicht stellen würden, hätte man seine Daten verschlüsselt auf dem USB-<br />
Stick abgelegt.<br />
Als Anwender steht man aber vor<br />
dem Problem, womit man seine<br />
Daten verschlüsseln soll. Bisher erhältliche<br />
Programme sind an spezifische<br />
USB-Sticks geb<strong>und</strong>en, laufen<br />
nur auf einem Betriebssystem oder<br />
benötigen zusätzliche Software,<br />
die auf jedem PC installiert sein<br />
muss, bevor man die Verschlüsselung<br />
nutzen kann. Hat man sich für<br />
eine Lösung entschieden <strong>und</strong> muss<br />
danach den USB-Stick wechseln,<br />
beginnt die Suche von neuem.<br />
Mit der Diplomarbeit AtaraxiS wollen<br />
wir diese Situation verbessern.<br />
AtaraxiS funktioniert unabhängig<br />
von Betriebssystemen <strong>und</strong> erfordert<br />
neben Java keine zusätzliche<br />
Software ausserhalb des USB-<br />
Sticks. Unsere Lösung läuft nicht<br />
nur auf jedem beliebigen USB-Stick,<br />
sondern auch überall dort, wo man<br />
Daten abspeichern <strong>und</strong> ausführen<br />
kann.<br />
Verschlüsselung<br />
Um die Daten sicher <strong>und</strong> schnell<br />
zu verschlüsseln, setzt Ataraxis auf<br />
AES (American Encryption Standard)<br />
<strong>und</strong> verwendet einen 256-Bit<br />
Schlüssel. Neben einzelnen Dateien<br />
können auch ganze Verzeichnisse<br />
ver- <strong>und</strong> entschlüsselt werden.<br />
Datenschredder<br />
Löscht man seine Dateien über die<br />
entsprechende Funktion des Betriebssystems,<br />
können diese leicht<br />
wieder hergestellt werden. Mit unserem<br />
Datenschredder werden die<br />
Daten während dem Löschvorgang<br />
mehrmals überschrieben <strong>und</strong> verhindern<br />
so die Wiederherstellung.<br />
Einfache <strong>und</strong> sichere Verschlüsselung von Daten AtaraxiS bringt Ordnung ins Passwort Chaos<br />
Passwort-Verwaltung<br />
Zur weiteren Erhöhung des Nutzens<br />
bietet AtaraxiS eine integrierte<br />
Passwort-Verwaltung. Zu jedem<br />
Eintrag können neben den gr<strong>und</strong>legenden<br />
Informationen wie Benutzername<br />
<strong>und</strong> Passwort weitere<br />
Angaben erfasst werden. Um wirklich<br />
sichere Passwörter zu verwenden<br />
bietet AtaraxiS ebenfalls einen<br />
Passwort-Generator an.<br />
Neben diesen Funktionen zur Erhöhung<br />
der Sicherheit bietet AtaraxiS<br />
auch für die Benutzerführung einiges.<br />
Die Applikation ist erweiterbar<br />
<strong>und</strong> mehrsprachig. In der Diplomarbeit<br />
wurden die Sprachen<br />
Deutsch, Französisch <strong>und</strong> Englisch<br />
integriert.<br />
6 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
LearnCards Extended – Lernen mittels Handy <strong>und</strong> Internet<br />
Mobile Learning – Mobile Commerce / Prof. Rolf Gasenzer<br />
Experte: Prof. Dr. Trosten Braun<br />
Die Idee von LearnCards besteht darin, eine mobile Lernplattform nach dem Karteikastenprinzip<br />
zu ermöglichen. Dies hat sich als nützlich erwiesen, insbesondere<br />
für Anwender, welche bestimmte Lerninhalte «auswendig» lernen müssen. Oft sind es jugendliche<br />
Schüler <strong>und</strong> Studierende, welche Sprachen lernen. Sowohl mit dem Handy als auch mittels Internet<br />
soll der Benutzer auf diese interaktive Art lernen können. Dabei soll auch der Spass am Lernen nicht<br />
zu kurz kommen.<br />
Das Ziel dieser Diplomarbeit ist die spezifische Weiterentwicklung des von uns bereits im Jahre<br />
200 in einer ersten Version erstellten Systems. Dabei wurde insbesondere Fragestellungen r<strong>und</strong><br />
um Benutzerfre<strong>und</strong>lichkeit angegangen <strong>und</strong> entsprechende Lösungen implementiert.<br />
Vom Bedürfnis …<br />
Die Geschäfts-Idee von LearnCards<br />
basiert auf einem Bedürfnis, das<br />
viele von uns kennen: Dass man<br />
“Leer- <strong>und</strong> Wartezeiten” überall <strong>und</strong><br />
jederzeit dazu nutzen möchte, um<br />
zu lernen <strong>und</strong> Gelerntes einzuüben.<br />
Das Karteikasten-Prinzip scheint<br />
ein erfolgreicher Ansatz zu sein.<br />
Doch hat man seine Karteien nicht<br />
immer dabei <strong>und</strong> kann somit nicht<br />
immer spontan lernen.<br />
… zur Idee<br />
Die ursprüngliche Idee war, das<br />
Prinzip der Lernkarten mit einer<br />
Lernkartei als Anwendung auf dem<br />
Handy verfügbar zu machen.<br />
Dies würde ermöglichen, dass man<br />
immer <strong>und</strong> überall, Teilgebiete aus<br />
der Welt der Sprachen, Geschichte,<br />
Geographie <strong>und</strong> anderes mehr<br />
erschliessen kann, um “unterwegs”<br />
zu lernen.<br />
… <strong>und</strong> zur Realisierung<br />
Bereits für die Entwicklung der<br />
ersten Version von LearnCards im<br />
Jahre 2003 (welche übrigens im<br />
Rahmen des Studentenwettbewerbs<br />
Logiquest entwickelt wurde<br />
<strong>und</strong> dabei den 1. Preis gewonnen<br />
hat), wurde die J2ME Technologie<br />
verwendet. Der Vorteil von Java<br />
ist (gemäss dem Slogan von Sun<br />
Microsystems): “Write once, run<br />
everywhere”.<br />
Daraus ergibt sich als Voraussetzung,<br />
dass das mobile Endgerät<br />
J2ME unterstützt. Dies ist heutzutage<br />
bei den meisten Mobiltelefonen<br />
bereits gegeben. Damit man mit<br />
LearnCards “online” (über Internet)<br />
lernen kann, muss auf dem Browser<br />
“Java-Plugin” vorhanden sein.<br />
Der Datenaustausch zwischen dem<br />
Server <strong>und</strong> dem Mobile Client ist über<br />
die paketvermittelten Mobilfunkdatenkommunikationsstandards<br />
(GPRS /<br />
EDGE / UMTS / HSDPA) möglich.<br />
Daten werden aus der LearnContent-Datenbank<br />
in XML gepackt <strong>und</strong><br />
an den Client geschickt. Die gleiche<br />
Technologie wird bei der Browser-Version<br />
verwendet, was ortsunabhängiges<br />
Lernen ermöglicht.<br />
Mehr Informationen auf<br />
www.LearnCards.ch<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
Grigoryan Gevorg<br />
1979<br />
0786349641<br />
gg@LearnCards.ch<br />
7<br />
BE
BI<br />
Grossenbacher Michael<br />
1983<br />
079 756 15 51<br />
michael.gossenbacher@<br />
gmail.com<br />
Johner Hanspeter<br />
1981<br />
079 623 32 79<br />
h.johner@gmail.com<br />
Laubscher Fabienne<br />
1979<br />
079 672 43 24<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
f.laubscher@gmail.com<br />
Visualisierung von Datenrelationen in einer Datenbank<br />
Datenbankapplikation / Prof. Rolf Jufer, Prof. Claude Fuhrer<br />
Experte: Thomas Jäggi, exITed Consulting AG, Bern<br />
<strong>Unter</strong>nehmen <strong>stehen</strong> immer mehr unter Druck, ihre IT-Ausgaben zu senken <strong>und</strong> gleichzeitig die Leistung<br />
der IT zu verbessern. Um diese mittlerweile sogar unternehmenskritischen Ziele zu erreichen,<br />
ist eine umfassende Inventarisierung aller IT Assets unerlässlich. Das reine Erfassen aller IT-Komponenten<br />
reicht jedoch nicht aus. Die Daten müssen vielmehr allen betroffenen Bereichen wie IT Service,<br />
Support, Finanzabteilung <strong>und</strong> Management zur Verfügung <strong>stehen</strong> <strong>und</strong> in Relation zueinander<br />
gebracht werden. Die Standardsoftware Peregrine AssetCenter bietet diesbezüglich umfangreiche<br />
Funktionen an, jedoch fehlt bislang eine Visualisierung von Entitäten <strong>und</strong> ihren Beziehungen. Der<br />
Java WebStart Client ’DaVis’ hilft den Benutzern, ein Verständnis für Abhängigkeiten von Elementen<br />
aufzubauen.<br />
Visuelle Kommunikation<br />
Durch den technologischen Fortschritt<br />
im Bereich der Bildkommunikation<br />
spricht man heute, fünfh<strong>und</strong>ert<br />
Jahre nach Gutenberg, zu<br />
Recht von einer ’visuellen Zeitwende’.<br />
Dieser Entwicklung folgend, unterstützt<br />
die Datenbankanwendung<br />
’DaVis’ anhand einer graphischen<br />
Darstellung das Verständnis für<br />
abstrakte Daten <strong>und</strong> deren Beziehungen<br />
in einer Datenbank. Der externe<br />
Auftraggeber <strong>und</strong> AssetCenter-Spezialist<br />
Antavis AG in Kloten<br />
ZH sieht darin ein K<strong>und</strong>enbedürfnis:<br />
“Unseres wichtigstes Ziel ist die<br />
K<strong>und</strong>enzufriedenheit. Diese können<br />
wir u.a. erreichen, indem wir<br />
das beim K<strong>und</strong>en eingesetzte Assetmanagement<br />
System Peregrine<br />
AssetCenter von HP zusätzlich mit<br />
visueller Kommunikation ergänzen.<br />
Das Produkt ist in der Standardausführung<br />
nicht in der Lage, Beziehungen<br />
graphisch darzustellen,<br />
insbesondere Baum- <strong>und</strong> Netzstrukturen<br />
aus n:n-Beziehungen.<br />
Die in der Diplomarbeit erstellte, auf<br />
Open Source basierende Erweiterung<br />
des Clients deckt dieses K<strong>und</strong>enbedürfnis<br />
kostengünstig <strong>und</strong><br />
vollständig ab.”<br />
-Schichten Architektur<br />
Das Produkt basiert auf einer 3-<br />
Schichten Architektur. Der Java<br />
WebStart Client greift über das<br />
SOAP Protokoll auf den WebService<br />
zu. Der WebService repräsentiert<br />
die Applikationsschicht <strong>und</strong><br />
bietet dem Client via XML Zugriff<br />
auf die Daten. Der WebService<br />
greift über die vorhandene Schnittstellensoftware<br />
Peregrine Connect-<br />
IT auf die Datenbank zu, bereitet<br />
die Daten auf <strong>und</strong> leitet sie zurück<br />
an den Client.<br />
Architektur<br />
Graph aus dem Bereich Contract<br />
Der Client stellt die Daten <strong>und</strong> Datenrelationen<br />
mit Hilfe des Grafikframeworks<br />
’prefuse’ animiert <strong>und</strong><br />
ansprechend als Graph in einem<br />
definierten Layout dar. Relationen<br />
können gewichtet dargestellt werden,<br />
was die Übersicht erleichtert.<br />
Die Konfiguration erfolgt serverseitig<br />
in XML. Für jeden Anwendungsfall<br />
(z.B. Vertragswesen oder<br />
IT-Services) wird ein Szenario konfiguriert<br />
<strong>und</strong> einer oder mehrerer Benutzergruppen<br />
zugewiesen. Jeder<br />
Benutzer sieht im Client nur die für<br />
ihn bestimmten Szenarien.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Wireless-Switch: Management Erweiterung<br />
Netzwerktechnik – Softwareentwicklung / Prof. Pierre Fierz, Philippe Seewer<br />
Experte: Jean-Jacques Jaquier<br />
Die Verwaltung <strong>und</strong> Kontrolle eines modernen Wireless Netzwerk-Systems ist eine sehr komplexe<br />
<strong>und</strong> aufwändige Aufgabe, die nur durch eine – auf den Bedarf zugeschnittene Lösung – erfolgreich<br />
umgesetz werden kann. Ziel der “Wireless-Switch Management Erweiterung” ist es, die Handhabung<br />
zu erleichtern <strong>und</strong> durch eine erforderliche Softwarelösung die Verwaltung, die Kontrolle <strong>und</strong><br />
das Monitoring eines WLANs effizienter <strong>und</strong> übersichtlichter zu gestalten<br />
Ausgangslage<br />
Bei modernen <strong>und</strong> komplexen<br />
WLAN Umgebungen werden Authentisierung<br />
der Clients <strong>und</strong> Verschlüsselung<br />
der Daten zentral von<br />
einem Server verwaltet. Die Funktionalität<br />
der Access Points ist eingeschränkt,<br />
da Sie nur als Vermittler<br />
zwischen Client <strong>und</strong> dem WiSwi-<br />
Server dienen, deshalb werden sie<br />
Thin Access Points (TAPs) genannt.<br />
Zielsetzung<br />
Das Projektziel unserer Diplomarbeit<br />
ist, die be<strong>stehen</strong>de Umgebung<br />
eines Wireless Switchs Systems um<br />
eine Software zu erweitern, welche<br />
die einzelne Komponenten übersichtlich<br />
verwaltet, die TAPs automatisch<br />
konfiguriert, das Monitoring<br />
der Geräte <strong>und</strong> des Datenverkehrs<br />
ermöglicht, sowie die Möglichkeit<br />
bietet, eine Firmware-Update auf<br />
den TAPs durchzuführen. Im Weiteren<br />
sollen Sicherheits-Themen<br />
berücksichtigt <strong>und</strong> abgedeckt werden,<br />
wie das Erkennen von DoS-Attacken<br />
oder von “Rogue”-Accesspoints.<br />
Eine offene Design-Struktur<br />
soll zukünftige Erweiterungen erleichtern.<br />
Das Projekt bietet für die<br />
angegebenen Anforderungen eine<br />
Software Lösung an, die verschieden<br />
Technologien benutzt.<br />
Die Software ist in drei Module eingeteilt:<br />
1. Das Monitoring-Modul, stellt<br />
sämtliche Funktionen des Management<br />
Systems über die<br />
GUI Schnittstelle zur Verfügung,<br />
<strong>und</strong> kann auf einem beliebigen<br />
Rechner bedient werden.<br />
2. Die Management Software<br />
(MgmtSW) übernimmt die zentrale<br />
Verwaltung <strong>und</strong> die Business<br />
Logik des Systems. Sie<br />
kommuniziert über Netzwerk<br />
Sockets mit allen anderen Modulen<br />
<strong>und</strong> verwaltet die Daten<br />
auf einer Datenbank.<br />
3. Die TAP-Agents, laufen als<br />
Dienste auf den TAPs <strong>und</strong> liefern<br />
alle relevanten Daten an die<br />
Management Software.<br />
Als Entwicklungsplattformen dienen<br />
Debian <strong>und</strong> Gentoo Linux Distributionen.<br />
Im Weiteren werden Java, C<br />
sowie SQL als Programmiersprachen<br />
verwendet. Dank der Aufteilung<br />
in Module ist der Austausch<br />
eines Teiles problemlos gewährleistet.<br />
Die TAP-Agenten sind für Laptops<br />
mit einer WLAN Karte konzipiert,<br />
können aber auch auf Access<br />
Points mit Embedded Linux portiert<br />
werden. Ein wichtiger Vorteil unserer<br />
Management Erweiterung ist,<br />
dass dank der Multifunktionalität,<br />
die Überwachung weiterer Netzwerkumgebungen<br />
möglich ist.<br />
Webseite des Projekts:<br />
http://utenti.lycos.it/wiswi/<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
Grizinic Pierpaolo<br />
1960<br />
079 308 95 59<br />
perl@hispeed.ch<br />
Micic Aleksandar<br />
1972<br />
079 754 53 71<br />
aleksandar.micic@gmx.ch<br />
9<br />
BE
BI<br />
Güder Christian<br />
1983<br />
christian@gueder.ch<br />
Meyer Andreas<br />
1980<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
macer@pobox.com<br />
ORCA – Open Reading Center Architecture<br />
<strong>Informatik</strong> / Prof. Rolf Jufer<br />
Experte: Thomas Jäggi<br />
Das Berne Photographic Reading Center (BPRC) des <strong>Berner</strong> Inselspitals befasst sich mit Studien zur<br />
Verifizierung von neuen Erkenntnissen in der Augenheilk<strong>und</strong>e. Die anfallenden Bilddaten (z.B. Fluorescein<br />
Angiogramme) <strong>und</strong> die dazugehörenden Metainformationen werden bis anhin mehrheitlich per<br />
E-Mail an das BPRC übermittelt. Das von uns entwickelte ORCA Portal bietet den beteiligten Kliniken<br />
eine webbasierte Datenübertragungs- <strong>und</strong> Kommunikationsschnittstelle zum Reading Center.<br />
Da die Verifizierung anhand von<br />
hochauflösenden Bildern erfolgt,<br />
fallen im Verlauf einer Studie Datenmengen<br />
im Bereich von mehreren<br />
h<strong>und</strong>ert Gigabyte an. Diese<br />
wurden zuvor mit Hilfe von E-Mails,<br />
CDs <strong>und</strong> Auswertungen in Papierform<br />
übermittelt. Bedingt durch<br />
das hohe Datenaufkommen wurde<br />
die Handhabung der Studiendaten<br />
mehr <strong>und</strong> mehr zum Problem.<br />
Im Rahmen unserer Semesterarbeit<br />
untersuchten wir zusammen<br />
mit den Angestellten des Reading<br />
Centers die be<strong>stehen</strong>den Prozesse.<br />
Aus den daraus gewonnenen Erkenntnissen<br />
entwickelten wir ein<br />
Internet basiertes Portal um die ermittelten<br />
Abläufe zu vereinfachen.<br />
ORCA stellt folgende Funktionen<br />
zur Verfügung:<br />
Übermittlung von <strong>Unter</strong>suchungsdaten<br />
Dies ist die eigentliche Hauptaufgabe<br />
von ORCA. Die Patienten- <strong>und</strong><br />
<strong>Unter</strong>suchungsdaten werden intuitiv<br />
<strong>und</strong> mit wenig Tippaufwand auf<br />
einer zentralen Seite erfasst <strong>und</strong><br />
verschlüsselt ans BPRC übermittelt.<br />
Jede einzelne Datei kann von den<br />
BPRC Mitarbeitern mit einem Status<br />
versehen werden. Unbrauchbare<br />
oder unvollständige Daten mit<br />
entsprechendem Status werden<br />
bei der Klinik erneut angefordert.<br />
Nachrichtenaustausch<br />
Um Medienbrüche bei der Kommunikation<br />
zu vermeiden, können<br />
BPRC Mitarbeiter <strong>und</strong> an den Studien<br />
beteiligte Klinikangestellte mit<br />
Hilfe des Portals Textnachrichten<br />
austauschen.<br />
Tracking<br />
BPRC intern können sämtliche ein-<br />
<strong>und</strong> ausgehenden Medien im Sinne<br />
einer Durchgangskontrolle erfasst<br />
werden. Dabei erhält jedes Medium<br />
eine eindeutige Ziffernfolge, mit<br />
welcher man das Medium später<br />
orten kann.<br />
Reporting<br />
Über alle vorhandenen Daten können<br />
detailierte Reports erstellt <strong>und</strong><br />
exportiert werden.<br />
Systemübersicht<br />
Die Entwicklung von ORCA geschah<br />
ausschliesslich unter Verwendung<br />
von Open-Source-Software.<br />
Damit auch andere Open-Source-<br />
Projekte von unserer Arbeit profitieren<br />
können haben wir für ORCA<br />
als Lizenzierung die General Public<br />
License gewählt. Damit können alle<br />
Interessierten das Portal weiterentwickeln<br />
oder für ein eigenes Reading<br />
Center einsetzen.<br />
Die Applikation realisierten wir in<br />
Java unter Einsatz von Apache<br />
Struts, welche im Apache Tomcat<br />
Webserver ihre Arbeit verrichten.<br />
Die Java Objekte werden mit Hilfe<br />
der JDO Implementierung JPOX in<br />
die PostgreSQL Datenbank persistiert.<br />
20 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
AJAX Materialstamm-Manager für SAP (AJMAMA)<br />
<strong>Informatik</strong> / Michael Röthlin<br />
Experte: John Schaer<br />
Das Erfassen von Materialstämmen erfolgt in vielen <strong>Unter</strong>nehmen durch Fachk<strong>und</strong>ige aus verschiedenen<br />
Abteilungen. Als problematisch empf<strong>und</strong>en wird oft die Vielfalt an Eingabemöglichkeiten, die<br />
sich bei der direkten Eingabe von Materialstämmen in ERP-Systeme – im vorliegenden Fall mySAP<br />
ERP – ergibt. Mit der Applikation AJMAMA kann das Problem der verteilten Datenerfassung behoben<br />
werden, indem die an der Materialdatenerfassung Beteiligten über eine Intranetlösung Daten<br />
eingeben können, ohne direkten Zugriff auf das firmeninterne SAP-System zu benötigen. Dies steigert<br />
die Produktivität, verhindert Fehleingaben <strong>und</strong> vereinfacht die SAP-Administration im Bereich<br />
Materialwirtschaft.<br />
Die Softwareanwendung AJAX Materialstamm-Manager<br />
für SAP (AJ-<br />
MAMA) kann <strong>Unter</strong>nehmen im Bereich<br />
ERP-Stammdatenerfassung<br />
unterstützen. Die Lösung lehnt sich<br />
weitestgehend an die in SAP R/3<br />
vorhandenen Metadaten (z.B. die<br />
Definition von Materialstamm-Datenfeldern<br />
im SAP Business Object<br />
Repository) an <strong>und</strong> kann einfach an<br />
sich verändernde zukünftige Eigenheiten<br />
des SAP-Systems angepasst<br />
werden. Damit sich die Applikation<br />
für die Datenpflegeverantwortlichen<br />
so dynamisch <strong>und</strong> benutzerfre<strong>und</strong>lich<br />
wie möglich präsentiert, werden<br />
webbasierte Workflows <strong>und</strong><br />
AJAX-Technologie beim Zugriff auf<br />
SAP-Daten verwendet.<br />
AJAX (Asynchronous JavaScript<br />
And XML) ist ein Konzept zur asyn-<br />
Technische Sicht AJMAMA<br />
chronen Datenübertragung zwischen<br />
einem Webserver <strong>und</strong> einem<br />
Webbrowser.<br />
Der Browser kann also eine HTTP-<br />
Anfrage durchführen <strong>und</strong> erneuerte<br />
Daten anzeigen, ohne die aktuelle<br />
Webseite komplett neu zu laden.<br />
Dadurch sinkt die Menge der übermittelten<br />
Daten, <strong>und</strong> die Belastung<br />
des Servers wird reduziert, da<br />
schon viele Verarbeitungsschritte<br />
clientseitig getätigt werden. Für die<br />
Anbindung an das SAP-System benützt<br />
AJMAMA die Klassenbibliothek<br />
ERPConnect, welche nützliche<br />
Funktionen für einen einfachen Zugriff<br />
auf SAP-Daten bietet <strong>und</strong> unter<br />
anderem das direkte Lesen aus<br />
SAP-Tabellen unterstützt.<br />
Die AJMAMA-Anwendung erlaubt<br />
es einem Benutzer, über ein We-<br />
binterface ein Materialstammobjekt<br />
zu suchen, dessen Datenfelder anzuzeigen<br />
oder – falls es noch nicht<br />
in der gewünschten Form existiert<br />
– einen Auftrag zur Neuerfassung<br />
zu erteilen. Das Erstellen der verschiedenen<br />
Datenfelder kann sodann<br />
mittels Workflow zwischen<br />
verschiedenen Teams oder Abteilungen<br />
koordiniert werden. Die<br />
im Workflow definierten Personen<br />
werden automatisch benachrichtigt<br />
<strong>und</strong> können die benötigten Daten in<br />
der AJMAMA-Datenbank erfassen<br />
<strong>und</strong> zwischenspeichern.<br />
Durch den Einsatz der AJAX-Technologie<br />
<strong>stehen</strong> bei der Bearbeitung<br />
Such- <strong>und</strong> Prüfmechanismen in<br />
Echtzeit zur Verfügung, wodurch<br />
die Entstehung von red<strong>und</strong>anten<br />
Datensätzen vermindert werden<br />
kann. So durchsucht AJMAMA bei<br />
der Eingabe eines Suchbegriffs<br />
durch einen Benutzer im Hintergr<strong>und</strong><br />
die schon vorhandene Materialstammbasis<br />
im SAP-System<br />
(z.B. die Materialnummer aller Materialstämme)<br />
<strong>und</strong> zeigt innert Sek<strong>und</strong>enbruchteilen<br />
die gef<strong>und</strong>enen<br />
Übereinstimmungen interaktiv an.<br />
Liegen die Daten zu einem neuen<br />
Materialstamm vollständig <strong>und</strong><br />
fehlerfrei vor, so kann eine entsprechend<br />
berechtigte Person<br />
per Knopfdruck den Übertrag ins<br />
SAP-System veranlassen, womit<br />
das Ziel von AJMAMA – die <strong>Unter</strong>stützung<br />
der effizienten Erzeugung<br />
eines qualitativ hochwertigen Materialstammsatzes<br />
– erreicht ist.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
Häberli Martin<br />
1980<br />
habem2@bfh.ch<br />
Hirsiger Myriam<br />
1980<br />
myriam.hirsiger@bluewin.ch<br />
2<br />
BI
BI<br />
Holenweg Hannes<br />
1983<br />
079 669 99 07<br />
hannes.holenweg@naron.ch<br />
Lehmann Sandro<br />
1981<br />
079 465 94 05<br />
sandroL@gmx.net<br />
22<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
Affiliate System<br />
Advanced Web Technologies / Dr. Bernhard Anrig, Dr. Emmanuel Benoist<br />
Experte: Bramwell Kaltenrieder<br />
Unser Auftraggeber, Puzzle ITC GmbH von Bern, wirbt für die eigenen Produktseiten mit Werbebanner<br />
auf anderen Webseiten. Die Bezahlung solcher Partner kann nicht erfolgsabhängig gestaltet<br />
werden. Dafür werden detaillierte Statistiken über Anzahl <strong>und</strong> Kaufverhalten der geworbenen Besucher<br />
benötigt.<br />
Das entwickelte Affiliate System ermöglicht den Produktseiten, beliebige Ereignisse zu melden. Auf<br />
Gr<strong>und</strong> dieser gesammelten Daten <strong>und</strong> den im Partnervertrag definierten Berechnungen wird der zu<br />
bezahlende Betrag ermittelt.<br />
Es existiert bereits eine Vielzahl von<br />
Affiliateprogrammen. Gr<strong>und</strong>sätzlich<br />
haben alle eines gemeinsam: ein<br />
Händler will Produkte verkaufen<br />
<strong>und</strong> ein Webseitenbetreiber (Affiliatepartner)<br />
macht für diese Produkte<br />
gegen Bezahlung Werbung.<br />
Da mehrere Partner Banner auf ihren<br />
Seiten platzieren, muss deren<br />
Erfolgsanteil getrennt werden können.<br />
Der ausbezahlte Betrag stützt<br />
sich auf die Anzahl geworbener<br />
Besucher, Seitenaufrufe, Verkäufe,<br />
oder weitere messbare Werte.<br />
Unser Ansatz<br />
Die neu entwickelte Software muss<br />
sehr anpassungsfähig sein, da die<br />
be<strong>stehen</strong>den Produktseiten mit<br />
möglichst kleinen Änderungen<br />
dieses System nutzen sollen. Auch<br />
Anforderungen, welche sich erst<br />
in der Zukunft stellen, müssen so<br />
weit wie möglich abgedeckt sein.<br />
Aus diesem Gr<strong>und</strong> haben wir eine<br />
generische Modellierung bevorzugt.<br />
Die Plattform <strong>und</strong> das Affiliate<br />
System kommunizieren über eine<br />
technologieunabhängige Schnittstelle<br />
(Webservice). Welche Werte<br />
eine Meldung beinhaltet <strong>und</strong> wie<br />
der Betrag berechnet wird, ist ohne<br />
Weiterentwicklung beliebig veränderbar.<br />
Aufbau des Systems<br />
Der Besucher <strong>und</strong> potentielle Käufer<br />
klickt auf der Partnerseite den<br />
Werbebanner für die Produktseite<br />
an. Der Link enthält eine Identifikation<br />
des Werbepartners, welche<br />
die Produktseite an den Affiliate<br />
System Server weiterleitet. Alle Ereignisse<br />
während dem folgenden<br />
Produktseitenbesuch werden somit<br />
diesem Partner zugeordnet.<br />
Der Server stellt die nötigen Funktionalität<br />
(Konfiguration, Berechnungen,<br />
Statistiken) für die grafische<br />
Oberfläche zur Verfügung.<br />
Für dieses Projekt haben wir verschiedene<br />
Technologien verwendet.<br />
Der Server ist mit Java <strong>und</strong> MySQL<br />
implementiert, die Oberfläche mit<br />
Ruby on Rails. Die Produktseiten<br />
können Java, Ruby oder PHP verwenden.<br />
Die Kommunikation zwischen<br />
den Komponenten wurde<br />
mit SOAP realisiert.<br />
Schematische Darstellung des Affiliate Systems<br />
Grafische Oberfläche<br />
Die Partner können sich Statistiken<br />
über die ihnen zugeschriebenen Ereignisse<br />
anzeigen lassen. Auch der<br />
Geldbetrag wird berechnet <strong>und</strong> angezeigt.<br />
Somit haben Sie die Kontrolle<br />
über die zu erwartende Auszahlung.<br />
Administratoren können die Statistiken<br />
über das ganze System erstellen<br />
<strong>und</strong> die Abrechnungen pro<br />
Partner generieren. Diese sind für<br />
die weitere Bearbeitung exportierbar.<br />
Die Oberfläche dient auch als<br />
Konfiguration für den Affiliate System<br />
Server. Arbeiten wie Produktseiten<br />
<strong>und</strong> Partner verwalten werden<br />
hier erledigt.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
XML-Datenbank<br />
XML - Dr. Jacques Boillat / Datenbanken - Dr. Arno Schmidhauser<br />
Experte: Dr. Igor Metz<br />
Datenbanken, die XML-Daten speichern <strong>und</strong> verwalten können, entwickeln sich rasant <strong>und</strong> sind eine<br />
ernstzunehmende Alternative für relationale Systeme. Insbesondere, weil man theoretisch eine relationale<br />
Datenbank als einen Spezialfall einer XML-Datenbank ansehen kann, in dem ein Datensatz<br />
einfach ein sehr flach aufgebautes XML-Element ist.<br />
Nichtsdestoweniger sind relationale Datenbanken sichere <strong>und</strong> hochperformante Transaktionssysteme.<br />
Es liegt deshalb nahe, auf Basis einer relationalen Datenbank eine XML-Datenbank aufzubauen. Gegenüber<br />
einer Applikation verhält sich diese Datenbank als XML-System, sie stellt also eine XML-orientierte<br />
Abfragesprache (XPath) <strong>und</strong> XML-Programmierschnittstellen (DOM, SAX) zur Verfügung.<br />
Motivation<br />
Die uns bekannten zurzeit verfügbaren<br />
XML-Datenbanken sind oft<br />
teuer. Zudem werden von den Herstellern<br />
die Implementationsdetails<br />
nicht preisgegeben. Mit unserer<br />
Diplomarbeit soll die Gr<strong>und</strong>lage für<br />
ein Open-Source-Projekt geschaffen<br />
werden, das die Erweiterung<br />
von beliebigen relationalen Datenbanken<br />
mit XML-Fähigkeit ermöglicht.<br />
Unsere Lösung könnte somit in<br />
vielen denkbaren Applikationen als<br />
zugr<strong>und</strong>e liegende XML-Datenbank<br />
eingesetzt werden.<br />
Ausgangslage<br />
Die Diplomarbeit basiert auf einem<br />
bereits abgeschlossenen Vorprojekt,<br />
wo wesentliche Erfahrungen<br />
im Forschungsgebiet “XML-Datenbanken”<br />
gemacht wurden. Die Ergebnisse<br />
des Vorprojekts stellen<br />
ein Klassen-Framework für die<br />
.NET 2.0 Umgebung bereit. Der Zugriff<br />
auf die zur Verfügung gestellten<br />
Funktionen wird mittels einer Admin-Oberfläche<br />
präsentiert. Abfragemöglichkeiten<br />
beschränkten sich<br />
auf wesentliche Teile der XPath 1.0<br />
– Spezifikation. Als inneren Speichermechanismus<br />
verwenden wir<br />
einen SQL-Server. Dieser ist verantwortlich<br />
für die Optimierung des<br />
Zugriffs, des Speicherplatzes <strong>und</strong><br />
die Transaktionseigenschaften.<br />
Ergebnisse<br />
XPath: Mit der Diplomarbeit wird<br />
die XPath 1.0 - Spezifikation weitgehend<br />
implementiert, so dass möglichst<br />
viele XPath-Abfragen unterstützt<br />
werden.<br />
XUpdate: Bis heute existiert für das<br />
Modifizieren von Knoten innerhalb<br />
eines XML-Dokuments keine standardisierte<br />
Update-Sprache. Mögliche<br />
Ansätze werden derzeit in<br />
zahlreichen Forschungsprojekten<br />
erprobt. Auch wir wollen einen Beitrag<br />
dazu leisten. Es wird eine Update-Sprache<br />
definiert, welche das<br />
Einfügen, Löschen <strong>und</strong> Ändern von<br />
Applikationsstruktur<br />
Elementen/Elementmengen innerhalb<br />
von in der Datenbank verfügbaren<br />
XML-Dokumenten erlaubt.<br />
Der im Vorprojekt erarbeitete Parser<br />
wird um diese Funktionalität erweitert.<br />
XML Schema: In der DB gespeicherte<br />
XML-Dokumente können<br />
künftig einem ebenfalls in der DB<br />
hinterlegten XML-Schema genügen.<br />
Dabei wird der Schwerpunkt auf<br />
die Validierung anhand des Schemas<br />
beim Import <strong>und</strong> nach einer<br />
Update/Insert Operation gelegt.<br />
Admin-Tool: Erlaubt die DB-Verwaltung<br />
<strong>und</strong> Administration. Präsentiert<br />
die entwickelten Komponenten.<br />
<strong>Unter</strong> anderem, sind die nachfolgend<br />
aufgeführten Funktionen<br />
ausführbar:<br />
- Hinzufügen/Löschen von Dokument-Behältern.<br />
- Hinzufügen/Löschen von XML-<br />
Dokumenten.<br />
- Abfragen der gespeicherten<br />
XML-Dokumente mittels XPath.<br />
- Transformation der Abfrage-Ergebnisse<br />
mit XSL-Stylesheets.<br />
- Aktualisieren von gespeicherten<br />
XML-Dokumenten mittels<br />
Xupdate.<br />
- Anlegen der Datenbankstrukturen<br />
auf der zu Gr<strong>und</strong>e liegenden<br />
SQL-Datenbank.<br />
- Hinzufügen/Löschen von Schemas.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
Hug Daniel<br />
1977<br />
dani_hug@freesurf.ch<br />
Styczynski Maciej<br />
1973<br />
m.styczynski@livemedia.ch<br />
2<br />
BE
BI<br />
Hulliger Daniel<br />
1984<br />
hulla@ruheabteil.ch<br />
Nussbaum Simon<br />
1980<br />
smirta@gmx.net<br />
Oppliger Dan<br />
1979<br />
dan.oppliger@it-worx.ch<br />
Wiederkehr Christoph<br />
1981<br />
sinloft@gmail.com<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
Beast – Broadening and Extending Service Testing<br />
Netzwerk / Adrian Gschwend<br />
Experte: Stefan Burschka<br />
Es ist heute für Firmen unerlässlich über integere <strong>und</strong> erreichbare IT-Systeme zu verfügen. Um Geschäftsgeheimnisse<br />
wahren zu können, müssen Informationen über vertrauliche Kanäle fliessen.<br />
Regelmässige Security Audits helfen, Sicherheitslücken zu finden <strong>und</strong> diese zu beheben. Das Beast-<br />
Framework soll einen Security Tester beim Testen eines Netzwerkes unterstützen <strong>und</strong> seine Leistungsfähigkeit<br />
steigern.<br />
Ausgangslage<br />
Ein Netzwerktest besteht vor allem<br />
in der Anfangsphase aus sich wiederholenden<br />
Arbeitsschritten, wie<br />
zum Beispiel dem Überprüfen<br />
der laufenden Services auf einem<br />
Rechner. Um diese zu finden, gibt<br />
es verschiedene Hilfsprogramme.<br />
Ein Security Tester entscheidet<br />
nun anhand der verschiedenen<br />
Resultate <strong>und</strong> des aufgezeichneten<br />
Netzwerkverkehrs für jeden<br />
Service, ob er tatsächlich läuft, um<br />
welche Version es sich dabei handelt<br />
<strong>und</strong> was für Sicherheitslücken<br />
be<strong>stehen</strong>. Aufgr<strong>und</strong> seiner Entscheidungen<br />
kann der Tester zum<br />
nächsten Arbeitsschritt übergehen,<br />
der wiederum aus ähnlichen Teilschritten<br />
besteht. Heute gibt es keine<br />
unter einer Open Source Lizenz<br />
veröffentlichte Lösung, die den Security<br />
Tester unterstützt <strong>und</strong> ihm<br />
gleichzeitig die Möglichkeit lässt,<br />
Entscheide selbst zu fällen. Ziel des<br />
Frameworks ist es deshalb:<br />
- Daten verschiedener Hilfsprogramme<br />
einheitlich zu präsentieren<br />
<strong>und</strong> abzulegen<br />
- Eine manuelle Bewertung der<br />
Daten zuzulassen<br />
- Testabläufe zu automatisieren<br />
- Erweiterbar zu sein<br />
- <strong>Unter</strong> einer Open Source Lizenz<br />
veröffentlicht werden<br />
Lösung<br />
Das Beast Framwork wurde in Ruby<br />
realisiert <strong>und</strong> besteht aus der Beast<br />
Application <strong>und</strong> der Beast Library.<br />
Beast Application<br />
Die Beast Application ist das Frontend<br />
für den Benutzer. Es ermöglicht<br />
einem Security Tester Daten<br />
über ein Netzwerk zu sammeln<br />
<strong>und</strong> zu überprüfen. Die Applikation<br />
besteht aus mehreren Komponenten,<br />
welche die verschiedenen Aufgaben<br />
bewältigen. Das User Interface<br />
(UI) ist die Schnittstelle für den<br />
Benutzer, um seine Tests durchzuführen.<br />
Es gibt drei Möglichkeiten,<br />
dies zu bewerkstelligen. Zum einen<br />
gibt es die Console, wo direkt Befehle<br />
eingegeben <strong>und</strong> ausgeführt<br />
werden können. Für Tester, die lieber<br />
mit einem grafischen Interface<br />
arbeiten, gibt es das GUI welches<br />
gr<strong>und</strong>sätzlich die gleichen Möglichkeiten<br />
wie die Console bietet. Die<br />
dritte <strong>und</strong> für den Tester attraktivste<br />
Möglichkeit ist die Scripting Schnittstelle.<br />
Testabläufe können in einem<br />
Textfile zu einem Testscript zusammengefasst<br />
werden, welche dann<br />
durch das Scripting Interface ausgeführt<br />
werden.<br />
Link: http://www.sourceforge.net/projects/beast-framework<br />
Architektur Beast-Framework<br />
Ein grosser Vorteil dieses Frameworks<br />
ist die Plugin API. Diese API<br />
ermöglicht es, be<strong>stehen</strong>de Hilfsprogramme<br />
einzubinden, um das Framework<br />
zu erweitern.<br />
Die gesammelten Daten können<br />
mittels einer Schnittstelle im Backend,<br />
zum Beispiel mit einer Anbindung<br />
an eine Datenbank oder als<br />
XML-Datei, abgelegt werden.<br />
Das Herzstück der Applikation ist<br />
die Core Komponente, welche für<br />
das Zusammenspiel des gesamten<br />
Frameworks verantwortlich ist.<br />
Beast Library<br />
Die Beast Library besteht aus zwei<br />
Komponenten, nämlich den Beast<br />
Extensions <strong>und</strong> der Network Library.<br />
In den Beast Extensions werden<br />
alle Codeteile zusammengefasst,<br />
die mehrmals verwendet werden<br />
können.<br />
Die Network Library gibt dem Framework<br />
eine hohe Flexibilität. Sie<br />
ermöglicht das Senden von beliebigen<br />
Paketen über ein Netzwerk.<br />
2 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Panoramakorrelation<br />
Bildverarbeitung, Virtuelle Realität/ Prof. Dr. Erich Badertscher, Prof. Dr. Peter Schwab<br />
Experte: Walter Eich<br />
An einem schönen Herbsttag geniessen viele Touristen <strong>und</strong> Schweizer das schöne Wetter auf einer<br />
Wanderung durch die Schweizer Alpen. Werden wir jedoch gefragt, wie welcher Berggipfel heisst,<br />
so kommen nicht wenige von uns ins Stocken, denn abgesehen von den bekannten Gipfeln Eiger,<br />
Mönch <strong>und</strong> Jungfrau sowie Matterhorn sind uns nicht mehr viele Berge bekannt. Wer sich nicht auskennt,<br />
muss also die Landeskarten zu Hilfe nehmen, um Auskunft geben zu können. Aber auch mit<br />
den Kartenblättern bleibt das Bestimmen der Berge eine Herausforderung, welcher nicht alle Menschen<br />
gewachsen sind. Könnte man dies im Zeitalter der Computer nicht einfach den PC machen<br />
lassen?<br />
Ausgangslage<br />
Das B<strong>und</strong>esamt für Landestopografie,<br />
swisstopo, verfügt über digitale<br />
Höhendaten (DHM25) <strong>und</strong><br />
eine Sammlung von Namensdaten<br />
(SwissNames) über die ganze<br />
Schweiz. Anhand dieser Datensätze<br />
sollte es möglich sein, eine<br />
beschriftete Modelllandschaft der<br />
Schweiz erstellen zu können, mit<br />
welcher die Realität verglichen werden<br />
kann. Ein digitales Foto der<br />
Schweizer Alpen mit bekanntem<br />
Aufnahmestandort sollte mit dem<br />
360°-Panorama von diesem Standort<br />
im digitalen Modell verglichen<br />
<strong>und</strong> korreliert werden können.<br />
Modellaufbereitung<br />
Die Höhen- <strong>und</strong> Namensdaten<br />
werden mittels OpenGL <strong>und</strong> einem<br />
optimierten Terrain-Rendering-Algorithmus<br />
in ein virtuelles 3D-Modell<br />
überführt. So kann von jedem<br />
beliebigen Standort ein künstlicher<br />
Horizont erzeugt <strong>und</strong> die Sichtbarkeit<br />
der Bergspitzen bestimmt werden.<br />
Die Stockhornkette im Original <strong>und</strong> im beschrifteten Modell<br />
Horizontextraktion <strong>und</strong><br />
Korrelation<br />
Aufgr<strong>und</strong> der Änderung der Farbwerte<br />
beim Übergang Himmel-Erdoberfläche<br />
kann die Horizontlinie<br />
extrahiert werden. Problematischer<br />
sind störende Objekte am Himmel<br />
oder vor dem Horizont. Bei Bedarf<br />
können solche vom User jedoch<br />
manuell maskiert werden.<br />
Das gleiche Vorgehen wird auch auf<br />
das virtuelle 360°-Panorama angewendet,<br />
so dass sowohl aus dem<br />
digitalen Foto wie auch aus dem<br />
360°-Panorama eine Horizontlinie<br />
vorliegt. Diese werden mittels Extremalstellen<br />
beschrieben. Anhand<br />
der Minima <strong>und</strong> Maxima wird versucht,<br />
die Horizontlinie aus dem<br />
Foto in die 360°-Horizontlinie einzupassen.<br />
Dazu wird ein mehrstufiges<br />
Verfahren angewendet: Im ersten<br />
Schritt wird nur der Abstand von 20<br />
ausgewählten Horizontpunkten aus<br />
dem Foto mit der 360°-Horizontlinie<br />
verglichen. Im zweiten Schritt<br />
werden für die besten Resultate<br />
aus der ersten Phase die beiden<br />
Horizontlinien Punkt für Punkt verglichen.<br />
Die potentiell beste Korrelation<br />
ist dort anzutreffen, wo die<br />
Fläche zwischen den beiden Linien<br />
am kleinsten ist.<br />
Applikation <strong>und</strong> Ausblick<br />
Die entwickelte Applikation erlaubt<br />
es dem User ein digitales Foto einzulesen.<br />
Nach kurzer Zeit erhält er<br />
den gleichen Bildausschnitt aus<br />
dem virtuellen Panorama mit beschrifteten<br />
Objekten zurück.<br />
Eine Weiterentwicklung der Applikation<br />
zu einer MMS-Anwendung<br />
(Multimedia Messaging Service)<br />
könnte sinnvoll sein, denn die Mobiltelefone<br />
sind zunehmend mit<br />
hochauflösenden Digitalkameras<br />
ausgerüstet <strong>und</strong> werden wohl in<br />
nächster Zukunft auch einen kleinen<br />
GPS-Chip (Global Positionning<br />
System) integriert haben.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
Hurni Pascal<br />
1981<br />
pascal.hurni@gmail.com<br />
Lucas Christoph<br />
1972<br />
c.lucas@bluewin.ch<br />
Matusz Patrick<br />
1979<br />
patrick@matusz.ch<br />
2<br />
BE
BI<br />
Jaun Lukas<br />
1983<br />
26<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
lukas.jaun@gmail.com<br />
EFTI: EFTI for Type Inference<br />
Theoretische <strong>Informatik</strong> / Prof. Dr. Olivier Biberstein<br />
Experte: Yves Petitpierre<br />
Um zuverlässige Software herzustellen, ist es wichtig, gute Programmiersprachen einzusetzen. Efti<br />
ist der Prototyp einer Programmiersprache, welche die Produktivität von Scriptsprachen mit der Sicherheit<br />
von statisch typisierten Sprachen wie Java verbinden soll. Um das zu erreichen, wurde ein<br />
System zur Typ-Inferenz entwickelt. Um Eftiprogramme auszuführen wurde zusätzlich eine virtuelle<br />
Maschine <strong>und</strong> ein Compiler implementiert.<br />
Die Komplexität von Software wird<br />
immer grösser, gleichzeitig soll die<br />
Entwicklung möglichst schnell <strong>und</strong><br />
zuverlässig vonstatten gehen. Die<br />
schnellste Art, Software zu entwickeln,<br />
ist zumindest für kleinere Projekte,<br />
eine Scriptsprache zu benutzen.<br />
Niemand mehr schreibt heute<br />
kleine Alltagsaufgaben in Sprachen<br />
wie ‘C’. Stattdessen werden Scriptsprachen<br />
wie Ruby/Python/Perl<br />
benutzt. Wenn die Produktivität mit<br />
solchen Sprachen aber derart viel<br />
höher ist, stellt sich die Frage, warum<br />
sie nicht häufiger für grössere<br />
Projekte eingesetzt werden.<br />
Eine Eigenschaft welche alle diese<br />
Sprachen teilen, ist, dass sie die<br />
Programme erst zur Laufzeit auf<br />
mögliche Fehler überprüfen. Das<br />
bedeutet, dass sich Fehler für lange<br />
Zeit im Code verbergen können,<br />
ohne jemals aufzutreten. Meist bemerkt<br />
man sie erst, wenn der wütende<br />
K<strong>und</strong>e anruft. Wenn sich<br />
diese Fehler in einem grossen Projekt<br />
summieren, kann es schwierig<br />
werden, es zu betreuen <strong>und</strong> zu<br />
erweitern. Hier setzen Sprachen<br />
wie Java an, durch statische Typisierung<br />
<strong>und</strong> die dadurch erhaltene<br />
Garantie, dass gewisse Fehler nicht<br />
auftreten können, gewinnt man an<br />
Sicherheit <strong>und</strong> hat ein robusteres<br />
System. Leider bezahlt man aber<br />
mit mehrfach längeren Programmen<br />
<strong>und</strong> Inflexibilität durch die am<br />
Anfang festgelegten Typen.<br />
Nun ist es wünschenswert, die Produktivität<br />
von Sprachen wie Python<br />
mit der Sicherheit von statischer Typenprüfung<br />
zu verbinden. Die Sprache<br />
Efti soll als Prototyp einer solchen<br />
Sprache dienen. Einerseits lässt sie<br />
sich wie eine normale objektorientierte<br />
Scriptsprache mit dynamischer<br />
Typkontrolle betreiben, andererseits<br />
implementiert sie eine Analyse, welche<br />
vor der Laufzeit kontrolliert, ob<br />
Typfehler vorhanden sind. Um Efti<br />
auszuführen wurde eine virtuelle Maschine<br />
implementiert. Ein Kompilierungsschritt<br />
übersetzt Efti zuerst in<br />
eine tiefere Zwischensprache (eine<br />
Erweiterung des Lambda-Kalküls).<br />
Diese wird dann noch einmal in eine<br />
primitivere Sprache transformiert,<br />
Efti-Gesamtsystem<br />
welche dann von der virtuellen Maschine<br />
ausgeführt wird.<br />
Die Sicherheit von Efti soll trotz fehlender<br />
Typdeklarationen gewährleistet<br />
sein. Um zu verhindern, dass<br />
nicht zum Beispiel aus Versehen<br />
eine Zahl mit einem Gebüsch-Objekt<br />
multipliziert wird, analysiert das<br />
System die möglichen Arten, in denen<br />
ein Programm ablaufen kann.<br />
Dabei wird ein so genanntes Constraint-System<br />
generiert. Dieses beschreibt<br />
Einschränkungen, welche<br />
gewisse Werte Im Programm haben<br />
können. Wenn dieses System<br />
lösbar ist, wird das Programm auf<br />
keinen der gesuchten Fehler stossen.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
next.step – Projektinformations- <strong>und</strong> Planungstool<br />
<strong>Informatik</strong> / Dr. Martin Spätig<br />
Experte: Bramwell Kaltenrieder<br />
Ein internationales Beratungsunternehmen sucht nach einer Lösung für die Zusammenlegung operativer<br />
Geschäftsdaten, K<strong>und</strong>enkontakten sowie deren Historisierung. Die momentanen Lösungen<br />
erfüllen diese Aufgaben nur unzureichend. Die Erstellung von konsolidierten <strong>und</strong> aussagekräftigen<br />
Auswertungen nimmt, falls sie überhaupt möglich ist, viel Zeit in Anspruch. Das Projekt next.step<br />
hat das Ziel, eine webbasierte Anwendung zu entwickeln, die das effiziente Führen der operativen<br />
Geschäftsdaten ermöglicht.<br />
In jedem <strong>Unter</strong>nehmen stellen sich<br />
auf organisatorischer Ebene jeweils<br />
ähnliche Fragen. Welche Projekte<br />
wurden bei welchem K<strong>und</strong>en offeriert<br />
oder ausgeführt? Wer ist oder<br />
war in den Projekten involviert? Zu<br />
welchen Bedingungen wurde das<br />
Projekt durchgeführt? Wie <strong>und</strong> mit<br />
welchen Aufgaben sind die Mitarbeiter<br />
in den nächsten Monaten<br />
ausgelastet? Fragen dieser Art sind<br />
vielleicht in einem kleinen <strong>Unter</strong>nehmen<br />
leicht zu beantworten. Bei<br />
grossen <strong>Unter</strong>nehmen ist die Situation<br />
jedoch ganz anders, besonders,<br />
wenn diese Daten, über einen<br />
längeren Zeitraum erhoben, verfügbar<br />
gemacht <strong>und</strong> analysiert werden<br />
sollen. Die komplett neu entwickelte<br />
Applikation next.step stellt ein<br />
weites Funktionsspektrum zur Abbildung<br />
dieser Fragestellungen zur<br />
Verfügung. Die Anwendung bietet<br />
neben der Verwaltung aller operativen<br />
Daten auch die Generierung<br />
personalisierbarer Reports. Bei der<br />
Entwicklung wurde zudem grosser<br />
Wert auf eine benutzerfre<strong>und</strong>liche<br />
Bedienoberfläche der Web-Applikation<br />
Menüführung sowie ein ansprechendes<br />
Layout gelegt.<br />
Key Features<br />
- Verwaltung des Projekt-Lifecycle<br />
von der Geschäftsmöglichkeit,<br />
über die Erstellung von<br />
Offerten bis hin zum K<strong>und</strong>enmandat<br />
- Vom Benutzer frei konfigurierbare<br />
Ansichten des Projekt-<br />
Lifecycles<br />
- K<strong>und</strong>enverwaltung mit Übersicht<br />
über alle momentanen<br />
<strong>und</strong> ehemaligen Projekte<br />
- Verwaltung <strong>und</strong> Historisierung<br />
der K<strong>und</strong>enkontakte, der<br />
Mitarbeiter einschliesslich ihrer<br />
Projektrollen<br />
- Key Account Management<br />
- Erstellung frei konfigurierbarer<br />
Reports, exportierbar in CSV-<br />
<strong>und</strong> XML-Format<br />
- Funktionen zum Projekt-Pricing,<br />
also der Aufwandsschätzung<br />
<strong>und</strong> Preisgestaltung <strong>und</strong> zum<br />
Projekt-Staffing, sprich der<br />
Zuweisung von Ressourcen zu<br />
einem Projekt<br />
- Verwaltung der Abwesenheiten<br />
internen Mitarbeitern<br />
- Analyse der Ressourcenplanung<br />
- Interaktive Benutzeroberfläche<br />
mit Hilfe von AJAX<br />
Technologien<br />
Entwickelt wurde die Applikation<br />
next.step mit dem quelloffenen<br />
Web-Framework Ruby on Rails,<br />
welches das MVC-Pattern (Model-<br />
View-Control) umsetzt. Durch seinen<br />
Aufbau erlaubt Ruby on Rails<br />
schnelles Prototyping <strong>und</strong> unterstützt<br />
somit die agile Softwareentwicklung.<br />
Rails beinhaltet zudem<br />
ein Framework, welches die nahtlose<br />
Integration von AJAX-Funktionen<br />
in die Applikation ermöglicht.<br />
Mit Mongrel ist ein für den produktiven<br />
Einsatz geeigneter, skalierender<br />
Webserver im Einsatz. Als<br />
Backend der Anwendung wird eine<br />
Oracle 10g Datenbank verwendet.<br />
Dynamische Bearbeitung einer User-View mit AJAX<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
Jeschka Thomas<br />
1980<br />
077 417 6846<br />
jesct@bfh.ch<br />
Wolfgramm Niklaus<br />
1979<br />
078 740 7887<br />
wolfn@bfh.ch<br />
27<br />
BI
BI<br />
Käser Thomas<br />
1982<br />
079 361 38 20<br />
thomas.kaeser@gmail.com<br />
Zehr Mario<br />
1980<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
mario.zehr@gmail.com<br />
The Walker – Web 2.0 meets mobile<br />
E-Business / Prof. Rolf Jufer, Niklaus Moor<br />
Experte: Andreas Dürsteler / Swisscom Innovations & Mobile<br />
Nach der geplatzten Internetblase im Jahre 200 hat sich zwischenzeitlich einiges getan. Neue, erfolgreiche<br />
<strong>und</strong> spannende Projekte sind entstanden, die unter Anderem soziale Funktionen in die<br />
Welt des Internets zu integrieren wussten. Daten werden im Internet nicht mehr einfach nur angezeigt,<br />
sondern es wird versucht, Interessensgemeinschaften zu bilden <strong>und</strong> Inhalte <strong>und</strong> Menschen zu<br />
vernetzen. Die Idee des Projekts Walker ist, auf spielerische Weise anhand einer virtuellen Figur <strong>und</strong><br />
den technischen Möglichkeiten der mobilen Kommunikation ein soziales Netzwerk abzubilden, das<br />
als Gr<strong>und</strong>lage zum Knüpfen von neuen Kontakten dienen soll.<br />
Idee<br />
Die Idee Walker ist ein Versuch,<br />
Web 2.0 Anwendungen mit mobilen<br />
Endgeräten zu verbinden. Ein<br />
Walker stellt eine virtuelle Figur dar,<br />
welche von Mobiltelefon zu Mobiltelefon<br />
weitergereicht wird. Wenn<br />
eine Figur der nächsten Person<br />
übergeben wird, startet sie eine<br />
Reise von der Position des Absenders<br />
zu der Position des Empfängers.<br />
Diese Reise kann im Internet<br />
anhand einer Landkarte mitverfolgt<br />
werden. Jeder Empfänger packt<br />
zudem ein Bild von sich <strong>und</strong> dem<br />
Walker in dessen virtuellen Rucksack,<br />
der später als Bildergalerie im<br />
Internet betrachtet werden kann.<br />
Während seiner Reise durch die<br />
Schweiz entsteht eine Momentaufnahme<br />
eines sozialen Netzwerks,<br />
da der Walker immer an eine bekannte<br />
Person weitergereicht wird.<br />
Es ist gut möglich, dass ein Walker<br />
schon nach dem dritten Weiterreichen<br />
zu einer Person gelangt, welche<br />
die erste Person nicht mehr<br />
direkt kennt. Der Walker soll das<br />
Kennenlernen solcher Personen<br />
untereinander ermöglichen <strong>und</strong><br />
vereinfachen, indem beispielsweise<br />
innerhalb dieses sozialen Netzwerks<br />
nach Personen mit ähnlichen<br />
Interessen gesucht werden kann.<br />
Umsetzung<br />
Die Idee des Walkers wurde von<br />
Swisscom Innovations ausgearbeitet.<br />
Wir entwickelten einen Prototyp,<br />
welcher das Potential dieser Idee<br />
veranschaulichen <strong>und</strong> einen möglichen<br />
Weg der technische Umsetzung<br />
aufzeigen soll.<br />
Am Anfang stellte sich uns die<br />
Frage, wie der Walker überhaupt<br />
von einem mobilen Endgerät zum<br />
nächsten gelangen soll. Wir entschieden<br />
uns für eine Internet-basierende<br />
Lösung, die ohne das<br />
Herunterladen <strong>und</strong> Installieren von<br />
Software auf dem Handy auskommt.<br />
Der Walker wird per MMS<br />
übergeben. Da es jedoch technisch<br />
zu aufwändig ist, ein Walker<br />
MMS von normalen zu unterscheiden<br />
<strong>und</strong> zu orten, kann dieses vom<br />
Empfänger nicht direkt weitergesendet<br />
werden. Deshalb wird der<br />
Empfänger anhand eines Links im<br />
MMS zuerst auf eine WAP-Seite<br />
weitergeleitet <strong>und</strong> durchläuft dort<br />
einen Dialog. Er wird mit seinem<br />
Einverständnis anhand der Zelleninformation<br />
lokalisiert <strong>und</strong> kann die<br />
Nummer der nächsten Person eingeben,<br />
die den Walker erhalten soll.<br />
Das Walker MMS wird dann vom<br />
Server zur nächsten Person gesendet.<br />
Zur Darstellung der virtuellen<br />
Reise im Internet verwendeten wir<br />
Google Maps, das mit seiner breiten<br />
Funktionalität alle unsere Anforderungen<br />
abdeckt.<br />
Wir bedanken uns für die interessante<br />
Aufgabenstellung <strong>und</strong> die <strong>Unter</strong>stützung<br />
seitens der Swisscom<br />
bei Niklaus Moor, Beat Egger <strong>und</strong><br />
Reto Wehrli <strong>und</strong> hoffen, dass sich<br />
schon bald ein paar Walker auf den<br />
Weg machen werden.<br />
2 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
AppMan – Applikations-Management unter Kontrolle<br />
Verteilte Systeme / Prof. Dr. Arno Schmidhauser<br />
Experte: Dr. René Bach<br />
Ausfälle von unternehmenswichtiger Software <strong>und</strong> die damit zusammenhängenden Produktionsunterbrüche<br />
sind oft mit hohen Kosten <strong>und</strong> Imageverlust verb<strong>und</strong>en. Das lückenlose Monitoring aller<br />
im Einsatz <strong>stehen</strong>den Applikationen ist deshalb von strategischer Bedeutung. Meistens reichen die<br />
applikationseigenen Werkzeuge nicht aus, um eine umfassende <strong>und</strong> einheitliche Überwachung zu<br />
gewährleisten. Werden die Applikationen durch verschiedene Personen betreut, entsteht zusätzlicher<br />
Koordinationsaufwand. AppMan bietet für diese komplexen Anforderungen die optimale Lösung.<br />
Software-Projekte werden während<br />
den Projekt-Phasen meistens<br />
von den Entwicklern in den verschiedenen<br />
Teststufen betreut <strong>und</strong><br />
gewartet. Nach ihrer erfolgreichen<br />
Integration in die Produktion oder<br />
nach Projekt-Abschluss wird die<br />
Wartung entweder dem K<strong>und</strong>en<br />
oder einer anderen Abteilung übergeben.<br />
In der Regel haben diese<br />
Personen weder vertieftes Wissen<br />
über den System-Aufbau <strong>und</strong> die<br />
Applikationslogik, noch kennen sie<br />
die verschiedenen Geschäftsabläufe.<br />
Um im Fehlerfall oder bei Eintreten<br />
eines bestimmten Ereignisses<br />
sofort die erforderlichen Massnahmen<br />
einzuleiten, sind sie darauf angewiesen,<br />
von der Applikation r<strong>und</strong><br />
um die Uhr mit den notwendigen<br />
AppMan-System<br />
Informationen versorgt zu werden.<br />
Damit die verantwortlichen Personen<br />
angemessen reagieren können,<br />
benötigen sie korrekte Zugriffsrechte<br />
für Applikations-Funktionen.<br />
AppMan vereint drei Subsysteme:<br />
den Management-Server, die Agent-<br />
Server <strong>und</strong> die Clients. Im Mittelpunkt<br />
steht der Management-Server,<br />
welcher mit den bei ihm registrierten<br />
Agent-Servern <strong>und</strong> Clients kommuniziert.<br />
Er verwaltet zentral die unterschiedlichen<br />
Benutzerrechte auf die<br />
Ressourcen der verwalteten Applikationen.<br />
Die Anzahl der Agent-Server<br />
<strong>und</strong> Clients ist mengenmässig<br />
nicht limitiert.<br />
Die zu überwachenden Applikationen<br />
werden beim zuständigen<br />
Agent-Server registriert. Sie defi-<br />
nieren, welche Ressourcen durch<br />
die Clients verwaltet werden dürfen.<br />
Der Agent-Server leitet die Nachrichten<br />
seiner Applikationen an den<br />
Management-Server weiter. Dort<br />
werden diese Nachrichten verarbeitet<br />
<strong>und</strong> an die Clients weitergeleitet,<br />
welche sie einheitlich darstellen.<br />
Die Clients nehmen die Anweisungen<br />
der Benutzer entgegen <strong>und</strong><br />
erstellen die entsprechenden Anfragen<br />
an den Management-Server.<br />
Von dort werden die Anfragen über<br />
den zuständigen Agent-Server an<br />
die Applikation weitergeleitet. Durch<br />
den Einsatz von Web Services für die<br />
Kommunikation zwischen Clients <strong>und</strong><br />
Management-Server wird das Monitoring<br />
über Firewall-Grenzen möglich.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
König Lucas<br />
1969<br />
lucas.koenig@bluewin.ch<br />
Zeiler Christian<br />
1967<br />
catz@gmx.ch<br />
29<br />
BE
BI<br />
Kormann Oliver<br />
1983<br />
oko@durchlauferhitzer.ch<br />
Senn Marc<br />
1983<br />
marc.senn@gmail.com<br />
Uhde Simon<br />
1980<br />
0<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
simon.uhde@gmx.ch<br />
Visualisierung einer Retina Metamorphopsie<br />
Computer Perception / Prof. Roger Cattin, Dr. Martin K. Schmid (Kantonsspital Luzern)<br />
Experte: Stefan Brunner<br />
Bei einer Retina Metamorphopsie, einer durch eine Augenkrankheit verursachte Veränderung der<br />
Netzhaut, wird das Sehvermögen eines Patienten stark beeinträchtigt, da die Erkrankung partielle<br />
Erblindungen sowie Verzerrungen verursachen kann. Diese, durch die Krankheit verursachten Veränderungen<br />
visualisieren wir auf Basis von Messdaten der Netzhaut. Unsere Applikation wird dem<br />
Kantonsspital Luzern zur Erforschung dieser Krankheit zur Verfügung gestellt.<br />
Patienten mit einer Retina Metamorphopsie<br />
fällt es sehr schwer,<br />
die durch die Krankheit verursachten<br />
Veränderungen zu beschreiben.<br />
Um die Krankheit zu erforschen<br />
<strong>und</strong> Fortschritte bei bei der Behandlung<br />
zu erkennen, benötigen<br />
die Augenärzte des Kantonsspitals<br />
Luzern eine Möglichkeit, das Sehvermögen<br />
eines Patienten objektiv<br />
zu betrachten. Im Rahmen der<br />
Diplomarbeit entwickelten wir eine<br />
Software, welche dies ermöglicht.<br />
Als Datengr<strong>und</strong>lage verwenden wir<br />
Schnittbilder der Netzhaut, welche<br />
mit einem Optischen Kohärenztomografen<br />
(OCT) aufgenommen<br />
wurden. Das Verfahren an sich, sowie<br />
die Bewegung des Auges während<br />
des Aufnahmevorgangs beeinträchtigt<br />
die Qualität der Bilder sehr<br />
stark. Mit Hilfe von verschiedenen<br />
Bildverarbeitungsalgorithmen müssen<br />
die Schnittbilder für die Weiterverarbeitung<br />
aufbereitet werden.<br />
Der Benutzer kann nun Operatoren<br />
zur Erkennung von Kanten anwenden,<br />
um die Schnittbilder zu segmentieren<br />
(Markierung der Oberfläche,<br />
des Pigmentepithels sowie<br />
der einzelnen Krankheitsmerkmale).<br />
Die Segmentdaten werden als dreidimensionales<br />
Modell dargestellt<br />
<strong>und</strong> können gespeichert werden.<br />
Die Segmentdaten dienen als Datengr<strong>und</strong>lage<br />
zur Berechnung des<br />
Verzerrungsmodells. Die Art sowie<br />
die Form <strong>und</strong> Grösse der Krankheitsmerkmale<br />
beeinflussen die Berechnung<br />
direkt. Weiter hat der Benutzer<br />
aber die Möglichkeit, mit Hilfe<br />
von Parametern die Berechnung<br />
zu steuern. In der medizinischen<br />
Forschung ist bisher nur zum Teil<br />
bekannt, wie sich eine spezifische<br />
Erkrankung auf das Sehvermögen<br />
auswirkt, das heisst welche Art von<br />
Verzerrung resultiert. Aus diesem<br />
Gr<strong>und</strong> haben wir eine offene Lösung<br />
implementiert, welche es dem<br />
Arzt ermöglicht, die Nachbildung<br />
des Sehvermögens eines Patienten<br />
manuell zu beeinflussen. Solche<br />
krankheitsbedingten Beeinträchtigungen<br />
des Sehvermögens werden<br />
auf einem sogenannten Amsler<br />
Gitter sichtbar gemacht oder auch<br />
auf beliebigen Bildern.<br />
Die Applikation ist in Visual C++ geschrieben,<br />
wobei zur Darstellung<br />
der 3D Segmentdaten VTK (Kitware<br />
Visualization ToolKit) zum Einsatz<br />
kommt. Prototypen von Bildverarbeitungsalgorithmen<br />
wurden mit<br />
MathWorks MATLAB <strong>und</strong> Wolfram<br />
Mathematica entwickelt.<br />
Orginal OCT Schnittbild Amsler Gitter mit visualisiertem Krankheits-<br />
merkmal<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Führungscockpit für Gemeinden<br />
Wirtschaftsinformatik / Prof. Dr. Urs Sauter, Prof. Michael Röthlin<br />
Experte: John Schaer<br />
Wie in der Privatwirtschaft steigt auch in der Verwaltung die Nachfrage nach Controlling- <strong>und</strong> Führungsinstrumenten.<br />
<strong>Unter</strong> dem Titel “Führungscockpit für Gemeinden” hat das Amt für Gemeinden<br />
<strong>und</strong> Raumordnung (AGR) des Kantons Bern im Jahr 200 eine Hilfestellung erarbeitet, die einen Gemeinderat<br />
bei der Sammlung, Aufbereitung <strong>und</strong> Visualisierung von führungsrelevanten Daten unterstützt.<br />
Da das Cockpit aber nur von wenigen Gemeinden eingesetzt wurde, plante das AGR für das<br />
Jahr 2006 eine Überarbeitung des Konzepts. Im Rahmen der Diplomarbeit nahmen wir die Idee auf<br />
<strong>und</strong> setzten uns eine neue Version des Führungscockpits in der Form eines Prototypen zum Ziel.<br />
Vision<br />
Unsere Vision des neuen Führungscockpits<br />
war eine innovative, flexible,<br />
internetbasierte Lösung, die<br />
einem Gemeinderat gleichermassen<br />
als Führungs-, Austausch- <strong>und</strong><br />
Informationsplattform dienen kann.<br />
Während in der ursprünglichen Version<br />
des Führungscockpits noch<br />
MS Excel als Hilfsmittel zur Datenerfassung<br />
<strong>und</strong> –visualisierung<br />
zum Einsatz kam, bilden im neuen<br />
Cockpit die Windows Sharepoint<br />
Services (WSS) die Basis. Ziel der<br />
WSS ist die Optimierung der Zusammenarbeit<br />
von Benutzern unter<br />
einer Weboberfläche. Funktionen<br />
zur gemeinsamen Dokumenten-,<br />
Termin- <strong>und</strong> Adressverwaltung <strong>stehen</strong><br />
ebenso zur Verfügung wie gute<br />
Schnittstellen zu den übrigen Standardprodukten<br />
von Microsoft. Zudem<br />
werden in den nächsten Jahren<br />
zahlreiche Weiterentwicklungen<br />
erwartet.<br />
Benutzeroberfläche<br />
Für das Frontend des Cockpits<br />
nutzten wir die Möglichkeit, eigene<br />
WebParts zu programmieren. Web-<br />
Parts sind GUI-Elemente, die in<br />
Sharepoint eingebettet <strong>und</strong> von jedem<br />
Benutzer nach Belieben angeordnet<br />
<strong>und</strong> konfiguriert werden können.<br />
Sie wurden mit C# <strong>und</strong> dem<br />
.Net Framework 2.0 entwickelt. Zur<br />
Anzeige von Daten in Grafiken wird<br />
auf be<strong>stehen</strong>de WebParts aus MS<br />
Office zurückgegriffen. Dem Benutzer<br />
steht eine Standardansicht<br />
über alle Strategiebereiche seiner<br />
Gemeinde zur Verfügung. Die Flexibilität<br />
der WebParts lässt ihm aber<br />
auch die Möglichkeit, sein eigenes<br />
Cockpit selbst zusammenzustellen.<br />
Datenbank<br />
Um den Gemeinden die Möglichkeit<br />
zu bieten, beliebige Kennzahlen zu<br />
verwalten <strong>und</strong> auszuwerten, ist die<br />
SharePoint-Oberfläche im neuen<br />
Führungscockpit mit einer flexiblen<br />
Datenbank im Hintergr<strong>und</strong> kombiniert.<br />
Diese enthält Sachdaten mit<br />
Detailansicht einer Kennzahl Übersicht eines Strategiebereichs<br />
beliebigem Kontext in einer fixen<br />
Form. Erst durch Metadaten werden<br />
sie einer Kennzahl <strong>und</strong> einer<br />
Gemeinde zugeordnet.<br />
Im Cockpit steht dem Benutzer<br />
eine Standardansicht über alle<br />
Strategiebereiche seiner Gemeinde<br />
zur Verfügung. Die Flexibilität der<br />
WebParts lässt ihm aber auch die<br />
Möglichkeit, sein eigenes Cockpit<br />
selbst zusammenzustellen.<br />
Reporting<br />
Als Ausgabemöglichkeit der gesammelten<br />
Daten <strong>stehen</strong> Reports<br />
zur Verfügung, die mit Hilfe der Reporting<br />
Services des MS SQL Servers<br />
erstellt werden. Die generierten<br />
Reports können ins Excel- oder pdf-<br />
Format exportiert, bearbeitet <strong>und</strong><br />
veröffentlicht werden.<br />
Bei der Umsetzung wurden wir<br />
fre<strong>und</strong>lich unterstützt von der Gemeinde<br />
Wohlen, die auch die erste<br />
Version des Führungscockpits seit<br />
einigen Jahren erfolgreich einsetzt.<br />
Sie lieferte uns Testdaten <strong>und</strong> stand<br />
beratend zur Seite.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
Lenz Nicolas<br />
1982<br />
nicolas.lenz@gmail.com<br />
Rüedi Rahel<br />
1982<br />
079 289 37 79<br />
rahel.rueedi@gmx.ch<br />
BI
BI<br />
Lombriser Gabriel<br />
1981<br />
076 381 31 26<br />
gabriel.lombriser@gmail.com<br />
Seiler Fabian<br />
1980<br />
079 751 21 77<br />
unmei@matroska.org<br />
Widmer Fritz<br />
1967<br />
034 415 23 16<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
fritz.widmer@bluewin.ch<br />
OCAD Mobile - Kartographie-System für mobile Geräte<br />
Mobile Computing / Prof. Marcel Pfahrer<br />
Expertin: Isabel Steiner / OCAD AG, Baar<br />
Strassenkarten, Stadtkarten, Wanderkarten, Übersichtspläne, Orientierungslaufkarten – immer <strong>und</strong><br />
überall treffen wir Karten an. Hinter diesen Karten steckt oft eine grosse Arbeit, sollen sie doch aktuell<br />
<strong>und</strong> genau sein.<br />
OCAD Mobile macht es dem Kartenaufnehmer auf einfache Art <strong>und</strong> Weise möglich auf einem PDA<br />
(Personal Digital Assistant), resp. Pocket PC im Gelände Karten zu erfassen <strong>und</strong> zu editieren. Mit<br />
Hilfe von GPS-Positionsdaten können Objekte auf der Karte punktgenau gezeichnet werden.<br />
OCAD Mobile kann beschrieben<br />
werden als CAD System für PDAs.<br />
Dem Benutzer ist es möglich mit<br />
Hilfe des PDA Stiftes direkt auf dem<br />
Bildschirm eine Karte zeichnen;<br />
Kartenobjekte einfügen, verschieben,<br />
rotieren, skalieren etc. Mit den<br />
verschiedenen Linienfunktionen<br />
können Geraden, Kurven, Kreise,<br />
Rechtecke <strong>und</strong> auch Freihandlinien<br />
gezeichnet werden. GPS Signale<br />
werden genutzt um die aktuelle Position<br />
anzuzeigen, auf der Karte zu<br />
navigieren, Punkte ortsgenau einzufügen<br />
<strong>und</strong> ganze Strecken aufzuzeichnen.<br />
Die Diplomarbeit wurde in Zusammenarbeit<br />
mit der Firma OCAD AG<br />
(http://www.ocad.ch) durchgeführt.<br />
OCAD AG entwickelt die weltweit<br />
im Desktopbereich eingesetzte<br />
Kartographiesoftware OCAD. Fast<br />
alle Orientierungslaufkarten werden<br />
mit dieser Software gezeichnet.<br />
Üblicherweise wird die Umgebung<br />
mit Bleistift <strong>und</strong> Papier aufgenommen,<br />
eingescannt <strong>und</strong> mit dem<br />
Desktopprogramm OCAD die Karte<br />
digitalisiert. OCAD Mobile vereint<br />
diese Schritte zu einem einzigen.<br />
Die mobile Version arbeitet mit<br />
dem gleichen Dateiformat wie die<br />
Desktop-Version. So können Kartendateien<br />
einfach zwischen den<br />
Systemen ausgetauscht <strong>und</strong> weiter<br />
bearbeitet werden.<br />
Technologie<br />
Die Anwendung ist konzipiert für<br />
die neuste PDA Generation mit<br />
dem Windows Mobile Betriebssystem<br />
<strong>und</strong> baut auf dem .NET Compact<br />
Framework 2.0 auf.<br />
Die GPS-Daten können wahlweise<br />
von einem im Gerät implementierten<br />
GPS Empfänger, oder von<br />
einem externen Empfänger über<br />
Bluetooth empfangen werden.<br />
Bei der Konzeption <strong>und</strong> Programmierung<br />
von OCAD Mobile gab es<br />
einige Punkte zu beachten. So ist<br />
z.B. die Prozessorleistung eines<br />
PDAs um ein Vielfaches kleiner als<br />
bei Desktop Maschinen. Darum<br />
sind alle Prozesse optimiert worden.<br />
Für die Anzeige der Karten mussten<br />
spezielle Algorithmen entwickelt<br />
werden, um das Navigieren auf der<br />
Karte flüssig zu machen. Auch ist<br />
der Benutzerführung auf Gr<strong>und</strong><br />
des geringen Platzes auf dem Bildschirm<br />
eine grosse Aufmerksamkeit<br />
geschenkt worden. So <strong>stehen</strong> dem<br />
Benutzer je nach Aufgabe die richtigen<br />
Werkzeuge zur Verfügung.<br />
2 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Gaze Tracking<br />
Image Processing / Prof. Roger Cattin<br />
Experte: Peter Matti<br />
Augenbewegungen verraten den Medizinern viel über die Funktionsweise des Gehirns <strong>und</strong> einige<br />
seiner Erkrankungen.<br />
Für die Augenklinik des Kantonsspitals Luzern soll eine Applikation entwickelt werden, die es erlaubt,<br />
Augenbewegungen zu detektieren, zu messen, aufzuzeichnen <strong>und</strong> graphisch darzustellen.<br />
Für die Detektion der Augenbewegungen wurde bei der Firma Arrington Research (USA) ein Messgerät<br />
(Gaze Tracker) beschafft <strong>und</strong> während der Projektarbeit erheblich modifiziert.<br />
Der Gaze Tracker ist mit zwei Infrarotkameras,<br />
welche die Augenbewegungen<br />
messen, ausgestattet.<br />
Auf Wunsch wurde von der Firma<br />
Arrington Research eine dritte Kamera<br />
hinzugefügt, die das Szenenbild<br />
anzeigt, welches der Patient<br />
sieht. Unsere Applikation kann mit<br />
der Software ViewPoint, welche<br />
zusammen mit dem Gaze Tracker<br />
gelieferten worden ist, über ein<br />
SDK kommunizieren. Da die Szenenkamera<br />
nur ein Zusatz ist, fehlt<br />
in dieser Software eine Kalibration<br />
zwischen Augenbewegungen <strong>und</strong><br />
Szenenbild.<br />
Gaze Tracker<br />
Der Gaze Tracker wurde in unserer<br />
Projektarbeit mit einem Laserpatternprojektor<br />
ergänzt, welcher ein<br />
Gitter von neun Punkten projiziert.<br />
So kann eine Beziehung zwischen<br />
dem Bild der Szenenkamera <strong>und</strong><br />
den Augenbewegungen hergestellt<br />
<strong>und</strong> kalibriert werden, ohne<br />
dass der Kopf des Patienten fixiert<br />
sein muss. Die Augenbewegungen<br />
können somit präzise auf dem Szenenbild<br />
in der Applikation angezeigt<br />
werden.<br />
Die Augenbewegungen, welche von<br />
der ViewPoint Software gemessen<br />
werden, können in unserer Applikation<br />
über ein Aufnahmemenu in ein<br />
Textfile abgespeichert werden. Um<br />
die spätere Analyse zu unterstützen,<br />
wird parallel zu den Daten ein Video<br />
aufgenommen. In dieser Aufnahme<br />
ist, neben den Augenpositionen,<br />
dargestellt mit einem Kreuz, die<br />
Aufnahmezeit vorhanden. So kann<br />
die Relation zwischen Videobild<br />
<strong>und</strong> Datenaufzeichnung hergestellt<br />
werden. Ausserdem ist es mit Hilfe<br />
der Bildverarbeitung möglich, aus<br />
dem Video die Translationsbewegung<br />
des Kopfes zu detektieren.<br />
Für die Weiterverarbeitung ist es<br />
möglich, die Daten ins MS Excel zu<br />
exportieren. Im Excel können die<br />
Daten vom Benutzer in einem Diagram<br />
angezeigt <strong>und</strong> manuell weiterverarbeitet<br />
werden. Die Analyse<br />
des Videos erfolgt in der Applikation.<br />
Der Benutzer kann Bild für Bild<br />
durch das Video navigieren.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
Lüdi Pascal<br />
1980<br />
076 582 33 21<br />
ludip@bfh.ch<br />
Zuppiger Silvan<br />
1978<br />
079 657 05 94<br />
silvan.zuppiger@gmx.net<br />
BI
BI<br />
Luggen Michael<br />
1983<br />
032 510 38 85<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
michael.luggen@unifr.ch<br />
– CAVE Widget Library<br />
Virtual Reality and Computer Haptics / Prof. Urs Künzler<br />
Experte: Prof. Dr. Rolf Haenni Sola<br />
Die Chirurgin ist etwas nervös, sie verlangt in der kritischen Situation eine Kocherklemme. Der Assistenzarzt<br />
dreht sich zum Besteck im hinteren Teil des Operationssaals um. Beim raschen Zurückkommen,<br />
stolpert er über einen mobilen Röntgenautomaten. Die Klemme rutscht aus der Hand <strong>und</strong><br />
landet im offenen Knie.<br />
Ernüchtert greift die Chirurgin nach einem in der Luft schwebenden Kubus. Im selben Moment ist<br />
der OP wieder sauber, der Patient wird gerade hereingebracht <strong>und</strong> der Assistenzarzt, sich keiner<br />
Schuld bewusst, steht wieder bereit. Die Simulation kann von Neuem beginnen.<br />
Dies ist nicht mehr reine Fiktion.<br />
Verschiedene neue Technologien<br />
ermöglichen es, realistische Situationen<br />
virtuell nachzustellen.<br />
Schnelles <strong>und</strong> intuitives Trainieren<br />
aber auch ein greifbares Planen<br />
wird dadurch stark vereinfacht. Im<br />
Rahmen des medizinischen Forschungsprojektes<br />
HOVISSE an der<br />
HTI wird unter anderem eine Software<br />
für OP-Simulationen realisiert.<br />
Die Ärzte können vor dem tatsächlichen<br />
Eingriff die Operation realitätsnahe<br />
durchspielen.<br />
Technologie<br />
Um ein immersives (sich in der virtuellen<br />
Simulation fühlend) Erlebnis<br />
zu ermöglichen, werden neuartige<br />
Technologien genutzt.<br />
Das wichtigste Instrument in diesem<br />
Zusammenhang ist der CAVE<br />
(Computer Automated Virtual Environment).<br />
Er besteht an der HTI aus<br />
drei Projektionsflächen, die r<strong>und</strong> um<br />
den Benutzer angeordnet sind. Dadurch<br />
wird das gesamte Blickfeld<br />
abgedeckt. Auf jeder Projektionsfläche<br />
wird für je das linke <strong>und</strong> das<br />
rechte Auge ein Bild überlagert projiziert.<br />
Eine spezielle Brille, welche<br />
der Benutzer trägt, trennt die Bilder<br />
wieder auf. Dies ermöglicht dem<br />
Der CAVE an der HTI während der Kalibrierung.<br />
Nutzer, die dargestellten Objekte<br />
auch in der Tiefe wahrzunehmen.<br />
Die geläufigen Eingabegeräte wie<br />
Tastatur <strong>und</strong> Maus sind im CAVE<br />
nicht mehr brauchbar, da man sich<br />
frei bewegt. Deshalb benötigt der<br />
Benuter auch ein neues Konzept,<br />
um mit der Anwendung zu interagieren.<br />
Der DataGlove ist ein Handschuh,<br />
bestückt mit einer Reihe<br />
von Sensoren. Das System kann<br />
dadurch erkennen, wo innerhalb<br />
des CAVE sich die Hand des Benutzers<br />
befindet. Weiter erkennt der<br />
DataGlove auch die Gesten, welche<br />
der Benutzer mit der Hand durchführt.<br />
Diese Informationen legen die<br />
Gr<strong>und</strong>lage für ein Eingabekonzept.<br />
Neue Bedürfnisse<br />
Im <strong>Unter</strong>schied zu bisherigen Anwendungen<br />
ist in einem CAVE die<br />
ganze Anwendung im dreidimensionalen<br />
Raum angesiedelt. Neben<br />
der Simulation sind auch die Bedienelemente<br />
dreidimensional umgesetzt.<br />
In der Diplomarbeit wird<br />
auf diese Bedienelemente, auch<br />
Widgets genannt, eingegangen.<br />
de Widget Library<br />
Verschiedene Anforderungen wurden<br />
an die Widget Library gestellt.<br />
Zuerst soll das System intuitiv <strong>und</strong><br />
ohne langwierige Einführung benutzt<br />
werden können. Dazu mussten<br />
bekannte <strong>und</strong> genutzte Eingabekonzepte<br />
studiert <strong>und</strong> analysiert<br />
werden. Gängige Widgets aus be<strong>stehen</strong>den<br />
Betriebsystemen wurden<br />
auf ihre Basisfunktionalität<br />
heruntergebrochen. Anschliessend<br />
werden sie um Funktionen ergänzt<br />
welche durch den dreidimensionalen<br />
Raum ermöglicht werden.<br />
Weiter sollen mehrere Personen zur<br />
selben Zeit die selben Widgets benutzen<br />
können. Diese Multiuserfähigkeit<br />
ermöglicht es, in einer ganz<br />
neuen Form zusammen an einem<br />
Problem zu arbeiten. Die einzelnen<br />
Benutzer können dazu verschiedenartige<br />
Eingabegeräte benutzen.<br />
Im Rahmen der Diplomarbeit wurde<br />
der oben erwähnte DataGlove<br />
als Zeigegerät implementiert, um<br />
das erstellte Softwarekonzept zu<br />
prüfen.<br />
Ein Beispiel des “Button” als Gr<strong>und</strong>element<br />
für verschiedenartige Benutzerlemente.<br />
Es wurde eine Reihe von Widgets<br />
umgesetzt. Der “Button” ist das<br />
Benutzerlement, welches in der<br />
Gr<strong>und</strong>konfiguration das Absetzen<br />
eines Befehls ermöglicht. Weiter<br />
kann dasselbe Element benutzt<br />
werden, um ein Auswahlmenü zu<br />
realisieren. Andere Elemente ermöglichen<br />
die Anzeige von Text<br />
oder das Wählen einer Option.<br />
Insgesamt wurde die Architektur<br />
optimiert, um ein Erweitern durch<br />
neue Eingabegeräte sowie Widgets<br />
jederzeit zu gewährleisten.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
KIWJ : KinderWeltJahrbuch<br />
E-business / Prof. Rolf Jufer<br />
Expert: Han van der Kleij<br />
Le projet KIWJ est une application web pour l’entreprise biennoise Weltr<strong>und</strong>schau Verlag AG dont<br />
le siège se trouve à Baar. Les produits vendus par l’entreprise représentent des almanachs personnalisés<br />
des enfants, que les parents, proches ou lointains, ainsi que les connaissances peuvent se<br />
procurer. Ces almanachs sont la combinaison de l’édition de la rétrospective mondiale de l’année de<br />
naissance de l’enfant et de l’insertion des photos des enfants nés dans la même région et la même<br />
année. A cet effet, l’entreprise collabore étroitement avec TOPTEL SA pour la réception de listes<br />
d’appels téléphoniques.<br />
L’objectif du projet est, dans un<br />
premier temps, d’alléger certaines<br />
charges administratives de<br />
l’entreprise en laissant l’opportunité<br />
aux clients de pouvoir passer commande<br />
via l’application web. Par<br />
ailleurs, le choix leur est toujours<br />
laissé de le faire via des agents qui,<br />
par téléphone, prendront note de<br />
leur commande et l’enregistreront<br />
également par l’intermédiaire de<br />
l’application. Le client a également<br />
le choix entre différentes options<br />
possibles pour le produit : édition<br />
de luxe, impression du nom sur la<br />
reliure, portrait grand format de<br />
l’enfant sur la page titre intérieure.<br />
Côté production<br />
Les employés de bureau (SAB)<br />
s’occupent de ce qui est lié à la<br />
planification des produits. Ils valident<br />
les commandes confirmées<br />
par les clients par rapport au plan<br />
de production dont les informations<br />
se trouvent dans une base de données<br />
Access.<br />
Alternative de produits<br />
Si la commande est transmise<br />
tardivement par le client selon<br />
le calendrier du plan de production,<br />
ce dernier est alors averti de<br />
l’impossibilité d’acquérir le produit<br />
de sa commande. L’alternative d’un<br />
nouveau produit lui est ensuite proposée.<br />
Ce deuxième produit représente<br />
également un almanach de la<br />
rétrospective mondiale sur l’année<br />
de naissance de l’enfant et regroupe<br />
cette fois-ci toutes les photos<br />
des enfants suisses nés dans la<br />
même année.<br />
Les données relatives aux commandes<br />
de produits confirmées par<br />
les clients et validées par le SAB<br />
sont exportées par l’administrateur<br />
du portail KIWJ dans une base de<br />
données Access pour la production.<br />
L’administrateur du portail KIWJ a<br />
également la tâche de gérer les listes<br />
téléphoniques TOPTEL qu’il doit<br />
répartir entre les différents agents.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
Photo non remise.<br />
Maillat Dominique<br />
1982<br />
dominique.maillat@gmail.com<br />
BI
BI<br />
Mendimi Tsoungui C. Gabriella<br />
1982<br />
079 621 00 23<br />
6<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
gabymen@hotmail.com<br />
Service d’Authentification Unifiée Multi Établissements<br />
Network design / Prof. Dr Abdelatif Mokeddem<br />
Expert : Daniel Forchelet<br />
La problématique de l’authentification des utilisateurs et du contrôle de l’accès aux ressources est<br />
très sensible pour la sécurité d’un système d’information. Compte tenu de cela, comment adapter le<br />
système à la mobilité des collaborateurs sans faire de concession sur la sécurité ?<br />
Motivation<br />
La tendance actuelle est au regroupement<br />
des établissements universitaires<br />
en fédération dans le but de<br />
mettre en place le partage des ressources<br />
documentaires, des groupes<br />
de travail transversaux, des formations<br />
interuniversitaires, etc. De<br />
fait, les ressources locales doivent<br />
être accessibles aux étudiants et<br />
collaborateurs des universités partenaires.<br />
Or, ces personnes ne sont<br />
pas connues du système d’authentification<br />
local. Aujourd’hui, ces cas<br />
sont gérés de manière artisanale<br />
(gestion de comptes “invité”, mot<br />
de passe partagé par un groupe,…),<br />
donc peu sûre, alors que ces situations<br />
se généralisent.<br />
Problématique<br />
Comment ouvrir l’accès à une ressource<br />
locale (thèses, cours en ligne,…)<br />
à d’autres établissements<br />
universitaires tout en sécurisant<br />
l’accès à cette même ressource ?<br />
Architecture et fonctionnement simplifiés du système Shibboleth.<br />
Solution<br />
Dans un premier temps, la phase<br />
d’authentification préalable à l’accès<br />
à une application est déportée vers<br />
le service d’authentification de l’établissement<br />
d’origine de l’utilisateur:<br />
c’est la délégation d’authentification.<br />
L’application se contente d’une assertion<br />
d’authentification de la part<br />
de ce service, lui indiquant si l’utilisateur<br />
a été correctement authentifié<br />
ou non.<br />
Dans un deuxième temps, il faut<br />
collecter les attributs relatifs à l’utilisateur<br />
auprès de son établissement<br />
de rattachement: c’est la propagation<br />
des attributs utilisateur. Ces attributs<br />
sont de deux types :<br />
- Ceux permettant de personnaliser<br />
le service (nom, prénom,<br />
email…).<br />
- Ceux requis pour effectuer un<br />
contrôle d’accès plus fin à la<br />
ressource (catégorie d’utilisateur,<br />
département d’étude, …).<br />
SWITCH (réseau des universités et<br />
hautes écoles suisses) a choisi l’outil<br />
Shibboleth pour développer sa fédération.<br />
Shibboleth développé depuis<br />
2001 par Internet2, désigne à la<br />
fois une norme et un produit (open<br />
source) qui permet, pour un ensemble<br />
de partenaires, la mise en place<br />
de ces deux fonctionnalités que sont<br />
la délégation d’authentification et la<br />
propagation d’attributs.<br />
Implémentation<br />
Dans une architecture Shibboleth, il<br />
y a 4 acteurs :<br />
- Le navigateur web de l’utilisateur.<br />
- Le fournisseur de ressources :<br />
Application Web sécurisée accessible<br />
uniquement aux utilisateurs<br />
authentifiés et autorisés.<br />
C’est le cœur de ce travail de diplôme<br />
qui a consisté à modifier une application<br />
web de cours en ligne afin<br />
de lui inclure un module Shibboleth<br />
lui permettant, d’une part, d’être<br />
intégré à la fédération SWITCH et,<br />
d’autre part, d’afficher son contenu<br />
en fonction du profil de l’utilisateur<br />
authentifié.<br />
- Le fournisseur d’identités:<br />
Serveur seul habilité à authentifier<br />
les utilisateurs d’un établissement<br />
et à fournir les attributs associés<br />
à ces utilisateurs.<br />
- Le WAYF (where are you from?):<br />
Serveur qui connaît toutes les<br />
organisations participantes à la<br />
fédération. Il peut donc rediriger<br />
les utilisateurs vers le fournisseur<br />
d’identités de leur organisation<br />
de rattachement pour qu’ils puissent<br />
s’y authentifier.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Simplified Patent Research with Java EE<br />
Java EE / Prof. Dr. Eric Dubuis<br />
Expert: Christopher Giblin (IBM Research Lab)<br />
One of the core competencies of ISS Ltd. (Integrated Scientific Services) is patent researche. Up to<br />
now a research is mainly performed by means of the web based search engine of the European Patent<br />
Office. All data are manually gathered and filtered by a researcher and then collected in spreadsheet<br />
files on a shared network folder. The results are then delivered by e-mail. This approach shows<br />
that a significant part of researchers’ works consists of activities that could be automated.<br />
Solution<br />
With Sypres, a system which integrates<br />
patent research capabilities<br />
has been created with the following<br />
specification: patent data storage/<br />
management and a customer interface<br />
in a single Java EE application.<br />
Since the European Patent Office<br />
(EPO) provides a publicly available<br />
web service delivering production<br />
stable and high quality raw patent<br />
data, the capacity to access the<br />
EPO database using a web service<br />
makes it possible to obtain patent<br />
data faster compared to HTML<br />
based patent search engines. Furthermore,<br />
one can rely on a standardized<br />
interface which is not likely<br />
to change in foreseeable future. If<br />
required, the acquired data can be<br />
made persistent, tagged, and rated<br />
in accordance with their relevance<br />
to customers’ search requests. In<br />
addition, Sypres integrates basic<br />
workflow features, allowing search<br />
requests to be processed by multiple<br />
researchers. By using a web<br />
application, customers are able to<br />
commission patent research inquiries<br />
and directly access results of already<br />
processed search requests.<br />
Implementation & Technology<br />
Since multiple researchers may<br />
work concurrently with the same<br />
set of data, a client/server architecture<br />
was constructed and implemented.<br />
All business logic is<br />
on the implemented server side by<br />
means of Enterprise Java Beans<br />
3.0 (EJB3), which runs on any Java<br />
EE 5 application server (AS) following<br />
the EJB3 specification. JBoss 4<br />
was used during development, an<br />
Open Source implementation of<br />
an AS and an attached MySQL 5<br />
Patent data display after automatic import from the European Patent Office<br />
DBMS as storage back end. The<br />
client software for the researchers<br />
is implemented using Java (Swing),<br />
which is platform independent and<br />
can easily access the server beans<br />
via JNDI and Remote Method Invocation<br />
(RMI).<br />
Prospects<br />
Restricted by the scope of the diploma<br />
thesis, only a part was realized<br />
due to the substantial architectural<br />
design. First of all, it is<br />
f<strong>und</strong>amental that server and client<br />
software achieve the maturity for<br />
usage in a productive environment.<br />
A web based customer portal is <strong>und</strong>er<br />
consideration and will be implemented<br />
later, and integrated using<br />
Java EE web technologies such as<br />
Java Server Pages or Java Server<br />
Faces.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
Messer Thierry<br />
1981<br />
thierry.messer@mtec-studios.ch<br />
Morandi Michael<br />
1981<br />
michael.morandi@bncstyles.ch<br />
7<br />
BI
BE<br />
Odermatt Raphael<br />
1976<br />
079 211 82 25<br />
ody@gmx.ch<br />
Rebsamen Michael<br />
1982<br />
079 676 78 60<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
michael.rebsamen@bluewin.ch<br />
dScanner – D Rekonstruktion von Objekten<br />
Bildanalyse / Prof. Dr. Erich Badertscher, Prof. Dr. Peter Schwab<br />
Experte: Dr. Federico Flückiger<br />
Durch die rasante Entwicklung im Bereich von Virtual Reality <strong>und</strong> Augmented Reality verschmelzen<br />
die reale <strong>und</strong> die virtuelle Welt zunehmend. Vielfach entsteht daher der Wunsch, reale Gegenstände<br />
in die virtuelle Welt zu integrieren. Dazu muss der Gegenstand vorgängig in ein möglichst exaktes<br />
D-Modell umgewandelt werden. Ziel dieser Diplomarbeit ist, auf Gr<strong>und</strong> von 2D Aufnahmen eines<br />
Objektes aus verschiedenen Winkeln das D Objekt zu rekonstruieren. Dazu gehören sowohl die<br />
Geometrie als auch die Texturen.<br />
Ausgangslage<br />
Die Ausgangslage ist eine Serie von<br />
Bildern des Objektes, aufgenommen<br />
aus verschiedenen Winkeln<br />
<strong>und</strong> ein Kalibrierungsbild. Das Objekt<br />
wird dazu auf einem mit Kontrollpunkten<br />
versehenen Drehteller<br />
vor einem homogen eingefärbten<br />
Hintergr<strong>und</strong> platziert.<br />
An Hand des Kalibrierungsbildes<br />
wird eine Projektionsmatrix berechnet,<br />
welche die perspektivische<br />
Verzerrung der Aufnahmen enthält.<br />
Mit Hilfe der Kontrollpunkte <strong>und</strong><br />
der Projektionsmatrix kann der Aufnahmewinkel<br />
aller Bilder berechnet<br />
werden.<br />
Voxel-Modell<br />
D Rekonstruktion<br />
Für die Rekonstruktion des 3D-Objektes<br />
verwenden wir ein als Shape<br />
from Silhouette bekanntes Verfahren.<br />
Die Silhouetten der Bilder<br />
werden dabei virtuell auf ein Voxel-<br />
Model projiziert. Nicht von der Silhouette<br />
verdeckte Bereiche werden<br />
vom Modell abgetrennt. Auf diese<br />
Weise entsteht schrittweise das 3D-<br />
Objekt. Bei all diesen Operationen<br />
muss jeweils die Zentralprojektion<br />
der Aufnahme berücksichtigt werden.<br />
Diese ist in der Projektionsmatrix<br />
enthalten.<br />
Für die Darstellung ist letztendlich<br />
nur die Oberfläche interessant.<br />
Dazu wird das Voxel-Modell<br />
mit einem als Marching-Cube bekannten<br />
Algorithmus auf ein Polygon-Modell<br />
reduziert.<br />
Polygon-Mesh der Oberfläche<br />
Texturen<br />
Neben der reinen Geometrie des<br />
Objektes wird auch die Farbinformation<br />
aus den Aufnahmen zurück<br />
gewonnen. Für jedes Polygon resp.<br />
Dreieck wird das optimale Bild ermittelt,<br />
mit einem Normalenvektor<br />
möglichst orthogonal zur Bildfläche.<br />
Die Textur entsteht, in dem das Polygon<br />
auf das Bild zurückprojiziert<br />
wird.<br />
Resultat<br />
Entstanden ist ein Framework mit<br />
den oben beschriebenen Algorithmen<br />
für die 3D Rekonstruktion <strong>und</strong><br />
eine einfache Anwendung, die vom<br />
Framework gebrauch macht. Die<br />
rekonstruierten 3D Objekte werden<br />
mit OpenGL dargestellt oder können<br />
als animiertes GIF abgespeichert<br />
werden. Ein Export in das<br />
standardisierte Format Wavefront<br />
Obj erlaubt den Import der Objekte<br />
in beliebige 3D-Software wie 3ds<br />
Max, Maya oder Blender.<br />
Rekonstruiertes 3D Objekt mit Texturen<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Innovation in der Büroautomation<br />
User Centered Requirements Engineering / Betreuer Markus Flückiger<br />
Experte Dr. René Bach<br />
Stellen Sie sich Hansueli vor, einen -jährigen selbständigen Zimmermann. Er hat bereits schlechte<br />
Erfahrungen mit komplexen Büroanwendungen gemacht <strong>und</strong> ist deshalb skeptisch. Aufgr<strong>und</strong> einer<br />
Empfehlung kauft Hansueli das Programm BzBA zur <strong>Unter</strong>stützung der Büroarbeit in seinem Betrieb.<br />
Beim Öffnen der Verpackung steht ihm die Anspannung ins Gesicht geschrieben.<br />
Durch die schnelle <strong>und</strong> einfache Installation von BzBA gewinnt Hansueli Vertrauen in das Programm.<br />
Bei der Arbeit mit BzBA wird ihm erst nachträglich bewusst, dass er weder Handbuch noch Hilfe<br />
benutzen musste.<br />
Wie kann es sein, dass dieses Programm genau seine Bedürfnisse abdeckt <strong>und</strong> so einfach zu bedienen<br />
ist?<br />
Es existieren bereits Produkte für<br />
das Erledigen der administrativen<br />
Aufgaben, wie sie in kleinen Firmen<br />
oder für selbständig Erwerbende<br />
anfallen. Alle Produkte sind umfangreich<br />
<strong>und</strong> dementsprechend<br />
teuer in der Anschaffung.<br />
Unsere Applikation soll Leuten wie<br />
Hansueli als kostengünstige, auf<br />
ihre spezifischen Bedürfnisse angepasste,<br />
Variante zur Verfügung<br />
gestellt werden.<br />
Aufgr<strong>und</strong> dieser Vorgaben ist BzBA<br />
entstanden. Diese Büroanwendung<br />
stellt alle gängigen Funktionen zur<br />
Verfügung, ist jedoch einfacher zu<br />
handhaben als die bisher auf dem<br />
Markt verfügbaren Produkte.<br />
Applikation BzBA – Benutzerzentrierte<br />
Büro-Anwendung<br />
Die Kernpunkte der Applikation<br />
BzBA sind die K<strong>und</strong>enverwaltung<br />
<strong>und</strong> das einfache Erstellen von Dokumenten.<br />
Benutzer können intuitiv<br />
die Kontaktdaten der K<strong>und</strong>en ver-<br />
walten <strong>und</strong> in Dokumente einsetzen.<br />
Dies erspart Hansueli das mehrfache<br />
Eintippen der Adresse eines<br />
K<strong>und</strong>en.<br />
Einmal eingegebene Informationen,<br />
wie beispielsweise Rechnungspositionen,<br />
lassen sich problemlos<br />
in weitere Dokumente einfügen.<br />
Ebenso ermöglicht BzBA das Übernehmen<br />
von Daten aus einem be<strong>stehen</strong>den<br />
Dokument in ein Neues.<br />
Benutzer können so praktisch auf<br />
Knopfdruck aus einer Offerte eine<br />
Auftragsbestätigung erstellen.<br />
Bei allen Funktionen <strong>stehen</strong> stets<br />
die einfache Bedienbarkeit <strong>und</strong> der<br />
Nutzen für den K<strong>und</strong>en im Vordergr<strong>und</strong>.<br />
Dazu gehört nicht zuletzt<br />
auch eine unkomplizierte Installation.<br />
Benutzerzentriertes Vorgehen<br />
Damit eine nützliche <strong>und</strong> einfach<br />
zu handhabende Applikation realisiert<br />
werden konnte, war der direkte<br />
Kontakt mit den Benutzern<br />
Entwicklungsablauf: Erste Skizze bis zum, mit den Benutzern getesteten, Endergebnis<br />
unbedingt notwendig. Wir gingen<br />
deshalb nach dem User Centered<br />
Design Prozess vor. So konnten<br />
wir sicher sein, dass unsere Applikation<br />
den Bedürfnissen der K<strong>und</strong>en<br />
gerecht wird <strong>und</strong> erreichten<br />
somit eine hohe Benutzerfre<strong>und</strong>lichkeit.<br />
Durch regelmässiges gemeinsames<br />
Testen der Zwischenprodukte<br />
(Prototypen) standen wir<br />
in engem Kontakt mit den Anwendern.<br />
Dabei wurden immer wieder<br />
wichtige Aspekte aufgedeckt, die<br />
es zu berücksichtigen galt.<br />
Dank diesem Vorgehen können wir<br />
garantieren, dass BzBA voll <strong>und</strong><br />
ganz den spezifischen Bedürfnissen<br />
unserer Zielgruppe gerecht<br />
wird.<br />
Weiterentwicklung<br />
Zur erweiterten <strong>Unter</strong>stützung von<br />
Hansuelis Arbeit kann BzBA problemlos<br />
mit einer Kontrolle der Kosten<br />
oder der Zahlungseingänge erweitert<br />
werden.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
Raaflaub Christoph<br />
1979<br />
079 738 28 78<br />
ch.raaflaub@gmx.ch<br />
Zaugg Karin<br />
1978<br />
079 354 85 25<br />
k.zaugg@bluewin.ch<br />
9<br />
BE
BI<br />
Reigel Alexis<br />
1980<br />
078 691 26 71<br />
alexis.reigel@jcows.org<br />
Schmid Marco<br />
1981<br />
079 356 29 13<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
marco.schmid@jcows.org<br />
Generischer Web Service Client JCows<br />
Web Services / Betreuer Prof. Dr. Stephan Fischli<br />
Experte: Dr. Thomas Siegrist<br />
Web Services sind serverseitige Software-Komponenten, die eine Web-Programmierschnittstelle<br />
zur Verfügung stellen. Da Web Services auf offenen XML-basierten Standards beruhen, eignen sie<br />
sich sowohl zur Integration von firmeninternen Systemen (EAI) als auch zur Entwicklung von firmenübergreifenden<br />
Applikationen (B2B).<br />
JCows wurde zum Testen von Web Services entwickelt. JCows ist im Wesentlichen eine generische<br />
Client-Applikation, mit welcher ein Benutzer aufgr<strong>und</strong> der Schnittstellenbeschreibung (WSDL) die<br />
Operationen eines beliebigen Web Service dynamisch aufrufen kann. Für die Eingabe der Parameter<br />
<strong>und</strong> die Anzeige der Resultate steht eine grafische Benutzeroberfläche zur Verfügung.<br />
Problemstellung<br />
Um einen Web Service ansprechen<br />
zu können, bedarf es in der Regel<br />
einer speziell dafür entwickelten<br />
Client-Applikation. Demzufolge<br />
muss für jeden neuen Web Service<br />
eine zugehörige Client-Applikation<br />
für das Testen entwickelt werden.<br />
Wünschenswert wäre es hier, eine<br />
Applikation zu haben, welche allgemeingültig<br />
eingesetzt werden kann.<br />
Die Applikation JCows erfüllt genau<br />
diesen Anspruch, indem sie eine<br />
generische grafische Umgebung<br />
zur Verfügung stellt, mit deren Hilfe<br />
ein beliebiger Web Service angesprochen<br />
<strong>und</strong> dessen Operationen<br />
aufgerufen werden können. Die<br />
Sprache WSDL, welche einen Web<br />
Service <strong>und</strong> dessen Operationen<br />
genau beschreibt, liefert dabei alle<br />
notwendigen Informationen über<br />
den Web Service.<br />
Das Projekt JCows<br />
JCows wurde als Projektarbeit im<br />
letzten Studiumsjahr begonnen<br />
<strong>und</strong> als Diplomarbeit weitergeführt.<br />
In einem ersten Schritt wurde die<br />
Applikation mit einem integrierten<br />
Editor realisiert, mit dessen Hilfe<br />
eine SOAP-Nachricht direkt editiert<br />
<strong>und</strong> an den Web Service ausgeliefert<br />
werden kann. Die Antwort wird<br />
ebenfalls als SOAP-Nachricht ausgegeben.<br />
In einem zweiten Schritt wurde<br />
die grafische Benutzeroberfläche<br />
ausgebaut <strong>und</strong> um die generische<br />
grafische Komponente erweitert.<br />
Diese ermöglicht die grafische Darstellung<br />
des Web Service <strong>und</strong> sieht<br />
dementsprechend bei jedem Web<br />
Service anders aus. Dabei werden<br />
die verschiedenen Parameter einer<br />
Operation entsprechend dargestellt.<br />
Bespielsweise wird für einen<br />
String-Parameter ein Textfeld aus-<br />
GUI-Modus Editor-Modus<br />
gegeben <strong>und</strong> für einen Boolean-<br />
Typ eine Checkbox. Im Gegensatz<br />
zum SOAP-Editor werden hier die<br />
Parameter für das Aufrufen einer<br />
Operation abstrahiert grafisch dargestellt<br />
<strong>und</strong> vereinfachen so die<br />
Eingabe <strong>und</strong> damit die Arbeit mit<br />
einem Web Service.<br />
Weiterführung des Projekts<br />
Mit einem erfolgreichen Abschluss<br />
der Diplomarbeit entsteht ein wertvolles<br />
Testwerkzeug für die Entwicklung<br />
von Web Services. Die<br />
Applikation JCows ist in ihrer Funktionalität<br />
aber noch ausbaufähig.<br />
Nach Abschluss der Diplomarbeit<br />
wird JCows deshalb der Öffentlichkeit<br />
zur Verfügung gestellt <strong>und</strong> als<br />
Opensource-Projekt weitergeführt.<br />
<strong>Unter</strong> der URL http://www.jcows.org<br />
ist die Homepage des Projekts erreichbar.<br />
0 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Informationssystem für behinderte Personen im öV<br />
<strong>Informatik</strong>, Kommunikationstechnik / Prof. Peter Raemy<br />
Experte: A. Blum (BAKOM)<br />
Die BFH-TI Biel befasst sich seit einiger Zeit mit dem Problem, sinnesbehinderten Reisenden im<br />
öffentlichen Verkehr (öV) Informationen zugänglich zu machen. Sehbehinderte Personen können<br />
Texte auf Bildschirmen <strong>und</strong> Tafeln nicht lesen <strong>und</strong> für Hörbehinderte sind Lautsprecherdurchsagen<br />
wertlos. Wir entwickelten einen Prototypen zu einer Situation, die einer SBB-Haltestelle entspricht.<br />
Dabei wurde speziell auf kostengünstige Lösungen für Behinderte geachtet.<br />
Team-Arbeit mit Jesús Bello. Siehe Seite 34.<br />
Vorgaben<br />
Nach dem neuen Behindertengleichstellungsgesetz<br />
müssen im<br />
öffentlichen Verkehr innerhalb einer<br />
Übergangsfrist von 10 Jahren behinderte<br />
Reisende die gleichen Informationen<br />
erhalten wie Nichtbehinderte.<br />
Das betrifft unter anderem<br />
lokale Informationen an Haltestellen,<br />
Notrufstationen <strong>und</strong> Kontaktstellen.<br />
Wir haben uns auf das Teilproblem<br />
konzentriert, Verspätungs- <strong>und</strong><br />
Gleisänderungsnachrichten auf<br />
mobile Endgeräte zu übertragen.<br />
Konzept<br />
Die meisten sinnesbehinderten<br />
Menschen besitzen ein Handy,<br />
mit dem sie telefonieren (Sehbehinderte)<br />
oder SMS austauschen<br />
(Hör- <strong>und</strong> Sprechbehinderte) können.<br />
Viele moderne Mobiltelefone<br />
sind mit Bluetooth ausgerüstet <strong>und</strong><br />
unterstützen Java. Dies ermöglicht<br />
Lösungen ohne spezielle Geräte.<br />
Da Bluetooth für Verbindungen im<br />
Bereich von einigen Metern vorge-<br />
sehen ist, ergibt sich eine einfache<br />
<strong>Unter</strong>teilung in Informationszonen.<br />
Um ein vollständiges System<br />
zu entwickeln, ist aber neben der<br />
mobilen Schnittstelle auch ein Verwaltungs-<br />
<strong>und</strong> Erfassungssystem<br />
nötig. Daher wurde das Projekt in<br />
zwei Teilprojekte aufgeteilt, die Herr<br />
Jesús Bello <strong>und</strong> ich unabhängig<br />
voneinander bearbeiteten.<br />
Komponenten<br />
Durch die Wahl der Technologie<br />
empfahl es sich, auf der mobilen<br />
Seite Java Mobile Edition zu verwenden.<br />
Alternativen wären Symbian<br />
oder Windows Mobile – dies<br />
ist aber nur mit Geräten der gehobenen<br />
Preisklasse möglich.<br />
Um die Mobilgeräte mit Informationen<br />
zu versorgen, müssen an den<br />
Haltestellen, Bahnhöfen oder Bahnsteigen<br />
Bluetooth-Accesspoints aufgestellt<br />
werden. Der Einfachheit halber<br />
kam auch auf diesen Java zum<br />
Einsatz, allerdings die Standard Edition<br />
mit Bluetooth-Erweiterungen.<br />
Schematische Darstellung des Informationssystems. Links der administrative Teil, rechts Mo-<br />
biltelefone, die von den Accesspoints in der Mitte versorgt werden. Die dicken Linien kenn-<br />
zeichnen ein drahtgeb<strong>und</strong>enes Netzwerk.<br />
Arbeitsweise<br />
Die Kommunikation läuft nun so ab:<br />
Wird ein neuer Accesspoint in Betrieb<br />
genommen, verbindet er sich<br />
über das Kommunikationsnetz des<br />
öV-Betreibers automatisch mit dem<br />
Verwaltungsserver <strong>und</strong> wartet auf<br />
Nachrichten zur Weitervermittlung.<br />
Gleichzeitig sucht er die Umgebung<br />
nach Bluetooth-Geräten ab, auf denen<br />
die Mobilapplikation läuft.<br />
Entscheidet der Server, dass eine<br />
Nachricht in einer bestimmten Region<br />
verteilt werden soll, schickt er<br />
diese an die dort stationierten Accesspoints.<br />
Jeder Accesspoint erzeugt daraus<br />
ein Text- oder ein Audiopaket welches<br />
über das OBEX Push-Protokoll<br />
an alle erkannten Mobilgeräte<br />
gesendet wird. Die Entscheidung,<br />
welche Art von Paket geschickt<br />
werden soll, kann vom Benutzer<br />
auf seinem Mobilgerät ausgewählt<br />
werden <strong>und</strong> wird bei der Geräteerkennung<br />
berücksichtigt.<br />
Erweiterung<br />
Um das System z.B. für die SBB<br />
nutzbar zu machen, sind weiterführende<br />
Arbeiten nötig. Der Sicherheitsaspekt<br />
wurde wenig betrachtet,<br />
<strong>und</strong> eine Integration in die<br />
Infrastruktur müsste speziell durchgeführt<br />
werden. Insbesondere die<br />
Verwendung des Sprachsynthesizers<br />
der SBB würde einen einheitlichen<br />
Look and Feel ergeben.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
Riepl Gregor<br />
1980<br />
078 866 25 16<br />
riepg@bfh.ch<br />
BI
BE<br />
Rudolf Claudia<br />
1976<br />
079 462 21 51<br />
claudia@twp.ch<br />
Zenhäusern Martin<br />
1968<br />
079 646 86 79<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
dietschi@gmail.com<br />
– ein Restaurantführer für mobile Endgeräte<br />
E-Business / Prof. Rolf Gasenzer / Businesspartner: Puzzle ITC<br />
Experte: Andreas Dürsteler<br />
“Nach einem langen Arbeitstag macht sich bei Ihnen ein Hungergefühl bemerkbar. Der Italiener um<br />
die Ecke ist zwar gut, aber Sie möchten einmal was Neues ausprobieren. Die Webseite von foodguide.ch<br />
hätte sicher einige gute Tipps mit vorzüglichen Restaurants ganz in der Nähe. Sie sind aber<br />
schon unterwegs <strong>und</strong> sagen sich: Wenn es diesen Service auch für das Handy gäbe, das wäre praktisch!”<br />
Foodguide goes Mobile...<br />
Ausgangslage<br />
Die Webplattform www.foodguide.<br />
ch wurde durch unseren Auftraggeber<br />
(Puzzle ITC, Bern) von einer<br />
Drittfirma übernommen <strong>und</strong> soweit<br />
aktualisiert, dass der Fortbestand<br />
der Seite gesichert war. Die<br />
be<strong>stehen</strong>de Webseite bietet eine<br />
schweizweite Restaurantsuche mit<br />
der Möglichkeit, Essen, Bedienung<br />
<strong>und</strong> Interieur zu bewerten <strong>und</strong> dazu<br />
auch persönliche Kommentare abzugeben.<br />
Bis anhin fehlten jedoch<br />
weitere zeitgemässe Dienstleistungen<br />
wie Mobile Applications <strong>und</strong><br />
Social Networking.<br />
Mobile Application<br />
Mit Java-fähigen Mobiltelefonen<br />
kann über verschiedene Parameter<br />
nach Restaurants gesucht werden.<br />
Um ein Restaurant in der näheren<br />
Umgebung zu finden, kann die gewünschte<br />
Art der Küche <strong>und</strong> der<br />
Ort (Strasse, Nummer), an dem<br />
man sich gerade befindet, angegeben<br />
werden. Benötigt man nur die<br />
Telefonnummer eines bekannten<br />
Restaurants um eine Reservation<br />
vorzunehmen, sucht man über den<br />
Namen. Die Suchresultate liefern<br />
neben den allgemeinen Angaben<br />
auch die durchschnittliche K<strong>und</strong>enbewertung.<br />
Wer nach einem<br />
ausgezeichneten Mahl ein Restaurant<br />
gleich selbst bewerten möchte,<br />
kann dies ebenfalls über den Mobile-Client<br />
erledigen. Foodguide-Benutzer<br />
mit eigenem Account können<br />
zudem via Handy auf die Liste<br />
ihrer bevorzugten Restaurants zugreifen<br />
<strong>und</strong> Social Networking betreiben.<br />
Social Networking<br />
Als Gr<strong>und</strong>lage für Interaktionen zwischen<br />
verschiedenen Foodguide-<br />
Benutzern dient ein persönlicher<br />
Foodguide-Account. Hier kann<br />
der Benutzer Restaurants, die er<br />
bevorzugt oder die er einmal ausprobieren<br />
möchte in einer persönlichen<br />
Liste speichern. Ein weiteres<br />
Feature ist eine Kontaktliste, um<br />
Personen zu verwalten, mit denen<br />
man öfters Essen geht. Diese Kontakte<br />
können in Gruppen zusammengefasst<br />
<strong>und</strong> per Mail zum Essen<br />
in ein (“Foodguide-”)Restaurant<br />
eingeladen werden. Die Einladung<br />
beinhaltet einen Link auf das Benutzerkonto<br />
des Organisators, womit<br />
jeder Kontakt seine Teilnahme<br />
bestätigen kann.<br />
Technologien<br />
Da heute die meisten Mobiltelefone<br />
Java-fähig sind, wurde die mobile<br />
Applikation clientseitig als Java<br />
MIDlet implementiert. Als Vorteil zu<br />
einer herkömmlichen WAP-Applikation<br />
ist anzuführen, dass gewisse<br />
Dienste so auch lokal (ohne Mobilkommunikationsverbindung)<br />
auf<br />
dem Handy genutzt werden können,<br />
wie beispielsweise die Liste mit den<br />
bevorzugten Restaurants. Auf der<br />
Serverseite kommt ein Java-Servlet<br />
zum Einsatz. Die Erweiterung<br />
der Webseite wurde im Gleichklang<br />
mit den bereits be<strong>stehen</strong>den Seiten<br />
von Foodguide auf der Basis von<br />
JSP (Java Server Pages) realisiert.<br />
2 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
AR Rally – Augmented Reality Car Rally Game<br />
Virtual Reality / Prof. Urs Künzler<br />
Experte: Dr. René Bach<br />
Augmented Reality erweitert die reale Welt mit virtuell dargestellten Objekten <strong>und</strong> Informationen,<br />
die in das Sichtfeld des Benutzers eingeblendet werden. Dadurch ergeben sich neue Möglichkeiten<br />
der Visualisierung <strong>und</strong> Interaktion zwischen Mensch <strong>und</strong> Maschine. In dieser Diplomarbeit werden<br />
anhand eines Computerspiels einige dieser Möglichkeiten aufgezeigt. Das Spiel AR Rally ermöglicht<br />
es dem Spieler, mit einem Auto durch einen Parcours zu fahren <strong>und</strong> sowohl mit virtuellen wie auch<br />
mit realen Objekten zu interagieren.<br />
Inspiration<br />
Die Vereinigung der virtuellen Welt<br />
mit der realen Welt ist eine zukunftsweisende<br />
Technologie. Anhand<br />
des AR Rally wollen wir diese<br />
Technologie erforschen <strong>und</strong> den<br />
Benutzer spielerisch den Kontakt<br />
mit dieser neuen Art von Anwendung<br />
erleichtern. In naher Zukunft<br />
werden wir immer mehr mit Augmented<br />
Reality Anwendungen in<br />
Das AR Rally aus Sicht des Spielers<br />
Spieler mit aufgesetztem Head Mount Display <strong>und</strong> Kamera<br />
Berührung kommen. Ein einfaches<br />
Beispiel ist das Headup Display in<br />
modernen PKWs, das Fahrinformationen<br />
in das Sichtfeld des Lenkers<br />
einblendet.<br />
Ausgangslage<br />
Vorgängig zur Diplomarbeit entstand<br />
ein eigenes AR Framework<br />
zur Erkennung von physikalischen<br />
Markern. Marker bieten den Vorteil,<br />
dass sie gegenüber beliebigen Objekten<br />
in Echtzeit erkannt werden<br />
können. Trotzdem ist die Erkennung<br />
von Objekten, in diesem Fall<br />
der Marker, ein Problem. Das Analysieren<br />
der Bilder ist rechenintensiv<br />
<strong>und</strong> funktioniert nur unter guter Beleuchtung<br />
zufrieden stellend.<br />
Das Spiel<br />
Als Spielfläche dient ein Tisch, auf<br />
dem das Rennen stattfindet. Der<br />
Spieler trägt ein Head Mount Display<br />
in welchem er das Bild seiner<br />
Umgebung sieht. Zusätzlich zum<br />
realen Umfeld sieht der Spieler die<br />
virtuelle Rennstrecke. Um dies zu<br />
ermöglichen wird das Bild einer Kamera<br />
mit dem AR Framework analysiert<br />
<strong>und</strong> die Lage des Tisches<br />
ermittelt.<br />
Vor dem Start des Spiels kann der<br />
Verlauf der Rennstrecke in einem<br />
Setupverfahren dynamisch zusammengestellt<br />
werden. Dazu werden<br />
Marker nach Belieben auf dem<br />
Spielfeld platziert. An jeder Stelle<br />
wo sich ein Marker befindet, wird<br />
ein virtuelles Objekt dargestellt, das<br />
als Tor oder Hindernis für das Spiel<br />
dient.<br />
Weiter gibt es noch eine Anzahl realer<br />
Gegenstände wie eine Dose<br />
oder eine Rampe, welche sich in<br />
die Rennstrecke integrieren lassen.<br />
Dabei kann der Spieler sowohl mit<br />
den Realen wie auch den virtuellen<br />
Hindernissen kollidieren.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
Salera Manuel<br />
1978<br />
manuel.salera@bluewin.ch<br />
Schindler Oliver<br />
1982<br />
079 768 52 61<br />
oliver.schindler@gmx.net<br />
BE
BI<br />
Schaefer Nicolas<br />
1977<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
nicolas.schaefer@gmail.com<br />
Texas Hold’em – ein Pokerspiel<br />
Spieltheorie / Pierre Fierz<br />
Experte: Walter Eich<br />
Poker spielen erlebt im Moment einen grossen Aufschwung, nicht zuletzt seit Pokerturniere auf<br />
Sportsendern übertragen werden. An den Turnieren wird meist die Variante Texas Hold’em gespielt,<br />
<strong>und</strong> beim Zuschauen packte auch mich das Pokerfieber. Zudem wollte ich schon lange einmal ein<br />
Spiel programmieren, <strong>und</strong> nun ergab sich eine günstige Gelegenheit dies im Rahmen der Diplomarbeit<br />
zu tun. Die (vermeintlich) wichtigste Frage am Anfang – wie blufft ein Computer?<br />
Poker<br />
Gespielt wird seit Menschengedenken,<br />
<strong>und</strong> auch das Glücksspiel (mit<br />
Geldeinsatz) ist seit jeher üblich.<br />
Das Pokerspiel wurde im 19. Jhr. in<br />
den USA aus dem Kartenspiel Poch<br />
weiterentwickelt <strong>und</strong> erfreut sich<br />
seither immer grösserer Beliebtheit.<br />
Im Poker geht es im wesentlichen<br />
darum, die bessere Hand (enthält<br />
5 Karten) als seine Mitspieler zu<br />
haben. In dieser Implementation<br />
wird die Variante “Texas Hold’em”<br />
gespielt: Jeder Spieler erhält zwei<br />
Karten, weitere fünf Karten werden<br />
zwischen den Spielr<strong>und</strong>en offen<br />
auf den Tisch gelegt. Während den<br />
Spielr<strong>und</strong>en können Einsätze in<br />
den sog. Pot getätigt werden. Am<br />
Ende eines Spiels wird der Gewinner<br />
ermittelt: es ist der Spieler mit<br />
der besten Hand, gebildet aus den<br />
zwei eigenen <strong>und</strong> den fünf Tischkarten<br />
(zwei Karten werden also<br />
nicht benötigt für die Hand). Der<br />
Gewinner erhält den Pot <strong>und</strong> ein<br />
weiteres Spiel kann beginnen. Bei<br />
mehreren Gewinnern wird der Pot<br />
aufgeteilt.<br />
Spielstrategie<br />
Die Spielstrategien der virtuellen<br />
Mitspieler sind für die Arbeit von<br />
besonderem Interresse. Es gibt<br />
keine allgemeingültige Strategie für<br />
Poker, da jede Pokervariante das<br />
Spiel leicht verändert. Zudem hat<br />
dieses Spiel kein deterministisches<br />
Verhalten, was den Einsatz von<br />
klassischen Strategien wie Minimax<br />
sinnlos macht. Es gibt vielmehr eine<br />
Reihe von Indizien, die zur Abschätzung<br />
der eigenen Gewinnchancen<br />
genutzt werden können. Dazu<br />
gehört natürlich die Wahrscheinlichkeit,<br />
mit der eigenen Hand das<br />
beste Blatt zu haben. Dieses Wissen<br />
alleine ist aber erst nach dem<br />
sog. River (der fünften Tischkarte)<br />
ein guter Anhaltspunkt, doch was<br />
macht man bis dorthin ? Auf dem<br />
Weg zum River kann man nämlich<br />
schon viel Geld eingesetzt haben,<br />
<strong>und</strong> somit auch verlieren. Deshalb<br />
werden in einem ersten Schritt die<br />
Startkarten bewertet (die zwei eigene<br />
Karten). Mit einer Starken<br />
Hand (z.B. zwei Asse) ist man weniger<br />
abhängig von den Tischkarten,<br />
da sie für sich selbst bereits einen<br />
hohen Rang haben. Danach sind<br />
die Varianten so vielfältig wie die<br />
Spieler selbst, <strong>und</strong> es kann keine<br />
“sichere” Strategie verwendet werden.<br />
Wenn man Poker von Filmen<br />
her kennt, sind Bluffs (vortäuschen<br />
einer starken Hand) dort eher die<br />
Regel als die Ausnahme. Durch die<br />
vermehrt wissenschaftlichen <strong>Unter</strong>suchungen<br />
zu Poker sowie auch<br />
das Spielen via Internet, rückt aber<br />
eine nüchterne Art des Spiels, basierend<br />
auf geeigneten Strategien,<br />
in den Vordergr<strong>und</strong>. Der Bluff ist<br />
immer noch ein wichtiges Element,<br />
aber erst, wenn die Einsätze unlimitert<br />
<strong>und</strong> damit schnell hoch sind.<br />
Umsetzung<br />
Es wird eine Windowsapplikation<br />
erstellt, die es erlaubt, mehrere<br />
Spieler gegeneinander antreten zu<br />
lassen. Es ist auch möglich, selbst<br />
mitzuspielen.<br />
Es werden verschiedene Strategien<br />
umgesetzt die sich vor allem im Detailgrad<br />
unterscheiden, d.h. wieviele<br />
Informationen zur Bestimmung des<br />
Spiels verwendet werden. Zum Vergleich<br />
der Strategien ist es möglich<br />
nur virtuelle Spieler gegeinander<br />
spielen zu lassen. Die Resultate<br />
sind dann als Statistik abrufbar.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Portbasierte Authentisierung<br />
Informations- <strong>und</strong> Kommunikationstechnologie / Prof. Rolf Lanz, Prof. Hansjürg Wenger<br />
Experte: Andreas Dürsteler<br />
Ein zentrales Bedürfnis in grossen Netzwerken ist die Übersicht <strong>und</strong> Kontrolle der am Netzwerk angeschlossenen<br />
Systeme. In aktuellen Netzwerksystemen wird das Peripherie-System, wenn überhaupt,<br />
erst an der Domäne registriert <strong>und</strong> authentifiziert. Somit ist der Anschluss von unbekannten<br />
Systemen am Netzwerk möglich, was eine Verletzung der Netzwerkintegrität bedeutet.<br />
Um das Netzwerk vor diesen unerwünschten Systemen zu schützen, muss die Authentisierung bereits<br />
am Access-Port durchgeführt werden. Diese portbasierte Authentisierung kann mit Hilfe des<br />
IBNS-Framework (Identity Based Network Services) mit 02. X realisiert werden.<br />
Das IBNS Framework ist ein Konstrukt<br />
aus verschiedenen Technologien,<br />
welche zusammen die Möglichkeit<br />
bieten, ein Netzwerk bereits<br />
an seiner Peripherie, sprich am<br />
Switchport zu schützen. Um diesen<br />
Schutz zu realisieren muss das<br />
IBNS-Framework analysiert werden,<br />
um die entsprechend benötigten<br />
Technologien in angepasster<br />
Form auf dem Netzwerk zu implementieren.<br />
Der Auftrag der FUB<br />
(Führungsunterstützungsbasis, ein<br />
B<strong>und</strong>esamt des VBS) lautet, diese<br />
Analyse durchzuführen <strong>und</strong> ein<br />
Demonstrationssystem zu erstellen.<br />
Auf diesem Demonstrationssystem<br />
sollen die verschiedenen Technologien<br />
präsentiert werden können.<br />
Das Authentisierungssystem besteht<br />
gr<strong>und</strong>sätzlich aus vier Bereichen,<br />
welche untereinander kommunizieren<br />
müssen. An erster Stelle<br />
ist der Supplicant, ein Softwarepaket<br />
auf einem Client, welches benö-<br />
tigt wird<br />
damit der Client<br />
per 802.1X kommunizieren<br />
kann. Ohne diesen Supplicant<br />
kann der Client sich nicht am<br />
Netzwerk authentisieren. Der zweite<br />
Bereich umfasst den Authenticator,<br />
sprich den Access-Switch, welcher<br />
dafür verantwortlich ist, dass ein<br />
LAN-Port die Kommunikation erst<br />
nach erfolgreicher Authentisierung<br />
erlaubt. Damit der Authenticator<br />
weiss, welcher Port geöffnet werden<br />
darf, wird die Anfrage an den<br />
dritten Bereich, die RADIUS-Serverumgebung<br />
weitergeleitet. In diesem<br />
Bereich entscheidet der RADIUS-<br />
Server was er mit der Clientanfrage<br />
macht. Er kann die Anfrage selber<br />
beantworten oder an eine optionale<br />
Datenbank weiterleiten. Diese<br />
Datenbank ist der vierte Bereich,<br />
welcher in den meisten Fällen ein<br />
externes Active Directory-System<br />
ist, in welchem die Benutzer <strong>und</strong><br />
die Clients verwaltet werden.<br />
Das Hauptmerkmal dieser Arbeit<br />
beruht auf dem Design eines Demonstrationssystems<br />
welches in<br />
die existierende Büroautomationsstruktur<br />
der FUB passt <strong>und</strong> deren<br />
individuellen Bedürfnisse berücksichtigt.<br />
Im Weiteren dient das<br />
Demonstrationssystem dazu, die<br />
Möglichkeiten <strong>und</strong> Grenzen dieser<br />
Technologie aufzuzeigen. Dieses<br />
Wissen dient als Gr<strong>und</strong>lage für die<br />
Erarbeitung eines Konzeptes welches<br />
802.1X <strong>und</strong> deren Erweiterungen<br />
wie NAC (Network Admission<br />
Control) usw. für den Einsatz in<br />
militärischen Netzwerken vorsieht.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
Schiffmann Christian<br />
1981<br />
079 653 22 42<br />
cschiffmann@tiscali.ch<br />
BE
BI<br />
Schneider David<br />
1980<br />
076 586 34 35<br />
schnd@bfh.ch<br />
6<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
ICT based Competitive Intelligence (SME focused)<br />
<strong>Informatik</strong> / Professor Rolf Gasenzer / Pierre-Yves Voirol / Webacons GmbH, 3006 Bern<br />
Eine erfolgreiche <strong>Unter</strong>nehmensstrategie zu entwickeln <strong>und</strong> umzusetzen setzt aktuelles Wissen um<br />
die Gegebenheiten im Markt <strong>und</strong> dessen Mitspieler voraus. Mit der systematischen Analyse <strong>und</strong> Bearbeitung<br />
der zur Verfügung <strong>stehen</strong>den Informationen können strategische Vorteile erarbeitet oder<br />
je nach Branche strategische Nachteile verhindert werden. Um die tägliche Informationsflut zu beherrschen<br />
ist der Einsatz von ICT Tools unabdingbar.<br />
Ausgangslage<br />
Schweizer KMU <strong>Unter</strong>nehmungen<br />
sind einem hohen Informationseinfluss<br />
aus internen <strong>und</strong> externen<br />
Quellen ausgesetzt. Durch die Konvergenz<br />
der Medien werden die <strong>Unter</strong>nehmensentscheidungsträger<br />
täglich mit einer Flut an Daten konfrontiert.<br />
Um die unternehmenswichtigen<br />
Informationen aus den<br />
Daten zu filtern, aufzubereiten <strong>und</strong><br />
abzulegen, damit sie im entscheidenden<br />
Zeitpunkt für strategische<br />
Entscheidungen auf einfache Weise<br />
verfügbar sind, werden Softwaretools<br />
eingesetzt.<br />
Webacons will den zukunftsträchtigen<br />
Markt der strategischen Informationsaufbereitung<br />
mit der<br />
Software Map bearbeiten. Um Map<br />
marktfähig zu machen, sind Anpassungen<br />
an der Applikation notwendig.<br />
Das Ziel ist, den K<strong>und</strong>en eine<br />
gesamtheitliche Softwarelösung<br />
anbieten zu können, welche die<br />
strategischen Entscheidungen der<br />
<strong>Unter</strong>nehmensspitze unterstützt.<br />
Map – Market analysis platform<br />
Die Map Software ist eine Plattform,<br />
welche technische Cross Cutting<br />
Concerns implementiert wie Security<br />
<strong>und</strong> Logging. Enthalten sind auch<br />
Core Module für CI/CC Anpassungen<br />
<strong>und</strong> ein Hilfesystem. Neue Module<br />
können flexibel in die Plattform integriert<br />
werden, um neue Funktionen<br />
abzudecken. Als Gr<strong>und</strong>modul steht<br />
“SFA – Strategic Forecast Agent” zur<br />
Durchführung qualitativer Marktanalysen<br />
zur Verfügung.<br />
In einem ersten Schritt wird die be<strong>stehen</strong>de<br />
Plattform auf die aktuelle<br />
Java EJB3 Technologie migriert.<br />
Map soll sowohl im ASP Modus als<br />
On-Demand Software, als auch im<br />
K<strong>und</strong>enunternehmen als Hosted<br />
Applikation betrieben werden können.<br />
Dafür ist eine Hard- <strong>und</strong> Softwareanbieter<br />
unabhängige Technologie<br />
unabdingbar.<br />
Map basiert auf der Component<br />
Middleware EJB/J2EE. EJB3 im<br />
Backend erlaubt eine schnelle <strong>und</strong><br />
einfache Entwicklung der verteilten<br />
Java Applikationen. Im Web Tier<br />
werden zur Erstellung der Webpages<br />
JavaServer Pages (JSP) <strong>und</strong><br />
JavaBeans verwendet. Im Business<br />
Tier laufen Enterprise Beans<br />
in einem Application Server welche<br />
die Business Logik abbilden,<br />
Daten verarbeiten <strong>und</strong> im EIS Tier<br />
persistieren. Im Enterprise Information<br />
Tier werden die Daten in einer<br />
relationalen Datenbank persistiert.<br />
Als Datenbankmanagementsystem<br />
dienen Applikationen wie MySQL,<br />
MSSQL oder Oracle.<br />
Ausblick<br />
Die hohe Rate an CI Aktivitäten wird<br />
weiter zunehmen. Immer weniger<br />
sind es Produkte <strong>und</strong> Technologien,<br />
welche als Differenzierungsfaktor<br />
über Erfolg entscheiden, sondern<br />
strategische Fähigkeiten, Chancen<br />
wahrzunehmen <strong>und</strong> Flexibilität am<br />
Markt zu beweisen. Diese Bedürfnisse<br />
werden die Nachfrage nach<br />
entsprechender ICT <strong>Unter</strong>stützung<br />
intensivieren.<br />
Erfassung einer Marktinformation in 3 Schrit-<br />
ten in map.<br />
(Schritt 1) Angabe Titel <strong>und</strong> Textinhalt.<br />
(Schritt 2) Kategorisierung nach K<strong>und</strong>en-<br />
gruppe/Region/Produktkategorie/Umwelt-<br />
einfluss.<br />
(Schritt 3) Klassifikation nach SWOT/Priori-<br />
tät/Verlässlichkeit.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Archivserver<br />
<strong>Informatik</strong> / Prof. Pierre Fierz<br />
Experte: Dr. Andreas Spichiger<br />
In einem <strong>Unter</strong>nehmen werden täglich unzählige Dokumente erstellt. Die Ablage erfolgt oft unstrukturiert<br />
<strong>und</strong> auf eine Versionisierung wird aus Bequemlichkeit verzichtet. Als Folge davon gehen Dokumente<br />
verloren, oder Änderungen können nicht mehr zurückverfolgt werden. Diese Diplomarbeit<br />
hat das Ziel, die zwei angesprochenen Probleme zu lösen. Der Archivserver bietet alle notwendigen<br />
Funktionen, um Dokumente an einer zentralen Stelle zu verwalten. Über ein Kategoriensystem können<br />
Dokumente hierarchisch analog einer Ordnerstruktur abgelegt <strong>und</strong> mit Metadaten versehen<br />
werden. Die Versionisierung ermöglicht es, den alten Zustand eines Dokuments jederzeit wieder<br />
herzustellen.<br />
Motivation<br />
Auf Gr<strong>und</strong> meines beruflichen Umfeldes,<br />
sowie aus persönlichem Interesse<br />
beschäftige ich mich schon<br />
seit längerem mit verteilten Applikationen.<br />
Während meiner beruflichen<br />
Laufbahn bin ich auf K<strong>und</strong>en- wie<br />
auf Arbeitgeberseite auf die Problematik<br />
der Archivierung von Dokumenten<br />
gestossen. Zielsetzung<br />
meiner Diplomarbeit war nun, eine<br />
vereinfachte Archivierungslösung<br />
zu erstellen.<br />
Umsetzung<br />
Wie auf der Grafik ersichtlich ist,<br />
besteht das System aus einem Applikationsserver<br />
<strong>und</strong> einem Client.<br />
Der Server stellt die gr<strong>und</strong>legenden<br />
Funktionen wie Verwaltung, Katalogisierung<br />
<strong>und</strong> Versionisierung von<br />
Dokumenten zur Verfügung. Über<br />
ein Kategoriensystem können Dokumente<br />
hierarchisch analog einer<br />
Architektur des Systems<br />
Ordnerstruktur abgelegt <strong>und</strong> mit<br />
Metadaten versehen werden. Diese<br />
erleichtern das Auffinden von Dokumenten.<br />
Jede Änderung an einem Dokument<br />
wird durch den Server protokolliert.<br />
So ist zu jeder Zeit ersichtlich, welcher<br />
Benutzer welches Dokument<br />
bearbeitet hat. Die Versionisierung<br />
ermöglicht es, den alten Zustand<br />
eines Dokuments jederzeit wieder<br />
herzustellen.<br />
Bei der Umsetzung war es mir ein<br />
Anliegen, dass die Gr<strong>und</strong>struktur<br />
des Systems soweit als möglich<br />
von der Businesslogik getrennt <strong>und</strong><br />
somit generell einsetzbar ist. Der<br />
Aufbau des Servers <strong>und</strong> die Kommunikation<br />
mit dem Client wurden<br />
so gewählt, dass mit denselben<br />
Komponenten eine beliebig andere<br />
3-Tier Applikation entwickelt werden<br />
kann.<br />
Erweiterbarkeit<br />
Da eine Archivierungslösung meist<br />
nicht alleine zum Einsatz kommt, war<br />
es ein Kriterium, dass sich der Archivserver<br />
in eine be<strong>stehen</strong>de Software-Landschaft<br />
integrieren lässt.<br />
Hierfür sind zwei Möglichkeiten für<br />
Erweiterungen vorgesehen. Einerseits<br />
steht ein offenes Application<br />
Interface (API) für Drittprogramme<br />
zur Verfügung, andererseits besteht<br />
die Möglichkeit, die Serverfunktionalität<br />
über Plugins zu erweitern.<br />
Über das API könnte zum Beispiel<br />
ein Web-Frontend auf den Server<br />
zugreifen. Es wäre aber auch möglich,<br />
über einen Webservice die<br />
Dienste des Servers plattformübergreifend<br />
anzubieten.<br />
Die Pluginfunktionalität sieht vor,<br />
dass optionale Programm-Module<br />
in den Prozess des Archivierens<br />
eingreifen können. Mögliche Funktionen<br />
wären zum Beispiel das Verschlüsseln<br />
der abgelegten Dokumente<br />
oder die Ansteuerung einer<br />
Volltextsuchmaschine (zum Beispiel<br />
Lucene.Net).<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
Schweizer Benjamin<br />
1977<br />
bs@fishbone.ch<br />
7<br />
BE
BI<br />
Staubli Stephan<br />
1982<br />
076 417 15 92<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
contact@staubli.net<br />
Integration von Resalys in HostFlow<br />
Advanced Web Technologies / Prof. Dr. Emmanuel Benoist<br />
Experte: Jean-Marie Leclerc<br />
Die Buchungs- <strong>und</strong> Reservierungs-Software Resalys <strong>und</strong> die Hosting Business Automation Management<br />
Software HostFlow ergänzen sich ideal. Bisher war die Installation <strong>und</strong> Konfiguration von<br />
Resalys umständlich <strong>und</strong> nur durch geschultes Personal möglich. Durch die Integration in HostFlow<br />
können nun K<strong>und</strong>en, welche Resalys auf ihrer Domain einsetzen möchten, die Bestellung bequem<br />
<strong>und</strong> mit wenigen Klicks durchführen. HostFlow sorgt dann für die gesamte Installation <strong>und</strong> Konfiguration.<br />
Dem geschäftlichen Treiben steht somit nichts mehr im Wege.<br />
Hintergr<strong>und</strong><br />
Mein letztes Studienjahr, welches<br />
ich als ERASMUS Austauschstudent<br />
in Nizza (Frankreich) verbrachte,<br />
beinhaltete auch ein sechs<br />
monatiges Praktikum bei Starflow<br />
Software, aus welchem schliesslich<br />
meine Diplomarbeit hevorging. Wärend<br />
dem Praktikum programmierte<br />
ich bereits diverse Erweiterungen<br />
in Perl für HostFlow <strong>und</strong> lernte dadurch<br />
die Software <strong>und</strong> ihren Aufbau<br />
kennen.<br />
Resalys<br />
Resalys (www.resalys.com) ist ein<br />
100 % internetbasiertes Vermarktungs-<br />
<strong>und</strong> Management-Tool, welches<br />
sich an sämtliche Organisationen<br />
richtet, die Ferien, Aufenthalte<br />
<strong>und</strong> Übernachtungsmöglichkeiten<br />
vermarkten.<br />
Den zahlreichen Beteiligten, wie<br />
Buchungszentralen, Hotelgruppen<br />
<strong>und</strong> deren Partnern (Reisebüros,<br />
Reiseveranstalter usw.), Fremdenverkehrsbüros<br />
<strong>und</strong> Internetnutzern<br />
ermöglicht Resalys, Buchungen<br />
vorzunehmen <strong>und</strong> zu verwalten.<br />
Resalys ist die einzige Software,<br />
welche automatisch <strong>und</strong> in Echtzeit<br />
die dynamische Integration<br />
einer unbegrenzten Anzahl an Geschäftsverträgen,<br />
Preisen, Leistungen,<br />
verschachtelten Planungen<br />
<strong>und</strong> spezifischen geschäftlichen<br />
Anweisungen in den Buchungsprozess<br />
bietet.<br />
Weiter ermöglicht es Resalys, die<br />
Personalisierung von Angeboten,<br />
Optimierung der Buchungen sowie<br />
Vervielfältigung der Verkaufsstellen<br />
vorzunehmen, ohne qualifiziertes<br />
Eingabepersonal zu erfordern.<br />
Webseiten, welche Resalys produktiv<br />
einsetzen, sind zum Beispiel:<br />
www.mmv.fr, www.capvacances.fr<br />
HostFlow<br />
Im umkämpften Markt be<strong>stehen</strong> nur<br />
Service Provider erfolgreich, welche<br />
effektiv, in real-time <strong>und</strong> kostengünstig<br />
reagieren können. Host-<br />
Flow (www.hostflow.com) offeriert<br />
eine komplette Service Providers<br />
Business Solution. Darin enthalten<br />
sind umfangreiche Module für Service-,<br />
Verkauf-, K<strong>und</strong>en-, Marketing,<br />
Finanz- <strong>und</strong> System-Management.<br />
Resalys Buchungsmodell<br />
Integration<br />
Resalys <strong>und</strong> HostFlow sind in Perl<br />
programmiert, benutzen PostgreSQL<br />
Datenbanken <strong>und</strong> Apache<br />
als Webserver. Des Weiteren hatte<br />
ich wärend der Integration mit<br />
XML Konfigurationsdateien, MySQL<br />
Datenbanken <strong>und</strong> diversen Linux<br />
Tools zu tun.<br />
Die Integration von Resalys in Host-<br />
Flow verschmilzt die Vorteile beider<br />
Anwendungen, r<strong>und</strong>et das Angebot<br />
von Resalys ab <strong>und</strong> schnürt ein fertiges<br />
Paket, welches die K<strong>und</strong>en im<br />
HostFlow Interface einfach <strong>und</strong> mit<br />
wenigen Klicks für ihre Domain bestellen<br />
können. Als Resultat erhalten<br />
sie ein fertig installiertes, konfiguriertes<br />
<strong>und</strong> sofort verwendbares<br />
Produkt.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Verteilte Systeme / Dr. Stephan Fischli<br />
Experte: Peter Matti<br />
Es existiert bereits eine Vielzahl von Spielen für die verschiedensten Mobiltelefon-Typen. Jedoch so<br />
gut wie keines dieser Spiele bietet die Möglichkeit, übers Internet gegen andere Mobiltelefonbesitzer<br />
zu spielen. En Passant füllt diese Lücke. Mit einer einfach zu bedienenden Applikation können<br />
neben einer Live-Partie Schach auch zeitversetzte Fernschachpartien gespielt werden. Das der Applikation<br />
zugr<strong>und</strong>e liegende Framework ermöglicht es, auch weitere zugbasierte Multiplayer Spiele<br />
auf das Handy zu bringen.<br />
Motivation<br />
Mobiltelefone sind prädestiniert für<br />
die Entwicklung verteilter Applikationen,<br />
da der Anschluss ans Internet<br />
fast überall gewährleistet ist. Dazu<br />
kommt, dass das Schachspielen<br />
übers Internet seit langem boomt<br />
<strong>und</strong> bereits eine riesige Spielergemeinde<br />
existiert. Diese beiden Faktoren<br />
zu kombinieren <strong>und</strong> zu unseren<br />
Gunsten zu nutzen, war das<br />
Ziel für diese Diplomarbeit.<br />
Umsetzung<br />
Es werden zwei Sorten Spieler unterschieden.<br />
Registrierte Spieler<br />
können sowohl Live-Spiele als auch<br />
Fernschachpartien spielen, bei welchen<br />
die Züge in einer Datenbank<br />
auf Serverseite gespeichert werden.<br />
Nicht registrierte Benutzer können<br />
nur Live-Spiele spielen <strong>und</strong> es werden<br />
keine Statistiken für sie erfasst.<br />
Systemarchitektur<br />
– Mobile Chess<br />
Die Verwaltung der Benutzerkonten<br />
erfolgt über eine Webseite, wo<br />
sich registrierte Spieler einloggen<br />
können um Ihre Einstellungen zu<br />
ändern, Statistiken anzusehen oder<br />
bereits gespielte Partien nochmals<br />
anschauen können.<br />
Screenshot: En Passant Live Spiel<br />
Um ein Live-Spiel zu spielen, kann<br />
ein Spieler ein neues Spiel erstellen,<br />
oder von anderen Spielern erstellte<br />
Spiele suchen. Wer das Spiel<br />
erstellt, kann auch entscheiden<br />
wie viel Bedenkzeit die Spieler zur<br />
Verfügung haben. Sollte ein Spieler<br />
die Verbindung während eines Live-<br />
Spiels verlieren (z.B. Im Tunnel), so<br />
wird ihm eine bestimmte Zeit zum<br />
Wiederaufbau der Verbindung gegeben,<br />
bevor er die Partie verliert.<br />
Fernschachpartien hingegen erfordern<br />
nicht die gleichzeitige Präsenz<br />
beider Spieler am Gerät. Die Züge<br />
werden in einer Datenbank gespeichert<br />
<strong>und</strong> so kann jeder seinen Zug<br />
machen, wann er will. Ein Spieler<br />
kann mehrere Fernschachspiele<br />
gleichzeitig spielen.<br />
Technologien<br />
Die Micro Edition von Java wird von<br />
nahezu 100% der heute verkauften<br />
Mobilgeräte unterstützt. Da es<br />
unser Ziel war, die Applikation auf<br />
so vielen unterschiedlichen Gerätetypen<br />
wie möglich lauffähig zu<br />
machen, gab es zu Java ME keine<br />
echte Alternative. Serverseitig<br />
befinden sich die GameServer-Applikation,<br />
welche ebenfalls in Java<br />
implementiert ist, sowie eine Datenbank<br />
(PostgreSQL) <strong>und</strong> eine<br />
Webapplikation (PHP).<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
Steiner Adrian<br />
1980<br />
079 351 80 70<br />
adrian.steiner@hoehenkrank.ch<br />
Zenger Simon<br />
1977<br />
078 842 66 73<br />
szenger@gmx.net<br />
9<br />
BI
BE<br />
Studzinski Julien<br />
1977<br />
julien@psycos.ch<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
NBus - Network-Bus<br />
<strong>Informatik</strong> / Prof. Gerhard Hassenstein<br />
Experte: Dr. Igor Metz<br />
In der Steuerungstechnik von Heizungen gibt es eine grosse Anzahl von Herstellern. Jeder dieser<br />
Hersteller hat seine eigene Applikation zum Programmieren <strong>und</strong> Steuern der Automaten. Obwohl es<br />
normierte Protokolle (wie z.B. M-Bus, LON, ...) gibt, ist der Einsatz eines <strong>Technik</strong>ers vor Ort unvermeidlich.<br />
Das NBus soll als Basis dienen, um flexibel vom Büro aus mit diesen diversen Systemen<br />
über ein gemeinsames Protokoll zu kommunizieren.<br />
Ausgangslage<br />
Die Firma O’Schnyder SA wartet<br />
für eine Immobilienverwaltung verschiedene<br />
Heizungsinstallationen.<br />
Bei älteren Zentralen muss ein<br />
<strong>Technik</strong>er direkt am Standort aufgetretene<br />
Fehler untersuchen, <strong>und</strong><br />
beheben. Dieser Aufwand verursacht<br />
der Firma unnötige Kosten<br />
<strong>und</strong> unproduktive Reisezeit. Der<br />
Anschluss ans Internet bringt neue<br />
Risiken mit sich, <strong>und</strong> der <strong>Technik</strong>er<br />
muss für die Ferndiagnose für<br />
jede Komponente verschiedener<br />
Hersteller, die in einer Heizungsinstallation<br />
verbaut wurden, eine<br />
spezifische Anwendung einsetzen.<br />
Gesucht wurde eine Möglichkeit,<br />
flexibel alle Anwendungen zusammen<br />
zu fassen, <strong>und</strong> die Steuerung<br />
gegen Fremdeinflüsse zu schützen.<br />
NBus-Aufbau<br />
NBus-Aufbau<br />
Die Architektur von NBus besteht<br />
aus einem sternförmigen Netzwerk.<br />
Mehrere Clients verbinden sich zu<br />
einem zentralen Server, der als Proxy<br />
arbeitet. Die Applikation dient als<br />
Plattform für die sichere <strong>und</strong> verschlüsselte<br />
Datenübertragung von<br />
einem zum anderen Client. Beim<br />
Starten des Programms werden<br />
Plugins eingeb<strong>und</strong>en, die entweder<br />
ein Benutzerinterface im NBus<br />
darstellen oder eine bestimmte<br />
Komponente ansteuern können.<br />
So kann zum Beispiel ein <strong>Technik</strong>er<br />
über ein GUI Geräte in entfernten<br />
Heizungen steuern oder deren Daten<br />
(z.B. Heizölstände) ablesen.<br />
Gr<strong>und</strong>züge des Systems<br />
Die Pakete der Kommunikation werden<br />
als Byte-Array übertragen, so<br />
dass in Zukunft einzelne Teile des<br />
Systems in anderen Programmiersprachen<br />
als dem hier eingesetzten<br />
Java realisert werden könnten.<br />
Weil das System an einigen Standorten<br />
nur über Mobilfunk (GPRS)<br />
verb<strong>und</strong>en werden kann, muss ein<br />
schlankes Protokoll definiert werden.<br />
Clients melden sich selbständig<br />
am Server an, <strong>und</strong> die Kommunikation<br />
mit dem Server wird mit<br />
einem Zertifikat gesichert. Allen<br />
Teilnehmern des Systems wird vorgängig<br />
eine eindeutige ID zugeteilt,<br />
somit kann der <strong>Technik</strong>er einen<br />
bestimmten Teilnehmer auswählen<br />
<strong>und</strong> diesen gezielt ansprechen. Da<br />
die Applikation alleine für die Datenübertragung<br />
verantwortlich ist, können<br />
Plugins für beliebige Funktionalitäten<br />
entwickelt werden.<br />
0 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
RailCam<br />
Robotik, Bildanalyse / Prof. Dr. Erich Badertscher, Prof. Dr. Peter Schwab<br />
Experte: Dr. Andreas Spichiger<br />
Roboter gibt es heute in bald jeder erdenklichen Ausführung: Von kleinsten Medizin-Robotern über<br />
humanoide Fussballspieler bis zu grossen Industrierobotern.<br />
Einen Roboter mit integrierter Kamera einer ausgelegten Linie folgen zu lassen, gehört zu den einfacheren<br />
Aufgaben der Robotik. Der Nachteil dieser Methode ist, dass das Blickfeld des Roboters<br />
sehr eingeschränkt ist. Mittels einer externen Kamera <strong>und</strong> dem Berechnen von Steuerbefehlen auf<br />
einem leistungsstarken Computer können bessere Ergebnisse erzielt werden. Mit dieser Methode<br />
beschäftigt sich die Diplomarbeit.<br />
Ausgangslage<br />
Zum Projekt RailCam gehören folgende<br />
Komponenten: Eine Webcam,<br />
ein Khepera Roboter, eine<br />
Schnur, sowie ein leist<br />
u n g s s t a r k e r<br />
C o m p u -<br />
ter. Die<br />
K a m e r a<br />
befindet sich<br />
nicht auf dem<br />
Roboter, sondern<br />
ist fest im<br />
Raum installiert<br />
<strong>und</strong> überblickt<br />
eine flache Ebene.<br />
Auf dieser Ebene<br />
liegt die Schnur, die die<br />
Schiene repräsentiert <strong>und</strong> auf welcher<br />
sich der Roboter bewegen soll.<br />
Der Roboter besitzt keine Intelligenz<br />
sondern erhält seine Befehle per<br />
Funk <strong>und</strong> wird so ferngesteuert.<br />
Bildverarbeitung / Bildanalyse<br />
Durch auslegen <strong>und</strong> aufnehmen<br />
eines bekannten Musters wird eine<br />
Entzerrungsmatrix berechnet, mit<br />
welcher die tatsächliche Position<br />
der Schnur <strong>und</strong> des Roboters aus<br />
dem perspektivisch verzerrten Kamerabild<br />
ermittelt werden kann.<br />
Nach der Extraktion <strong>und</strong> Entzerrung<br />
der Schnur kann diese aus der<br />
Ebene entfernt werden, so dass die<br />
Schiene nur noch virtuell vorhanden<br />
ist. Die Position des Roboters<br />
auf der Ebene wird mit Hilfe der projektiven<br />
Geometrie sowie der Lage<br />
<strong>und</strong> Höhe der Kamera berechnet.<br />
Steuerung des Roboters<br />
Der Roboter wird über Bluetooth<br />
mit dem Computer verb<strong>und</strong>en <strong>und</strong><br />
kann so mit Steuerbefehlen versorgt<br />
werden, wobei ein<br />
Steuerbefehl aus je<br />
einer Geschwindigkeit<br />
für den<br />
linken <strong>und</strong> rechten<br />
Motor besteht.<br />
Damit der<br />
Roboter möglichst<br />
gleichmässig <strong>und</strong><br />
ruckfrei fährt, wird<br />
nicht exakt auf der<br />
ausgelegten Schnur<br />
gefahren sondern auf<br />
einem mathematisch optimierten<br />
Weg. Dieser wird mit Cubic<br />
Splines abstrahiert, auf denen<br />
durch berechnen der Krümmungskreise<br />
die Steuerbefehle ermittelt<br />
werden können. Der optimale Weg<br />
Abweichung des Roboters von der virtuellen Schiene<br />
wird aufgr<strong>und</strong> der aktuellen Position<br />
des Roboters während der Fahrt<br />
laufend neu berechnet, womit Abweichungen<br />
des Roboters von der<br />
Schiene sofort korrigiert werden<br />
können.<br />
Fazit<br />
Auf Gr<strong>und</strong> unserer Erfahrungen<br />
während dieser Diplomarbeit sind<br />
wir der Meinung, dass es sich lohnt<br />
mit einer externen Kamera zu arbeiten,<br />
da durch die fixe Position<br />
der Kamera die Berechnungen<br />
auf einen leistungsstarken Rechner<br />
ausgelagert werde können <strong>und</strong><br />
sich nicht mehr auf die Kapazitäten<br />
des Roboters beschränken. Zudem<br />
werden nur die Steuerbefehle an<br />
den Roboter übertragen, was keine<br />
speziellen Anforderungen an die<br />
Bandbreite stellt <strong>und</strong> problemlos<br />
drahtlos erfolgen kann.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
Urech Stefan<br />
1980<br />
079 505 61 69<br />
surech@bluewin.ch<br />
Zimmermann Gilles<br />
1979<br />
076 366 86 96<br />
gilles@q-bus.ch<br />
BE
BI<br />
von Känel Lilian<br />
1979<br />
vonkl@bfh.ch<br />
Zurbriggen Stefanie<br />
1981<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
stefzurb@rhone.ch<br />
ICT-based Hotel Management<br />
E-Business / Professor: Rolf Gasenzer / Businesspartner: Hotel Almagellerhof, 3905 Saas Almagell VS<br />
Experte: Dr. Andreas Spichiger<br />
Aufgr<strong>und</strong> der rasanten Entwicklung im ICT-Bereich ist es für einen Hotelbetrieb heute unumgänglich,<br />
sich mit dem Einsatz von <strong>Informatik</strong>mitteln auch in der Kommunikation mit den potentiellen <strong>und</strong> be<strong>stehen</strong>den<br />
K<strong>und</strong>en auseinanderzusetzen <strong>und</strong> diese gezielt anzuwenden. Im Jahr 200 wurden bereits<br />
über 0 % der Buchungen online generiert; dies mit steigender Tendenz.<br />
Am Beispiel des Hotels Almagellerhof, Saas Almagell/VS wird gezeigt, wie in einem Zwei-Sterne-Familienbetrieb<br />
das Marketing <strong>und</strong> die Absatzseite mit Hilfe von ICT-Mitteln optimiert werden können.<br />
Im Hotel Almagellerhof werden bislang<br />
<strong>Informatik</strong>mittel nur sehr beschränkt<br />
eingesetzt. Es existieren<br />
einige Insellösungen auf Microsoft<br />
Office-Basis, ein Buchhaltungssystem<br />
sowie eine Website, die von<br />
einem externen Provider unterhalten<br />
wird.<br />
Damit diese Insellösungen abgelöst<br />
<strong>und</strong> somit Red<strong>und</strong>anzen <strong>und</strong> Fehler<br />
vermieden werden können, haben<br />
wir uns für den Einsatz einer einheitlichen<br />
Hotelsoftware entschieden.<br />
Da in diesem Segment bereits<br />
h<strong>und</strong>erte von Lösungen existieren,<br />
haben wir eine bereits be<strong>stehen</strong>de<br />
Software evaluiert. Unsere Wahl fiel<br />
auf das Produkt Hotmax der Firma<br />
Touristik Team Ltd.<br />
Der Fokus der weiteren Arbeit lag<br />
auf dem Online-Bereich: Die leicht<br />
veraltete Website wurde komplett<br />
überarbeitet. Durch Massnahmen<br />
zum Thema Suchmaschinen-Marketing<br />
soll die Seite im Internet besser<br />
auffindbar sein, ein neues Design<br />
soll die Seite ansprechender<br />
machen. Marketingrelevante Funktionen<br />
wie Tell-a-friend sowie die<br />
Bestellung eines Newsletters kommen<br />
neu dazu. Um dem Trend zu<br />
mehr Online-Buchungen gerecht<br />
zu werden, wurde neu auch ein<br />
Online-Reservationssystem implementiert.<br />
Dieses ist durch eine XML-<br />
Schnittstelle mit der Hotelsoftware<br />
verb<strong>und</strong>en.<br />
Um die Werbekosten in Zukunft<br />
gezielter einsetzen zu können, werden<br />
statistische Daten erhoben <strong>und</strong><br />
ausgewertet. Einerseits geschieht<br />
dies durch ein Response-Tracking,<br />
d.h. es wird festgehalten, von welchen<br />
Tourismusplattformen oder<br />
Suchmaschinen die Besucher auf<br />
die Website gelangen. Andererseits<br />
können über ein GUI auch manuell<br />
Daten eingegeben werden, die bei<br />
der Reservation erhoben werden.<br />
Hier wird von den Gästen erfragt,<br />
wie sie auf das Hotel aufmerksam<br />
wurden. Die ausgewerteten Daten<br />
können in Tabellen oder Grafikform<br />
angesehen werden.<br />
Es wurde eine ICT-Lösung erarbeitet,<br />
welche unter Einfluss der Projektrahmenbedingungen<br />
optimal<br />
auf das Hotel Almagellerhof zugeschnitten<br />
ist. Die Lösung vereinfacht<br />
<strong>und</strong> beschleunigt die Abläufe<br />
im Hotel.<br />
2 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Virtuelle Morphometrische Instrumente<br />
Virtual Reality and Haptics / Prof. Urs Künzler<br />
Experte: Walter Eich<br />
Im Rahmen dieser Diplomarbeit werden durch Erarbeitung geeigneter Verfahren <strong>und</strong> Algorithmen<br />
virtuelle morphometrische Instrumente entwickelt, womit D Oberflächenmodelle menschlicher<br />
Knochen vermessen <strong>und</strong> klassifiziert werden können.<br />
Die Vermessung (Morphometrie)<br />
menschlicher Knochen erfolgte bis<br />
anhin manuell an aufwendig von<br />
Anatomen erstellten Präparaten.<br />
Durch den Einsatz neuer medizinischer<br />
Bildgebungsmethoden (CT,<br />
MRI) <strong>stehen</strong> heute 3D Modelle von<br />
Knochen zur Verfügung, welche im<br />
virtuellen Raum visualisiert <strong>und</strong> bearbeitet<br />
werden können.<br />
Im Detail werden folgende Messinstrumente<br />
implementiert:<br />
- Kennzeichnung anatomischer<br />
Landmarken mittels Markern<br />
<strong>und</strong> Tags<br />
- Messen von Strecken zwischen<br />
Landmarken<br />
- Messen von Kurven auf der<br />
Knochenoberfläche<br />
- Messen von Winkeln zwischen<br />
Linien<br />
- Ermittlung von Querschnittsfläche<br />
<strong>und</strong> Umfang einer definierten<br />
Schnittebene<br />
- Approximation einer Querschnittslinie<br />
mittels Kreis/Ellipse<br />
- Approximation des Hüftgelenkes<br />
mittels Kugel<br />
- Berechnung von (Teil-) Volumina<br />
eines 3D Oberflächenmodells<br />
Die Applikation hat ein einfaches<br />
GUI <strong>und</strong> wird mittels OpenGL/<br />
GLUT <strong>und</strong> C++ implementiert <strong>und</strong><br />
liefert einen tabellarischen Output<br />
über die gemessenen Grössen.<br />
Diese Applikation ist in die zur Verfügung<br />
<strong>stehen</strong>de 3D Entwicklungs-<br />
Umgebung (H3D) integrierbar <strong>und</strong><br />
lässt sich intuitiv mit einem 3D pointing<br />
device ( SenseAble Phantom)<br />
bedienen.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
Yilmaz Günel<br />
1967<br />
078 866 23 44<br />
guenel_yilmaz@bluewin.ch<br />
BE
BI<br />
Zbinden Martin<br />
1980<br />
032 323 10 44<br />
zbinm@bfh.ch<br />
<strong>Informatik</strong><br />
Informatique<br />
OPSIRIS: A Medical Image Viewer System<br />
Medical Informatics / Prof. Dr. Olivier Biberstein ( BFH ) / Dr. Johannes Slotboom ( Inselspital )<br />
Experte: Dr. Thomas Siegrist<br />
Opsiris is a web-based medical image viewer system which allows surgeons and radiologists to<br />
analyse and process medical images. It is capable of communicating with other medical systems in<br />
order to fetch or upload medical image data. An integrated user administration system guarantees<br />
controlled data access, thus preserving data integrity and security. Opsiris consists of a database<br />
for storing image data as well as a web application which obtains medical image data from the database<br />
and makes it available to both other programs (see Web Services) and the image viewer. The<br />
image viewer application is accessible via web browser.<br />
Medical institutions often experience<br />
some form of vendor lock-in<br />
where a complete medical system<br />
consisting of interdependent parts<br />
is purchased. This, in turn, results<br />
in a situation where the institution<br />
is unable to either access the data<br />
with programs other than those<br />
sold by the vendor or access it in<br />
a format other than those foreseen<br />
by the vendor. In addition, most image<br />
viewers either are only eligible<br />
when purchased together with a<br />
complete system, do not provide<br />
the exact functionality required or<br />
are overly expensive. The solution<br />
to this problem is an open-source<br />
image viewer system capable of<br />
storing, analysing and processing<br />
medical images. Opsiris is not intended<br />
to be a replacement for current<br />
picture archiving and communication<br />
systems (PACS) in any way.<br />
Rather, it is an attempt to alleviate<br />
the above-mentioned problems.<br />
Image Viewer<br />
The image viewer application offers<br />
a wide range of functionality<br />
including the manipulation of image<br />
attributes (e.g. colour contrast), the<br />
measuring of distances and angles<br />
as well as the application of filters<br />
(e.g. Noise). In addition, regions of<br />
interest (ROI) may be defined, providing<br />
the user with, among other<br />
things, statistics of a given image<br />
area (e.g. colour distribution, average<br />
colour value). Different images<br />
can be laid over each other in order<br />
to combine their information<br />
content (e.g. contrast agent in a<br />
perfusion). Lastly, the notion of trajectory<br />
enables the user to roughly<br />
plan surgical operations. The image<br />
viewer application is based on the<br />
Java Web Start technology which<br />
offers the advantages of Java Applets,<br />
while eliminating most of their<br />
shortcomings.<br />
DICOM Connectivity<br />
The Digital Imaging and Communications<br />
in Medicine (DICOM) standard<br />
is considered to be the lingua<br />
franca of medical informatics with<br />
most medical systems being able<br />
to <strong>und</strong>erstand at least a substantial<br />
part of it. Opsiris allows the user<br />
to transfer image data from and to<br />
other medical systems by using the<br />
DICOM network communications<br />
protocol.<br />
Web Services<br />
The architecture of Opsiris takes<br />
into account the possibility of other<br />
programs accessing the <strong>und</strong>erlying<br />
database by means of a Web Service<br />
Client. This enables other applications<br />
to access medical data<br />
previously unavailable to them. The<br />
level of data security required will<br />
be achieved through the use of Secure<br />
Socket Layer (SSL) and HTTP<br />
Authentication which can be augmented<br />
by other security measures<br />
if necessary.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
BU<br />
Maschinentechnik<br />
Arm Lukas<br />
1982<br />
armlu1@bfh.ch<br />
Mécanique<br />
FlowerJet xxxxxxxx<br />
Mechatronik/ yyyyyyyyyyyyyyy Prof. Bircher Fritz<br />
Der Fachbereich Maschinentechnik der <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> in Burgdorf ist europaweit ein führendes<br />
Institut für angewandte Drucktechnologie. Seit längerer Zeit werden erfolgreich Drucksysteme<br />
entwickelt, die alle mit Tinte funktionieren.<br />
Der FlowerJet ist ein vollkommen neuer Ansatz in der Drucktechnik, der keine vergleichbaren Anwendungen<br />
kennt. Das Endprodukt ist ein Blumendrucker, der über das Feld fährt <strong>und</strong> Bilder <strong>und</strong>/<br />
oder Schriften mit Blumen sät, die später wachsen werden.<br />
Ziel der Arbeit ist es, Blumen nach Farben sortiert in einer dem Bild entsprechenden Reihenfolge zu<br />
säen. In der Diplomarbeit wird nach einem neuartigen Säkonzept gesucht, das diese Anforderungen<br />
zu erfüllen vermag.<br />
An frequenzstarken Standorten<br />
wie zum Beispiel Autobahnkreuze,<br />
Bahnlinien oder Flughäfen erzielen<br />
Feldwerbungen eine hohe Aufmerksamkeit.<br />
Die Werbung bleibt<br />
über mindestens fünf bis zehn Monate<br />
be<strong>stehen</strong> <strong>und</strong> verändert sich<br />
mit der fortschreitenden Vegetation.<br />
Sie bleibt über eine längere Periode<br />
aktiv, dynamisch <strong>und</strong> spannend,<br />
durch die Veranstaltung von<br />
einzigartigen publikumswirksamen<br />
Events. Weil diese Werbung auf natürlicher<br />
Basis erfolgt <strong>und</strong> die Natur<br />
heute in unserer Gesellschaft hoch<br />
im Kurs steht, wird diese Werbung<br />
sicherlich als angenehm, sympathisch<br />
<strong>und</strong> sinnvoll empf<strong>und</strong>en <strong>und</strong><br />
entsprechend auch akzeptiert. Bis<br />
heute wurde diese Art von Werbung<br />
mühsam auf das Feld gezeichnet,<br />
die entsprechenden Flächen mit<br />
Blumen angesät <strong>und</strong> mit GPS in<br />
Form geschnitten. Diese <strong>Technik</strong><br />
ermöglicht nur einfache Schriftzü-<br />
ge <strong>und</strong> Motive, welche aus grossen<br />
einfarbigen Flächen zusammengesetzt<br />
sind.<br />
Die <strong>Fachhochschule</strong> hat sich zum<br />
Ziel gesetzt eine <strong>Technik</strong> zu entwickeln,<br />
mit der hochkomplexe Figuren<br />
vollgraphisch in mehreren<br />
Farben dargestellt werden können.<br />
Die technische Umsetzung folgt<br />
dem Prinzip eines normalen Druckers.<br />
Der <strong>Unter</strong>schied liegt in der<br />
Erstellung der Pixel. Bei einem normalen<br />
Tintenstrahldrucker werden<br />
die Bildpunkte in einer vom Bild<br />
bestimmten Farbe <strong>und</strong> Reihenfolge<br />
auf ein Papier gespritzt. Weil sich<br />
Blumenfarben nicht mischen lassen,<br />
werden beim FlowerJet die<br />
Bildpunkte aus den verschiedenen<br />
Blumensorten mit ihren Farben gebildet.<br />
Das Bild wird so aus einer<br />
Palette von Gr<strong>und</strong>farben erstellt,<br />
womit sich realitätsnahe, vollgraphische<br />
Bilder darzustellen lassen.<br />
Mit einer industriell hergestellten<br />
Einzelkorn-Sämaschine wird versucht,<br />
die Vereinzelungstechnik den<br />
speziellen Anforderungen des Projekts<br />
anzupassen. Im <strong>Unter</strong>schied<br />
zur herkömmlichen Maschine soll<br />
der Samendrucker das Saatgut<br />
nicht nur in definierten Abständen<br />
ausbringen können, sondern auch<br />
den Samen der richtigen Farbe<br />
zum richtigen Zeitpunkt in den Boden<br />
legen.<br />
Das Resultat dieser Arbeit ist ein<br />
Säaggregat für Mehrfarbensaat.<br />
Fügt man mehrere dieser Aggregate<br />
aneinander, so entsteht die<br />
komplette “Bilder-Sämaschine”, die<br />
hoffentlich in absehbarer Zukunft<br />
den Werbern eine attraktive Alternative,<br />
uns Betrachtern eine interessante<br />
Landschaft <strong>und</strong> der <strong>Berner</strong><br />
<strong>Fachhochschule</strong> ein interessantes<br />
neues Betätigungsfeld bietet.<br />
6 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Laserumschmelzen mit Flat-Top<br />
Lasertechnologie / Prof. Dr. Jürg Steffen, Prof. Fritz K. Güdel<br />
Experte: Dr. Dietmar Kramer<br />
Heute werden an Maschinenteile immer höhere Anforderungen gestellt – sowohl physikalisch als<br />
auch wirtschaftlich. Deshalb ist eine stete Weiterentwicklung der be<strong>stehen</strong>den Verfahren essentiell.<br />
Das Laserumschmelzen hat das Potenzial den Ansprüchen von morgen gerecht zu werden. Dabei<br />
wird lokal soviel Wärme in das Werkstück eingebracht, dass die maximale Temperatur beinahe der<br />
Verdampfungstemperatur des Metalls entspricht. Dadurch kann man die Härte, die Verschleissfestigkeit<br />
<strong>und</strong> die Korrosionsbeständigkeit erheblich steigern.<br />
Die Voraussetzungen um sinnvoll<br />
Umschmelzen zu können, sind eine<br />
handelsübliche CO 2 -Laserschneidanlage<br />
<strong>und</strong> eine spezielle Optik.<br />
Dazu kann man eine Facettenlinse<br />
oder einen Linienintegratorspiegel<br />
verwenden. Beide formen den<br />
Rohstrahl zu einem Flat-Top. Das<br />
bedeutet, dass die Intensitätsverteilung<br />
im Brennfleck mehr oder<br />
weniger homogen wird <strong>und</strong> ungefähr<br />
10’000 W/cm 2 beträgt. Ein Laserpuls<br />
hinterlässt in einem Material,<br />
das eine tiefe Verdampfungstemperatur<br />
aufweist, die Struktur der In-<br />
tensitätsverteilung. Diese kann mit<br />
einem Laserscanningmikroskop<br />
(LSM) ausgemessen werden.<br />
Um die Möglichkeiten des Umschmelzens<br />
auszuloten, ist eine<br />
gross angelegte Versuchsreihe von<br />
Nöten. Es wurden unterschiedliche<br />
Werkstoffe, Einwirkdauern <strong>und</strong> Deckungsgrade<br />
von Überlappungen<br />
verwendet. Dabei stellte sich heraus,<br />
dass die Werkstoffeigenschaften<br />
den grössten Einfluss beitragen. Je<br />
nach Schmelz-, Verdampfungstemperatur<br />
<strong>und</strong> Temperaturleitfähigkeit<br />
Mit LSM untersuchte Plexiglasoberfläche nach einem Laserpuls mit 50W Leistung <strong>und</strong><br />
100ms Einwirkdauer<br />
S390 Umschmelzspur bei 0.24s Einwirkdauer <strong>und</strong> 3750W Leistung; Härte 68 bis 70 HRC<br />
sind völlig unterschiedliche Ergebnisse<br />
möglich. Über die Einwirkdauer<br />
kann man die Maximaltemperatur<br />
an die Verdampfungstemperatur<br />
führen. Diese Dauer kann man berechnen,<br />
doch scheitert man an<br />
den temperaturabhängigen Stoffeigenschaften.<br />
Folglich sind nur<br />
qualitative Aussagen möglich. Deshalb<br />
führt kein Weg an praktischen<br />
Versuchen vorbei. Schlussendlich<br />
ist auch der Deckungsgrad von<br />
Überlappungen interessant. Er hat<br />
einen starken Einfluss auf den Härteverlauf<br />
quer zu den Nähten.<br />
Die lokale Härte kann bei geeigneter<br />
Vorbehandlung bis 70 HRC<br />
betragen. Bei Sphäroguss kann die<br />
Härte gar um den Faktor 6 angehoben<br />
werden. Daraus resultiert auch<br />
eine bessere Verschleissfestigkeit.<br />
Des weiteren ist zu erwähnen,<br />
dass die Korrosionsbeständigkeit<br />
erheblich gesteigert werden kann.<br />
Die Erklärung dafür ist das geringe<br />
Kornwachstum aufgr<strong>und</strong> der hohen<br />
Abkühlgeschwindigkeit. Daher<br />
können sich keine grossen Korngrenzen<br />
ausbilden <strong>und</strong> somit bietet<br />
die Naht keine Angriffsfläche.<br />
Insgesamt eignet sich dieses Verfahren<br />
besonders für grosse Teile,<br />
bei denen aus wirtschaftlichen<br />
Gründen vom konventionellen<br />
Härten abgesehen werden muss.<br />
Einem industriellen Durchbruch<br />
müssen jedoch noch viele <strong>Unter</strong>suchungen<br />
vorausgehen. Diese Diplomarbeit<br />
ist ein Teil davon.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Maschinentechnik<br />
Mécanique<br />
Bandy Timothy John<br />
1982<br />
079 664 73 86<br />
tbandy@gmx.ch<br />
7<br />
BU
BU<br />
Maschinentechnik<br />
Baschung Andreas<br />
1983<br />
076 427 19 83<br />
Mécanique<br />
andreas.baschung@<br />
swissonline.ch<br />
D-Lasermarkieren in Glas<br />
Lasertechnik / Prof. Dr. Beat Neuenschwander<br />
Experte: Dr. Dietmar Kramer<br />
Wenn ein gepulster Laserstrahl in ein Glasstück fokussiert wird, entsteht im Fokus ein kleiner Mikroriss.<br />
Mit dieser Technologie werden -dimensionale Figuren in Glasstücke geschrieben. Der Laserstrahl<br />
wird mit einem 2-Achsen-Scanner abgelenkt, während in der dritten Achse der Laserkopf<br />
bewegt wird. So lässt sich schichtweise eine Figur aufbauen. In vorangegangenen Arbeiten war das<br />
Markierfeld auf x mm beschränkt <strong>und</strong> es hat sich gezeigt, dass nach einiger Zeit (zum Teil erst<br />
nach Tagen) grosse Makrorisse im Glas ent<strong>stehen</strong>, wenn die markierten Punkte zu dicht liegen <strong>und</strong><br />
damit zu grosse interne Spannungen erzeugen. Diese beiden Nachteile müssen behoben werden.<br />
Die Grösse des Markierfeldes ist<br />
beim eingesetzten Beschriftungslaser*<br />
begrenzt. Um eine Erweiterung<br />
des Feldes zu realisieren,<br />
wurde nun ein X-Y-Tisch installiert.<br />
Das Glas, mit einer Fläche von<br />
100x100 mm, wird in vier Quadranten<br />
von 50x50 mm eingeteilt.<br />
Durch die Einbindung des Tisches<br />
wurde die Datenaufbereitung aufwendiger<br />
als zuvor. Da das Glas in<br />
diese vier Sektoren eingeteilt wird,<br />
muss auch die Punktewolke in diese<br />
Sektoren aufgeteilt werden. Um<br />
dies zu ermöglichen schrieb ich<br />
die an der <strong>Berner</strong> Fachhochschu-<br />
Laserinnengravur in Floatglas<br />
le entwickelte Software um. Dieses<br />
Programm zentriert die Punktewolke<br />
(ASCII Code) zuerst in allen<br />
drei Richtungen, <strong>und</strong> anschliessend<br />
werden die Daten sortiert<br />
<strong>und</strong> skaliert. Am Schluss schreibt<br />
die Software die Daten in maschinenkompatiblen<br />
2D-Daten heraus.<br />
Der Laser lädt in einem Ablaufprogramm<br />
die 2D-Daten nacheinander<br />
<strong>und</strong> markiert den Inhalt automatisch.<br />
Durch die Verschiebung des<br />
Glases mit diesem X-Y-Tisch können<br />
so grössere oder mehrere Figuren<br />
markiert werden, ohne das<br />
Glas neu zu positionieren.<br />
Der fokussierte Laserstrahl erzeugt<br />
kurz sehr viel Wärme im Glas. Dies<br />
äussert sich in Form eines Mikrorisses<br />
(Crack). Durch die erzeugten<br />
Mikrorisse werden auch grosse<br />
interne Spannungen im Glas aufgebaut,<br />
die das Glas beschädigen<br />
(Bruch). Die Stärke der Spannungen<br />
ist von den Abständen zwischen<br />
den einzelnen Cracks, von der<br />
Krümmung der Oberfläche sowie<br />
von den Abständen der Figuren<br />
voneinander abhängig. Je näher die<br />
Punkte bei einander liegen, desto<br />
höher sind die Spannungen. Durch<br />
Experimente wurden nun der minimale<br />
Punktabstand <strong>und</strong> die Krümmung<br />
bestimmt, ohne dass das<br />
Glas bricht. Zusätzlich können mit<br />
einer anschliessenden Wärmebehandlung<br />
die internen Spannungen<br />
massiv abgebaut werden.<br />
* Die Versuche wurden mit einem Nd:YVO 4<br />
(Neodynium Yttrium-Vanadat) Markierlaser<br />
der Firma Trumpf mit einer Wellenlänge von<br />
532 nm durchgeführt.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Increase of Cabin Pressure Pilatus PC- 2<br />
Finite Element Calculation / Beat Schmied / Pilatus Aircraft Ltd., Stans NW<br />
Experte: Felix Scheuter<br />
The PC- 2 is the largest airplane designed and manufactured by Pilatus Aircraft Ltd., based at Stans<br />
NW. With its pressurized cabin it is able to perform a broad range of missions and fly in altitudes up<br />
to 0’000 feet (9 0 m). With an increased cabin pressure, the PC- 2 would be able to fly in higher<br />
altitudes with a smaller air drag, which would result in a reduced fuel consumption. The goal of this<br />
thesis is to assess the integrity of a PC- 2 Cabin Type Structure for a higher differential pressure.<br />
Fuselage PC-12<br />
The PC-12 has a design limit cabin<br />
differential pressure of 0.6 bar. The<br />
goal of the diploma thesis was the<br />
determination of the resulting<br />
stresses in the fuselage<br />
with an increased<br />
cabin<br />
differential pressure of 0.84 bar.<br />
Pilatus PC-12 / www.pilatus-aircraft.com<br />
The stresses were calculated for<br />
a representative cut-out piece of<br />
the fuselage. The geometry of the<br />
fuselage was provided by Pilatus<br />
Aircraft Ltd. as CAD-files. It was<br />
necessary to modify the geometry<br />
on the components needed for<br />
the FEM-analysis. From the originally<br />
given volume elements in the<br />
CAD-data shell elements were<br />
generated in order to reduce the<br />
number of elements necessary for<br />
the meshing. For the determination<br />
of the resulting stresses in the fuselage,<br />
a non-linear behaviour of the<br />
material needed to be considered.<br />
From the areas of the fuselage with<br />
a higher level of stress sub-models<br />
were generated in order to deter-<br />
mine the stresses more precisely.<br />
Those resulting stresses from the<br />
FEM-model were checked on their<br />
plausibility. The maximum allowable<br />
stresses in the components of<br />
the fuselage were determined with<br />
the company-internal regulations of<br />
Pilatus Aircraft Ltd. and other relevant<br />
technical literature. With the<br />
calculated stresses in the fuselage<br />
and the evaluated maximum allowable<br />
stresses, reserve factors were<br />
built. The reserve factor is the ratio<br />
between the maximum allowable<br />
stress and the resulting stress from<br />
the FEM-analysis. The results from<br />
the analysis were resumed in a report<br />
which serves as a base for future<br />
projects of Pilatus Aircraft Ltd.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Maschinentechnik<br />
Mécanique<br />
Beck Silvio Manuel<br />
1983<br />
078 792 17 30<br />
silvio.beck@gmx.ch<br />
9<br />
BU
BU<br />
Maschinentechnik<br />
Berta Lorenz<br />
1982<br />
079 690 10 87<br />
Mécanique<br />
lorenzberta@bluewin.ch<br />
Mechanisches Getriebe zu Terratrac TT7<br />
Produktentwicklung / Walter Güller, BFH-TI / Jean-Michel Dafflon, AEBI & CO AG<br />
Experte: Dr. Paul Gygax<br />
Im Jahre 976 wurde durch die Firma AEBI in Burgdorf der für damalige Verhältnisse der revolutionäre<br />
Terratrac eingeführt. Als wirtschaftlicher <strong>und</strong> äusserst leistungsfähiger Hanggeräteträger <strong>und</strong><br />
Spezialtraktor ist er ein Alleskönner <strong>und</strong> damit das ideale Arbeitsinstrument für alle professionellen<br />
Anwendungen in topographisch schwierigem <strong>und</strong> anspruchsvollem Gelände.<br />
Der hydrostatisch angetriebene Terratrac TT7 wird bereits auf dem Markt angeboten. Jetzt verlangen<br />
die K<strong>und</strong>en das gleiche Fahrzeug mit mechanischem Antrieb.<br />
Der Geräteträger Terratrac TT75<br />
ist zurzeit nur mit hydrostatischem<br />
Antrieb im Vertriebsprogramm. Der<br />
Markt verlangt das gleiche Fahrzeug<br />
mit mechanischer Schaltung.<br />
Die Aufgabe besteht darin, in den<br />
vorgegebenen räumlichen Verhältnissen<br />
des TT75 ein mechanisches<br />
8/8-Getriebe (8 Gänge vorwärts<br />
<strong>und</strong> 8 Gänge rückwärts) unterzubringen.<br />
Zusätzlich gilt es auch den<br />
Zapfwellenantrieb für die Anbaugeräte<br />
auszulegen.<br />
Um die Kosten möglichst tief zu<br />
halten, wird das Vier-Gang-Schaltgetriebe<br />
mit Reversierung soweit<br />
als möglich vom be<strong>stehen</strong>den geschalteten<br />
Topmodell TT180 verwendet.<br />
Die Gruppenschaltung sowie<br />
die Übersetzung von Motor bis<br />
zur Reversierung werden durch die<br />
gegebenen Geschwindigkeiten neu<br />
ausgelegt. Das Zapfwellengetriebe<br />
wird vom be<strong>stehen</strong>den TT75 übernommen,<br />
wobei die Lage der Wellen<br />
vorgegeben ist. Somit können<br />
auch hier erhebliche Fertigungs-<br />
<strong>und</strong> Teilekosten eingespart werden.<br />
Terratrac TT75<br />
Nach der Bestimmung der Zähnezahlen<br />
wird das zugehörige Getriebeschema<br />
aufgezeichnet. Dabei gilt<br />
es erste Kollisionen auszumerzen.<br />
Das Getriebe besteht aus 11 Wellen,<br />
26 Zahnräder <strong>und</strong> 25 Lager.<br />
In einer Getriebetabelle werden<br />
sämtliche Momente <strong>und</strong> Drehzahlen<br />
jeder Welle ausgerechnet.<br />
Aus dieser Tabelle lässt sich ein<br />
Geschwindigkeitsdiagramm dieses<br />
Fahrzeuges erstellen. Zwischen<br />
2 km/h <strong>und</strong> 30 km/h kann ein grosserGeschwindigkeitsbereich<br />
abgedeck t<br />
werden.<br />
Nach den Zahnradberechnungen<br />
wird das Getriebe grob im CAD<br />
dargestellt. Damit kann das Getriebe<br />
auf Kollisionen geprüft werden.<br />
Anschliessend werden die Wellenberechnungen<br />
ebenfalls mit Hilfe<br />
des Berechnungsprogramm Kiss-<br />
Soft durchgeführt.<br />
Nach den Berechnungen ist auch<br />
die Schaltung für das Getriebe zu<br />
entwerfen. Ziel ist es, möglichst<br />
viele be<strong>stehen</strong>de Schaltgabeln zu<br />
verwenden.<br />
Der Getriebekasten als tragendes<br />
Element zwischen Motor, Vorder-<br />
<strong>und</strong> Hinterachse wird mit Hilfe der<br />
Finiten Elemente Methode ausgelegt.<br />
Die Anschlusspunkte des be<strong>stehen</strong>den<br />
Fahrzeuges sind zwingend<br />
vorgegeben.<br />
CAD-Modell des Getriebes, Gehäuse ohne Deckel<br />
60 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
SPIN-BIKE<br />
Produktentwicklung / Prof. Giuliano Soldati<br />
Experte: Christian Koblet<br />
Nahezu jedes Fitnessstudio bietet Spinning-Kurse an. Spinning ist ein sehr gutes Kraft- /Ausdauertraining.<br />
Der Produktname Spinning ist durch den Hersteller geschützt, deshalb heissen diese Geräte<br />
meist Spin-Bike oder Indoor Cycles. Ein Spin-Bike ist nichts anderes als ein Heimtrainer, welcher<br />
mit einer extrem grossen Schwungmasse ausgestattet wurde. Der grösste <strong>Unter</strong>schied zum<br />
Heimtrainer liegt darin, dass das Spin-Bike keinen Freilauf hat. Computer oder andere technische<br />
Spielereien sind bei diesen Geräten nicht zu finden. Alle bekannten Geräte arbeiten mit einer Leistungsanzeige,<br />
welche die Leistung schätzt! Diese Neuentwicklung soll ein Gerät mit zuverlässiger<br />
Leistungsmessung besitzen.<br />
Voraussetzungen<br />
Das Ziel dieser Diplomarbeit ist ein<br />
neu konstruiertes Spin-Bike mit einer<br />
zuverlässigen Leistungsmessung.<br />
Die Konstruktion muss die verschiedenen<br />
Fahrradteile soweit wie möglich<br />
aus be<strong>stehen</strong>den Standardprodukten<br />
(Sattel, Tretlager, Pedale,<br />
Lenker) benützen. Die angezeigte<br />
Leistung wird direkt gemessen. Be<strong>stehen</strong>de<br />
Patente sind zu beachten.<br />
Das Spin-Bike muss eine hohe Gebrauchssicherheit<br />
aufweisen.<br />
Spinning-Bike<br />
Aufgabenstellung<br />
Es ist ein Spin-Bike zu konstruieren,<br />
welches den heutigen Anforderungen<br />
an ein modernes Sportgerät<br />
gerecht wird. Die realistische Simulation<br />
einer Fahrradbeschleunigung<br />
ist ein zentraler Punkt, sowie die<br />
Messung der momentanen Leistung<br />
<strong>und</strong> die Sicherheit beim Gebrauch.<br />
Die Verstellmöglichkeit sollte<br />
Fahrergrössen zwischen 1.5 m<br />
<strong>und</strong> 2.0 m abdecken können.<br />
Vorgehen<br />
Zu Beginn der Diplomarbeit wurde<br />
nach be<strong>stehen</strong>den Patenten gesucht.<br />
Eine Gefahrenanalyse wurde<br />
erstellt. Sie dient dazu, das Spin-<br />
Bike sicherheitsgerecht zu konstruieren.<br />
Für Fahrradteile wie Tretlager,<br />
Pedale, Sattel <strong>und</strong> Lenker werden<br />
Standardprodukte eingesetzt. Für<br />
die weitere Entwicklung wurden<br />
vier verschiedene Konzepte (Rahmen,<br />
Schwungmasse, Bremse/<br />
Widerstandseinstellung <strong>und</strong> Leistungsmessung)<br />
erstellt. Pro Konzept<br />
wurden mehrere Varianten<br />
gezeichnet <strong>und</strong> ausgewertet. Um<br />
Fahrergrössen von 1.5 m bis 2.0 m<br />
abzudecken, kann der Lenker <strong>und</strong><br />
der Sattel horizontal sowie vertikal<br />
verstellt werden. Die Leistung wird<br />
aus der Kraft <strong>und</strong> der Geschwindigkeit<br />
bestimmt. Die gemessenen<br />
Daten werden mit Hilfe eines PCs<br />
oder Laptops angezeigt <strong>und</strong> ausgewertet.<br />
Für die realistische Simulation<br />
der Fahrradbeschleunigung<br />
wurde das Trägheitsmoment eines<br />
Fahrrades inklusive eines Fahrers<br />
bestimmt. Dieses Trägheitsmoment<br />
gilt es nun auf dem Spin-Bike möglichst<br />
realitätsnah zu simulieren.<br />
Ausblick<br />
Durch diese Diplomarbeit ist es nun<br />
möglich, die momentane Leistung<br />
mit einer Genauigkeit von +/- 5 %<br />
zu messen <strong>und</strong> anzuzeigen. Ein<br />
individuelles Trainingsprogramm<br />
kann jetzt noch besser vorbereitet<br />
werden. Sportler können sich nun<br />
gezielter auf Rennen vorbereiten.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Maschinentechnik<br />
Mécanique<br />
Bracher Karin<br />
1981<br />
079 637 81 30<br />
karin_bracher@gmx.ch<br />
6<br />
BU
BU<br />
Maschinentechnik<br />
Brechbühl Urs<br />
1982<br />
079 220 00 56<br />
Mécanique<br />
brechbuehl.urs@gmx.ch<br />
Elektronisches Einschiesswerkzeug für CO 2 -Laser<br />
Lasertechnik, Mechatronik / Dr. Beat Neuenschwander, Prof. Fritz Bircher / Bystronic Laser AG<br />
Experte: Peter Paul Knobel<br />
Laserschneidanlagen sind aus der heutigen Materialbearbeitung nicht mehr wegzudenken. Um den<br />
Laserstrahl vom Resonator (Quelle) zur Schneidoptik zu führen, wird er im so genannten Strahlengang,<br />
mit einer Vielzahl von Spiegeln, mehrfach umgelenkt. Um diese Spiegel genau zu justieren,<br />
wird die Anlage “eingeschossen”. Dabei wird ein Gipsplättchen in den Strahlengang gehalten <strong>und</strong><br />
ein kurzer Laserpuls abgegeben. Anhand der Brandspur auf dem Gipsplättchen kann der jeweilige<br />
Spiegel justiert werden. Das an der BFH-TI entwickelte Einschiesswerkzeug soll den Vorgang vereinfachen,<br />
die Genauigkeit steigern <strong>und</strong> die benötigte Zeit reduzieren.<br />
Durch die Umlenkspiegel wird der<br />
Laserstrahl jeweils parallel zur Bewegungsrichtung<br />
der Achsen geführt.<br />
Um am Schneidkopf eine<br />
gute Strahlqualität zu haben, ist<br />
der gesamte Strahlengang durch<br />
einen Balg vor äusseren Einflüssen<br />
geschützt. Beim heutigen Einschiessvorgang<br />
wird dieser Schutz<br />
zeitweilig entfernt. Der Russ <strong>und</strong><br />
Rauch, welcher beim Beschuss der<br />
Gipsplättchen entsteht, kann in den<br />
Strahlengang gelangen <strong>und</strong> die optischen<br />
Elemente kontaminieren.<br />
Schematischer Aufbau des Einschiesswerkzeuges<br />
6<br />
Nach jedem Beschuss wird die<br />
Brandspur auf dem Plättchen betrachtet<br />
<strong>und</strong> der zu justierende<br />
Spiegel aufgr<strong>und</strong> von Erfahrungswerten<br />
gerichtet. Anschliessend<br />
wird erneut ein Schuss auf ein neues<br />
Plättchen abgegeben <strong>und</strong> der<br />
Vorgang beginnt von neuem, bis<br />
die gewünschte Position erreicht<br />
ist.<br />
An der BFH-TI wurde im letzten<br />
Jahr ein Sensor entwickelt, der die<br />
Strahlposition detektieren kann.<br />
2<br />
1) Cotrollerbox<br />
2) Sensor<br />
3) Verbindungskabel<br />
4) Laserstrahl<br />
5) Anzeigebox<br />
6) Zu justierender Spiegel<br />
7) Laserquelle<br />
Der Sensor wird an Stelle eines<br />
Umlenkspiegels im Strahlengang<br />
eingesetzt. Dadurch kann der davor<br />
liegende Spiegel justiert werden.<br />
Bei grossen Anlagen kann die<br />
Distanz zwischen Sensor <strong>und</strong> Spiegel<br />
bis zu 10 Metern betragen.<br />
Um den Balg nicht zu zerstören,<br />
darf nicht von Beginn weg mit voller<br />
Laserleistung (bis zu 6000 Watt!)<br />
eingeschossen werden. Dank einer<br />
geeigneten Beschichtung gelang<br />
es, mit dem be<strong>stehen</strong>den Sensor<br />
auch bei geringerer Laserleistung<br />
die Strahlposition zu bestimmen.<br />
Um die Handhabung des Messgerätes<br />
zu verbessern, wurde die<br />
gesamte Datenerfassung <strong>und</strong> Auswertung<br />
auf einem Mikrocontroller<br />
implementiert. Dadurch konnte der<br />
Einbauraum <strong>und</strong> das Gewicht des<br />
Werkzeuges um ein Mehrfaches<br />
gesenkt werden. Über ein Datenkabel<br />
gelangen die Informationen<br />
auf ein Grafikdisplay. Diese Anzeige<br />
kann direkt neben dem zu justierenden<br />
Spiegel angebracht werden.<br />
Wird nun der Laser im gepulsten Betrieb<br />
gestartet, wird bei jedem Puls<br />
die Strahlposition neu angezeigt.<br />
Der zeitaufwändige Einschiessvorgang<br />
konnte damit vereinfacht <strong>und</strong><br />
bescheunigt werden.<br />
62 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
7
Modulares -Achsen-Handgelenk für Portalroboter<br />
Produktentwicklung/ Beat Schmied/ Industriepartner Güdel AG, Langenthal<br />
Experte Dr. Paul Gygax<br />
Bereits heute können Portalroboter mit einer zusätzlichen Rotationsachse (C-Achse) am Ende der<br />
Vertikalachse ausgerüstet werden. Sind weitere Rotationsachsen erforderlich, müssen diese auftragsspezifisch<br />
in den Greifer integriert werden. Dies ist aber kostenaufwendig, erweitert die Bauhöhe<br />
<strong>und</strong> birgt technische Risiken. Die Güdel AG beabsichtigt deshalb ihre Portalroboter mit einem<br />
modular aufgebauten Handgelenk zu erweitern, welches an die be<strong>stehen</strong>de Vertikalachse angebaut<br />
wird. Mit diesem Handgelenk wird es möglich sein, sowohl Prozessapplikationen wie auch Handlingaufgaben<br />
zu bewältigen.<br />
Bei einem konventionellen Knickarmroboter<br />
befinden sich die Antriebe<br />
für das Handgelenk im Ellbogen.<br />
Über Transmissionswellen werden<br />
die Robotergetriebe des Handgelenks<br />
angetrieben. Bei einem kartesisch<br />
verfahrenden Portalroboter<br />
kann die Vertikalachse je nach K<strong>und</strong>enbedürfnis<br />
sehr lang sein <strong>und</strong> oft<br />
wird sie auch auf K<strong>und</strong>enwunsch<br />
angepasst. Aus technischen <strong>und</strong><br />
kommerziellen Gründen kann bei<br />
einem Portalroboter daher nicht<br />
dasselbe Konzept verwendet werden<br />
wie bei einem Knickarmroboter.<br />
Ziel der Diplomarbeit ist die Ausarbeitung<br />
eines Konzepts für eine<br />
Mittels Solid Works erstelltes Modell des Handgelenks<br />
neue Familie von 3-Achsen-Handgelenken.<br />
Bei diesem neuartigen<br />
Handgelenk sollen die Antriebsmotoren<br />
der drei Rotationsachsen<br />
direkt in das Handgelenk integriert<br />
werden. Dadurch bietet sich eine<br />
neue Funktionalität, welche einfach<br />
<strong>und</strong> modular an jeden kartesischen<br />
Roboter angebaut werden kann.<br />
Der Ansatz die Antriebe direkt in<br />
das Handgelenk zu integrieren ist<br />
neu. Bisherige Antriebe waren stets<br />
zu gross, um eine kompakte Bauform<br />
zu ermöglichen. Neu sind auf<br />
dem Markt hochkompakte Antriebe<br />
erhältlich, welche auf kleinstem<br />
Bauraum höchste Drehmomente<br />
entwickeln. Zusammen mit Zykloidgetrieben<br />
bilden sie die Basis für<br />
das Konzept des Handgelenks. Zur<br />
Auslegung dieser Komponenten<br />
wurden Modelle erstellt, welche es<br />
ermöglichten die auftretenden Kräfte<br />
<strong>und</strong> Momente zu berechnen.<br />
Da das Handgelenk vor allem für<br />
Prozessapplikationen (z.B. zur Führung<br />
eines Schweisskopfs) eingesetzt<br />
werden soll, sind die zentralen<br />
Anforderungen an das Handgelenk:<br />
Kompaktheit, hohe Beweglichkeit /<br />
Dynamik <strong>und</strong> Wartungsfre<strong>und</strong>lichkeit.<br />
Des Weiteren ist das Handgelenk<br />
sehr hohen statischen <strong>und</strong> dynamischen<br />
Belastungen ausgesetzt,<br />
deshalb musste der Auslegung der<br />
Komponenten eine grosse Bedeutung<br />
zugemessen werden. Dies<br />
wurde mit modernster FE- <strong>und</strong><br />
CAD-Software wie ANSYS <strong>und</strong> Solid<br />
Works realisiert. Dadurch wurde<br />
eine realitätsnahe Simulation der<br />
vielfältigen Belastungen möglich.<br />
Durch diese Ergebnisse konnten<br />
die Komponenten hinsichtlich Stabilität,<br />
Steifigkeit <strong>und</strong> Gewicht optimiert<br />
werden.<br />
Die Firma Güdel AG sieht vor, die<br />
Handgelenkfamilie bei ihren 2- <strong>und</strong><br />
3-Achsen-Portalrobotern einzusetzen,<br />
um die Anwendungsmöglichkeiten<br />
ihrer Portalroboter für die<br />
K<strong>und</strong>en weiter zu erhöhen.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Maschinentechnik<br />
Mécanique<br />
Bringold Manuel<br />
1980<br />
+4178/ 819-7361<br />
bringold@tiscali.ch<br />
6<br />
BU
BU<br />
Maschinentechnik<br />
Bühler Stefan<br />
1984<br />
078 667 18 81<br />
Mécanique<br />
Datenschnittstelle unter Extrembelastung<br />
Mechatronik / Prof. Ulrich Rettenm<strong>und</strong> / RUAG Land Systems: Dr. Hanspeter Kaufmann, Christian Käfer<br />
Damit eine optimale Trefferwirkung erzielt werden kann, werden viele moderne Kampffahrzeuge<br />
mit einer Schnittstelle ausgestattet, welche die Übertragung von entsprechenden Funktionsparametern<br />
auf den Geschosszünder des Wirkmittels erlauben. Diese Fähigkeit, bislang vor allem bei<br />
kleineren Kalibern anzutreffen, wird mit neuen Rohrwaffengenerationen auch im Grosskaliberbereich<br />
Einzug halten. Dies hat die RUAG Land Systems AG in Thun dazu bewogen, <strong>Unter</strong>suchungen<br />
über ein entsprechendes Upgrade für die vorhandene 20mm Glattrohrkanone (Compact Tank Gun)<br />
in die Wege zu leiten. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit soll eine entsprechende Schnittstellenarchitektur<br />
entwickelt werden.<br />
Ein grosses Problem bei der Auslegung<br />
der Hardware sind die extremen<br />
Belastungen, welchen<br />
der Schnittstellenkontakt im Verschluss<br />
ausgesetzt ist. Während<br />
die Treibladung mit Drücken von<br />
bis zu 8000 bar <strong>und</strong> einer Temperaturspitze<br />
von annähernd 3000° C<br />
abbrennt <strong>und</strong> damit das Projektil<br />
beschleunigt, bewegt sich das Geschütz<br />
mit demselben Impuls in die<br />
entgegengesetzte Richtung. Bei<br />
diesem allgemein als Rückstoss<br />
wahrgenommenen Phänomen wirken<br />
Beschleunigungen von gegen<br />
500 g während 5 Millisek<strong>und</strong>en<br />
auf die Waffe. Dies entspricht etwa<br />
dem freien Fall eines Körpers aus<br />
12 Metern Höhe <strong>und</strong> der anschliessenden<br />
Abbremsung bis zum Stillstand<br />
auf einer Distanz von nur vier<br />
Zentimetern. Die durch die heissen<br />
Pulvergase in das Rohr eingebrachte<br />
Wärmeenergie beläuft sich<br />
unterdessen auf fast 3 MJ. Diese<br />
Faktoren reduzieren die Anzahl<br />
der zum Datenaustausch in Frage<br />
kommenden Elektronikbauteile erheblich<br />
oder machen im Falle des<br />
mechanischen Schockes zumindest<br />
eine effiziente Schocklagerung<br />
notwendig.<br />
Schematische Anordnung der Schnittstelle<br />
Betrachtung von Schockimpuls <strong>und</strong> Bauteilverhalten im Frequenzbereich<br />
In der ersten Phase der Arbeit ist<br />
dementsprechend eine genaue<br />
Spezifikation der zu erwartenden<br />
Belastungen aufzustellen. Dazu<br />
wird ein mathematisches Modell<br />
aufgebaut, welches alle Innenballistischen<br />
Daten in einen Zusammenhang<br />
bringt <strong>und</strong> die Herleitung<br />
von unbekannten oder nicht messbaren<br />
Daten erlaubt. Die Verifizierung<br />
erfolgt anschliessend mit Hilfe<br />
von Messdaten.<br />
Sobald die Belastungssituation definiert<br />
ist, kann mit der konstruktiven<br />
Umsetzung der Schnittstelle<br />
<strong>und</strong> einer Konzepterarbeitung für<br />
die Signalführung zwischen Feuerleitsystem<br />
<strong>und</strong> Waffe begonnen<br />
werden. Letztere beinhaltet neben<br />
einem Vorschlag für eine konventionelle<br />
Kabelführung auch eine Studie<br />
über den Einsatz von Wireless-<br />
Technologie. Nach Absprache mit<br />
dem Auftraggeber wird anschliessend<br />
eines der Konzepte weiter<br />
ausgearbeitet. Die Arbeit endet mit<br />
der Abgabe eines technischen Datenpakets,<br />
auf dessen Gr<strong>und</strong>lage<br />
mit dem Aufbau eines Prototypen<br />
begonnen werden kann.<br />
6 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Energienutzung in Trinkwassernetzen<br />
Maschinentechnik / Prof. Beat Engeli / Stiftung Revita, Langenbruck<br />
Experte: Dr. Rudolf Bauer<br />
Viele Wasserversorgungen verfügen durch den Höhenunterschied von Ortsnetz <strong>und</strong> Quellfassung<br />
über Energiepotentiale, von denen nur ein Teil für die Wasserversorgung genutzt werden kann. Ein zu<br />
hoher Druck in der Wasserleitung wird heute meist mittels Drosselventilen in nicht nutzbare Wärme<br />
umgeformt. Die Stiftung Revita hat eine Versuchsanlage entwickelt, um die überschüssige Druckenergie<br />
in Elektrizität umzuwandeln. Das Problem dieser Anlage liegt im benötigten Luftpolster, das<br />
für den Turbinenbetrieb zur Verfügung <strong>stehen</strong> muss. Dieses Luftpolster soll mit einer Strahlpumpe<br />
aufrechterhalten werden. Auslegung, Konstruktion <strong>und</strong> Optimierung einer geeigneten Strahlpumpe<br />
sind die Aufgaben dieser Diplomarbeit.<br />
Ausgangslage<br />
Wasserquellen werden meist weit<br />
oberhalb von Ortschaften gefasst.<br />
Wird der Druck der Quellleitung in<br />
einem Reservoir auf den Umgebungsdruck<br />
reduziert, spricht man<br />
von einem offenen System. Vom<br />
Reservoir fliesst dann das Wasser<br />
in das Ortsnetz (untere Zone). In geschlossenen<br />
Systemen erfolgt die<br />
Druckreduzierung mittels Drosselventilen.<br />
Dabei wird die überschüssige<br />
Druckenergie in nicht nutzbare<br />
Wärme umgewandelt.<br />
Wird das Drosselventil durch eine<br />
entsprechende Kraftwerksanlage<br />
ersetzt, erzeugt man anstelle von<br />
nicht nutzbarer Reibungswärme<br />
elektrische Energie. Die Stiftung<br />
Revita hat dazu eine Peltonturbinen-<br />
Versuchsanlage für geschlossene<br />
Systeme entwickelt.<br />
Prinzipskizze eines offenen <strong>und</strong> geschlossenen Turbinensystems<br />
Damit die Turbine nicht durch den<br />
hohen Wasserstand im Druckbehälter<br />
gebremst wird, muss ein<br />
genügend grosses Luftpolster vorhanden<br />
sein. Dieses gleicht auch<br />
eventuelle Druckstösse im Leitungsnetz<br />
aus. Da aber das Wasser nach<br />
der Turbine mehr Luft aus dem Behälter<br />
mitreisst als das Wasser vor<br />
der Turbine einbringt, muss Luft in<br />
den Druckbehälter eingebracht <strong>und</strong><br />
für ein gleichmässiges Luftpolster<br />
gesorgt werden. Das Einbringen der<br />
Luft erfolgt zweckmässigerweise<br />
mittels einer Wasserstrahl-Luftpumpe.<br />
Diese zeichnet sich durch einen<br />
sehr einfachen Aufbau aus <strong>und</strong> verfügt<br />
dadurch über eine hohe Zuverlässigkeit.<br />
In der vorangegangenen<br />
Semesterarbeit wurden die Berechnungsgr<strong>und</strong>lagen<br />
zur Auslegung<br />
einer optimal arbeitenden Strahlpumpe<br />
sowie ein Konstruktionsvorschlag<br />
erstellt.<br />
Vorgehen<br />
Zu Beginn der Diplomarbeit konnte<br />
die gefertigte Strahlpumpe in einem<br />
eigens dafür gebauten Versuchsstand<br />
getestet werden. So liessen<br />
sich für die interessierenden Betriebszustände<br />
die entsprechenden<br />
Parameter ermitteln. Dabei zeigte<br />
sich, dass die getestete Strahlpumpe<br />
noch über einige Energiereserven<br />
verfügte. Aus den gewonnen<br />
Erkenntnissen der Versuche konnte<br />
die Strahlpumpe überarbeitet<br />
<strong>und</strong> weiter optimiert werden. Ferner<br />
wurde ein Konzept zur Regelung<br />
der Pumpe ausgearbeitet. Eine Regelung<br />
ist notwendig, da die Wasserbezugsmenge<br />
einer Ortschaft<br />
naturgemäss grossen Schwankungen<br />
unterworfen ist.<br />
Ausblick<br />
Durch diese Diplomarbeit ist es der<br />
Stiftung Revita nun möglich, die<br />
Energiereserven der neu konstruierten<br />
Strahlpumpe bis zu deren<br />
Optimum auszunutzen. Gleichzeitig<br />
<strong>stehen</strong> Berechnungsgr<strong>und</strong>lagen<br />
zur Auslegung künftiger Strahlpumpen<br />
zur Verfügung. Getreu dem<br />
Revita-Motto kann gesagt werden,<br />
dass jetzt eine effizient arbeitende<br />
Strahlpumpe zur Verfügung steht,<br />
“damit ökologische Energie nicht<br />
bachab geht…”<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Maschinentechnik<br />
Mécanique<br />
Burkhardt Daniel<br />
1980<br />
079 644 59 57<br />
dburkhardt@ggs.ch<br />
6<br />
BU
BU<br />
Maschinentechnik<br />
Bürki Alexander Marc<br />
1982<br />
079 603 98 87<br />
Mécanique<br />
alexander.buerki@gmx.ch<br />
Biogasaufbereitung<br />
Verfahrenstechnik <strong>und</strong> Simulation / Prof. Dr. Kurt M. Graf<br />
Experte: Dr. Rudolf Bauer<br />
In der Schweiz <strong>und</strong> in Europa ist ein grosses ungenutztes Energiepotenzial in Form von Biogas<br />
vorhanden. Das methanhaltige Gas entsteht durch die Vergärung von organischen Stoffen in Bioreaktoren<br />
<strong>und</strong> kann als Fahrzeugtreibstoff genutzt werden. Für den Betrieb in Fahrzeugen muss<br />
aber der relativ grosse Kohlendioxidanteil abgeschieden werden, um den Brennwert zu erhöhen. Die<br />
CO 2 -Abtrennung wurde bisher nur in Grossanlagen realisiert, für Kleinanlagen sind die etablierten<br />
Verfahren noch nicht wirtschaftlich.<br />
Die Versorgung <strong>und</strong> die Verwendung<br />
von fossilen Brennstoffen verursacht<br />
zunehmend Probleme, wie<br />
der CO 2 -Ausstoss <strong>und</strong> die begrenzte<br />
Verfügbarkeit. Eine wirtschaftlich<br />
einsetzbare <strong>und</strong> nachhaltige Alternative<br />
bietet Biogas. Das Gas entsteht<br />
bei einem Vergärungsprozess<br />
von organischen Stoffen, wie Pflanzen,<br />
Fleisch oder proteinhaltigen<br />
Industrieabwässer. Diese Stoffe<br />
sind als Abfallstoffe vorhanden <strong>und</strong><br />
wurden bisher ungenützt entsorgt.<br />
Die Hauptbestandteile des gewonnenen<br />
Gases sind Methan <strong>und</strong><br />
Kohlendioxid <strong>und</strong> daneben kleinere<br />
Mengen an Begleitstoffen wie Wasserdampf,<br />
Stickstoff <strong>und</strong> Schwefelwasserstoffe.<br />
Das Gas wird bisher in den meisten<br />
Fällen am Produktionsort in Verbrennungsmotoren<br />
verstromt oder<br />
seltener in Grossanlagen nach einer<br />
Reinigung in das Erdgasnetz eingespiesen.<br />
Eine neuere Anwendung,<br />
insbesondere für kleinere Produzenten,<br />
ist die Weiterverarbeitung<br />
zu Fahrzeugtreibstoff. Biogas weist<br />
im Vergleich zu Benzin oder Diesel<br />
deutlich geringere Emissionen<br />
auf <strong>und</strong> ist zudem CO 2 -neutral. Ein<br />
Manko ist jedoch der etwas niedrigere<br />
Brennwert, der bei gleichen<br />
Tankabmessungen zu geringeren<br />
Reichweiten führt. Das enthaltene<br />
Kohlendioxid senkt den Brennwert<br />
des Treibstoffes zusätzlich <strong>und</strong><br />
muss deshalb entfernt werden.<br />
Für diese Abtrennung von Kohlendioxid<br />
<strong>und</strong> Methan sind industriell<br />
eingesetzte Verfahren vorhanden.<br />
Diese finden in Grossanlagen Anwendung,<br />
sind aber in kleineren<br />
Anlagen nicht wirtschaftlich anwendbar.<br />
Alternative Verfahren, die zur Reinigung<br />
von kleineren Volumenströmen<br />
eingesetzt werden können,<br />
sind das Membrantrennverfahren<br />
<strong>und</strong> die Entspannungskondensation.<br />
Insbesondere das zweite, kryogene<br />
Verfahren bietet für diesen<br />
Anwendungsfall viel Potenzial. <strong>Unter</strong><br />
kryogener Gastrennung versteht<br />
man die Separation der Gasanteile<br />
bei tiefen Temperaturen. Das Prinzip<br />
beruht auf den verschiedenen<br />
Kondensations- oder Sublimationstemperaturen<br />
der Gasphasen. In<br />
diesem Fall kann das Kohlendioxid<br />
durch eine starke Abkühlung des<br />
Gasgemisches als flüssige Phase<br />
abgeschieden werden.<br />
Die Abkühlung erfolgt beim ausgelegten<br />
Verfahren nicht durch<br />
eine externe Kühlquelle, sondern<br />
rein durch die Expansion in einem<br />
Flashbehälter auf -80 C°.<br />
Die Methankonzentration steigt von<br />
50 bis 75 mol % im Rohgas auf über<br />
90 mol % im Produktgas, was zu<br />
einer Erhöhung der Energiekapazität<br />
des Treibstofftanks von bis zu<br />
130 % führt.<br />
66 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Wechseleinrichtung für Blenden in Laseroptiksystemen<br />
Produktentwicklung / Prof. Urs Josi<br />
Experte: Dietmar Kramer, Dr. sc.techn. ETH<br />
Optiksysteme von Festkörperlasern kommen in der Regel nicht ohne Blenden aus. Meist sind das<br />
Scheibenblenden aus nichtrostendem Stahl. Angeboten werden Blenden mit Aussendurchmesser<br />
ø 2 mm <strong>und</strong> den Innendurchmessern von ø 2. mm... ø .0 mm in 0. mm - Schritten, ergänzt durch<br />
ø . mm. Bei heutigen Systemen werden diese im Bedarfsfall von Hand ausgetauscht. Dieses Vorgehen<br />
erfordert vom Bediener, dass die Abdeckung des staubempfindlichen Optiksystems aufgeklappt<br />
<strong>und</strong> die unter Umständen betriebswarme Blende herausgenommen wird. Die neu eingesetzte<br />
Blende muss einjustiert werden, bevor der Betrieb wieder aufgenommen werden kann.<br />
Neu soll die Blendendurchmesseranpassung<br />
durch motorischen<br />
Antrieb <strong>und</strong> ohne Eingriff in das Laseroptiksystem<br />
erfolgen. Die Wechselzeit<br />
soll 1 Sek<strong>und</strong>e nicht überschreiten<br />
<strong>und</strong> durch eine geeignete<br />
Schnittstelle gesteuert werden können.<br />
Sobald der Blendenwechsel<br />
vollzogen ist, soll das System sofort<br />
ohne weitere Einstellarbeiten wieder<br />
betriebsbereit sein.<br />
Das im Rahmen dieser Diplomarbeit<br />
entwickelte System besteht<br />
aus einem R<strong>und</strong>magazin mit vier<br />
Blenden. Ein Kleinmotor dreht den<br />
unter einem Winkel von 45º im<br />
Strahlengang angeordneten Drehkörper<br />
in die gewünschte Lage.<br />
Sensoren detektieren die Lage des<br />
Drehkörpers <strong>und</strong> übermitteln diese<br />
an die Steuerung. Durch das mechanische<br />
Codiersystem ist eine<br />
Neuerkennung der Position nach<br />
dem Einschalten der Maschine<br />
nicht erforderlich.<br />
Für den Einsatz in Lasersystemen<br />
höherer Leistung kann das System<br />
mit flüssigkeitsgekühlten Blenden<br />
ausgerüstet werden. Dabei werden<br />
die hohlgebohrten Blenden von der<br />
Kühlflüssigkeit durchströmt. Diese<br />
wird durch ein Paar eingeklebter<br />
Dichtscheiben in <strong>und</strong> aus dem<br />
Drehkörper geleitet. Die Dichtscheiben<br />
be<strong>stehen</strong> aus Keramikmaterial<br />
<strong>und</strong> sind praktisch verschleissfrei.<br />
Alternativ können konvektionsgekühlte<br />
Blenden eingesetzt werden.<br />
In diesem Fall werden die Dichtscheiben<br />
durch ein Axiallager ersetzt.<br />
Auch eine gemischte Bestückung<br />
ist möglich. Dabei wird die<br />
Zu- <strong>und</strong> Ablaufbohrung durch die<br />
konvektionsgekühlten Blenden verdeckt<br />
<strong>und</strong> gleichzeitig abgedichtet.<br />
Die besonders einfache Variante ist<br />
handbetätigt, Antriebsmotor <strong>und</strong><br />
Sensorsystem fehlen. Die Blende<br />
muss zum Wechsel nicht mehr<br />
entnommen werden. Der Bediener<br />
braucht nur den Drehkörper in die<br />
gewünschte Stellung zu drehen.<br />
Die wesentlich bessere Kühlung<br />
<strong>und</strong> die einfachere Handhabung<br />
stellen gegenüber dem früher verwendeten<br />
System bereits einen erheblichen<br />
Mehrwert dar.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Maschinentechnik<br />
Mécanique<br />
Bürki Samuel<br />
1967<br />
67<br />
BU
BU<br />
Maschinentechnik<br />
Burri Reto<br />
1983<br />
Mécanique<br />
Verbesserung der Produktivität in der Fertigung<br />
Maschinenbau / Prof. Christoph Strahm / Hans Rudolf Leuenberger, Peter Siegenthaler<br />
Experte: Dr. P. Gygax<br />
Seit mehr als 0 Jahren leistet Rondo Doge Pionierarbeit im Entwickeln <strong>und</strong> Herstellen von Lösungen<br />
auf dem Gebiet der Teigverarbeitung. Unzählige Anwender weltweit vertrauen auf ihre Maschinen,<br />
wenn es darum geht, qualitativ hoch <strong>stehen</strong>de Gebäcke effizient <strong>und</strong> kostengünstig zu produzieren.<br />
Die Anwender, die jeden Tag mit Rondo Doge Equipment arbeiten, schätzen Rondo Doge für ihre<br />
Zuverlässigkeit, <strong>und</strong> dem hervorragenden Preis-Leistungsverhältnis. Um dies zu gewährleisten wird<br />
in der Produktion darauf geachtet, dass die Fertigungsmaschinen <strong>und</strong> ihr Potential vollumgänglich<br />
ausgeschöpft werden <strong>und</strong> effizienter vonstatten laufen.<br />
Die Vorproduktion in der Firma Rondo<br />
Doge besteht aus mehreren<br />
hochmodernen Maschinen, welche<br />
besser <strong>und</strong> effizienter ausgelastet<br />
werden sollten. Mit dem Ziel, die Produktion<br />
in der Fertigung zu verbessern,<br />
wollte man dem ohnehin sehr<br />
guten Ruf der Firma Rondo Doge<br />
beisteuern. Somit wurden die Abläufe<br />
in der Vorfertigung untersucht<br />
<strong>und</strong> analysiert. Zur Verbesserung<br />
der Produktion wurden gewisse Anstrengungen<br />
unternommen.<br />
Startoberfläche des Programms für die<br />
Sägerei<br />
Mit Hilfe eines speziell für die Sägerei<br />
angefertigtem Programm wird<br />
in Zukunft mehr Material, welches<br />
die gleichen Dimensionen <strong>und</strong> Zusammensetzung<br />
aufweisen, miteinander<br />
gesägt. Es ermöglicht dem<br />
Bediener die geplanten Aufträge<br />
im Voraus abzurufen, vorzubereiten<br />
<strong>und</strong> zu fertigen. Dadurch entfallen<br />
Einrichtzeiten, welche auftreten,<br />
wenn das Material nicht nacheinander<br />
verarbeitet wird. Somit senken<br />
sich die Einrichtkosten <strong>und</strong> dem Be-<br />
Gr<strong>und</strong>platte eines Nullpunktspannsystems<br />
diener wird die anstrengende Arbeit<br />
des Bereitstellens von Material erleichtert.<br />
Dazu erhält man die Möglichkeit,<br />
Nachtläufe der Maschine im<br />
Voraus zu planen <strong>und</strong> die Maschine<br />
somit effizienter <strong>und</strong> optimaler auslasten<br />
zu können. Schlussendlich<br />
werden in der Nacht Aufträge vorproduziert<br />
um Zeit während dem<br />
Tag einzusparen.<br />
Für das Bearbeitungszentrum Matec<br />
HV30 wurden Fixwerkzeuge<br />
evaluiert <strong>und</strong> eingerichtet. Schon<br />
diese Einrichtung erspart den Bedienern<br />
eine Menge an Rüstzeiten<br />
<strong>und</strong> führt zu einem angenehmeren<br />
Arbeiten. Weiter wurde ein Nullpunktspannsystem<br />
eingeführt, welches<br />
sich als einen grossen Nutzen<br />
ausgezeichnet hat. Ein solches System<br />
erleichtert dem Bediener das<br />
Ein- <strong>und</strong> Umrichten der Maschine<br />
um vieles. Die Zeiteinsparung ist gegenüber<br />
der Arbeit ohne Nullpunktspannsystem<br />
extrem. Vorteile dieser<br />
Massnahmen sind die Steigerung<br />
der Flexibilität auf der Maschine <strong>und</strong><br />
das Reduzieren von Einrichtzeiten<br />
sowie von Stillstandzeiten.<br />
Durch die vollzogenen Anstrengungen<br />
<strong>und</strong> Investitionen wurde die<br />
Verbesserung der Vorproduktion<br />
angekurbelt <strong>und</strong> weitere Ideen für<br />
die Zukunft wurden geschmiedet.<br />
6 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Knowledge-Management im Anlagenbau<br />
Automation / Prof. Roland Hungerbühler / Insys Industriesysteme AG<br />
Wie kann das vorhandene Know-how einer Firma gesichert werden? Mit dieser Diplomarbeit wird ein<br />
Konzept vorgestellt, wie Wissen in der Insys AG verwaltet <strong>und</strong> gesichert werden kann. Dabei steht<br />
der Mitarbeiter im Mittelpunkt. Das System muss ihm die Möglichkeit bieten auf einfache Weise<br />
Know-how zu erfassen <strong>und</strong> abzurufen. So ent<strong>stehen</strong> Ressourcen für Neu- <strong>und</strong> Weiterentwicklungen<br />
womit Innovationskraft <strong>und</strong> Marktstellung des <strong>Unter</strong>nehmens gestärkt werden. Mittels Marktanalyse<br />
konnte eine Software, welche die meisten Bedürfnisse abdeckt, evaluiert werden. Die erarbeiteten<br />
Empfehlungen helfen die Informationen zu strukturieren <strong>und</strong> die Software zu konfigurieren.<br />
Vor der Implementierung eines<br />
Knowledge-Management-System<br />
sind umfangreiche Vorabklärungen<br />
durchzuführen. <strong>Unter</strong> anderem<br />
müssen die Arbeitsprozesse<br />
analysiert werden. In Gesprächen<br />
<strong>und</strong> Interviews mit Mitgliedern aller<br />
Fachbereiche der Insys AG sind<br />
vielseitige Anforderungen <strong>und</strong> Wünsche<br />
erfasst worden. Die zentralen<br />
Anliegen der Mitarbeiter sind minimaler<br />
Zusatzaufwand für das Erfassen<br />
<strong>und</strong> das rasche Auffinden von<br />
Know-how. Durch die Arbeitweise<br />
der Firma Insys sind viele Daten bereits<br />
digital vorhanden <strong>und</strong> könnten<br />
vom Mitarbeiter in das System integriert<br />
werden. Jeder Mitarbeiter<br />
muss Daten aktualisieren können,<br />
womit das System über eine Revisionsstandverwaltung<br />
verfügen<br />
muss. Diese garantiert, dass immer<br />
das aktuellste Dokument erscheint.<br />
Um dieses Feature vollumfänglich<br />
nutzen zu können ist es wichtig Do-<br />
Arbeitsplatzentwicklung durch Knowledge-Management<br />
kumente nicht mehrfach auf dem<br />
System abzulegen. Andernfalls sind<br />
sie zu verknüpfen. Die Daten werden<br />
in einer hierarchischen Struktur<br />
abgelegt. Durch Verlinken der<br />
Dokumente kann jedoch eine vernetzte<br />
Struktur erreicht werden.<br />
Die Interviews waren Basis für die<br />
Analyse der Arbeitsabläufe <strong>und</strong> des<br />
informellen Zusammenspieles von<br />
Know-how in der Insys AG. Um<br />
möglichst viele Anwendungsfälle<br />
abzudecken wurden Fallbeispiele<br />
abgeleitet. Im Wesentlichen umfassen<br />
sie Suchfolgen mit verschiedenen<br />
Einstiegspunkten sowie die<br />
effiziente Erfassung <strong>und</strong> Verlinkung<br />
von Dokumenten. Mittels der realitätsnahen<br />
Arbeitsabläufe konnten<br />
die entwickelten Lösungskonzepte<br />
geprüft werden.<br />
Eine erste Analyse von möglichen<br />
Lösungen zeigte eine Vielzahl von<br />
möglichen Ansätzen. Wissensmanagement<br />
kann mit Wikiprogrammen,<br />
Content Management<br />
Systemen (CMS) oder auch mit<br />
Dokument Management Systemen<br />
(DMS) unterstützt werden. Wikiprogramm<br />
bieten keine <strong>Unter</strong>stützung<br />
für die Verwaltung vorhandener Daten.<br />
DMS sind zu wenig flexibel für<br />
Wissen, welches nicht in Textdokumenten<br />
abgehandelt werden kann.<br />
Der Entscheid fiel auf CMS.<br />
An CM-Systemen findet sich eine<br />
grosse Vielfalt. Anhand der Kernanforderungen<br />
wurde vorselektiert,<br />
womit der Fokus auf einige wenige<br />
Systeme begrenzt werden konnte.<br />
Nach einer feineren Beurteilung fiel<br />
die Wahl auf die Open Source Anwendung<br />
DotNetNuke. Diese kann<br />
mit Zusatzmodulen ausgestattet<br />
werden <strong>und</strong> ist offen für weitere Eigenentwicklungen<br />
auf Visual Basic,<br />
um alle Anforderungen abzudecken.<br />
Die Insys AG installiert nun das System<br />
auf ihrem Server <strong>und</strong> führt das<br />
Knowledge-Management nach den<br />
erarbeiteten Konzepten ein.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Maschinentechnik<br />
Mécanique<br />
Bütikofer Daniel<br />
1979<br />
079 673 26 94<br />
buetikofer.daniel@bluewin.ch<br />
Mani Christoph<br />
1981<br />
079 653 52 49<br />
mathysmani@bluewin.ch<br />
69<br />
BU
BU<br />
Maschinentechnik<br />
Deyhle Steven<br />
1978<br />
078 606 21 16<br />
Mécanique<br />
sdeyhle@bluewin.ch<br />
Schweissbarkeitsanalyse an gesinterten Elementen<br />
Lasertechnologie, Werkstofftechnik / Prof. Fritz K. Güdel / Dr. Ronald Holtz, Dr. Karsten Richter, LASAG AG, Thun<br />
Experte: Christian Koblet<br />
In der heutigen Bauindustrie werden für Durchbrüche in armiertem Stahlbeton Bohrkronen verwendet.<br />
Die Bohrkronen be<strong>stehen</strong> im Wesentlichen aus dem Schaftmaterial in Rohrform <strong>und</strong> den darauf<br />
angebrachten Schneidsegmenten. Da sich die gesinterten Diamantschneidsegmente nicht direkt<br />
mit dem Trägerrohr verbinden lassen, ist ein Puffermaterial aus Nickel-Ferrit im Schneidsegment<br />
integriert, welches die Schweissbarkeit auf die Trägerrohre ermöglicht. Das Schweissen erfolgt mit<br />
einem cw-CO 2 -Laser. Es wird angenommen, dass technologisch bedingt die Sinterelemente nicht<br />
homogen in der Zusammensetzung sind <strong>und</strong> somit die Schweissbarkeit zwischen den einzelnen<br />
Chargen zum Teil deutlich schwankt. Es besteht der Bedarf, die Schweissbarkeit der Elemente vor<br />
der Schweissung zu untersuchen.<br />
Ausgangslage<br />
Die Herstellerfirma hat vermehrt<br />
Schwankungen im Schweissprozess<br />
der Bohrelemente festgestellt,<br />
welche sich durch porige Nähte in<br />
der Fusszone des aufgebrachten<br />
Schneidsegmentes bemerkbar<br />
machen <strong>und</strong> somit die Festigkeit<br />
gegen Ausbruch herabsetzen. Es<br />
ist daher nötig, eine <strong>Unter</strong>suchung<br />
des Gr<strong>und</strong>es für die schlechte Reproduzierbarkeit<br />
durchzuführen.<br />
Laut Herstellerfirma sind die <strong>Unter</strong>schiede<br />
abhängig von den verwendeten<br />
Chargen der gesinterten<br />
Schneidsegmente. Die Teile werden<br />
unter einer Schutzgasatmosphäre<br />
mit Hilfe eines „continuous wave“<br />
CO 2 -Laser zusammengeschweisst.<br />
Zur Analyse dieser Problematik sind<br />
mehrere Ansätze möglich. Dies ist<br />
ein Messverfahren, welches für die<br />
Schweissbarkeitsanalyse von Kupfer<br />
an der EPFL in Lausanne evaluiert<br />
wurde, bei der die kritischen<br />
Aspekte der Einkopplung in hochreflektierende<br />
Materialien erfolgreich<br />
in Zusammenarbeit mit der Firma<br />
Lasag in Thun untersucht werden<br />
konnten. Ausgehend von einem<br />
Laserpuls, welcher direkt auf die zu<br />
analysierende Werkstückoberfläche<br />
aufgebracht wird, kann die Rückreflexion<br />
von drei verschiedenen<br />
Wellenlängen aufgezeichnet <strong>und</strong><br />
ausgewertet werden. Andererseits<br />
<strong>stehen</strong> Materialuntersuchungen<br />
zur Verfügung, um mögliche produktionsbedingte<br />
Abweichungen<br />
im Material oder in Form von unerwünschten<br />
Einschlüssen in den<br />
Schneidsegmenten festzustellen.<br />
Ziel der Arbeit<br />
Das Ziel dieser Diplomarbeit ist<br />
die <strong>Unter</strong>suchung, wieso Abweichungen<br />
bei den Schweissungen<br />
vorliegen <strong>und</strong> mögliche Verbesserungsvorschläge<br />
für den Herstellungs-<br />
oder den Schweissprozess<br />
aufzuzeigen. So kann der<br />
Produktionsprozess optimiert, die<br />
Ausschussrate minimiert <strong>und</strong> die<br />
Reproduzierbarkeit der Bohrelemente<br />
erhöht werden. Den Einflussgrössen<br />
im Herstellungsprozess<br />
der Schneidsegmente, wie<br />
der Reinigung, der Verarbeitung<br />
<strong>und</strong> der Lagerung wird besonderes<br />
Augenmerk geschenkt. Ebenfalls<br />
die gewählten Parameter zur<br />
Schweissung werden mittels Versuchsschweissungen<br />
untersucht.<br />
Mit einer genauen Analyse der Ausgangsdaten<br />
<strong>und</strong> mittels ausgewählter<br />
Auswertungsmassnahmen kann<br />
so eine Verbesserung im ganzen<br />
Produktionsprozess erreicht werden,<br />
um die Fehleranfälligkeit zu<br />
minimieren.<br />
Ausblick<br />
Das Schweissen mit einem CO 2 -<br />
oder Nd:YAG-Laser wird in der Industrie<br />
vermehrt dem Schweissen<br />
mit herkömmlichen Methoden Konkurrenz<br />
machen. Prozessüberwachungen<br />
<strong>und</strong> genaue Vorbereitung<br />
der Bauteile sind unabdingbar für<br />
einen reibungsfrei funktionierenden<br />
automatisierten Produktionsprozess,<br />
damit eine hohe Produktionsrate<br />
erreicht werden kann, wie dies<br />
bei der Herstellerfirma der Fall ist.<br />
Das Messverfahren für hochreflektierende<br />
Materialien wäre auch für<br />
andere Anwendungsfelder denkbar,<br />
falls die Realisierung bei den vorliegenden<br />
Segmenten möglich ist.<br />
70 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Neuartiger Klemmmechanismus für Lenksäulen<br />
Produktentwicklung / Prof. Dr. Reinhold Krause, Dipl. Ing. Matthias Renker / ThyssenKrupp Presta AG<br />
Experte: Felix Scheuter<br />
Heutzutage besitzt fast jeder Neuwagen eine zweidimensionale Lenkradeinstellung. Bei Klein- <strong>und</strong><br />
Mittelklassewagen wird das Lenkrad von Hand arretiert, doch das birgt im Alltagsgebrauch ein<br />
grosses Sicherheitsrisiko. Betätigt der Fahrer die Arretierung nicht bis zum vorgesehenen Endanschlag,<br />
so wird die Lenksäule im Crashfall nicht mit der notwendigen Klemmkraft gehalten <strong>und</strong><br />
sämtliche Energieabsorptionselemente sind funktionslos, da die Lenksäule “durchrutschen” kann.<br />
In dieser Diplomarbeit soll ein Prototyp für ein neuartiges Aktorprinzip entwickelt werden.<br />
Stand der <strong>Technik</strong><br />
Die ThyssenKrupp Presta AG gehört<br />
zu den weltweit erfolgreichsten Herstellern<br />
von Lenksystemen. Um im<br />
Falle eines Autounfalls die optimale<br />
Fahrersicherheit gewährleisten zu<br />
können, stellt der Klemmmechanismus<br />
für die Lenksäule ein zentrales<br />
Bauelement dar, welches deshalb<br />
ständig weiterentwickelt wird.<br />
Bei Klein- <strong>und</strong> Mittelklassewagen<br />
erfolgt bis heute eine manuelle Arretierung<br />
der Lenkradposition. Dabei<br />
wird mit Hilfe eines Hebels eine Normalkraft<br />
auf eine Lamellenkonstruktion<br />
ausgeübt. Die Lenkradposition<br />
wird somit durch Reibung gehalten.<br />
Sowohl der Klemmhebel an sich<br />
als auch die unsachgemässe Benutzung<br />
durch den Fahrer können<br />
im Crashfall allerdings zu schweren<br />
Verletzungen führen. Deshalb soll in<br />
dieser Diplomarbeit ein neuartiger<br />
Klemmmechanismus entwickelt<br />
werden, der diese beiden Risikofaktoren<br />
beseitigen kann.<br />
Vorgehen<br />
Nach intensiven Recherchen<br />
<strong>und</strong> diversen Versuchen<br />
wurde ein neuartiges<br />
Aktorkonzept entwickelt, das<br />
sämtliche Anforderungen des<br />
Auftraggebers erfüllen kann. Einige<br />
der Anforderungen an einen<br />
serietauglichen Aktor für die Auto-<br />
Lenksystem<br />
mobilindustrie sind beispielsweise:<br />
grosse Steifigkeit, hohe Löse- <strong>und</strong><br />
Festklemmgeschwindigkeit, grosse<br />
Betätigungskraft bei relativ grossem<br />
Hub <strong>und</strong> absolute Funktionssicherheit<br />
bei niedrigsten Herstellungskosten.<br />
Anhand des ausgewählten<br />
Konzeptes wurde ein Prototyp ausgearbeitet,<br />
gebaut <strong>und</strong> auf<br />
“Herz <strong>und</strong> Nieren” getestet,<br />
um dessen Funktionalität<br />
zu bestätigen. Zudem wurde<br />
überlegt, wie eine kostengünstigeMassenproduktion<br />
aussehen könnte.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Maschinentechnik<br />
Mécanique<br />
Fernández Tomás<br />
079 796 69 41<br />
tomasfernandez18@hotmail.com<br />
7<br />
BU
BU<br />
Maschinentechnik<br />
Friedli Dieter-Andreas<br />
1981<br />
079 243 56 52<br />
Mécanique<br />
dieter.friedli@gmx.ch<br />
Laserbohren von Metallen mit ns- <strong>und</strong> ps-Pulsen<br />
Institut für angewandte Lasertechnologie / Prof. Dr. Beat Neuenschwander<br />
Experte: Dr. Lukas Rohr / POSALUX SA, LASAG AG<br />
Durch die zunehmende Miniaturisierung <strong>und</strong> die ständig wachsenden Anforderungen an die Präzision<br />
<strong>und</strong> Flexibilität gewinnt das industrielle Interesse an hochpräzisen lasererzeugten Mikrobohrungen<br />
zusehends an Bedeutung. Nicht selten stossen dabei die klassischen Verfahren wie z.B. das<br />
EDM-Verfahren an ihre Grenzen.<br />
Derzeit konkurrenzieren sich Systeme mit kurzen <strong>und</strong> ultrakurzen Pulsen. Es gilt, diese beiden Systeme<br />
miteinander zu vergleichen sowie die Einflüsse unterschiedlicher Wellenlängen aufzuzeigen<br />
<strong>und</strong> diese nach vorgegebenen Qualitätskriterien zu beurteilen.<br />
Die bisher erreichte Genauigkeit<br />
von industriell realisierten Laserbohrungen<br />
reicht für eine Reihe von<br />
Applikationen aus. Insbesondere für<br />
Bohrungsdurchmesser von 50µm<br />
mit Wandstärken grösser 1mm hat<br />
sich die Lasertechnologie bereits<br />
etabliert. Jedoch erfüllt diese die<br />
hohen Anforderungen der Kraftfahrzeug-Einspritztechnik<br />
noch nicht<br />
vollumfänglich. Die Vorgaben der<br />
EDM-Verfahren sind im Bezug auf<br />
die Produktivität <strong>und</strong> Qualität der<br />
Bohrungen schwer zu erreichen.<br />
Durch die Anwendung neuer Verfahrensstrategien<br />
<strong>und</strong> durch den<br />
Einsatz modernster diodengepumpter<br />
Festkörperlaser, wird auf<br />
den Durchbruch zu bisher unerreichten<br />
Ergebnissen spekuliert.<br />
Die Firma POSALUX SA, welche Mikrobohrungen<br />
mit dem bekannten<br />
Funkenerosionsverfahren herstellt,<br />
möchte im Rahmen dieser Diplomarbeit<br />
prüfen, inwiefern das EDM<br />
Verfahren durch Lasersysteme er-<br />
Anwendung: Einspritzdüse mit Laserbohrungen Ø 120 µm. Quelle: GFH<br />
setzt werden könnte. Dafür wurden<br />
zu Beginn genau definierte Qualitätskriterien<br />
erarbeitet. Diese beinhalten<br />
wichtige Aspekte wie die<br />
Oberflächenbeschaffenheit <strong>und</strong><br />
Konizität des Bohrkanals sowie<br />
die R<strong>und</strong>heit der Ein- <strong>und</strong> Austritte.<br />
Auch die Bohrdauer <strong>und</strong> der Nachbearbeitungsaufwand<br />
sind klar<br />
vorgegeben. Dafür sollen Nanosek<strong>und</strong>en-<br />
<strong>und</strong> Picosek<strong>und</strong>en-Systeme<br />
mit Wellenlängen 532nm <strong>und</strong><br />
1064nm einander gegenübergestellt<br />
<strong>und</strong> bezüglich dieser Kriterien verglichen<br />
werden.<br />
Abhängig von der Präzision gibt es<br />
unterschiedliche Bohrstrategien.<br />
Für Mikrobohrungen mit Durchmesser<br />
100µm ist das Wendelbohren<br />
zweckmässig. Dies ist eine<br />
Methode mit kreisförmiger Relativbewegung,<br />
bei der die Durchbohrung<br />
erst nach einer Vielzahl von<br />
Umläufen erreicht wird. Dafür wird<br />
eine moderne Wendelbohroptik<br />
eingesetzt, welche von der Firma<br />
LASAG AG zur Verfügung gestellt<br />
wird. Zusätzlich werden die Versuche<br />
auch mit einen Galvanoscanner<br />
durchgeführt.<br />
<strong>Unter</strong> anderem hat sich gezeigt,<br />
dass kürzere Pulsdauern <strong>und</strong> kürzere<br />
Wellenlängen präzisere Ergebnisse<br />
liefern, jedoch einen Mehraufwand<br />
an Energie <strong>und</strong> Zeit fordern.<br />
Demzufolge sinkt die Produktivität.<br />
Für den industriellen Einsatz <strong>stehen</strong><br />
ns-Laser klar im Vordergr<strong>und</strong>.<br />
Zur Einhaltung spezieller Anforderungen<br />
wie z.B. Minimierung des<br />
Auswurfs, <strong>stehen</strong> seit kurzem aber<br />
auch industrietaugliche ps-Systeme<br />
zur Verfügung.<br />
Mit den erarbeiteten Ergebnissen<br />
soll der Firma POSALUX SA aufgezeigt<br />
werden, mit welchen Laserparametern<br />
Mikrobohrungen für Einspritzdüsen<br />
gemäss den gestellten<br />
Anforderungen hergestellt werden<br />
können <strong>und</strong> welche Lasersysteme<br />
sich dafür eignen.<br />
EDM = Electrical Discharge Machining (Fun-<br />
kenerosionsverfahren)<br />
Bohrungsaustritt Ø 100 µm, gebohrt mit ns-Pulsen<br />
72 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Servounterstützte Hub- <strong>und</strong> Schwenkvorrichtung<br />
Mechatronik / Prof. Dr. Harald Wild, Dipl. Ing. Paul Stadler, Dipl. Ing. Florian Fässler<br />
Experte: Dipl. El.-Ing. ETH Jürg Schmid / ifms<br />
In der modernen Medizin werden zunehmend Apparate <strong>und</strong> Geräte verwendet, die für den Einsatz<br />
auf eine genaue Position gebracht werden müssen. Um nicht das gesamte Gerätegewicht von Hand<br />
hin- <strong>und</strong> herschieben zu müssen, ist es sinnvoll diese Bewegungen mit einem Zusatzgerät zu unterstützen.<br />
Während zwei Semesterarbeiten <strong>und</strong> einer Diplomarbeit wurde am ifms (Institut für Mechatronische<br />
Systeme) ein Prototyp einer Hub- <strong>und</strong> Schwenkvorrichtung entwickelt, die zum Realisieren des Bewegungsablaufes<br />
wie aber auch zum schwingungsfreien Halten von Apparaten dient.<br />
Damit die Hub- <strong>und</strong> Schwenkvorrichtung<br />
möglichst einen grossen<br />
Bewegungsradius erzielen <strong>und</strong> in<br />
diesem Radius jede erdenkliche<br />
Position angefahren <strong>und</strong> gehalten<br />
werden kann, wurden die Achsen<br />
mit Linearelementen konstruiert.<br />
Ein weiterer Gr<strong>und</strong> für den Einsatz<br />
solcher Elemente war auch das<br />
Schwingungsverhalten, welches<br />
bei früheren Versuchen mit anderen<br />
Konstruktionen zu ungenügenden<br />
Resultaten führte.<br />
Beim Einsatz in Krankenhäusern<br />
<strong>und</strong> Arztpraxen ist es selbstverständlich,<br />
dass ein Gerät sowohl<br />
ergonomisch wie auch ökologisch<br />
die geforderten Aspekte erfüllen<br />
muss. Weiter sind die Sicherheitsstandards<br />
einzuhalten.<br />
Servounterstützte Hub- <strong>und</strong> Schwenkvor-<br />
richtung im 3D-CAD<br />
Bei der Lösungsfindung wurde<br />
schnell ersichtlich, dass Linearelemente<br />
<strong>und</strong> Antriebssysteme jeglicher<br />
Art relativ teuer zu beschaffen<br />
sind, deshalb wurden die Führungen<br />
aus Vierkantrohren gefertigt, welche<br />
teleskopisch ineinander gleiten.<br />
Damit die Rohre ohne Spiel<br />
arbeiten, wurden speziell für diese<br />
Anwendung entwickelte Führungen<br />
eingesetzt. Im Ausleger sind dies<br />
einstellbare Kunststoffführungen, in<br />
der Hubsäule werden exzentrisch<br />
verstellbare Rollenlager eingesetzt.<br />
Für den Antrieb sorgen zwei verschieden<br />
grosse Schrittmotoren.<br />
Die Wahl der Motoren erfolgte auf<br />
Gr<strong>und</strong> der kleinen Baugrösse bei<br />
hohem Drehmoment <strong>und</strong> weil sie<br />
einfach anzusteuern sind. Die rotative<br />
Bewegung der Motoren wird<br />
über Kugelumlaufspindeln in eine<br />
Linearbewegung umgesetzt.<br />
Damit sich die Hubvorrichtung auch<br />
um die eigene Achse drehen kann,<br />
ist die Hubsäule am Fuss drehbar<br />
gelagert. Zur Arretierung dient eine<br />
Scheibenbremse, welche im inaktiven<br />
Zustand über Tellerfedern die<br />
Bremsklötze gegen die Scheibe<br />
drückt.<br />
Über einen Piezoaktor kann die<br />
Bremse stufenlos gelöst werden.<br />
Damit genug Lüftungsspiel zwischen<br />
Backe <strong>und</strong> Scheibe vorhanden<br />
ist, wird der Hub des Piezoaktors<br />
über Hebel übersetzt <strong>und</strong><br />
damit vergrössert.<br />
Zur Steuerung ist am vordersten<br />
Punkt des Auslegers eine Steuerplatte<br />
montiert.<br />
Diese Platte besteht im wesentlichen<br />
aus drei dünnen Stegen <strong>und</strong><br />
einem Joystick-Stab. Wird der Stab<br />
bewegt, verbiegen sich die Stege<br />
<strong>und</strong> es ergibt eine Materialdehnung<br />
im errechneten Stegbereich. Diese<br />
Dehnung ist im elastischen Bereich,<br />
so dass keine Deformation zurück<br />
bleibt. In diesem Teil der Stege<br />
sind Dehnmessstreifen (DMS) aufgeklebt,<br />
welche die Verformung<br />
aufnehmen. Die Signale der DMS<br />
werden mit Messverstärker aufgewertet<br />
<strong>und</strong> als Referenzwert ins<br />
digitale Regelungssystem d-Space<br />
übermittelt.<br />
Joystick mit FEM simuliert (ohne DMS)<br />
Der in d-Space hinterlegte Algorithmus<br />
dient zur Steuerung der Anlage.<br />
So kann bestimmt <strong>und</strong> vorgegeben<br />
werden, wie schnell die Motoren<br />
oder der Piezoaktor der Bremse<br />
reagieren <strong>und</strong> wie die Beschleunigung,<br />
Abbremsung oder Haltekraft<br />
erfolgen soll. Des weiteren wurden<br />
die Sicherheitsrelevanten Anforderungen<br />
über d-Space überwacht<br />
<strong>und</strong> führen gegebenenfalls zu Warnungen<br />
an den Bediener oder zur<br />
Notabschaltung der Bewegung.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Maschinentechnik<br />
Mécanique<br />
Gilgen Christoph<br />
1980<br />
079 668 36 31<br />
gilgen@gmx.net<br />
7<br />
BU
BU<br />
Maschinentechnik<br />
Glauser Roger<br />
1982<br />
078 624 02 11<br />
glaur2@bfh.ch<br />
Mécanique<br />
Nitrieren <strong>und</strong> Nitrocarburieren in der S-Phase<br />
Werkstofftechnik/ Prof. Jean-Martin Rufer/ Härterei Gerster AG: Patrick Margraf<br />
Experte: Dr. Lukas Rohr<br />
In der <strong>Technik</strong> sind korrosionsbeständige Materialien nicht mehr wegzudenken. Der Gr<strong>und</strong> für die<br />
Korrosionsbeständigkeit rostfreier Stähle liegt im Chrom, das eine sehr stabile Passivschicht bildet,<br />
die den Stahl schützt. Um eine Verbesserung der Oberflächeneigenschaften von Stählen in Bezug<br />
auf Verschleiss zu erzeugen, wird üblicherweise auf thermochemische Oberflächenbehandlungsverfahren<br />
wie Nitrieren <strong>und</strong> Nitrocarburieren zurückgegriffen. Mit den üblichen Verfahren lassen<br />
sich Passivschichten jedoch nur unzulänglich aufbrechen. Das Plasmanitrieren bietet da eine einfache<br />
<strong>und</strong> reproduzierbare Möglichkeit, Stähle mit Passivschichten erfolgreich zu nitrieren.<br />
Seit einigen Jahren herrscht eine<br />
grosse Forschungstätigkeit auf dem<br />
Gebiet der Niedertemperaturnitrierung<br />
von austenitischen rostfreien<br />
Stählen. Mit ihr ist es möglich eine<br />
Gefügeart, die S-Phase, zu erzeugen,<br />
die sowohl die Korrosionsbeständigkeit<br />
beibehält, als auch eine<br />
Härtesteigerung ermöglicht.<br />
Am aussichtsreichsten scheint dabei<br />
der Einsatz der Plasmatechnik,<br />
unter anderem mit Aktivgitter.<br />
Die Härterei Gerster AG aus Egerkingen<br />
hat aus diesem Gr<strong>und</strong> eine<br />
neue Plasmanitrieranlage mit Aktivgitter<br />
beschafft. Ziel der Diplomarbeit<br />
ist eine umfassende Analyse<br />
der ersten Versuche mit der neuen<br />
Plasmanitrieranlage durchzuführen.<br />
Anhand einer Parameterstudie soll<br />
der Einfluss der verschiedenen Prozessgrössen,<br />
wie Gaszusammensetzung<br />
(Wasserstoff <strong>und</strong> Stickstoff)<br />
<strong>und</strong> Temperatur, auf die Oberflächenhärte,<br />
die Nitrierhärtetiefe <strong>und</strong><br />
die Schichtdicken eruiert werden.<br />
In der Metallografie werden mittels<br />
Schliffbilder <strong>und</strong> Härteverläufe die<br />
Dicke <strong>und</strong> die Härte der verschiedenen<br />
Schichten erfasst.<br />
Mit einer GDOS-Analyse (Glimmentladungsspektroskopie)<br />
wird die<br />
chemische Zusammensetzung der<br />
verschiedenen Schichten analysiert.<br />
Um die Phasenzusammensetzung<br />
im Oberflächenbereich zu bestimmen,<br />
lässt man eine Röntgenbeugeanalyse<br />
an zwei verschiedenen<br />
Instituten ausserhalb der Schule<br />
durchführen.<br />
Mikropuls- Plasmanitrieren, Quelle: Härterei Gerster AG<br />
Parallel zu diesen Analysen soll im<br />
Labor in Biel eine Tieftemperaturnitrierung<br />
im Gas versucht werden.<br />
Sie beruht auf neuen Erkenntnissen<br />
im Bereich der Oberflächenaktivierung.<br />
Hierzu werden verschiedene<br />
Versuche mit unterschiedlichen<br />
Parametern <strong>und</strong> Vorbehandlungen<br />
durchgeführt.<br />
Das Ziel dabei ist die Einbringung<br />
von Stickstoff in rostfreie Stähle,<br />
wobei nach Möglichkeit die Erzeugung<br />
der S-Phase angestrebt werden<br />
soll.<br />
7 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Entwicklung eines klappbaren FVW-Propellers<br />
Composite Product Development / Beat Schmied / Industriepartner: RUAG Aerospace<br />
Experte: Christian Koblet<br />
In Zusammenarbeit mit der ETHZ, der EPFL, der Eidgenössischen Materialprüfungsanstalt EMPA<br />
sowie dem Technologiekonzern RUAG Aerospace wird vom <strong>Unter</strong>nehmer Kamal Alavi ein Kommunikations-Zeppelin<br />
entwickelt. Die so genannte X-Station soll in luftiger Höhe von 2 Kilometern zum<br />
Einsatz kommen, um so herkömmliche Kommunikations-Antennen zu ersetzten. Trotz Höhenwinden<br />
soll die X-Station ihre stationäre Position halten können <strong>und</strong> dabei stets manövrierbar bleiben,<br />
um neue Positionen beziehen zu können. Dies soll anhand zweier Propeller geschehen, welche im<br />
Rahmen dieser Diplomarbeit – mit der RUAG Aerospace als Industriepartner – entwickelt werden<br />
sollen.<br />
Der Propeller wird jedoch nicht<br />
direkt am Zeppelin, sondern an<br />
einem darunter befestigten Lastflugzeug<br />
montiert, welches sämtliche<br />
Kommunikations-Systeme<br />
beinhaltet. Da sich dieses “Payload-Plane”<br />
nach längerem Einsatz<br />
vom Zeppelin abkoppelt <strong>und</strong> auf<br />
die Erde gleitet, müssen die beiden<br />
Blätter des Propellers nach hinten<br />
geklappt werden können, um beim<br />
Gleitflug <strong>und</strong> der anschliessenden<br />
Landung nicht hinderlich zu sein.<br />
Um ein möglichst geringes Gewicht<br />
<strong>und</strong> Massenträgheitsmoment aufzuweisen,<br />
soll der Propeller aus Faserverb<strong>und</strong>werkstoffen<br />
(FVW) be<strong>stehen</strong>.<br />
Bedingt durch die Verwendung<br />
von faserverstärkten Kunststoffen<br />
muss bei der Entwicklung speziell<br />
auf das komplexe Materialverhalten<br />
sowie die anspruchsvollen Herstellbedingungen<br />
geachtet werden.<br />
Funktions-Skizze des klappbaren FVW-Propellers für die X-Station<br />
Mit dem Ziel, eine möglichst einfache<br />
Lösung für ein komplexes<br />
Problem zu finden, wurden für<br />
den klappbaren Propeller mehrere<br />
Konzepte ausgearbeitet. Da ein<br />
Versagen einer der Propeller fatale<br />
Folgen haben würde, muss bei der<br />
Entwicklung auf einen möglichst<br />
ausfallsicheren Klappmechanismus<br />
geachtet werden.<br />
Als Lösung der komplexen Bedingungen<br />
in der Stratosphäre ist<br />
ein Propeller entstanden, dessen<br />
Klappmechanismus allein durch die<br />
Zentripetalkraft geregelt wird <strong>und</strong><br />
somit ohne weitere Aktoren auskommt.<br />
Ein ausgeklügeltes Feder-<br />
Dämpfer-System bewirkt zudem<br />
ein sanftes Auf- <strong>und</strong> Zuklappen, da<br />
ansonsten die hoch beanspruchten<br />
Propellerblätter mit einem Durchmesser<br />
von vier Metern bereits<br />
beim ersten Aufklappen in Stücke<br />
zerrissen würden. Des Weiteren<br />
sind die beiden Propellerblätter mittels<br />
hochfesten, gekreuzten Stahlseilen<br />
verb<strong>und</strong>en, wodurch ein synchrones<br />
Aufklappen garantiert wird.<br />
Mittels einer numerischen Mehrkörpersimulation<br />
konnte der entwickelte<br />
Klappmechanismus des Propellers<br />
simuliert <strong>und</strong> optimiert werden,<br />
wodurch eine Dimensionierung des<br />
Propellersystems möglich wurde.<br />
Dank den allgemein gültigen Differentialgleichungen,<br />
auf welchen die<br />
Simulation basiert, konnten auch<br />
Extremsituationen wie beispielsweise<br />
die bei der Landung auftretenden<br />
Belastungen simuliert werden.<br />
In einem weiteren Schritt galt es,<br />
die Struktur der Propellerblätter<br />
sowie die dazu verwendeten Composite<br />
Materialien auszulegen. Dies<br />
wurde mit modernster FE- <strong>und</strong><br />
CAD-Software wie ANSYS, ESA-<br />
Comp oder Unigraphics NX realisiert,<br />
wodurch eine Material-Beurteilung<br />
bis in die Tiefe der einzelnen<br />
Fasern möglich wurde. Aufgr<strong>und</strong><br />
der optimalen Ausnutzung der Materialeigenschaften<br />
konnten so die<br />
Propellerblätter auf ein minimales<br />
Gewicht getrimmt werden.<br />
Erste Prototypen sollen bereits im<br />
Sommer 2007 in der Stratosphäre<br />
fliegen, um so eine neue Generation<br />
der Telekommunikation einzuleuten.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Maschinentechnik<br />
Mécanique<br />
Graf Andres<br />
1983<br />
079 475 14 65<br />
graf.andres@bluewin.ch<br />
7<br />
BU
BU<br />
Maschinentechnik<br />
Grossenbacher Marcel<br />
1981<br />
076 / 517 87 25<br />
Mécanique<br />
marcelgrossenbacher@gmx.ch<br />
CFD-Auslegung einer Vakuumkammer mit Luftfenster<br />
Verfahrenstechnik <strong>und</strong> Simulation / Prof. Dr. Kurt M. Graf<br />
Experte: Dr. Lukas Rohr<br />
Werden Laserstrahlen zum Bohren von Metall eingesetzt, so müssen die ent<strong>stehen</strong>den Metalldämpfe<br />
<strong>und</strong> Tropfen sicher abgeführt werden. Bei Versuchen wurde festgestellt, dass beim Präzisionsbohren<br />
mit Laserpulsen der Umgebungsdruck einen wesentlichen Einfluss hat. Je tiefer der Umgebungsdruck<br />
ist, desto schneller kann sich die Plasmawolke lösen <strong>und</strong> desto schneller gelangt<br />
das verdampfte <strong>und</strong> ionisierte Material aus der Bearbeitungszone. Nach einer Idee von Forschern<br />
der Universität Stuttgart kann das Teilvakuum in der Kammer mit einem Luftstrahl erzeugt werden.<br />
Gleichzeitig werden mit diesem Strahl die Partikel abgeführt.<br />
Diese Arbeit ist ein internes Projekt<br />
<strong>und</strong> wird vom Institut für angewandte<br />
Lasertechnologie (IALT),<br />
Burgdorf unterstützt.<br />
CFD (computational fluid dynamics)<br />
hat das Ziel mit numerischen<br />
Methoden ein vorgegebenes strömungsmechanisches<br />
Problem zu<br />
lösen.<br />
Die Vakuumkammer kann nicht hermetisch<br />
geschlossen werden, da<br />
eine freie Öffnung in Richtung des<br />
Laserstrahls vorhanden sein muss.<br />
Zum Abdichten benötigte Gläser<br />
würden den Laserstrahl abschwächen<br />
oder verformen, was uner-<br />
CFD-Auslegung einer Vakuumkammer mit Luftfenster<br />
Marcel Grossenbacher / 29.11.2006<br />
wünscht ist. Daher wird mit dem<br />
r<strong>und</strong>en Freistrahl ein Luftfenster<br />
erzeugt, welches den Laserstrahl<br />
nicht beeinflusst.<br />
Ähnlich dem Prinzip der Wasserstrahlpumpe<br />
wurde für die ersten<br />
Entwürfe eine Strahldüse <strong>und</strong> ein<br />
Diffusor dimensioniert. Es wurde<br />
eine Lavaldüse verwendet. Der<br />
Querschnitt der Lavaldüse verengt<br />
sich zunächst <strong>und</strong> weitet sich dann<br />
wieder auf, wodurch die durchströmende<br />
Luft auf Überschallgeschwindigkeit<br />
beschleunigt wird.<br />
Der Durchmesser an der engsten<br />
Stelle beträgt 3.0 mm. Der Durchmesser<br />
für das Bohrloch, in dem<br />
das Teilvakuum erreicht werden soll,<br />
ist vom Laserstahl abhängig. Beim<br />
abgebildetem Beispiel ist die Bauhöhe<br />
17.0 mm. Daraus ergibt sich ein<br />
Bohrlochdurchmesser von 10.0 mm.<br />
Das berechnete Teilvakuum mit der<br />
r<strong>und</strong>en Strahlgeometrie war für die<br />
Anwendung noch zu klein. Durch<br />
weiteres Optimieren des Luftstrahls<br />
von einer r<strong>und</strong>en auf eine schlitzförmige<br />
Geometrie, konnte in der<br />
Simulation ein Teilvakuum erreicht<br />
werden, welches den Anforderungen<br />
entspricht. Zurzeit wird ein<br />
Prototyp hergestellt, an welchem<br />
die aerodynamischen Berechungen<br />
überprüft werden können.<br />
Geschwindigkeitsverlauf (m/s)<br />
FLUENT 6.2<br />
76 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Farbmarkierung von Metallen mit Laser<br />
Lasertechnik, Dr. Guido Bucher<br />
Experte: Peter Paul Knobel<br />
Für zahlreiche Anwendungen ist die dauerhafte Beschriftung von Metallen interessant. Die untersuchte<br />
Beschriftungstechnik basiert auf der Erzeugung von Anlassfarben. Der Ursprung dieser Farben<br />
liegt in einer dünnen dielektrischen Schicht, welche sich beim Erhitzen bildet. Die Dicke <strong>und</strong><br />
chemische Zusammensetzung bestimmt dabei die Farbe. Mit dem Laser ist es möglich, Metalle lokal<br />
zu erwärmen <strong>und</strong> damit auch lokal Anlassfarben zu erzeugen. Durch Ablenkung eines Laserstrahls<br />
mit einem Scanner kann man Metalle farbig <strong>und</strong> mit beliebigen Konturen versehen.<br />
Dadurch dass die mit dem Laser<br />
erzeugte Schicht sehr dünn ist,<br />
sieht man Interferenzfarben. Diese<br />
Farben ent<strong>stehen</strong> durch Überlagerungen<br />
von Lichtwellen. Diese Phänomene<br />
sieht man unter anderem<br />
auch bei Seifenblasen. Welche Farbe<br />
nun durch die Oxidschicht entsteht,<br />
ist von zwei Faktoren abhängig.<br />
Zum einen beeinflusst die Dicke<br />
der Schicht den Farbumschlag <strong>und</strong><br />
zum anderen der Brechungsindex<br />
des Materials.<br />
Die Anlassfarben auf Metalle wurden<br />
in einem Nd:YAG-Lasermarkiersystem<br />
der Firma Trumpf erzeugt.<br />
Dieser Laser stand an der <strong>Fachhochschule</strong><br />
zur Verfügung. Für die<br />
Experimente wurden Titanplättchen<br />
verwendet, da man mit diesem Material<br />
die grössten Erfahrungen auf<br />
diesem Gebiet hat. Für das markieren<br />
solcher Farbflächen gibt es sehr<br />
viele verschiedene Einflüsse, die<br />
man berücksichtigen muss. <strong>Unter</strong><br />
anderem kann man direkt am Laser<br />
einige Parameter einstellen, wie<br />
die Laserleistung, die Verfahrensgeschwindigkeit<br />
oder die Repetitionsrate,<br />
zum anderen wurden weitere<br />
wichtige Einflüsse durch Berechnungen<br />
festgelegt, wie die Energiedichte<br />
oder die Pulsenergie. Ziel<br />
war es nun diese Einflussgrössen<br />
systematisch zu untersuchen. Um<br />
einen besseren Überblick zu haben,<br />
wurde immer nur ein Einfluss variiert<br />
<strong>und</strong> die restlichen Parameter konstant<br />
gehalten. Da das Lasersystem<br />
gepulst betrieben wird, entstanden<br />
auch verschiedene Oberflächenrauhigkeiten.<br />
Weil die Schichtdicken<br />
dadurch variieren, müssen solche<br />
Unebenheiten einen Einfluss haben.<br />
Darum wurde am LSM die Topologie<br />
einer markierten Fläche erstellt.<br />
Dadurch war feststellbar, welchen<br />
Einfluss verschiedene Rauhigkeiten<br />
auf den Farbumschlag haben. Ein<br />
weiteres Messinstrument, das benutzt<br />
wurde, war das Spektrometer.<br />
Damit konnte man die spektra-<br />
le Farbzusammensetzung <strong>und</strong> den<br />
Reflektionsgrad einer markierten<br />
Fläche bestimmen.<br />
Durch das Auswerten der durchgeführten<br />
Experimente konnte man<br />
feststellen, welche Einflüsse die<br />
grösseren Auswirkungen auf den<br />
Farbumschlag haben. Trotzdem war<br />
es nicht möglich bestimmte Einflüsse<br />
auszuschliessen, da durch jeden<br />
irgendeine Veränderung erzeugt<br />
wurde. Schlussendlich konnten aber<br />
viele neue Erkenntnisse gewonnen<br />
werden <strong>und</strong> es war möglich Titan<br />
mit einer relativ breiten Farbpalette<br />
zu markieren.<br />
Darstellung einer markierten Farbfläche mit dem LSM (Wegen der entstandenen Rauhigkeit<br />
kann die Schichtdicke nicht überall gleich sein)<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Maschinentechnik<br />
Mécanique<br />
Hänni Marco<br />
1982<br />
marcohaenni@gmx.ch<br />
77<br />
BU
BU<br />
Maschinentechnik<br />
Hodel Daniel<br />
1983<br />
078 626 23 47<br />
Mécanique<br />
danielhodel@freesurf.ch<br />
<strong>Unter</strong>stützungsantrieb für das Kardanbike<br />
Mechatronik / Prof. Fritz Bircher<br />
Das Kardanbike der gleichnamigen Firma in Tettnang (D) ist ein kettenfreies Vorsatzfahrrad für Rollstühle.<br />
Durch die Kombination von Rollstuhl <strong>und</strong> Handbike entsteht ein dreirädriges Gespann, das<br />
sowohl die individuelle Mobilität wie auch die physische Fitness erhöht. Die Antriebsleistung wird<br />
durch die mit den Händen betätigten Kurbeln über einen im Rahmenrohr integrierten Wellenantrieb<br />
auf das Vorderrad übertragen. Vor allem ältere <strong>und</strong> weniger gut trainierte Personen stossen vorab in<br />
Steigungen an ihre Leistungsgrenze. Es drängte sich deshalb die Idee auf, einen <strong>Unter</strong>stützungsantrieb<br />
für das Kardanbike zu entwickeln, der einfach in der Bedienung <strong>und</strong> Handhabung ist.<br />
Es sind bereits viele Vorsatzfahrräder<br />
auf dem Markt verfügbar,<br />
die mit einem elektrischen <strong>Unter</strong>stützungsantrieb<br />
ausgerüstet sind.<br />
Da aber bei diesen Modellen das<br />
Handbike, der Elektromotor <strong>und</strong><br />
der Akku eine Einheit bilden, ist das<br />
Gewicht des Bikes sehr hoch. Die<br />
Handhabung dieser Einheit ausserhalb<br />
des Fahrbetriebes wird für die<br />
gehbehinderten Personen dadurch<br />
sehr erschwert.<br />
Deshalb wurde ein <strong>Unter</strong>stützungsantrieb<br />
entwickelt, bei dem Antrieb<br />
<strong>und</strong> Akku getrennt vom Kardanbike<br />
direkt unter dem Rollstuhl montiert<br />
werden. Durch diese Anordnung<br />
liegt das Gewicht der Einheit unter<br />
10 kg. Zu Beginn des Zusammenkoppelns<br />
von Antrieb <strong>und</strong> Rollstuhl<br />
wird der Antrieb auf den Boden<br />
gestellt. Danach kann mit<br />
dem Rollstuhl rückwärts<br />
über den Antrieb<br />
gefahren werden,<br />
bis dieser an<br />
zwei am Rollstuhl<br />
montierten Bolzen<br />
ansteht. Nach Betätigen<br />
eines Schalters<br />
<strong>Unter</strong>stützungsantrieb; wird<br />
unter dem Rollstuhl eingehängt<br />
wird der Antrieb über ein Hebelsystem,<br />
das fast ausschliesslich aus<br />
mit Laser gefertigten Teilen besteht,<br />
vollautomatisch am Rollstuhl montiert.<br />
Der Antrieb ist mit einem 500<br />
Watt Radnabenmotor ausgestattet,<br />
der ein Drehmoment von 28 Nm<br />
aufweist. Das Rad wird zur Erhöhung<br />
der Traktion mittels einer Gasfeder<br />
über eine Schwinge auf den<br />
Boden gepresst. Um die Fahrt zu<br />
starten, muss schlussendlich der<br />
Antrieb über ein Kabel mit dem Vorhängefahrrad<br />
verb<strong>und</strong>en werden.<br />
Im Tretlagergehäuse des Vorhängefahrrades<br />
ist ein Sensor untergebracht,<br />
der laufend das Tretmoment<br />
des Fahrers misst. Dieses Tretmoment<br />
wird mit Hilfe eines Mikrocontrollers,<br />
dessen Software<br />
speziell für das<br />
Kardanbike<br />
entwickelt wurde, ausgewertet. Um<br />
dem sportlichen wie auch dem gemütlichen<br />
Benutzer ein optimales<br />
Fahrgefühl zu ermöglichen, kann<br />
über ein Potentiometer am Bike<br />
zusätzlich der <strong>Unter</strong>stützungsgrad<br />
eingestellt werden.<br />
Nun regelt die Software den <strong>Unter</strong>stützungsantrieb<br />
so, dass mit<br />
einem konstanten Tretmoment eine<br />
konstante Geschwindigkeit über 15<br />
km/h gefahren werden kann, egal<br />
ob die Strasse eben ist oder eine<br />
Steigung bewältigt werden muss.<br />
Durch diese Regeldynamik kann<br />
der <strong>Unter</strong>stützungsantrieb als Hilfe<br />
im alltäglichen Leben sowie für gezielte<br />
therapeutische Zwecke eingesetzt<br />
werden.<br />
7 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
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Maschinen. Im Rahmen dieser Diplomarbeit ist das Brennstoffsystem dieser Gasturbinen<br />
näher zu untersuchen. Besonders bei Betrieb mit Erdgas können infolge der Speicherwirkung<br />
des Brennstoffsystems im instationären Betrieb sehr hohe Flussspitze ent<strong>stehen</strong>, wobei Beschädigungen<br />
einzelner Komponenten des Brennstoffsystems bei unzweckmässiger Einbaulage möglich<br />
sind.<br />
Ziel dieser Arbeit ist es, konkrete Einbauempfehlungen abzugeben, damit ein sicherer Betrieb gewährleistet<br />
werden kann.<br />
Die präzise Brenngasdosierung ist<br />
für den zuverlässigen Betrieb von<br />
Gasturbinen von grösster Bedeutung.<br />
Zu diesem Zweck werden<br />
Regelventile eingesetzt, die möglichst<br />
nahe an der Brennkammer<br />
der Gasturbine angeordnet sind.<br />
Denen vorgelagert befinden sich<br />
nebst anderen Apparaturen <strong>und</strong><br />
Sensoren die Hauptabsperrungen.<br />
Dadurch ent<strong>stehen</strong> relativ lange<br />
Leitungssysteme mit entsprechend<br />
grossen Speichervolumina. Beim<br />
Öffnen bzw. Schliessen der Ventile<br />
ent<strong>stehen</strong> Druckwellen, deren Frequenz<br />
<strong>und</strong> Amplitude stark von der<br />
Öffnungs- bzw. Schliessgeschwindigkeit<br />
abhängen. Dabei können<br />
örtlich derart hohe Flussspitzen<br />
ent<strong>stehen</strong>, dass eine mechanische<br />
Beschädigung sensibler Komponenten<br />
des Brennstoffsystems, wie<br />
Filter oder Durchflusssensoren,<br />
nicht ausgeschlossen werden darf.<br />
Erschwerend kommt hinzu, dass<br />
sich die Brennstoffsysteme von<br />
Kraftwerk zu Kraftwerk, infolge geografischer<br />
Besonderheiten, sicherheitstechnischer<br />
Anforderungen<br />
oder spezieller K<strong>und</strong>enwünsche,<br />
1200MW Kombikraftwerk in Cartagena (Spanien). Drei GT26 mit angegliederter Dampfturbi-<br />
ne leisten jeweils 400MW.<br />
stark unterscheiden. Deshalb ist der<br />
Wunsch nach besserem Verständnis<br />
der physikalischen Vorgänge in<br />
diesem Abschnitt des Brennstoffsystems<br />
bei instationärer Betriebsweise<br />
mehr als verständlich.<br />
Mit Hilfe des Computerprogramms<br />
Flowmaster (eindimensionale Strömungsrechnung)<br />
sind mit den relevanten<br />
Parametern unter verschiedenen<br />
Randbedingungen die<br />
entsprechenden Berechnungen<br />
durchzuführen. Damit sind konkrete<br />
Empfehlungen über zulässige<br />
Öffnungs- bzw. Schliesszeiten der<br />
Ventile <strong>und</strong> mögliche Anordnungsbereiche<br />
der Komponenten zu erarbeiten,<br />
um einen einwandfreien<br />
Betrieb dieser Anlagen zu gewährleisten.<br />
Die Vertrauenswürdigkeit<br />
der Berechnungen ist mittels Feldbeobachtungen<br />
an realisierten Anlagen<br />
zu überprüfen.<br />
0 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Instrumentarium zu experimenteller Modalanalyse<br />
Messtechnik / Prof. Roland Hungerbühler, Prof. Heinrich Schwarzenbach<br />
Experte: Peter Paul Knobel<br />
Die experimentelle Modalanalyse an mechanischen Strukturen stellt ein gängiges Verfahren zur<br />
Bestimmung der Eigenschwingungen <strong>und</strong> Moden eines Bauteils dar. Die <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong><br />
verfügt über die dazu benötigte Infrastruktur. Mit dem erarbeiteten Instrumentarium <strong>stehen</strong> Dokumente<br />
zur Verfügung, welche die Ablaufkette in Teilgebiete aufteilt. Dies beinhaltet unter anderem<br />
die Messgerätekonfiguration (Templateerstellung), die Messstrategie, den Datentransfer sowie den<br />
Modellaufbau <strong>und</strong> die Visualisierung. Aufgezeigt wird der Ablauf an zwei Testmodellen. Dieses Instrumentarium<br />
ermöglicht es, die experimentelle Modalanalyse einem breiteren Publikum innerhalb<br />
der BFH zugänglich zu machen.<br />
Die Resultate der experimentellen<br />
Modalanalyse dienen dazu, Modelle<br />
zu verifizieren, Resonanzen zu<br />
identifizieren sowie das Strukturverhalten<br />
zu visualisieren. Das Verfahren<br />
ist in zwei Bereiche zu trennen.<br />
Einerseits in einen Teil Messen<br />
sowie einen Teil Analysieren. Um zu<br />
Messen ist ein Mehrkanal-FFT-Analysator<br />
(FFT = Fast Fourier Transformation)<br />
inklusive Beschleunigungssensor<br />
<strong>und</strong> Impulshammer nötig.<br />
Der Sensor wird in der zu untersuchenden<br />
Richtung an der Struktur<br />
angebracht, die Anregung erfolgt<br />
mit dem Impulshammer. Der FFT-<br />
Analysator vermag das Verhältnis<br />
der Strukturantwort bezogen auf<br />
die verwendete Erregerkraft zu ermitteln.<br />
Die durch die Messdaten<br />
errechnete Übertragungsfunktion<br />
(FRF = Frequency Response Function)<br />
beschreibt dann das innere<br />
Verhalten der Struktur zwischen<br />
zwei Messpunkten. Solche FRF<br />
zeichnen sich durch Spitzen aus,<br />
welche Resonanzen charakterisieren.<br />
Das Identifizieren <strong>und</strong> Bewertung<br />
aller Resonanzen oder Moden<br />
wird als Modalanalyse bezeichnet.<br />
Führt man mehrere Messungen an<br />
verschiedenen Punkten der Struktur<br />
durch, erhält man ein zunehmend<br />
genaueres Bild des Strukturverhaltens.<br />
Für eine graphische Animation<br />
der Messung ist eine Visualisierungssoftware<br />
nötig, in welcher ein<br />
Modell der Struktur erstellt wird.<br />
Diesem Modell weist man die Mess-<br />
respektive Anregungspunkte der<br />
Messung zu <strong>und</strong> verknüpft sie mit<br />
den gespeicherten Messdaten.<br />
Bei der Realisation eines solchen<br />
Instrumentariums stellt sich die f<strong>und</strong>amentale<br />
Frage nach der Art der<br />
Dokumentation. Sie soll sowohl<br />
dem Experten wie auch dem Studenten<br />
ein patentes Werkzeug zur<br />
Verfügung stellen.<br />
Aufgr<strong>und</strong> dieses Sachverhaltes ist<br />
ein Instrumentarium mit Teildokumenten<br />
entstanden, welches die<br />
Thematik behandelt. Erarbeitet <strong>und</strong><br />
dokumentiert wurden einerseits ein<br />
Einstieg in die Modalanalyse sowie<br />
die Inbetriebnahme des Messgerätes.<br />
Weiterführend liegt ein Teildokument<br />
zur Konfiguration des<br />
FFT-Analysators vor (Templateer-<br />
Experimentelle Modalanalyse<br />
stellung). Ein weiterer Teil erläutert<br />
den Datentransfer zwischen Messgerät<br />
<strong>und</strong> Visualisierungssoftware.<br />
Der Modellaufbau <strong>und</strong> die Auswertung<br />
wurden ebenso behandelt. Ergänzend<br />
werden Richtlinien zum<br />
richtigen Einsatz sowie Strategien<br />
zum sinnvollen Messen aufgezeigt.<br />
Diese Arbeit bietet dem Zielpublikum<br />
die Möglichkeit, einen Einstieg<br />
in die Materie zu finden <strong>und</strong> zudem<br />
stellt sie einen ausführlichen Wegbegleiter<br />
durch den Vorgang der<br />
experimentellen Modalanalyse dar.<br />
Beispielsweise können Konfigurationen<br />
des Messgerätes anhand<br />
der beiden Testmodelle verifizieren<br />
werden.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Maschinentechnik<br />
Mécanique<br />
Hutterer Daniel<br />
1978<br />
078 886 09 07<br />
dan@evard.ch<br />
BU
BU<br />
Maschinentechnik<br />
Joss Benjamin<br />
1982<br />
0796381939<br />
Mécanique<br />
jossben@gmx.ch<br />
Laser – Strukturieren von flexiblen Solarzellen<br />
Angewandte Lasertechnologie / Prof. Dr. Beat Neuenschwander<br />
Experte: Dr. R. Bauer<br />
Flexible Solarzellen sind seit einiger Zeit kommerziell erhältlich <strong>und</strong> vielseitig einsetzbar, sie können<br />
z.B. als mobile Energiequelle für Outdoor-Aktivitäten oder als Sonnensegel für Satelliten dienen.<br />
Leider sind die erhältlichen flexiblen Solarzellen vom Wirkungsgrad her wesentlich schlechter als<br />
herkömmliche starre Solarzellen. In der Dünnfilmgruppe der ETHZ wurde eine neue Technologie für<br />
flexible Solarzellen mit einem Wirkungsgrad bis . % (Weltrekord) entwickelt. Die Firma FLISOM<br />
AG will diese Technologie in ein Produkt umsetzen.<br />
Die Solarzellen basieren auf dem<br />
Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid<br />
Halbleiter (CIGS), welcher Licht sehr<br />
effizient absorbiert. Für die Herstellung<br />
sind geringste Materialmengen<br />
<strong>und</strong> ein kleiner Energieaufwand erforderlich.<br />
Dank Vakuumprozessen<br />
werden sehr reine Schichten hergestellt,<br />
welche höchste Wirkungsgrade<br />
ermöglichen. Damit ergeben<br />
sich bedeutende Vorteile gegenüber<br />
dem heutigen Stand der <strong>Technik</strong>,<br />
insbesondere bei den vielfältigen<br />
Anwendungsmöglichkeiten<br />
sowie hinsichtlich der Energiebilanz.<br />
Die Solarzellen sind dünner als ein<br />
Blatt Papier <strong>und</strong> aussergewöhnlich<br />
leicht. Die Absorber zeigen kaum<br />
Alterungseffekte – sowohl auf der<br />
Erde wie auch im Weltraum.<br />
Die Herstellung mittels Roll-to-roll-<br />
Technologie ermöglicht fortlaufende<br />
<strong>und</strong> schnelle Beschichtung der<br />
Polymerfolien mittels ultradünner<br />
Schichten. Bei dieser Technologie<br />
wird die Folie, ähnlich wie bei<br />
einem Tonbandträger, von einer<br />
Rolle auf eine andere Rolle aufgespult<br />
<strong>und</strong> die einzelnen Schichten<br />
aufgebracht. Zwischen zwei<br />
Beschichtungsschritten muss die<br />
Folie jeweils mit dem Laser strukturiert<br />
werden (siehe Abb.1), damit<br />
die einzelnen Schichten elektrisch<br />
isoliert oder verb<strong>und</strong>en sind. Diese<br />
Strukturierung wird mit einem Ultrakurzpuls-Laser<br />
realisiert. Dieser<br />
kann durch seine ultrakurzen Pulse<br />
Material mit sehr geringem Wärmeeinfluss<br />
abtragen (Laser-Ablation).<br />
Abb.2: Strukturierung der CIGS – Schicht. Der helle Bereich zeigt das freigelegte Molybdän.<br />
Abb.1: Aufbau der verschiedenen Schichten <strong>und</strong> Strukturierungsschritte.<br />
Die Solarzelle besteht, nebst der<br />
Polymerfolie, aus den Schichten<br />
Molybdän, CIGS, Cadmiumsulfid<br />
<strong>und</strong> Zinkoxid. Abbildung1 zeigt den<br />
prinzipiellen Aufbau der Solarzelle<br />
<strong>und</strong> die einzelnen Strukturierungsschritte.<br />
In der Diplomarbeit geht es darum<br />
zu untersuchen, wie sich die verschiedenen<br />
Schichten strukturieren<br />
lassen, ohne dabei die jeweils darunter<br />
liegende Schicht anzugreifen.<br />
Die Schwierigkeit liegt darin, dass<br />
die verwendeten Materialien unterschiedlicheAbsorptionseigenschaften<br />
haben. Aus diesem Gr<strong>und</strong><br />
müssen für den Prozess verschiedene<br />
Wellenlängen, 355nm, 532nm<br />
<strong>und</strong> 1064nm berücksichtigt werden.<br />
Für jeden Strukturierungsschritt<br />
werden die geeignete Wellenlänge<br />
<strong>und</strong> die optimalen Laserparameter<br />
ermittelt. Darüber hinaus werden<br />
die Prozessfenster aufgezeigt. Mit<br />
den gewonnenen Erkenntnissen<br />
werden, zusammen mit der Firma<br />
FLISOM AG, erste Solarzellen hergestellt.<br />
Des Weiteren wird aufgezeigt,<br />
wie eine geeignete Optik zur<br />
industriellen Realisation der Prozesse<br />
aussehen könnte <strong>und</strong> wie die<br />
Positionierung nach den Beschichtungsschritten<br />
automatisiert werden<br />
kann.<br />
2 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
QS: Teststand zur Eingangskontrolle von fs-Lasern<br />
Angewandte Lasertechnologie / Prof. Dr. Beat Neuenschwander, Prof. Fritz Bircher<br />
Experte: Peter Paul Knobel<br />
Die Ziemer Ophtalmic Systems AG produziert seit Jahren erfolgreich Systeme für die Augenchirurgie<br />
<strong>und</strong> -diagnostik. Die neuste Entwicklung ist ein einzigartiges, kompaktes <strong>und</strong> mobiles Operationsgerät<br />
für die refraktive Hornhautchirurgie zur Korrektur von Kurz- <strong>und</strong> Weitsichtigkeit. Dabei<br />
wird ein Femtosek<strong>und</strong>en-Lasersystem zum Schneiden eines Hornhautflaps eingesetzt, welches für<br />
eine LASIK oder Corneal Operation notwendig ist. Das Lasermodul wird nach einem bestimmten<br />
Abnahmeprotokoll geliefert, auf dem Teststand geprüft <strong>und</strong> anschliessend in das Operationssystem<br />
eingebaut.<br />
In der Medizintechnik können keine<br />
Fehler toleriert werden. Ein Fehleingriff<br />
am Auge wäre fatal <strong>und</strong> muss,<br />
für eine erfolgreiche Produktlancierung,<br />
unbedingt vermieden werden.<br />
Zum Schutz der Patienten<br />
gelten strenge Bedingungen für die<br />
Einführung <strong>und</strong> den Verkauf von<br />
Operationsgeräten. Daher wird im<br />
Rahmen der Qualitätssicherung ein<br />
Teststand aufgebaut, welcher erlaubt,<br />
spezifische Laserparameter<br />
mit geeigneten Messgeräten <strong>und</strong><br />
Messmethoden zu überprüfen. Es<br />
muss garantiert werden, dass der<br />
Laserstrahl sowohl in der Laser-<br />
Der Spiegelgelenkarm erlaubt Bewegungs-<br />
freiheiten in allen drei Achsen<br />
Femto LDV:<br />
Femtosek<strong>und</strong>en Operationslasergerät<br />
quelle, als auch nach den komplexen<br />
<strong>und</strong> aufwändigen Optiken die<br />
erforderlichen Leistungs- <strong>und</strong> Qualitätsmerkmale<br />
erfüllt.<br />
Die Ausmessung <strong>und</strong> Handhabung<br />
von ultrakurzen Pulsen birgt Tücken,<br />
welche erst nach intensivem Studium<br />
erkannt werden können. Bei<br />
falsch gewählten oder minderwertigen<br />
optischen Komponenten können<br />
Abbildungsfehler oder Pulsdauerverlängerungen<br />
auftreten. Solche<br />
Strahlveränderungen sind im Operationsgerät<br />
höchst unerwünscht,<br />
da zum Beispiel bei einer längeren<br />
Pulsdauer die “Peakleistung” des<br />
Pulses geringer <strong>und</strong> nicht mehr für<br />
einen Zellkollaps reichen würde. Es<br />
könnte folglich nicht mehr geschnitten<br />
werden.<br />
Um einen möglichst feinen <strong>und</strong><br />
sauberen Schnitt zu erreichen, das<br />
Lasergeschnittener Hornhautflap<br />
heisst, die Zellen kollabieren, bevor<br />
das umgebene Gewebe erwärmt<br />
wird, muss genügend Energie eingebracht<br />
<strong>und</strong> der Strahl auf weniger<br />
als 2μm fokussiert werden. Durch<br />
eine sehr hohe Repetitionsrate<br />
kann ein schneller <strong>und</strong> schmerzfreier<br />
Schnitt gewährleistet werden.<br />
Zum Messen solcher Spots muss<br />
jedoch der Strahl mit aufwändigen<br />
Optiken aufgeweitet <strong>und</strong> kollimiert<br />
werden, da sonst die hohe punktuelle<br />
Energiedichte jegliche Optiken<br />
oder Messwerkzeuge zerstören<br />
würde.<br />
Ziel der Arbeit ist die Konstruktion<br />
eines Messstandes, der eine komplette,<br />
zuverlässige <strong>und</strong> effiziente<br />
Laserdiagnose erlaubt. Der Aufbau<br />
<strong>und</strong> die optischen Komponenten<br />
müssen sorgfältig für Femtosek<strong>und</strong>en-Pulse<br />
ausgelegt <strong>und</strong> zusammengestellt<br />
sein.<br />
Quelle für alle 3 Bilder: Ziemer Group AG<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Maschinentechnik<br />
Mécanique<br />
Klauser Lorenz<br />
1981<br />
079 633 4240<br />
lklauser@gmx.ch<br />
BU
BU<br />
Maschinentechnik<br />
Lavorato Giuseppe<br />
1969<br />
Mécanique<br />
giuseppe.lavorato@besonet.ch<br />
Endmontagevorrichtung für Bürostuhl CLARITY<br />
Produktentwicklung / Prof. Urs Josi<br />
Experte: Dipl. Ing. ETH Beat Schär<br />
CLARITY der Firma Girsberger AG ist ein modernes Stuhlkonzept be<strong>stehen</strong>d aus Dreh- <strong>und</strong> Besucherfreischwingerstuhl,<br />
welches seit 200 serienmässig hergestellt wird. Im Rahmen der Diplomarbeit<br />
wurde ein Konzept zur Optimierung des be<strong>stehen</strong>den kraftaufwändigen Montagevorgangs<br />
der Rückenlehnenbezüge für Doppelnetz, dreidimensionale Polsternetz <strong>und</strong> Leder erarbeitet. Die<br />
Rückenbezüge werden zukünftig durch teilautomatisierte Spannvorrichtungen prozesssicher <strong>und</strong><br />
mit reduziertem Kraft- wie auch Zeitaufwand montiert.<br />
Ausgangslage<br />
Das Netzaufzugverfahren verlangt<br />
von den Mitarbeitern der Endmontage,<br />
neben Fingerspitzengefühl,<br />
auch einen sehr grossen Kraftaufwand.<br />
Das führt dazu, dass diese<br />
Arbeit nur durch Männer ausgeführt<br />
werden kann.<br />
Der Montagevorgang ist sehr anstrengend<br />
<strong>und</strong> in hohem Masse ermüdend.<br />
Ein zusätzliches Problem ist das<br />
unangenehme Quietschgeräusch<br />
verursacht durch die Bezüge beim<br />
Hinsetzen auf den Stuhl.<br />
Ziel<br />
Ziel der Aufgabe ist es, ein Montageverfahren<br />
der Bespannung in<br />
transparentem Doppelnetz oder<br />
in dreidimensionalem Polsternetz<br />
(Aerolax), sowie mit Lederbezug zu<br />
entwickeln, welches von einer Person<br />
<strong>und</strong> ohne besonderen Kraftaufwand<br />
ausgeführt werden kann.<br />
Dazu wird erwartet, dass das Problem<br />
der Quietschgeräusche mit minimalem<br />
Kostenaufwand behoben<br />
wird.<br />
Die be<strong>stehen</strong>den Stühle oder die<br />
einzelnen Produktkomponenten sollen<br />
durch die Lösung nicht verändert<br />
werden müssen.<br />
CLARITY Drehstuhl Modell 54 CLARITY Besucherstuhl Modell 55<br />
Vorgehen<br />
Die Arbeit wurde mit der Analyse<br />
des aktuellen Montageverfahrens<br />
gestartet.<br />
Um eine effiziente Recherche von<br />
Lösungsvarianten durchführen zu<br />
können, wurde die gesamte Problematik<br />
unterteilt.<br />
Die erarbeiteten Lösungen wurden<br />
mit Hilfe von modernen Tools entwickelt<br />
<strong>und</strong> überprüft (CAD, FEM, Mathcad,<br />
Matlab, etc.).<br />
Eine wirtschaftliche Betrachtungsweise<br />
hat in der ganzen Diplomarbeit<br />
eine entscheidende Rolle gespielt.<br />
Erarbeitetes Montageverfahren<br />
Durch die Kombination einer speziellen<br />
Beschichtung der Gestelle<br />
<strong>und</strong> Anwendung von Feuchtigkeit<br />
reduziert sich der Kraftaufwand<br />
des Netzaufzugs, auch wird gleichzeitig<br />
das Problem der Quietschgeräusche<br />
beseitigt.<br />
Die Bespannung der Bezüge erfolgt<br />
durch eine teilautomatisierte<br />
Vorrichtung. Die Bespannung kann<br />
nun ohne grossen Kraftaufwand<br />
<strong>und</strong> in kurzer Zeit ausgeführt werden.<br />
Die Zuverlässigkeit des Montageverfahrens<br />
wurde mit den neuen<br />
entwickelten Vorrichtungen gesteigert<br />
<strong>und</strong> somit prozesssicherer gemacht.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Simulation eines Skiroboters<br />
Mechatronik / Prof. Fritz Bircher<br />
Mit einem neuartigen Schneesportgerät sollen die Unfallzahlen gegenüber konventionellen Carvingskis<br />
deutlich gesenkt <strong>und</strong> das Fahren noch attraktiver gestaltet werden. Um das Potenzial dieser<br />
Weltneuheit mit wissenschaftlichen Gr<strong>und</strong>lagen untermauern zu können, wurde an der BFH-TI Burgdorf<br />
in Zusammenarbeit mit einem Industriepartner ein Konzept für einen Skiroboter ausgearbeitet.<br />
Die Auslegung eines Roboters mit diesen komplexen Bewegungsabläufen ist jedoch insbesondere<br />
bezüglich Dynamik mit viel Unsicherheit verb<strong>und</strong>en. In dieser Diplomarbeit sollen nun durch eine<br />
Simulation das vorliegende Konzept überprüft <strong>und</strong> entsprechende Verbesserungsvorschläge gemacht<br />
werden.<br />
Berichte über die zahlreichen Skiunfälle<br />
haben schon manchem Wintersportler<br />
die Lust am Skifahren<br />
genommen. So könnte die Einführung<br />
eines Schneesportgerätes mit<br />
höherer Sicherheit der Wintersportbranche<br />
neuen Auftrieb verleihen.<br />
Ein Skiroboter kann dazu durch reproduzierbare<br />
Fahrten, bei welchen<br />
die auftretenden Kräfte gemessen<br />
werden, konkrete Vergleichsdaten<br />
zu den konventionellen Sportgeräten<br />
liefern. Dazu hat der Roboter<br />
alle wesentlichen Bewegungsmöglichkeiten<br />
eines menschlichen <strong>Unter</strong>körpers.<br />
Die Aufgabe dieser Diplomarbeit<br />
besteht nun darin, eine umfassende<br />
Simulation des Roboters zu<br />
erstellen, welche das vorliegende<br />
Aufbau des Roboters in SimMechanics<br />
Konzept entweder bestätigt oder<br />
Verbesserungsmöglichkeiten aufzeigt<br />
<strong>und</strong> Grenzwerte für die Einsatzbedingungen<br />
liefert. Dabei ist<br />
besonders zu überprüfen, ob die<br />
Dynamik der vorgeschlagenen Antriebe<br />
den Anforderungen genügt.<br />
Dazu müssen die Bewegungsabläufe<br />
des Roboters genau erfasst<br />
werden. Zusätzlich wird für den<br />
Roboter auch ein geeignetes Regelungskonzept<br />
erarbeitet, welches<br />
den Roboter bei einer gesteuerten<br />
Fahrt in einem stabilen Zustand<br />
hält <strong>und</strong> so einen ungewollten Sturz<br />
verhindert.<br />
Die Simulation wird mit den Math-<br />
Works-Programmen MatLab /<br />
Simulink / SimMechanics <strong>und</strong> mit<br />
SolidWorks durchgeführt. Ein wei-<br />
teres Ziel dieser Arbeit ist daher der<br />
Aufbau von Know-how in der Simulation<br />
von mechatronischen Systemen<br />
auf der Basis dieser leistungsfähigen<br />
Simulationsprogramme.<br />
Nach einer Einarbeitungsphase in<br />
die Simulationssoftware wurden<br />
anhand eines vereinfachten Modells<br />
die Gr<strong>und</strong>lagen einer Fahrt<br />
mit einem Carvingski erarbeitet.<br />
Um eine bestmögliche Verifikation<br />
des SimMechanics-Modells zu erreichen,<br />
wurden die physikalischen<br />
Gr<strong>und</strong>lagen der komplexen Bewegungsabläufe<br />
genau hergeleitet.<br />
Daraus konnten mit einem von<br />
Gr<strong>und</strong> auf selbst programmierten<br />
Modell das SimMechanics-Modell<br />
weitgehend bestätigt <strong>und</strong> noch vorhandene<br />
Mängel behoben werden.<br />
Zusätzlich wurden die auftretenden<br />
Effekte immer wieder mit geübten<br />
Skifahrern besprochen <strong>und</strong> so das<br />
Modellverhalten verifiziert.<br />
Mit dieser soliden Basis wird nun<br />
der gesamte Roboter dreidimensional<br />
in SimMechanics aufgebaut<br />
<strong>und</strong> Schrittweise in “Betrieb” genommen.<br />
Abschliessend werden<br />
die Simulationsdaten ausgewertet<br />
<strong>und</strong> interpretiert, um schlüssige<br />
Aussagen zu den kritischen Punkten<br />
zu erhalten. Mit den Resultaten<br />
der Simulation soll nach dieser Diplomarbeit<br />
der Bau des Roboters in<br />
Angriff genommen werden können.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Maschinentechnik<br />
Mécanique<br />
Marmet Philip<br />
1983<br />
077 4025 225<br />
philip.marmet@gmx.ch<br />
BU
BU<br />
Maschinentechnik<br />
Marti Adrian<br />
079 263 71 28<br />
Mécanique<br />
marti-adrian@gmx.ch<br />
CAM mit NX CAM / INDEX G200<br />
Produktionstechnik / Prof. Fritz K. Güdel<br />
Experte: Christian Koblet<br />
CAM (Computer Aided Manufacturing) ist eine CAX-Anwendung zur Erzeugung von NC-Programmen.<br />
Das CAD-System Unigraphics bietet neben der Konstruktion von Werkstücken auch eine Fertigungsumgebung<br />
zur Herstellung von CNC-Programmen an. Mit der Anschaffung eines MachineKit<br />
der Firma Janus Engineering steht dem Fachbereich Maschinentechnik in Burgdorf ein effizientes<br />
Programm zur Simulation <strong>und</strong> Synchronisierung in der CAM-Umgebung von Unigraphics zur Verfügung.<br />
Ziel der CAM-Programmierung ist die Verlagerung des Programmierprozesses von teuren Werkzeugmaschinen<br />
in die Arbeitsvorbereitung <strong>und</strong> eine damit verb<strong>und</strong>ene Reduktion der Nebenzeiten,<br />
bei einer gleichzeitig besseren Ausnützung der Hauptzeiten.<br />
In der Diplomarbeit werden die<br />
Erkenntnisse der CAM-Programmierung<br />
sowie der Aufbau der<br />
CAM-Architektur weiter verbessert.<br />
Weitere Ziele dieser Diplomarbeit<br />
sind das Programmieren von<br />
mehrachsigen Bearbeitungen, sowie<br />
die Überprüfung der korrekten<br />
Postprozessorsausgabe. Nebst<br />
den NC-Programmen werden zusätzliche<br />
begleitende Dokumente<br />
wie Werkzeugliste <strong>und</strong> Operationsliste<br />
automatisch erstellt. Ein<br />
weiterer Bestandteil der Arbeiten<br />
ist das Anlegen verschiedener Datenbanken<br />
(Werkstoffdatenbank,<br />
Schnittdatenbank, Erweiterung der<br />
Werkzeugdatenbank), das Automatisieren<br />
von wiederkehrenden<br />
Arbeitsschritten, sowie die Umstellung<br />
der Unigraphics Version NX3<br />
auf NX4 <strong>und</strong> die Programmierung<br />
eines Werkstückes mit den genannten<br />
Arbeitspunkten.<br />
Mit Hilfe verschiedener Datenbanken<br />
(Werkstoffdatenbank, Schnittdatenbank,<br />
Werkzeugdatenbank)<br />
sollen die Befehlseingaben bei der<br />
Programmierung von Werkstücken<br />
auf ein Minimum reduziert werden.<br />
Der Anwender kann während der<br />
Programmierung den Werkstoff,<br />
das Werkzeugmaterial sowie die<br />
verwendete Schnittmethode aus<br />
den jeweiligen Datenbanken in die<br />
Sitzungen laden. Aus der Kombination<br />
des Werkstoffes, Werkzeugmaterial<br />
<strong>und</strong> der Schnittmethode<br />
werden die entsprechenden<br />
Schnittdaten <strong>und</strong> Vorschübe für die<br />
Operation automatisch in die Bearbeitungsoperation<br />
geladen. Die Datenbanken<br />
basieren auf ASCII Datenbanken<br />
<strong>und</strong> verweisen teilweise<br />
auf Volumenmodelle, die bei der<br />
Verwendung der Datensätze automatisch<br />
in die Sitzung geladen <strong>und</strong><br />
positioniert werden.<br />
Wiederkehrende Arbeitsschritte<br />
lassen sich mit Hilfe von Templates<br />
(Schablonen) automatisieren. In<br />
den Templates können angepasste<br />
Maschinenmodelle, Werkzeuge<br />
mitsamt ihren Bearbeitungsoperationen<br />
definiert <strong>und</strong> in Datenbanken<br />
abgelegt werden. Die Verwendung<br />
solcher Templates reduziert <strong>und</strong> rationalisiert<br />
die Programmierabläufe<br />
erheblich, da nicht mehr alle Operationen<br />
einzeln erzeugt werden<br />
müssen.<br />
Maschinenmodell INDEX G200<br />
Nach erfolgter Programmierung<br />
des Werkstückes besteht die Möglichkeit,<br />
das gesamte NC-Programm<br />
am Maschinenmodell zu<br />
simulieren <strong>und</strong> auf mögliche Kollisionen<br />
hin zu überprüfen. Speziell<br />
bei Werkzeugmaschinen mit engen<br />
Platzverhältnissen oder schlechter<br />
Einsicht in den Bearbeitungsraum<br />
können Kollisionen bereits am Computer<br />
erkannt <strong>und</strong> behoben werden.<br />
Diese Möglichkeit der Kollisionsprüfung<br />
erhöht die Prozesssicherheit,<br />
reduziert die Einfahrzeiten von<br />
Programmen, verhindert Stillstandzeiten<br />
sowie Beschädigungen<br />
durch Kollisionen <strong>und</strong> führt somit<br />
zu einer wirtschaftlicheren Nutzung<br />
der Werkzeugmaschinen.<br />
6 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Laserlegieren mittels Nd:YAG-Festkörperlaser<br />
Produktionstechnik / Prof. Fritz K. Güdel<br />
Experte: Dr. Dietmar Kramer<br />
Durch Laserstrahlen können in metallischen Werkstoffen sehr hohe Temperaturgradienten erzeugt<br />
werden. Auf diese Weise werden dünne Oberflächenschichten auf massiven Werkstücken<br />
geschmolzen, die dann durch Selbstabschreckung sehr rasch wieder erstarren. Dieser Prozess ermöglicht<br />
ein kontrolliertes Kristallwachstum <strong>und</strong> durch Einbringen von Zusatzelementen (Laserlegieren)<br />
eine definierte Beeinflussung der technischen Eigenschaften der Oberfläche. So zeichnen<br />
sich die laserlegierten Zonen unter anderem durch eine wesentlich höhere Verschleissfestigkeit <strong>und</strong><br />
höhere Härte aus.<br />
Grosse Bauteile, welche nur an wenigen<br />
Stellen partiell auf Verschleiss<br />
beansprucht werden, müssen häufig<br />
komplett aus hochlegiertem<br />
Stahl hergestellt werden. Durch<br />
das Laserlegieren ist es nun möglich,<br />
diese Bauteile aus kostengünstigeren,<br />
unlegierten Stählen<br />
herzustellen. Um die an gewissen<br />
Stellen geforderten Eigenschaften<br />
zu verbessern, können die Bauteile<br />
mittels Laser partiell legiert werden.<br />
Der Laser erzeugt einen intensiven,<br />
gebündelten Strahl von monochromatischem<br />
Licht. Dieser ermöglicht<br />
es, den Werkstoff sehr schnell<br />
aufzuheizen <strong>und</strong> zu schmelzen. Die<br />
Legierungselemente, wie beispielsweise<br />
Kohlenstoff oder Karbide,<br />
können dann direkt mittels Pulverförderer<br />
über eine Düse in das<br />
Schmelzbad eingespritzt werden.<br />
Prinzip des Laserlegierens<br />
In Semesterarbeiten wurden erste<br />
Legierungsversuche durchgeführt,<br />
wobei das Pulver von Hand aufgetragen<br />
wurde. Im Rahmen der<br />
Diplomarbeit soll nun mittels eines<br />
robotergeführten Nd:YAG-Festkörperlasers<br />
<strong>und</strong> eines Pulverförderers<br />
der Prozess automatisiert <strong>und</strong><br />
die <strong>Unter</strong>suchung der Materialien<br />
ausgedehnt werden. Als Substrat<br />
wurde ein unlegierter Baustahl <strong>und</strong><br />
als Legierungselement Kohlenstoff<br />
ausgewählt. Somit sollte der nicht<br />
härtbare Stahl partiell mit Kohlenstoff<br />
angereichert <strong>und</strong> damit härtbar<br />
gemacht werden. Durch die Selbstabschreckung<br />
erstarrt das Gefüge<br />
in martensitischer Form, welche<br />
sich durch hohe Härte auszeichnet.<br />
Als erstes musste ein Pulverförderer<br />
in die Anlage integriert werden, um<br />
danach Vorversuche durchzuführen.<br />
Legierte Zone in unlegiertem Stahl<br />
Der Kohlenstoff, welcher in Form von<br />
Grafit mit einer Korngrösse von < 40<br />
μm verwendet wurde, war mit dem<br />
vorhandenen Pulverförderer nicht<br />
förderbar. Deshalb wurde dem Grafitpulver<br />
Wolframkarbidpulver hinzugefügt,<br />
welches das Verschleissverhalten<br />
zusätzlich verbessert <strong>und</strong><br />
das Pulvergemisch förderbar machte.<br />
Die Versuchsergebnisse wurden<br />
mittels metallografischen Schliffuntersuchungen,<br />
EDX-Analysen auf<br />
dem Rasterelektronenmikroskop,<br />
Glimmentladungsspektroskopie<br />
<strong>und</strong> tribologischen <strong>Unter</strong>suchungen<br />
ausgewertet. Die Härte <strong>und</strong> somit<br />
die Verschleissfestigkeit sind um ein<br />
Vielfaches des Gr<strong>und</strong>werkstoffs angestiegen.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Maschinentechnik<br />
Mécanique<br />
Maurer Christian<br />
1982<br />
079 693 82 02<br />
ch.maurer1@gmx.ch<br />
7<br />
BU
BU<br />
Maschinentechnik<br />
Meier Samuel<br />
1982<br />
076/327 13 37<br />
Mécanique<br />
saemu@saemu.ch<br />
Farbmarkierung von Glas mit Laser<br />
Lasertechnik / Dr. Guido Bucher<br />
Experte: Dr. Dietmar Kramer<br />
Wird auf ein Glas eine dünne dielektrische Schicht aufgetragen, so sind Interferenzfarben in Transmission<br />
<strong>und</strong> Reflexion sichtbar. Die Dicke <strong>und</strong> der Brechungsindex der transparenten Schicht bestimmt<br />
die Farbe. Eine interessante Alternative um Gläser lokal mit dielektrischen Schichten zu<br />
versehen <strong>und</strong> damit farbig zu markieren wurde vor kurzer Zeit im Rahmen einer Semesterarbeit<br />
aufgezeigt. Mit einem Markierlaser wird ein Metall ablatiert, das sich auf einem Glassubstrat ablagert.<br />
Die Art der so erzeugten Schichten ist stark abhängig von den Laserparametern <strong>und</strong> weiteren<br />
experimentellen Details. Ein Ziel ist es, farbige <strong>und</strong> dielektrische Beschichtungen zu erzeugen. Industrieller<br />
Nutzen wären das Beschriften von Uhren, Brillengläser usw. oder das Erzeugen farbiger<br />
Linsen.<br />
Laser-induced plasma-assisted ablation<br />
(LIPAA) heisst ein Verfahren, welches<br />
von Japanern bereits vor einigen<br />
Jahren entwickelt <strong>und</strong> untersucht<br />
wurde. Die Idee dahinter<br />
scheint sehr einfach. Der Laserstrahl<br />
durchdringt ein Glas, trifft auf<br />
einen Träger <strong>und</strong> erzeugt dadurch<br />
Plasma, welches das Glas ablatiert.<br />
Durch diese <strong>Technik</strong> können auf<br />
dem Glas lokale Ablationen vorgenommen<br />
werden. Es ist aber auch<br />
möglich sehr kleine Glasteile auszuschneiden.<br />
Es ist bekannt, dass<br />
man mit diesem Verfahren metallische<br />
Schichten auf das Glas auftragen<br />
kann. Das Aufbringen von<br />
dielektrischen Schichten hingegen<br />
scheint aber bis anhin noch nie<br />
systematisch untersucht worden zu<br />
sein.<br />
Nachdem der Laserstrahl das Glas propagiert hat, erzeugt er auf der Metalloberfläche ein Plasma, welches anschliessend eine dielektrische<br />
Schicht erzeugt<br />
In dieser Diplomarbeit wollen wir<br />
nun dieses Verfahren der dielektrischen<br />
Beschichtung genauer betrachten.<br />
Es geht darum, die aufgetragene<br />
Schicht zu analysieren. Da<br />
es sich mit den uns momentan zur<br />
Verfügung <strong>stehen</strong>den technischen<br />
Einrichtungen als sehr schwierig<br />
<strong>und</strong> aufwendig herausstellt diese<br />
Schicht auf ihre Einzelteile zu untersuchen,<br />
geht es vor allem darum,<br />
den Brechungsindex zu bestimmen.<br />
Durch diese Erkenntnis kann geklärt<br />
werden, ob die Schicht ein dielektrisches<br />
Verhalten aufweist. Durch<br />
Messen des Transmissions- <strong>und</strong><br />
Absorbtionsverhalten der Schichten<br />
kann auf einfache Weise gezeigt<br />
werden, ob es sich dabei um eine<br />
dielektrische Schicht handelt.<br />
Beim einfachen Markieren unter<br />
normalen Bedingungen (Druck,<br />
Umgebungsluft, usw.) bemerkt<br />
man ein Auftreten von diversen<br />
Phänomenen. Zum Beispiel scheint<br />
der Mikrostaub, der sich während<br />
dem Ablatieren bildet, benachbarte<br />
Schichten zu beeinflussen. Dazu<br />
kommt, dass sich durch den Sauerstoff<br />
Anlassfarben auf der Markierung<br />
bilden. Überraschend ist<br />
aber auch, dass sich die markierten<br />
Flächen trotz gleich bleibenden<br />
Parametern unterscheiden, obwohl<br />
nur die Markiergrösse verändert<br />
wurde. Mit Hilfe einer Gaskammer,<br />
Vakuumpumpe <strong>und</strong> verschiedenen<br />
Gasen wie Helium, Stickstoff <strong>und</strong><br />
Sauerstoff wird versucht diese Einflussgrössen<br />
zu beschreiben <strong>und</strong><br />
eine Abhängigkeit herauszufinden.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Evaluation von Herstellverfahren für Kleinteile<br />
Produktionstechnik / Prof. Walter Güller, BFH-TI / Philippe Kohlbrenner, Ypsomed AG<br />
Experte: Dr. Paul Gygax<br />
Ypsomed ist führend in der Herstellung von Pen-Systemen, insbesondere für Anwendungen im Diabetes-Bereich<br />
<strong>und</strong> zur Therapie von anderen Krankheiten. Produkte, Prozesse <strong>und</strong> Dienstleistungen<br />
müssen laufend optimiert werden, damit Ypsomed diese Position auch in Zukunft halten <strong>und</strong> stärken<br />
kann. Bisherige Herstellprozesse sind jeweils im Zuge des rasanten Ausbaus entstanden. So<br />
konnten anforderungsspezifische Alternativlösungen für eine kostenoptimierte Fertigung nur geringfügig<br />
evaluiert werden. Für ein neues Produkt, das sich aktuell in der Pipeline der Firma Ypsomed<br />
befindet, wurde in dieser Diplomarbeit ein Konzept für eine kostenoptimierte Herstellung der<br />
Kleinteile entwickelt.<br />
Die wirtschaftliche Produktion von<br />
Kleinteilen steht <strong>und</strong> fällt mit der<br />
Auswahl der geeigneten Herstellverfahren.<br />
Die Gefahr auf alte, bewährte<br />
Technologien zu setzten<br />
<strong>und</strong> so dem Aufwand der Evaluation<br />
neuer, zukunftsgerichteter Verfahren<br />
zu entgehen, ist in einer Zeit<br />
der starken Expansion <strong>und</strong> des Termindruckes<br />
eines <strong>Unter</strong>nehmens<br />
sehr hoch. Damit für ein neues<br />
Plattformprodukt die Herstellprozesse<br />
übersichtlich analysiert werden<br />
können, verlangt es ein Vorgehen,<br />
das sich nicht ausschliesslich<br />
mit dem besagten Endprodukt befasst.<br />
Die Diplomarbeit beinhaltete nebst<br />
den technischen Aspekten auch die<br />
Berücksichtigung der wirtschaftlichen<br />
Fertigung der einzelnen Teile.<br />
Als Basis für die Evaluation wurde<br />
eine jährliche Pen-Stückzahl angenommen,<br />
welche oberhalb des<br />
Grenzwertes für eine manuelle <strong>und</strong><br />
konventionelle Herstellung liegt. Es<br />
musste also nach automatisierten,<br />
rationellen <strong>und</strong> vor allem nach kostenoptimierten<br />
Lösungen gesucht<br />
werden. Dadurch reduzierte sich der<br />
anfängliche Katalog möglicher Herstellverfahren<br />
auf einen auserwählten<br />
kleinen Kreis von in Frage kommenden<br />
Technologien. Immer dabei<br />
war auch der Erfindergeist, um ein<br />
neueres, noch weniger bekanntes<br />
Verfahren mit einzubeziehen.<br />
Bevor das Evaluationsverfahren<br />
gestartet werden konnte, mussten<br />
zahlreiche theoretische Gr<strong>und</strong>lagen<br />
aufgenommen <strong>und</strong> beachtet werden.<br />
Dazu gehörten auch Begriffe<br />
wie die Implementierungsmöglichkeit<br />
von Lean Production, Total<br />
Productive Maintenance oder der<br />
“Just in Time” -Philosophie. Ebenso<br />
stellte sich die Frage von Outsourcing<br />
von einigen Fertigungstechnologien,<br />
deren Prozesse nicht mit<br />
dem firmeneigenen Know-how <strong>und</strong><br />
den be<strong>stehen</strong>den Betriebseinrichtungen<br />
abgedeckt werden können.<br />
Die schrittweise Eingliederung in<br />
die hauseigenen Prozesse <strong>und</strong> Einrichtungen<br />
würde zu einem späteren<br />
Zeitpunkt erfolgen, sobald<br />
das gesamte Produktionsvolumen<br />
der neuen Technologie einen Zenith<br />
erreicht hat, wo sich dies wirtschaftlich<br />
rechnen liesse.<br />
In einer Umfeldanalyse wurde unter<br />
anderem ein Benchmarking durchgeführt<br />
sowie in branchenverwandten<br />
Industriezweigen auf mögliche<br />
Technologien recherchiert.<br />
Basierend auf den theoretischen<br />
Gr<strong>und</strong>kenntnissen <strong>und</strong> der Umfeldanalyse<br />
entstanden in einem weiteren<br />
Stadium Auswahlkriterien.<br />
Besondere Beachtung<br />
dabei erhielt<br />
nicht nur die<br />
technische<br />
Machbarkeit <strong>und</strong> die Umsetzung<br />
mit der Implementierung in die be<strong>stehen</strong>den<br />
Herstellprozesse, sondern<br />
auch die wirtschaftlichen Aspekte.<br />
Mit diesen Auswahlkriterien<br />
wurde erreicht, dass definierte katalogisierte<br />
Teilegruppen aus dem<br />
kompletten Injektionspen einem<br />
entsprechenden Fertigungsverfahren<br />
zugeordnet werden konnten. In<br />
der Folge entstand, unter Miteinbezug<br />
der Montage <strong>und</strong> des Warenumschlages<br />
innerhalb der Fertigungsprozesse,<br />
das Konzept für<br />
die Herstellung aller Einzelteile des<br />
besagten Penbeispiels.<br />
Die Vorgehensweise könnte auch<br />
auf einen beliebig anderen Injektionspen<br />
adaptiert werden. Damit<br />
bereits in der Designphase des Entwicklungsprozesses<br />
zielgerichtet<br />
<strong>und</strong> explizit auf ein folgendes Herstellverfahren<br />
hingearbeitet werden<br />
kann, soll in Zukunft ein Auswahltool<br />
entworfen werden, das für jeden einzelnen<br />
Prozessabschnitt in der Produktion,<br />
basierend auf auserwählten<br />
Kriterien, die am besten geeignete<br />
Technologie vorschlägt.<br />
Injektionspen<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Maschinentechnik<br />
Mécanique<br />
Mori Kevin<br />
1983<br />
079 390 03 00<br />
kevinmori@tiscalinet.ch<br />
9<br />
BU
BU<br />
Maschinentechnik<br />
Mutti Pascal<br />
1982<br />
Mécanique<br />
pascalmutti@gmx.net<br />
Automatisches Verbrühschutzventil<br />
Werkstofftechnik / Prof. Klaus Halter<br />
Experte: Christian Koblet<br />
Zur Vorbeugung von Keimbildung im Sanitärbereich sind Warmwasserspeichertemperaturen oberhalb<br />
von 60°C erforderlich. Hinsichtlich der damit verb<strong>und</strong>enen Verbrühgefahr (z.B. beim Duschen)<br />
hat die Firma REHAU AG (D) die Idee eines Thermoventils zum Patent angemeldet, welches automatisch<br />
<strong>und</strong> ohne externe Energiequelle funktioniert. Dieses Ventil könnte beispielsweise in Spitälern<br />
oder Schulhäusern eingesetzt werden.<br />
In dieser Arbeit wurde ein an gängige<br />
Sanitäranlagen adaptives Ventil<br />
entwickelt , welches bei zu hoher<br />
Wassertemperatur den Heisswasserdurchfluss<br />
stoppt bzw. reduziert.<br />
Als Sensor <strong>und</strong> Aktor für die Ventilbetätigung<br />
wurde ein NiTi-Formgedächtniselement<br />
eingesetzt. Davon<br />
gibt es mehrere Legierungen, welchen<br />
mit unterschiedlicher Wärmebehandlung<br />
verschiedene thermomechanische<br />
Eigenschaften<br />
eingeprägt werden können. Es<br />
wurden zahlreiche Proben für <strong>Unter</strong>suchungen<br />
auf einem Drehmomentprüfstand<br />
durchgeführt, um<br />
mit diesen Resultaten das Stellelement<br />
entsprechend dem Pflichtenheft<br />
auszulegen.<br />
Derartige Ventil-Systeme sind, insbesondere<br />
bei kalkhaltigem Wasser,<br />
tribologischen Anforderungen<br />
wie Abrasion <strong>und</strong> Erosion ausgesetzt.<br />
Hinzu kommen Einflüsse wie<br />
Temperaturschwankungen <strong>und</strong><br />
Kalkablagerungen, welche das<br />
Langzeitverhalten <strong>und</strong> damit die<br />
Funktionstüchtigkeit beeinflussen.<br />
Diesbezüglich galt es, eine geeignete<br />
Ventilgeometrie auszulegen<br />
<strong>und</strong> die Gebrauchseigenschaften<br />
unter Einsatz von verschiedenen<br />
reibungsmindernden <strong>und</strong> schmutzabweisenden<br />
Beschichtungen zu<br />
untersuchen. Auf einem Prüfstand<br />
wurden die beschichteten Blenden<br />
in einem Dauertest bei praxisnahen<br />
Bedingungen den auftretenden Belastungen<br />
ausgesetzt. So konnten<br />
die Proben auf dem Laserscanningmikroskop<br />
untersucht <strong>und</strong> die<br />
Geometrie der Reibflächen optimiert<br />
werden.<br />
Es entstand ein Produkt, welches<br />
ähnlichen Ventilen punkto Auslösecharakteristik<br />
überlegen <strong>und</strong> durch<br />
die kleinere Anzahl einfacher Bauteile<br />
preisgünstig zu produzieren ist.<br />
90 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Konzept <strong>und</strong> Auslegung eines Wärmeverb<strong>und</strong>es<br />
Energietechnik / Prof. Dr. Juraj Cizmar<br />
Experte: Dr. Rudolf Bauer<br />
Da in der Zukunft mit einer weiteren Steigerung der Energiekosten gerechnet werden muss, sind<br />
Energieversorgungskonzepte gefordert, die wirtschaftlich effizient sind. Eine lokale Energieversorgungsfirma<br />
will deshalb die Machbarkeit eines zukünftigen Wärmeverb<strong>und</strong>es in einem grösseren<br />
Stadtquartier abklären.<br />
Ausgangslage<br />
Im betrachteten Quartier befinden<br />
sich nebst industriellen <strong>und</strong><br />
gewerblichen Betrieben auch<br />
Dienstleistungszentren, Verwaltungsgebäude,<br />
Schulgebäude <strong>und</strong><br />
Sportanlagen sowie Mehrfamilienhäuser.<br />
Jeder dieser Betriebe, bzw. Einheiten,<br />
verfügt zurzeit über eine<br />
eigene Energieversorgung. Bei Industrieprozessen<br />
fällt zum Teil Abwärme<br />
an, die ungenutzt bleibt.<br />
Gelingt es, die erwähnten Betreiber<br />
mit Hilfe eines Wärmeverb<strong>und</strong>netzes<br />
zu koppeln, so lassen sich<br />
die anfallende Abwärme sowie allfälligeWärmeerzeugungs-Überkapazitäten<br />
an Orten nutzen, wo Bedarf<br />
herrscht.<br />
Dies würde die Stilllegung von alten<br />
Heizkesselanlagen ermöglichen.<br />
Zudem könnte mit der Installation<br />
einer neuen zentralen Energieversorgungseinheit<br />
der Wärmebedarf<br />
in den kalten Jahreszeiten gedeckt<br />
werden.<br />
Aufgaben<br />
Die verfügbaren Wärmeverbrauchs-<br />
<strong>und</strong> Wärmeerzeugungszahlen sind<br />
sehr lückenhaft.<br />
Mit Hilfe allgemein zugänglichen<br />
Quellen muss also zunächst ein ungefähres<br />
Wärmeprofil jedes potentiellen<br />
Wärmeverb<strong>und</strong>teilnehmers<br />
erstellt werden.<br />
Danach können erste Überlegungen<br />
über die Architektur des<br />
Verb<strong>und</strong>netzes aufgestellt werden.<br />
Der Auftraggeber besitzt einen<br />
kugelförmigen Gasspeicher mit<br />
1500 m 3 Speichervolumen. Dieser<br />
Speicher wird in ein paar Jahren<br />
für die Gasspeicherung nicht mehr<br />
benötigt. Es gilt zu untersuchen, ob<br />
diese Kugel als Wärmespeicher für<br />
den Wärmeverb<strong>und</strong> genutzt werden<br />
kann. Dazu gehören folgende<br />
Fragen: Ist die gegebene Speichergrösse<br />
für den Wärmeverb<strong>und</strong><br />
sinnvoll ? Wie gross ist die Speicherverlustleistung<br />
mit der neuen<br />
Isolation ?<br />
Die effiziente Wärmeverteilung ist<br />
bei einem Wärmeverb<strong>und</strong> wesentlich.<br />
In einem dicht bebauten Stadtgebiet<br />
ist der Leitungsbau sehr teuer.<br />
Daher soll die in den nächsten<br />
Jahren erfolgende Sanierung der<br />
Ringförmige Netzstruktur mit verschiedenen<br />
Wärmelieferanten (L) <strong>und</strong> Wärmebezüger (V)<br />
Strassenzüge genutzt werden, um<br />
die Leitungen zu verlegen. Aus<br />
der geografischen Anordnung der<br />
Strasse könnte ein ringförmiges<br />
Netz ent<strong>stehen</strong>.<br />
Gerade dieses ringförmige Netz<br />
wirft Fragen auf. Es sollen Entscheidungsgr<strong>und</strong>lagen<br />
erarbeitet werden,<br />
die mögliche Schwierigkeiten<br />
eines solchen Netzes zeigen.<br />
Mit den gewonnen Erkenntnissen<br />
soll ein Wärmeversorgungskonzept<br />
vorgeschlagen <strong>und</strong> eine grobe<br />
Budgetierung gemacht werden.<br />
Ziel<br />
Ein Bericht mit Vorschlägen <strong>und</strong> Varianten<br />
zu den erwähnten Themen<br />
soll als Entscheidungsgr<strong>und</strong>lage für<br />
weitere Abklärungen dienen.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Maschinentechnik<br />
Mécanique<br />
Niederhauser David<br />
1981<br />
079 785 95 06<br />
d.niederhauser@gmx.ch<br />
9<br />
BU
BU<br />
Maschinentechnik<br />
Niederhauser Heinz<br />
1981<br />
Mécanique<br />
heinzniederhauser@hotmail.com<br />
Baukastensystem für Palettierer<br />
Produktentwicklung / Prof. Urs Josi<br />
Experte: Beat Schär<br />
Die Anforderungen der K<strong>und</strong>en vereinen eine hohe Flexibilität mit niedrigen Kosten <strong>und</strong> kurzen Lieferterminen.<br />
Um diese Anforderungen zu erfüllen, müssen die Palettier- <strong>und</strong> Depalettieranlagen der<br />
Firma AMAX Automation AG aus vordefinierten Komponenten k<strong>und</strong>enspezifisch zusammengestellt<br />
werden können. Es gilt nun ein neues Baukastensystem zu entwickeln, um allen Wünschen <strong>und</strong> Anforderungen<br />
der K<strong>und</strong>en möglichst gerecht zu werden.<br />
Ausgangslage<br />
Die AMAX Automation AG ist eine<br />
<strong>Unter</strong>nehmung im Sondermaschinenbau,<br />
die in der Montage- <strong>und</strong><br />
Fertigungsautomation sowie im Becherhandling<br />
spezialisiert ist.<br />
Ein Spezialgebiet der AMAX sind<br />
automatische Palettier- <strong>und</strong> Depalettieranlagen,<br />
welche als Standardaber<br />
auch als k<strong>und</strong>enspezifische<br />
Anlagen verkauft werden.<br />
Layout der Anlage<br />
Ziel der Diplomarbeit<br />
Der Rahmen dieser Diplomarbeit<br />
umfasste die komplette Erstellung<br />
des neuen Baukastensystems für<br />
Palettierer der Firma AMAX.<br />
Es wurde ein detailliertes Pflichtenheft<br />
erstellt mit allen notwendigen<br />
technischen Spezifikationen, auch<br />
die zu erwarteten Funktionalitäten<br />
<strong>und</strong> die zu erreichenden Zielkosten<br />
(Herstellkosten) wurden bestimmt.<br />
Anhand dieses Pflichtenheftes wurden<br />
alle notwendigen Konstruktionen,<br />
Berechnungen, Kostenabklärungen<br />
<strong>und</strong> die diversen Schemen<br />
wie z.B. das Pneumatikschema erstellt.<br />
Ein detaillierter Ablaufbeschrieb der<br />
Anlage dient als Gr<strong>und</strong>lage für die<br />
Erstellung der Software (nicht Teil<br />
dieser Arbeit).<br />
Umsetzung<br />
Damit im Pflichtenheft auch alle<br />
Punkte berücksichtigt werden, ist<br />
eine Liste mit den bereits realisierten<br />
Palettierern erstellt worden.<br />
Anhand des Pflichtenheftes wurden<br />
Konzepte erarbeitet, welche<br />
nach verschiedenen Kriterien <strong>und</strong><br />
Gewichtungen zu bewerten waren.<br />
Die gewählten Konzepte sind während<br />
der Konstruktion noch verfeinert<br />
<strong>und</strong> einer weiteren Bewertung<br />
unterzogen worden.<br />
Um der Ästhetik der Anlage gerecht<br />
zu werden, sind gegen Schluss<br />
Konzepte für ein Verschalungsdesign<br />
erarbeitet worden. Diese sind<br />
nach ihren Kosten, Erkennungswert<br />
<strong>und</strong> Flexibilität zu beurteilen<br />
<strong>und</strong> umzusetzen gewesen.<br />
Die Schwierigkeit lag vor allem darin<br />
die geforderten Kosten nicht zu<br />
überschreiten.<br />
Diese mussten während der Konstruktion<br />
immer im Auge behalten<br />
werden<br />
92 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Dynamische Simulation einer PKW-Lenksäule<br />
Dynamische Simulation / Prof. Martin Züger<br />
Experte : Peter Paul Knobel<br />
Jeder kennt das Phänomen: Fährt ein älteres Fahrzeug sehr schnell, beginnt das Lenkrad zu vibrieren.<br />
In neueren Fahrzeugen befindet sich eine verstellbare Lenksäule, die nicht mehr vibriert. Wieso?<br />
In dieser Arbeit geht es genau um diese Frage <strong>und</strong> deren Lösung. Die Styner + Bienz FormTech<br />
AG aus Niederwangen entwickelt <strong>und</strong> produziert Lenksäulenkomponenten. Es wurde eine be<strong>stehen</strong>de<br />
Lenksäule analysiert <strong>und</strong> die Erkenntnisse aus dieser Arbeit können auf künftige Projekte<br />
angewendet werden.<br />
Die meisten PKWs besitzen heute<br />
ein verstellbares Lenkrad. Wird die<br />
Lenkradverstellung durch den Hebel<br />
gelöst, kann das Lenkrad von Hand<br />
in der Tiefe wie auch in der Höhe auf<br />
die Bedürfnisse des Fahrers angepasst<br />
werden.<br />
Als Lenksäule wird die ganze Baugruppe<br />
bezeichnet, die hinter dem<br />
Lenkrad beginnt <strong>und</strong> an der Querlenkeinrichtung<br />
des Fahrzeugs endet.<br />
Eine Lenksäule beinhaltet die<br />
Lagerung <strong>und</strong> Führung der Lenkwelle,<br />
das Zündschloss, Anbindpunkte<br />
für Verschalung <strong>und</strong> Blinkerhebel,<br />
die Mechanik zur Verstellung,<br />
die Anbindepunkte zum Fahrzeug<br />
<strong>und</strong> diverse Crash-Elemente.<br />
Styner + Bienz fertigt solche Lenksäulenkomponenten<br />
in hoher Stück-<br />
Lenksäule eines aktuellen PKW’s<br />
zahl in der Schweiz sowie in Brasilien.<br />
Im heutigen Markt ist es wichtig,<br />
früh in der Entwicklung neuer Lenksäulen<br />
den Einsatz von Material<br />
<strong>und</strong> Produktionsmittel zu optimieren.<br />
Das heisst, möglichst geringen<br />
Materialeinsatz <strong>und</strong> möglichst fertigfallende<br />
Teile ohne Nachbearbeitungen.<br />
Dabei müssen natürlich alle<br />
K<strong>und</strong>enforderungen erfüllt bleiben.<br />
Für diese Diplomarbeit wurde die<br />
K<strong>und</strong>enforderung der Eigenfrequenz<br />
betrachtet. Welches Teil ist<br />
für die Eigenfrequenz der gesamten<br />
Baugruppe in welchem Masse verantwortlich?<br />
Was liesse sich daran<br />
für künftige Projekte verbessern?<br />
Zum Beantworten dieser Fragen<br />
waren zum einen ausführliche Messungen<br />
der Lenksäule <strong>und</strong> deren<br />
Einzelteile notwendig, zum anderen<br />
musste ein Modell der Lenksäule im<br />
CAD aufgebaut werden um die Optimierungen<br />
zu testen <strong>und</strong> den Einfluss<br />
der Einzelteile zu bestimmen.<br />
Die Messungen erfolgten zum einen<br />
statisch, zum andern dynamisch.<br />
Alle Messungen wurden im CAD<br />
mit einem Finit Element Programm<br />
nachgebaut <strong>und</strong> so die Einzelteile<br />
optimiert um eine möglichst kleine<br />
Abweichung in der Baugruppe zu<br />
erhalten. Alle Einzelteile zusammen<br />
ergeben die Baugruppe, worin die<br />
Eigenfrequenz mit wenigen Prozent<br />
Abweichung berechnet werden<br />
kann. Nun wird an jedem Teil ein<br />
Parameter nach dem anderen verändert<br />
<strong>und</strong> die veränderte Eigenfrequenz<br />
der Lenksäule analysiert. Es<br />
interessieren vor allem die beiden<br />
Parameter Dichte <strong>und</strong> Elastizitätsmodul,<br />
sie lassen sich einfach verstellen<br />
<strong>und</strong> analysieren. Stellt sich<br />
eine Verringerung des Dichteparameters<br />
an einem Einzelteil als starke<br />
Einflussgrösse auf die Eigenfrequenz<br />
der Lenksäule heraus, so kann in<br />
zukünftigen Projekten gezielt an<br />
diesem Teil auf Leichtbau geachtet<br />
werde um die Eigenfrequenzeigenschaften<br />
zu verbessern. Spricht der<br />
Elastizitätsmodul-Parameter stark<br />
an, sollte ein steiferer Werkstoff eingesetzt<br />
werden oder in beiden Fällen<br />
in die andere Richtung ein dünneres<br />
Blech eingesetzt werden.<br />
An der Baugruppe können aber<br />
nicht nur die Parameter der Einzelteile<br />
verändert werden, es ist auch<br />
möglich Geometrien <strong>und</strong> die Lenksäulenposition<br />
zu verändern.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Maschinentechnik<br />
Mécanique<br />
Reber Stefan<br />
1982<br />
079 743 99 80<br />
reberstefan@hotmail.com<br />
9<br />
BU
BU<br />
Maschinentechnik<br />
Roder Toni<br />
1982<br />
079/702 76 91<br />
Mécanique<br />
toniroder@yahoo.com<br />
Reinigung von Flachdraht mittels CO 2<br />
Produktions- <strong>und</strong> Verfahrenstechnik / Prof. Jean-Martin Rufer / Studer SA, Roder Engineering AG<br />
Herstellern von Walz- <strong>und</strong> Zieherzeugnissen kleiner Abmessungen stellt sich das Problem der wirtschaftlichen<br />
Reinigung von diversen Rückständen aus dem Produktionsprozess. Eine Reinigung<br />
direkt in der Linie wäre ein grosser Vorteil. Problematisch sind die hohen Liniengeschwindigkeiten<br />
solcher Fabrikationsanlagen. Die Reinigung mit Kohlenstoffdioxid hat den Vorteil, dass die Umwelt<br />
nicht durch schädliche Stoffe belastet wird, da es aus der Luft gewonnen wird, in welche es nach<br />
vollbrachter Arbeit wieder gelangt.<br />
Die Qualitätssicherung einer Sauberkeit stellt insofern ein Problem dar, als oftmals ein Ölfilm auf der<br />
gereinigten Oberfläche erwünscht ist <strong>und</strong> so eine Messung erheblich erschwert.<br />
CO 2 , das Treibhausgas schlechthin,<br />
kann, entgegen seinem schlechten<br />
Ruf, wertvolle Dienste zum Schutze<br />
unserer Umwelt in der industriellen<br />
Reinigung <strong>und</strong> Entfettung leisten !<br />
In dieser Diplomarbeit wurde untersucht,<br />
ob auf einer modernen Walzanlage,<br />
von Studer SA in Brügg,<br />
eine Inlinereinigung mit CO 2 bei einer<br />
Bandgeschwindigkeit von über<br />
einem halben Kilometer pro Minute<br />
realisiert werden kann.<br />
Das Walzgut war Flachdraht mit annähernd<br />
rechteckigem Querschnitt<br />
von 2.5 mal 0.8 mm aus rostfreiem<br />
Stahl. Verschmutzt war dieser mit<br />
Rückständen der Ziehseife vom<br />
Ausgangsprodukt, weiter mit zum<br />
Teil verbrannten Rückständen der<br />
Kühlschmieremulsion <strong>und</strong> Abplatzern<br />
der Passivschicht, die durch die<br />
starke Umformung ent<strong>stehen</strong>. Diese<br />
Mischung bildet eine hartnäckig klebende<br />
Schicht auf dem Walzgut.<br />
Durch die Reinigung sollte diese<br />
entfernt werden, eine medizinische<br />
Reinheit wird aber nicht gefordert.<br />
Es wird vielmehr gefordert, dass ein<br />
schützender Schmierfilm auf der<br />
Oberfläche verbleibt oder, falls nicht<br />
möglich, vor dem Aufwickeln wieder<br />
aufgebracht wird. Zu entfernen<br />
sind also in erster Linie die verschiedenen<br />
Feststoffpartikel. Gereinigt<br />
wird einerseits mit Trockeneiskristallen,<br />
welche mit <strong>Unter</strong>stützung<br />
durch Druckluft auf die Oberfläche<br />
beschleunigt werden, <strong>und</strong> als<br />
zweite Variante mit flüssigem CO 2 ,<br />
dies in Zusammenarbeit mit zwei<br />
Partnern aus der Industrie. Für die<br />
Flüssigreinigung stand eCO2 SA<br />
aus dem Tessin beiseite <strong>und</strong> für<br />
die Variante Mikrostrahlen MYCON<br />
GmbH aus Deutschland.<br />
Druckluftunterstütztes Reinigen mittels Mikrokristallen aus Trockeneis (nach MYCON)<br />
Weiter war die Qualitätssicherung<br />
der Sauberkeit bisher auf Erfahrungswerte<br />
gestützt. Ein Messgerät,<br />
welches mit dem Scotch ® Tape<br />
Test arbeitet (CoilScooter TG ), wurde<br />
während der Arbeit beschafft. Da<br />
dieses aber eher eine qualitative als<br />
eine quantitative Aussage über die<br />
Restverschmutzung liefert, wurden<br />
Referenzmessungen mit quantitativen<br />
Messmethoden durchgeführt.<br />
Mit diesen konnten die Anzahl <strong>und</strong><br />
die Grösse der zurückgebliebenen<br />
Schmutzpartikel bestimmt werden.<br />
In einem weiteren Schritt könnten<br />
auch Aussagen über die chemische<br />
Zusammensetzung gemacht werden,<br />
dies wurde aber für die vorliegende<br />
Anwendung als nicht nötig<br />
erachtet.<br />
9 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
CFD – Simulation eines Miniaturwärmeübertragers<br />
Verfahrenstechnik <strong>und</strong> Simulation / Prof. Dr. Kurt M. Graf<br />
Experte: Felix Scheuter<br />
Bei einem Halbleiterlaser (Diodenlaser) wird durch eine direkte Wasserkühlung die Temperatur am<br />
Halbleiter konstant gehalten <strong>und</strong> so das Betriebsverhalten verbessert.<br />
Damit die Kühlsysteme in Zukunft kompakter <strong>und</strong> effizienter werden, wurde mit Hilfe von numerischen<br />
strömungs- <strong>und</strong> wärmetechnischen Berechnungen ein Miniaturwärmeübertrager für das<br />
Diodensystem im Institut für angewandte Lasertechnologie entwickelt.<br />
Diodenlaser, die sehr klein sind <strong>und</strong><br />
deren Wirkungsgrad bis zu 50 %<br />
beträgt, gehören zu den effizientesten<br />
Lasern überhaupt. Für spezielle<br />
Anwendungen, z.B. Diodenpumpen<br />
von Festkörperlasern, darf die Temperatur<br />
der eingesetzten Laserdiode<br />
nicht mehr als 1°C schwanken,<br />
damit die zentrale Emissionswellenlänge<br />
konstant gehalten werden<br />
kann. Die Kühlung erfolgt durch einen<br />
Wasserkreislauf, der direkt an<br />
die an der Diode ausgeformten Lamellen<br />
geführt wird.<br />
Um die von den Dioden abgegebene<br />
Wärmeleistung abführen <strong>und</strong><br />
die Temperatur konstant halten zu<br />
können wurde mit Hilfe von numerischer<br />
Strömungssimulation ein<br />
möglichst kleiner Wärmetauscher<br />
entwickelt.<br />
Eine Hauptaufgabe bestand vorerst<br />
darin, verschiedene Formen<br />
<strong>und</strong> Herstellmöglichkeiten zu evaluieren,<br />
damit der Wärmetauscher<br />
möglichst kompakt <strong>und</strong> effizient<br />
wird <strong>und</strong> einfach produziert werden<br />
kann. Anhand dieser Kriterien<br />
besitzt das evaluierte Modell eine<br />
effiziente Geometrie, die den Anforderungen<br />
gerecht wird. Das Modell<br />
ist ein sogenannter Plattenwärmeübertrager,<br />
der aus aufeinander<br />
geschichteten Platten besteht. Der<br />
warme <strong>und</strong> kalte Wasserstrom<br />
fliessen dabei in entgegengesetzter<br />
Richtung, sodass eine optimale<br />
Temperaturausnutzung ermöglicht<br />
wird.<br />
Die Wärmeübergänge wurden mit<br />
Hilfe des Simulationsprogrammes<br />
Fluent durch numerische Strömungssimulation<br />
berechnet. Hier<br />
können anhand der CAD Geometrie<br />
der Platten bzw. des Fluids<br />
verschiedene Randbedingungen<br />
Miniaturwärmeübertrager mit zwei Platten<br />
bestimmt werden <strong>und</strong> somit Temperaturen,<br />
Geschwindigkeiten <strong>und</strong><br />
andere wärme- <strong>und</strong> strömungsrelevante<br />
Koeffizienten berechnet<br />
werden.<br />
Das Plattenmaterial besteht beim<br />
Prototyp aufgr<strong>und</strong> der Bearbeitbarkeit<br />
vorerst aus eloxiertem Aluminium.<br />
Das eingesetzte Kühlmedium<br />
ist deionisiertes Wasser, welches<br />
sehr aggressiv ist, jedoch keine<br />
Kalkablagerungen verursacht.<br />
Mit dem hergestellten Prototyp<br />
können die Laserdioden optimal<br />
gekühlt werden. Ausserdem stellen<br />
die Berechnungen sowie die<br />
Messvergleiche gute Gr<strong>und</strong>lagen<br />
für spätere Wärmeübergangssimulationen<br />
zur Verfügung. Der nächste<br />
Schritt wird es sein, nach diesem<br />
Miniaturwärmetauscher in den Mikrobereich<br />
vorzustossen.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Maschinentechnik<br />
Mécanique<br />
Roth Christian Andreas<br />
1982<br />
079 568 76 90<br />
ch.roth@bluemail.ch<br />
9<br />
BU
BU<br />
Maschinentechnik<br />
Rüegsegger Peter<br />
1982<br />
079 208 84 28<br />
Mécanique<br />
ruegsegger.p@bluewin.ch<br />
Öffnungs- <strong>und</strong> Schliessmechanismus mit Memorymetall<br />
Werkstofftechnik / Prof. Klaus Halter<br />
Experte: Dr. Lukas Rohr<br />
Ein führender Hersteller von Fensterrahmen <strong>und</strong> -systemen möchte seine innovative Produktpalette<br />
auf ein stromlos arbeitendes Automatisierungssystem zum Betätigen von Öffnungs <strong>und</strong> Verschlusssystemen<br />
erweitern. Hierzu soll ein Öffnungs- <strong>und</strong> Schliessmechanismus entwickelt werden, welcher<br />
rein durch die Umgebungstemperatur <strong>und</strong> ohne Elektr(on)ik angesteuert wird. Solche Elemente<br />
be<strong>stehen</strong> bereits auf dem Markt, welche auf Bimetalle oder Dehnstoffaktoren basieren.<br />
Die Aufgabe der Diplomarbeit war<br />
es, die Machbarkeit eines solchen<br />
Öffnungs- <strong>und</strong> Schliessmechanismus<br />
aufzuzeigen <strong>und</strong> anhand von<br />
Modellen, welche gebaut werden,<br />
darzustellen. In vorhergehenden<br />
Semesterarbeiten wurden die<br />
Gr<strong>und</strong>steine zur Machbarkeit gelegt,<br />
welche es nun zu bestätigen<br />
galt. Die vorhandenen Ansätze<br />
wurden analysiert <strong>und</strong> anschliessend<br />
optimiert. Ebenso wurde ein<br />
Prüfstand entwickelt, mit welchem<br />
es möglich ist, die thermomechanischen<br />
Eigenschaften von Memorymetall<br />
zu evaluieren. Zu Beginn<br />
der Arbeit wurden Konzepte für die<br />
Prototypen erstellt, von welchen<br />
anschliessend mittels CAD Fertigungszeichnungen<br />
erstellt worden<br />
sind. Anhand dieser Zeichnungen<br />
war es der hausinternen Werkstatt<br />
möglich die Modelle zu fertigen.<br />
Nun stand der eigentliche Knack-<br />
punkt der Diplomarbeit bevor. Das<br />
Memorymetall sollte hinsichtlich<br />
Umwandlungstemperaturen <strong>und</strong><br />
Kraftentfaltung so optimiert werden,<br />
dass es für einen Öffnungs- <strong>und</strong><br />
Schliessmechanismus, welcher<br />
zum Beispiel ein Gewächshaus<br />
vor Überhitzung bzw. <strong>Unter</strong>küh-<br />
CAD-Modell des Prototypes<br />
lung schützt, eingesetzt werden<br />
kann. Um dieses Ziel zu erreichen<br />
standen im Werkstofflabor des<br />
Fachbereichs Maschinentechnik in<br />
Burgdorf modernste Einrichtungen<br />
zur Verfügung. Darunter befanden<br />
sich eine Zugprüfmaschine sowie<br />
zwei Wärmebehandlungsöfen <strong>und</strong><br />
diverse kleine Handgeräte. Weiter<br />
wurde auch die Finite-Elemente-<br />
Methode miteinbezogen um die<br />
Kraft- <strong>und</strong> Spannungsverläufe im<br />
Aktor theoretisch abzuschätzen.<br />
Wie schon angesprochen soll dieser<br />
Öffnungs- <strong>und</strong> Schliessmechanismus<br />
in erster Linie zur Temperaturregelung<br />
eines Raumes dienen,<br />
z.B. bei einem Gewächshaus, Wintergarten<br />
oder anderen Räumen.<br />
Durch seine kompakte Bauweise<br />
ist er fast überall einsetzbar <strong>und</strong> so<br />
seinen Konkurrenzprodukten einen<br />
innovativen Schritt voraus.<br />
96 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Zweiphasenströmung in <strong>und</strong> um eine Düsenlanze<br />
Verfahrenstechnik <strong>und</strong> Simulation / Prof: Dr. Kurt M. Graf, Lukas Moser von Proceng GmbH<br />
Experte: Dr. Rudolf Bauer<br />
Zur Entfernung von Schwermetallen <strong>und</strong> Dioxin aus Abgasen wird in den Rauchgaskanal Aktivkohlepulver<br />
eingedüst. Die Aktivkohle adsorbiert die Schwermetalldämpfe <strong>und</strong> das Dioxin. In einer Filtrationsstufe<br />
wird die beladene Aktivkohle aus dem Abgas entfernt. In Zusammenarbeit mit der Firma<br />
ProcEng Moser GmbH, die im K<strong>und</strong>enauftrag Modellberechnungen <strong>und</strong> Strömungssimulationen anstellt,<br />
wird eine Düsenlanze ausgelegt <strong>und</strong> simuliert.<br />
Mittels numerischen Strömungs-<br />
Berechnungen CFD soll die Luftströmung,<br />
die mit Aktivkohlestaub<br />
beladen ist, im Rohr der Düsenlanze<br />
<strong>und</strong> die Ausbreitung des Freistrahls<br />
aus den Düsen untersucht werden.<br />
Die Düsengrössen <strong>und</strong> deren optimale<br />
Form <strong>und</strong> Verteilung auf der<br />
Lanze sollen ermittelt werden. Auf<br />
Gr<strong>und</strong> der geringen Platzverhältnisse<br />
können keine zusätzlichen<br />
Mischelemente in den Kanal eingebaut<br />
werden. Deswegen ist das<br />
Ziel, mit einer Düsenlanze ohne zusätzliche<br />
Einbauten, eine möglichst<br />
homogene Aktivkohleverteilung im<br />
Abgaskanal zu erzeugen.<br />
Bei CFD-Berechnungen wird mit<br />
Hilfe der Finiten-Volumen-Methode,<br />
ähnlich einer Finiten-Elemente-<br />
Berechnung, das Strömungsfeld<br />
in kleine Flächen (2D), bzw. kleine<br />
Volumina (3D), unterteilt. Die Strömung<br />
wird durch die Navier-Stokes-Gleichung,<br />
die Energie- <strong>und</strong><br />
die Massenerhaltung vollständig<br />
beschrieben.<br />
Es werden verschiedene Lanzengeometrien<br />
berechnet, um die<br />
gewünschte Verteilung der Kohlepartikel<br />
zu erhalten. Beginnend<br />
mit einem ersten Modell, bei dem<br />
Löcher als Auslässe dienen, die<br />
in einer Linie auf der Düsenlanze<br />
angeordnet sind, weiter zu einer<br />
Variante, bei der Zylinder als Auslässe<br />
dienen. Um weitere Verbesserungen<br />
zu erzielen werden auch<br />
Modelle getestet, die nach dem<br />
Gegenstromprinzip funktionieren.<br />
Dabei sind die Düsen gegen die<br />
Kanalströmung gerichtet, um eine<br />
bessere Aufweitung des Düsenstrahls<br />
zu erreichen. Abschliessend<br />
werden auch Modelle mit seitlichen<br />
Auslässen getestet.<br />
Zur Überprüfung der Ergebnisse<br />
wird eine kleine Lanze gebaut, mit<br />
der Messungen durchgeführt werden.<br />
Der Versuch wird ohne überlagerte<br />
Kanalströmung realisiert.<br />
Deswegen wird zusätzlich der Einfluss<br />
der Kanalströmung auf die<br />
Düsenströmung untersucht, um die<br />
CFD-Simulation mit den gemessenen<br />
Daten zu vergleichen <strong>und</strong><br />
so Aussagen über die Genauigkeit<br />
der der CFD-Berechnungen zu machen.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Maschinentechnik<br />
Mécanique<br />
Ruh Philip<br />
1981<br />
079 244 04 58<br />
philip.ruh@gmail.com<br />
97<br />
BU
BU<br />
Maschinentechnik<br />
Schibli Emanuel Hendrik<br />
1981<br />
079 726 28 65<br />
Mécanique<br />
emanuel.schibli@webcare.ch<br />
CFD-Simulation der Rührbehälterströmung<br />
Verfahrenstechnik <strong>und</strong> Simulation / Dr. Kurt M. Graf<br />
Experte: Felix Scheuter<br />
Die Firma Anlagenbau AG in Worb plant, produziert <strong>und</strong> installiert verfahrenstechnische Anlagen.<br />
Für die Herstellung von Flüssigkeitsmischungen <strong>und</strong> Pasten setzt sie die moderne Hohlkörperrührtechnologie<br />
Ruvastar ein. Diese Rührtechnologie wird in der Lebensmittel-, Getränke-, <strong>und</strong> Chemieindustrie<br />
<strong>und</strong> für Abwasserreinigung bei unterschiedlichsten Viskositäten erfolgreich angewendet.<br />
In den meisten Fällen funktioniert es einwandfrei <strong>und</strong> in den ganz wenigen Fällen, wo es nicht oder<br />
schlecht funktioniert, müssen durch aufwendige Versuche die optimalen Betriebsparameter bestimmt<br />
werden.<br />
Mit Hilfe numerischer Strömungssimulation<br />
sind die Strömungsbilder<br />
<strong>und</strong> der Mischeffekt eines einstufigen<br />
Rührers in einem r<strong>und</strong>en Behälter<br />
zu berechnen. Insbesondere<br />
soll der Einfluss der verschiedenen<br />
Turbulenzmodelle, Gitternetze <strong>und</strong><br />
Berechnungsmodelle auf die Qualität<br />
der Berechnung untersucht<br />
werden. Die Berechnungsmodelle<br />
sollen anschliessend mit vorhandenen<br />
Messungen kontrolliert <strong>und</strong><br />
gegebenenfalls angepasst werden.<br />
Mit dem so optimierten Simulationsmodell<br />
werden die Einflüsse der<br />
Viskosität, der Rührerdrehzahl, der<br />
Geometrie <strong>und</strong> der Behältergrösse<br />
auf das Verhalten des Rührsystems<br />
untersucht.<br />
Der Rührer Ruvastar ist in der Industrie<br />
schon im Einsatz. Es existieren<br />
aber noch keine CFD-Simulationen<br />
dazu. Aus praktischen Versuchen<br />
liegen aber viele Messdaten vor. Diese<br />
Messdaten werden mit der Simulation<br />
kontrolliert.<br />
Aufgr<strong>und</strong> von 2D-Zeichnungen<br />
wurde ein 3D-Modell erstellt. Als<br />
alle notwendigen Bestandteile des<br />
Rührers modelliert waren, wurde<br />
das Modell mittels CFD in Volumenteile<br />
vernetzt <strong>und</strong> stationär simuliert.<br />
Um die Mischzeit zu untersuchen,<br />
wurden von der Ebene im Zentrum<br />
des Rührers Partikel losgelassen,<br />
die die gleiche Dichte wie Wasser<br />
besitzen. Diese Partikel wurden instationär,<br />
das heisst zeitabhängig<br />
berechnet. Die Strömungen andererseits<br />
blieben stationär also nicht<br />
zeitabhängig <strong>und</strong> konstant. Die Partikel<br />
verteilen sich sichtbar in den<br />
be<strong>stehen</strong>den Strömungsbahnen.<br />
Zusätzlich wurden noch Simulationen<br />
durchgeführt, die vollständig<br />
instationär sind. So wird der ganze<br />
Rührvorgang von Anfang an erfasst<br />
<strong>und</strong> angepasst.<br />
9 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
On-Board- D-Navigationssystem<br />
Mechatronik / Prof. Dr. Reinhold Krause, Dipl. Ing. Roland Bader<br />
Experte: Dipl. Ing. ETH Beat Schär<br />
Kinematische Messsysteme <strong>und</strong> Roboter müssen ihre Position fortlaufend ermitteln. Am Institut<br />
für mechatronische Systeme an der <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> in Burgdorf werden seit längerer Zeit<br />
Navigationssysteme entwickelt, die alle über eine Mechanik mit beweglichen Teilen verfügen. Das<br />
in dieser Diplomarbeit entwickelte On-Board- D-Navigationssystem kommt ohne mechanisch bewegliche<br />
Teile aus. Dadurch erhöht sich die Messgenauigkeit. Das neue Navigationssystem ist kostengünstig<br />
<strong>und</strong> anwendungsunabhängig.<br />
On-Board-3D-Navigationssystem<br />
Navigationssysteme mit präzisen<br />
mechanischen Teilen sind teuer.<br />
Die Kosten für ein solches System<br />
sind beispielsweise für den Einsatz<br />
auf einem mobilen Roboter zu hoch,<br />
<strong>und</strong> die Mechanik verursacht eine<br />
Verringerung der Messgenauigkeit.<br />
Das neue On-Board-3D-Navigationssystem<br />
basiert auf einer Kamera<br />
mit panoramaähnlicher Optik,<br />
die ohne mechanisch bewegliche<br />
Teile auskommt. Mit der Kamera ist<br />
es möglich, 14 Beobachtungen pro<br />
Sek<strong>und</strong>e zu erstellen. Der konstruierte<br />
Prototyp verfügt über eine<br />
Justierung, mit welcher die Optik<br />
eingestellt werden kann. Als Referenzpunkte<br />
im globalen Koordinatensystem<br />
dienen kugelförmige<br />
Marker. Die Positions- <strong>und</strong> Orientierungsbestimmung<br />
ist bereits mit<br />
drei Markern möglich, die Genauigkeit<br />
<strong>und</strong> die Zuverlässigkeit des<br />
Systems werden aber durch zusätzliche<br />
Marker erhöht.<br />
Die mit Matlab entwickelte Software<br />
ist in der Lage, eine Sequenz<br />
von Bildern auszuwerten <strong>und</strong> daraus<br />
automatisch die Markerkoordinaten<br />
zu extrahieren. Das erste Bild<br />
der Sequenz benötigt die Eingabe<br />
von Startwerten für die Position<br />
<strong>und</strong> der Orientierung. Danach werden<br />
mit komplexen Algorithmen die<br />
Position <strong>und</strong> Orientierung des sich<br />
bewegenden Navigationssystems<br />
berechnet. Die Algorithmen wurden<br />
zum Teil in Zusammenarbeit<br />
mit Herrn Prof. Dr. Gurtner von der<br />
Universität Bern erarbeitet.<br />
Als Gr<strong>und</strong>lage für die Versuche<br />
dient ein ausnivelliertes genaues<br />
Versuchfeld im Format von 5x5 Meter,<br />
auf welchem die Marker positioniert<br />
werden. Die Auswertung<br />
der Versuchsdaten soll Aufschluss<br />
über die erreichbare Messgenauigkeit<br />
<strong>und</strong> die Zuverlässigkeit des<br />
neuen Navigationssystems geben.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Maschinentechnik<br />
Mécanique<br />
Schlatter Christoph Lukas<br />
1984<br />
chschlatter@gmx.ch<br />
99<br />
BU
BU<br />
Maschinentechnik<br />
Schmid Andreas<br />
1981<br />
078 770 22 21<br />
Mécanique<br />
schamid@hispeed.ch<br />
Kupplungsstange von Autotransportwagen<br />
Produktentwicklung / Beat Schmied / Niklaus von Siebenthal, BLS AG<br />
Experte: Christian Koblet<br />
Die BLS AG betreibt eine Flotte von ca. 0 Autotransportwagen für die Verbindung Kandersteg<br />
- Goppenstein/Iselle. Sie sind untereinander mit einer Spezialkupplung verb<strong>und</strong>en. Die dazugehörigen<br />
Kupplungsstangen sind einem starken Verschleiss ausgesetzt. Ihre Laschen werden im Einsatz<br />
ausgeschlagen. Die Kupplungsstangen müssen zum jetzigen Zeitpunkt etwa alle zwei Jahre<br />
aufgearbeitet werden. Daher soll eine wirtschaftlichere Revisionslösung entwickelt werden.<br />
Nach der Aufbereitung werden die Kupplungsstangen einem Zugversuch unterzogen. Dieser Zugversuch<br />
ist den neusten Vorschriften anzupassen.<br />
Die Kupplung<br />
Die Kupplungen der Autotransportwagen<br />
der BLS AG setzen sich pro<br />
Wagen aus einer Zugstangenführung,<br />
einem einseitigen Puffer <strong>und</strong><br />
einer entsprechenden Pufferplatte<br />
zusammen. Zum Kuppeln der Fahrzeuge<br />
braucht es eine Kupplungsstange,<br />
zwei Bolzen <strong>und</strong> ein Sicherungsseil.<br />
Um zu kuppeln werden<br />
mit dem Triebfahrzeug die Wagen<br />
ein wenig zusammengedrückt, so<br />
dass man die Bolzen einsetzen<br />
kann. Die Kupplungsstange soll so<br />
durch die Puffer ein wenig vorgespannt<br />
sein.<br />
Kupplung der Autotransportwagen<br />
Das Problem<br />
Die Kupplungsstangen sind einem<br />
starken Verschleiss ausgesetzt. Ihre<br />
Laschen werden im Betrieb ausgeschlagen.<br />
Die Kupplungsstangen<br />
werden zum jetzigen Zeitpunkt etwa<br />
alle zwei Jahre mit erheblichem Aufwand<br />
aufgearbeitet.<br />
Autotransportwagen der BLS AG<br />
Die Lösungsmöglichkeiten<br />
Es gibt verschiedene Ansätze, die<br />
Konstruktion der Kupplungsstangen<br />
zu verbessern <strong>und</strong> die Revisionsintervalle<br />
zu verlängern:<br />
Einerseits kann mit einer konstruktiven<br />
Verbesserung die Kraftübertragung<br />
zwischen den beiden Wagen<br />
optimiert <strong>und</strong> das Ausschlagen der<br />
Laschen reduziert werden.<br />
Anderseits kann unter Umständen<br />
mit einer anderen Materialpaarung<br />
oder einer Oberflächenbehandlung<br />
der Verschleiss zwischen dem Bolzen<br />
<strong>und</strong> der Kupplungsstange verringert<br />
werden.<br />
Die Prüfung<br />
Bisher wurde jede Zugstange auf<br />
dem Prüfstand mit einer maximal<br />
festgelegten Last getestet.<br />
Das in dieser Arbeit neu ausgearbeitete<br />
Prüfverfahren sieht in Anlehnung<br />
an die europäischen Vorschriften für<br />
Schraubenkupplungen vor, pro Los<br />
nur noch eine Kupplung mit einer<br />
grossen Last – dafür bis zum Bruch<br />
– zu testen. Die restlichen Stangen<br />
werden nur bis zur im Betrieb vorkommenden<br />
Last getestet.<br />
Ausblick<br />
Aus den verschiedenen Lösungsansätzen<br />
wird zusammen mit der<br />
BLS AG eine ausgewählt. Diese<br />
wird dann in einem Versuch auf ihre<br />
Zuverlässigkeit getestet.<br />
Nach einer erfolgreichen Versuchsdauer<br />
wird die Variante in Serie gehen.<br />
Die neue Prüfungsmethode wird ab<br />
sofort angewandt.<br />
200 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Generierung <strong>und</strong> Visualisierung von Roboterbahnen<br />
Steuerungstechnik / Prof. Roland Hungerbühler / Insys Industriesysteme AG, Münsingen<br />
Das Programmieren von Bahnen für genaue Bearbeitungsprozesse mit Industrierobotern ist mit<br />
konventionellen Verfahren nur eingeschränkt <strong>und</strong> unkomfortabel möglich.<br />
Insys AG bietet eine eigenentwickelte Bediensoftware an, die aus gegebenen Bahnpunkten ein Roboterprogramm<br />
erstellt. Das Generieren der notwendigen Bahnpunkte erfordert jedoch eine aufwändige<br />
Vorverarbeitung, die nicht für alle Anwendungen geeignet ist.<br />
Diese Arbeit zeigt ein konkretes Konzept auf, wie branchenübliche Formate von Konturen importiert<br />
<strong>und</strong> zu geeigneten Bahnen weiterverarbeitet werden können. Singularitäten <strong>und</strong> potentielle Kollisionen<br />
der berechneten Roboterbewegungen sind in einer animierten D-Simulation ersichtlich.<br />
Als Basis für die funktionellen Erweiterungen<br />
wurde eine mathematische<br />
Befehlsbibliothek mit spezifischen<br />
Datentypen, Methoden <strong>und</strong><br />
Algorithmen entwickelt.<br />
Für den Datenimport wurde konzeptionell<br />
eine konsistente Struktur<br />
erarbeitet, welche bereits konkrete<br />
Realisierungen von verschiedenen<br />
Importformaten beinhaltet. So lässt<br />
sich nun das weit verbreitete CAD-<br />
Austauschformat DXF einlesen<br />
oder das in der Fertigungstechnik<br />
wichtige, DIN-normierte Format<br />
für Programme von numerischen<br />
Steuerungen. Dabei <strong>stehen</strong> verschiedene<br />
Optionen zur Berechnung<br />
von fehlenden Orientierungen<br />
zur Verfügung.<br />
Aus Spezialsoftware exportierte<br />
Roboterprogramme von Kuka oder<br />
Stäubli Robotern können künftig<br />
auch mit der Bediensoftware weiterverwendet<br />
werden.<br />
Die importierten Daten lassen sich<br />
mit verschiedenen Nachbearbei-<br />
Import von Konturen, Verarbeitung <strong>und</strong> 3D Simulation<br />
tungen optimieren. Beispielsweise<br />
kann die Kontur so interpoliert werden,<br />
dass der Roboter eine ruck-<br />
<strong>und</strong> stossfreie Bewegung durch<br />
die vorgegebenen Stützpunkte<br />
ausführt. Für diese Interpolationen<br />
<strong>stehen</strong> Algorithmen wie Bézier,<br />
B-Spline <strong>und</strong> Polynome zur Verfügung.<br />
Diese Funktionen können<br />
den Programmieraufwand massiv<br />
vereinfachen, da nun auch mit weniger<br />
Bahnpunkten gute Resultate<br />
erzielt werden können. Konturen<br />
mit zu vielen Bahnpunkten lassen<br />
sich mit einer wählbaren Genauigkeit<br />
approximieren, so dass ein<br />
optimaler Kompromiss zwischen<br />
Bahngenauigkeit <strong>und</strong> Punktezahl<br />
entsteht. Für Punkte, die von Bilderkennung<br />
oder taktilen Konturerfassungssystemen<br />
eingelesen werden<br />
existieren vorbereitete Ausgleichsfunktionen,<br />
die durch die Punkte<br />
eine geglättete Bahn berechnen.<br />
Bedingt durch das Importformat sind<br />
häufig Nullpunkttransformationen,<br />
Spiegelungen oder Rotationen nötig,<br />
die mit einfachen Menübefehlen<br />
<strong>und</strong> Maus- oder Tastatureingaben<br />
ausgeführt werden können.<br />
Knickarmroboter, wie sie die Insys<br />
AG einsetzt, haben spezielle kinematische<br />
Eigenheiten. So sind in<br />
der Regel mehrdeutige Anfahrpositionen<br />
möglich oder der Roboter<br />
ändert während des Betriebes ungewollt<br />
seine Konfiguration. Diese<br />
Effekte sind vorgängig oft schwer<br />
abzuschätzen <strong>und</strong> führen bei Singularitäten<br />
zu grossen Ungenauigkeiten<br />
oder gar Kollisionen. Die<br />
Software berechnet nun für jeden<br />
Bahnpunkt die Position der Roboterarme<br />
<strong>und</strong> stellt Bahn <strong>und</strong> Roboter<br />
in einer modernen 3D-Umgebung<br />
dar. Heikle Bahnpunkte werden<br />
durch die animierte Bewegung des<br />
Roboters komfortabel ersichtlich.<br />
Die entwickelten Komponenten ermöglichen<br />
der Insys AG ein besseres<br />
Eingehen auf K<strong>und</strong>enwünsche<br />
<strong>und</strong> liefern ein breites Know-how<br />
für spätere Implementierungen zukunftsweisender<br />
Technologien.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Maschinentechnik<br />
Mécanique<br />
Schmied Jonas<br />
1983<br />
079 776 37 09<br />
jonas.schmied@gmx.ch<br />
20<br />
BU
BU<br />
Maschinentechnik<br />
Schneider David<br />
1978<br />
076 368 81 33<br />
Mécanique<br />
ingenium@bluewin.ch<br />
Alternatives Feuchtwerk für Zeitungsrotationen<br />
Produkteentwicklung / Prof. Urs Josi / WIFAG AG Bern<br />
Experte: Dipl. El.-Ing. ETH Jürg Schmid<br />
Bei Zeitungsrotationen wird heute vorwiegend die Offset-Drucktechnologie eingesetzt.<br />
Der Begriff Offset wurde aus der englischen Sprache (to set off = absetzen ) übernommen. Er charakterisiert<br />
das Offsetdruckverfahren, nämlich die Übertragung der Druckfarbe von der Druckform<br />
(Druckplatte) auf das Gummituch <strong>und</strong> von dort weiter auf die Oberfläche des Papiers. Die Druckplatte<br />
besitzt Bildstellen (wasserabstossend) <strong>und</strong> bildfreie Stellen (wasseraufnehmend) Die bildfreien<br />
Stellen werden durch Benetzung mit einem Feuchtwasser farbabstossend. Das Feuchtwerk hat die<br />
Aufgabe den im Druckprozess benötigten Wasserfilm zu erzeugen.<br />
Ausgangslage<br />
Der heutige Standard bei den<br />
Feuchtwerken ist so, dass mittels<br />
Sprühdüsen, welche auf dem so<br />
genannten Sprühbalken angeordnet<br />
sind, Wasser auf die Übertragungswalze<br />
aufgespritzt wird. Damit<br />
ein gleichmässiger Wasserfilm<br />
auf den Plattenzylinder aufgetragen<br />
werden kann, haben die Feuchtwerke<br />
meistens mehrere Übertragungswalzen,<br />
eine Auftragswalze<br />
<strong>und</strong> einen Reiber. Die Befeuchtung<br />
gilt nach wie vor als eine Schwachstelle<br />
im Offsetdruck. Durch den<br />
beim Druck erzeugten Farbnebel<br />
der Druckfarbe werden die Sprühdüsen<br />
oft verschmutzt <strong>und</strong> können<br />
ihre Funktion daher nicht mehr<br />
wunschgemäss ausüben. Gegenwärtig<br />
ist für einen störungsfreien<br />
Betrieb ein erheblicher Wartungs-<br />
<strong>und</strong> Reinigungsaufwand erforderlich.<br />
Sprühdüse<br />
Sprühbalken<br />
Feuchtreiber<br />
Schematische Darstellung Sprühfeuchtwerk<br />
Ziel der Diplomarbeit<br />
- Ein konkreter neuartiger Lösungsansatz<br />
für ein Feuchtwerk,<br />
der die bekannten<br />
Schwachstellen bestmöglich<br />
eliminiert ist auszuarbeiten.<br />
- Vergleich <strong>und</strong> Bewertung der<br />
in Frage kommenden Lösungsvarianten<br />
(technisch <strong>und</strong> wirtschaftlich).<br />
- Testmodell erstellen (3D-Modell).<br />
- Testkonzept für gewählte Lösung<br />
erstellen.<br />
Feuchtauftragswalze<br />
Farbauftragswalze<br />
Umsetzung<br />
Die Dosierung des Feuchtmittels ist<br />
die wichtigste Aufgabe des Feuchtwerkes.<br />
Die erarbeitete Lösung verfügt über<br />
eine sehr genaue Dosierung, was<br />
erhebliche Vorteile bringt, besonders<br />
bei der Feuchtmittelwiederaufbereitung<br />
können Einsparungen erzielt<br />
werden. Zudem kann mit dem<br />
Lösungsansatz eine kompaktere<br />
Bauweise des Druckwerkes realisiert<br />
werden. Zur endgültigen<br />
Überprüfung der Praxistauglichkeit<br />
müssen noch Versuche durchgeführt<br />
werden.<br />
Plattenzylinder<br />
202 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Bohren von Lithium Niobat (LiNbO ) mit ps-Pulsen<br />
Angewandte Lasertechnologie/ Prof. Dr. Beat Neuenschwander/ Universität Bern, IALT<br />
Experte: Dr. Lukas Rohr, EMPA Thun<br />
LiNbO ist ein optisch transparentes Material mit nichtlinearen Eigenschaften. Eines der häufigsten<br />
Einsatzgebiete in der Optik ist die Frequenzverdopplung. Infrarotes Licht kann so z.B. in grünes umgewandelt<br />
werden. Ein gänzlich neues Einsatzgebiet für LiNbO sind sogenannte photonische Kristalle,<br />
in welchen die Ausbreitung von Teraherzwellen gezielt beeinflusst werden kann. Eine Möglichkeit<br />
zur praktischen Umsetzung besteht in der Kombination von vielen kleinen gezielten Bohrungen.<br />
Deshalb ist es wichtig, die Möglichkeiten <strong>und</strong> Grenzen des Bohrens mit ps-Pulsen zu kennen. Dies<br />
erlaubt später das gezielte Design von photonischen Kristallen für gewünschte Eigenschaften.<br />
Teraherzwellen (10 12 Schwingungen<br />
pro Sek<strong>und</strong>e) befinden sich in dem<br />
bisher nur schwer zugänglichen<br />
Bereich des Frequenzspektrum<br />
zwischen Infrarotstrahlung <strong>und</strong> Mikrowellen.<br />
Die besonderen Eigenschaften<br />
dieser Strahlen machen<br />
sie für ein breites Spektrum von Anwendungen<br />
interessant. Dazu gehören<br />
unter anderem neue bildgebende<br />
Verfahren in der Medizin, wo<br />
Röntgenuntersuchungen zum Teil<br />
ersetzt werden könnten, Material-<br />
<strong>und</strong> Strukturanalysen, Sprengstoffdetektion<br />
an Flughäfen <strong>und</strong> nicht<br />
zuletzt neue <strong>Unter</strong>suchungsverfahren<br />
in der Biologie. Die Ausbreitung<br />
solcher Strahlen kann durch photonische<br />
Kristalle aus LiNbO 3 gezielt<br />
beeinflusst werden.<br />
Teraherzwelle im einem Kristall (Quelle: Universität Bern)<br />
Die Eigenschaften des Kristalls werden<br />
dabei durch die geometrische<br />
Verteilung, Durchmesser <strong>und</strong> Konizität<br />
der Bohrlöcher bestimmt. Optimal<br />
sind kreisr<strong>und</strong>e, zylindrische<br />
Löcher mit einem Durchmesser<br />
von ungefähr 50 μm.<br />
In einer Vorstudie der Universität<br />
Bern konnte gezeigt werden, dass<br />
solche Bohrungen in ein 200μm dickes<br />
Kristallplättchen mit einem ps-<br />
Lasersystem mittels Wendelbohren<br />
erzeugt werden können. Aus dieser<br />
Studie waren auch die ersten Laserparameter<br />
bekannt, mit denen<br />
gebohrt werden kann.<br />
Zu Beginn der Diplomarbeit wurde,<br />
das Ablationsverhalten von LiNbO 3<br />
für ps-Pulse bei den drei vorhandenen<br />
Wellenlängen von 1064 nm (IR),<br />
532 nm (grün) <strong>und</strong> 355 nm (nahes<br />
UV) untersucht. Das Schwergewicht<br />
wurde dabei auf die Bestimmung<br />
der Threshold Fluence (Grenze<br />
bei der die Ablation beginnt) <strong>und</strong><br />
die Ablationsraten gelegt.<br />
Nach dem Aufbau eines geeigneten<br />
Setups für Wendelbohren mittels<br />
Galvo-Scanner mussten anschliessend<br />
die optimalen Parameter für<br />
Wellenlänge, Pulsenergie, Repetitionsrate<br />
<strong>und</strong> Wendelbohrfrequenz<br />
im Hinblick auf die Minimierung der<br />
Randschichtbeschädigung <strong>und</strong> Konizität<br />
sowie der Rauheit im Bohrkanal<br />
gef<strong>und</strong>en werden. Weiter galt es<br />
zu prüfen, ob ein zweiseitiges Bohren<br />
durch eine Drehung des Kristallplättchens<br />
um 180° Vorteile bringt,<br />
<strong>und</strong> ob damit dickere Plättchen bis<br />
zu 500 μm gebohrt werden können.<br />
Mit den ermittelten Parametern<br />
wurden anschliessend Samples mit<br />
spezifischen Lochmustern zu Testzwecken<br />
hergestellt.<br />
Sample zur Ablenkung einer Teraherzwelle<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Maschinentechnik<br />
Mécanique<br />
Schor Raphael<br />
1982<br />
079 422 87 04<br />
schorraphael@vtxmail.ch<br />
20<br />
BU
BU<br />
Maschinentechnik<br />
Schwab Matthias<br />
1975<br />
078 638 80 74<br />
Mécanique<br />
matthias.schwab@bluewin.ch<br />
Simulation der Steifigkeit eines Schleifkopfes<br />
Finite-Elemente-Methode / Prof. Martin Züger<br />
Experte: Peter Paul Knobel<br />
Die Steifigkeit einer Schleifmaschine beeinflusst die Stabilität von Schleifprozessen erheblich. Dabei<br />
spielen unterschiedliche Komponenten eine Rolle.<br />
Im Rahmen der Diplomarbeit wird ein be<strong>stehen</strong>der Schleifkopf-Prototyp rechnerisch auf sein Steifigkeitsverhalten<br />
untersucht <strong>und</strong> bei Bedarf Verbesserungsvorschläge ausgearbeitet.<br />
Ausgangslage<br />
Die Schleifmaschinen der Firma<br />
Waltherswiss, Dotzigen werden<br />
den neusten Anforderungen des<br />
Marktes angepasst.<br />
Ein neuer Universal-Schleifkopf<br />
mit innovativem Konzept wird den<br />
wachsenden Anforderungen in Zukunft<br />
nachkommen. Mit fünf gesteuerten<br />
Achsen, zwei Linearen-<br />
Achsen, zwei Schwenk-Achsen <strong>und</strong><br />
dem Spindelantrieb ist es möglich,<br />
alle Zahngeometrien von Band-,<br />
Kreis- <strong>und</strong> Gattersägen mit einer<br />
einzigen Maschine zu schärfen.<br />
Weil für die Standzeit eines Sägeblattes<br />
dessen Geometrie <strong>und</strong><br />
Oberfläche von grosser Bedeutung<br />
sind, müssen diese mit sehr hoher<br />
Genauigkeit geschliffen werden.<br />
Das erfordert eine hohe Steifigkeit<br />
von allen Komponenten, welche im<br />
Kraftfluss des Schleifkopfes sind.<br />
Ziel der Diplomarbeit<br />
- Darstellung der Wechselwirkungen<br />
der Einzelkomponenten<br />
<strong>und</strong> ihre Einflüsse innerhalb des<br />
Kraftflusses durch den Schleifkopf.<br />
- Aufbau eines schematischen Modells,<br />
welches die Steifigkeitsverteilung<br />
darstellt <strong>und</strong> alle relevanten<br />
Verbindungselemente erfasst.<br />
- Berechnung der Deformation<br />
des gesamten Schleifkopfes<br />
unter der Wirkung der Bearbeitungskräfte.<br />
- Identifizieren der Teile, welche<br />
wesentlichen Einfluss auf das Gesamtverhalten<br />
aufweisen.<br />
- Bei Bedarf Ausarbeitung von<br />
Verbesserungsvorschlägen.<br />
Wobei darauf geachtet wird,<br />
dass die Steifigkeit bei gleich<br />
bleibender oder kleinerer Masse<br />
erhöht wird.<br />
Universal-Schleifkopf Finite-Elemente-Modell<br />
Umsetzung<br />
Genauere Betrachtungen des Kraftflusses<br />
lassen schon zu Beginn erahnen,<br />
welche Komponenten einen<br />
grossen Einfluss haben. Die Analyse<br />
der Steifigkeiten zeigte, dass die<br />
Deformationen der Schraubenverbindungen<br />
weitgehend vernachlässigt<br />
werden können. Dadurch<br />
lassen sich die Teile, welche mit<br />
Schrauben verb<strong>und</strong>en sind, als<br />
Körper zusammenfassen.<br />
Basierend auf den gewonnen Erkenntnissen<br />
ist ein 3D-Modell erstellt<br />
worden, welches die wesentlichen<br />
Verbindungselemente<br />
berücksichtigt. Beim Aufbau des<br />
Finite-Elemente-Modells ist darauf<br />
geachtet worden, dass sich mit wenig<br />
Aufwand die statischen Deformationen<br />
in unterschiedlichen Arbeitspositionen<br />
des Schleifkopfes<br />
simulieren lassen. Auf Gr<strong>und</strong> der<br />
Ergebnisse sind Verbesserungsvorschläge<br />
eingebracht worden.<br />
20 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Industrie-Braille<br />
Mechatronik / Prof. Fritz Bircher<br />
Am Fachbereich Maschinentechnik der <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> wurde im Rahmen eines KTI Projektes<br />
ein Verfahren entwickelt, mit welchem man Blindenschrift (Braille) nach dem Drop On Demand<br />
Ink Jet Prinzip drucken kann. Um das Verfahren für die Industrie weiter zu optimieren <strong>und</strong><br />
Erfahrungen zu sammeln wird eine Prototypanlage benötigt. Das Ziel dieser Arbeit ist, eine solche<br />
Anlage zu konstruieren, zu montieren <strong>und</strong> in Betrieb zu nehmen.<br />
Ausgangslage<br />
Neuerdings müssen gemäss<br />
EU-Richtlinien Medikamente mit<br />
Brailleschrift gekennzeichnet werden.<br />
Dazu gibt es neben dem klassischen<br />
Prägeverfahren mit Matrizen<br />
<strong>und</strong> dem Siebdruckverfahren<br />
ein neues dynamisches Verfahren,<br />
welches an der <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong><br />
<strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> entwickelt<br />
wurde. Diese Technologie<br />
wird zur zurzeit für den industriellen<br />
Einsatz optimiert <strong>und</strong> soll in industriellen<br />
Druckeinheiten zum Einsatz<br />
kommen. Damit diese Technologie<br />
weiterentwickelt <strong>und</strong> der Druckprozess<br />
optimiert werden kann, wird<br />
eine Prototypanlage benötigt, welche<br />
eine hohe Flexibilität aufweist.<br />
Herangehensweise<br />
In der Diplomarbeit wird eine Anlage<br />
erstellt, auf welche eine vorhandene<br />
Druckeinheit modular<br />
aufgebaut werden kann. Dabei<br />
werden wo möglich Standardkomponenten<br />
verwendet. Ein wichtiges<br />
Augenmerk bei der Entwicklung<br />
der Prototypanlage besteht darin,<br />
möglichst flexibel für verschiedene<br />
Druckmaterialien zu sein. Deshalb<br />
wurde ein Konzept entwickelt, welches<br />
es ermöglicht, sowohl Endlosmaterialien<br />
z.B. ab Rollen als auch<br />
Einzelmaterialien, wie Faltschachteln<br />
für Medikamente <strong>und</strong> andere<br />
Anwendungen, durch die Anlage<br />
zu fördern <strong>und</strong> zu bedrucken. Ein<br />
Linearantrieb mit einem Saugtisch<br />
ist für die Beförderung von Einzelmaterialien<br />
zuständig. Materialien<br />
ab Rollen können an einer angetriebenen<br />
Achse eingespannt werden.<br />
<strong>Unter</strong>schiedliche Innendurchmesser<br />
sind durch die Konusscheiben<br />
kein Problem.<br />
Für die Steuerung wird eine moderne<br />
SPS eingesetzt, die als Steuerung<br />
die Anlage wie auch das<br />
Drucksystem miteinander koppelt<br />
<strong>und</strong> synchronisiert. Versuche mit<br />
der Druckeinheit, die während der<br />
Diplomarbeit durchgeführt wurden,<br />
geben weitere wichtige Informationen,<br />
welche in die Konstruktion<br />
der Anlage einfliessen, aber auch<br />
direkt der Optimierung des Druckprozesses<br />
dienen.<br />
Ausblick<br />
Die Prototypanlage kann für aktuelle<br />
Vorführungen, Tests <strong>und</strong> <strong>Unter</strong>suchen<br />
genutzt werden. Die Mechanik<br />
wie auch die elektronischen<br />
Komponenten <strong>und</strong> auch die Steuerung<br />
sind aber so konzipiert, dass<br />
es einfach ist, sie später an neue<br />
Anforderungen anzupassen oder<br />
umzurüsten.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Maschinentechnik<br />
Mécanique<br />
Stark Martial<br />
1981<br />
starm1@bfh.ch<br />
20<br />
BU
BU<br />
Maschinentechnik<br />
Steiner Fabian<br />
1982<br />
079 347 90 73<br />
Mécanique<br />
fabian.steiner@gmx.ch<br />
Schneiden von Saphirglas mit dem Laser TL 0- VQ<br />
Lasertechnik / Prof. Fritz K. Güdel<br />
Experte: Dr. Dietmar Kramer<br />
Ob in der Uhrenindustrie, der Medizinaltechnik, der Mikroelektronik oder der chemischen Industrie,<br />
Saphirglas findet dank seiner herausragenden Eigenschaften in zahlreichen Industriezweigen<br />
ein breites Anwendungsgebiet. Vor allem die Uhrenindustrie verlangt nach immer komplexeren <strong>und</strong><br />
ausgefallereren Formen <strong>und</strong> Produkten. So positiv sich die Eigenschaften wie die grosse Härte des<br />
Saphirglases im Gebrauch zeigen, ent<strong>stehen</strong> in der Fertigung dadurch grosse Probleme. Die konventionelle<br />
Bearbeitung der Produkte durch Schleifen schränkt die Komplexität der herstellbaren<br />
Formen stark ein, weshalb ein alternatives Bearbeitungsverfahren grosse Vorteile mit sich bringen<br />
könnte.<br />
Die Firma TRUMPF entwickelte<br />
mit ihrer TL-Laserbaureihe speziell<br />
für die Mikrobearbeitung von Materialen<br />
ausgerichtete Laser. Diese<br />
Laser glänzen durch besondere<br />
Eigenschaften wie beugungsbegrenzte<br />
Strahlqualität, kurze Pulse<br />
<strong>und</strong> höchste Stabilität. Mit dem<br />
TL40-1VQ steht dem Institut für angewandte<br />
Lasertechnologie – IALT<br />
der BFH-TI das erste in der Schweiz<br />
ausgelieferte Gerät zur Verfügung.<br />
Da Saphir aufgr<strong>und</strong> seiner hohen<br />
Härte konventionell nur mit Diamant<br />
<strong>und</strong> durch Schleifen bearbeitet<br />
werden kann, ent<strong>stehen</strong> durch<br />
die Werkzeuge hohe Kosten <strong>und</strong> an<br />
die Schleifmaschinen werden spezielle<br />
Anforderungen gestellt. Trotz<br />
immer fortschrittlicheren Schleiftechnologien<br />
sind die herstellbaren<br />
Produkte in ihrer Form stark eingeschränkt.<br />
Dem gegenüber bietet<br />
der Laser den Vorteil, dass beinahe<br />
jede gewünschte Form durch den<br />
Laserstrahl produziert werden kann.<br />
Mit einem Fokusdurchmesser von<br />
etwa 35 µm sind sogar spitze Formen<br />
in sehr guter Qualität herstellbar.<br />
Selbst die kleinen Toleranzen<br />
von ± 0.01 mm können ohne Probleme<br />
eingehalten werden.<br />
Damit Saphirglas mittels Laserstrahl<br />
geschnitten werden kann, sind wegen<br />
des hohen Schmelzpunktes<br />
von Saphirglas (2050° C) relativ<br />
hohe Pulsenergien erforderlich.<br />
Mit einer Pulsenergie von 1.63 mJ<br />
lassen sich durch den Laser TL40-<br />
1VQ dementsprechend nur dünne<br />
Gläser bis 0.3 mm Dicke in guter<br />
Qualität trennen. Bei grösseren Dicken<br />
sind die Resultate nicht mehr<br />
im gewünschten Mass reproduzierbar<br />
herzustellen <strong>und</strong> die Qualität<br />
der Kanten <strong>und</strong> Mantelflächen<br />
entsprechen nicht mehr den Anforderungen.<br />
Um Saphirgläser bis zu<br />
einer Dicke von 3 mm wirtschaftlich<br />
zu trennen, eignet sich der TL40-<br />
1VQ nicht. Sollen hingegen auf der<br />
Aufnahme eines Schnittversuches mit dem Laser-Scann-Mikroskop<br />
Oberfläche der Saphirgläser feine<br />
Strukturen <strong>und</strong> Gravuren erstellt<br />
werden, stellt der Laser TL40-1VQ<br />
das perfekte Werkzeug dar.<br />
Mit einem CO 2 -Laser grösserer<br />
Leistung, längerer Pulsdauer <strong>und</strong><br />
dementsprechend auch einer höheren<br />
Pulsenergie, wurden erste<br />
Gr<strong>und</strong>satzversuche durchgeführt,<br />
um die Eignung anderer Systeme<br />
zur Bearbeitung von Saphir zu beurteilen.<br />
Wie sich gezeigt hat, wird<br />
durch den CO 2 -Laser pro Puls wesentlich<br />
mehr Material abgetragen.<br />
Dementsprechend müsste bei der<br />
Laserbearbeitung von Saphir eher<br />
auf eine Anlage mit grosser Pulsleistung<br />
im Bereich von einigen<br />
Joule gesetzt werden.<br />
206 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Laserbehandlung von Gleitlageroberflächen<br />
Dr. Jürg Steffen, Prof. Fritz K. Güdel<br />
Experte: Dr. Rudolf Bauer<br />
Gleitlager gehören zu den klassischen Maschinenelementen. Schon im Altertum wurden Gleitlager<br />
in Rädern angewendet. An Gleitlageroberflächen werden hohe Anforderungen gestellt. Vor allem<br />
beim An- <strong>und</strong> Auslauf wird die Oberfläche stark beansprucht. Dank der lokal <strong>und</strong> zeitlich exakt steuerbaren<br />
Wärmeeinbringung durch Laserstrahlung, wird die Erzeugung diskreter, veredelter Inseln<br />
oder Linien auf den Laufflächen ermöglicht. Dadurch können die tribologischen Eigenschaften gezielt<br />
beeinflusst werden.<br />
Seit Beginn des Maschinenzeitalters<br />
hat auch das Gleitlager eine stürmische<br />
Entwicklung durchlaufen.<br />
Der erreichte technische Fortschritt<br />
lässt sich sowohl an den metallischen<br />
Gleitlagern als auch an den<br />
erst später entwickelten Kunststoffgleitlagern<br />
erkennen.<br />
Reibung <strong>und</strong> Verschleiss verursachen<br />
erhebliche volkswirtschaftliche<br />
Verluste. Sie verringern nicht<br />
nur die Lebensdauer, sondern auch<br />
den Nutzungsgrad von Bauteilen.<br />
Ausserdem verursachen sie auch<br />
beträchtliche Instandhaltungs- <strong>und</strong><br />
Ersatzteilkosten, sowie Einbussen<br />
durch Ausfallzeiten.<br />
Zu den klassischen metallischen<br />
Werkstoffen für Gleitlager gehören<br />
Unbehandelter Bronze Prüfling<br />
zinnreiche <strong>und</strong> zinnarme Weissmetalle,<br />
bestimmte Kupferguss- bzw.<br />
Kupferknetlegierungen, zinnhaltige<br />
Aluminiumlegierungen, Sintermetalle<br />
<strong>und</strong> Gusseisen. Die gleittechnischen<br />
Eigenschaften dieser Werkstoffe,<br />
wie Einlauf-, Notlauf-, Einbetteigenschaften<br />
<strong>und</strong> Verschleissbeständigkeit,<br />
sind recht unterschiedlich, so<br />
dass die verschiedensten Einsatzanforderungen<br />
erfüllt werden können.<br />
Für Lager, die vorwiegend im<br />
Gebiet der Flüssigkeitsreibung (hydrodynamische<br />
<strong>und</strong> hydrostatische<br />
Gleitlager) arbeiten, zum Beispiel<br />
Gleitlager in Verbrennungsmotoren,<br />
wurden in den letzten Jahrzehnten<br />
sehr leistungsfähige Mehrschicht-<br />
Werkstoffe (Verb<strong>und</strong>werkstoffe) ent-<br />
Spiralförmige Struktur Punktförmige Struktur<br />
wickelt, die höchsten technischen<br />
Ansprüchen genügen.<br />
Natürlich verlangt der Markt immer<br />
günstigere Verfahren <strong>und</strong> Werkstoffe,<br />
um den immer steigenden<br />
Anforderungen gerecht zu werden.<br />
Mit der gezielten Veredelung oder<br />
Strukturierung von Gleitlageroberflächen<br />
mit Laser, versucht man einen<br />
Vorsprung am Markt zu erhalten.<br />
Das Hauptaugenmerk dieser Arbeit<br />
galt der Verbesserung der tribologischen<br />
Oberflächeneigenschaften<br />
von Prüflingen durch gezielte Laserbearbeitung.<br />
Als Versuchsmaterial<br />
wurde ein Vergütungsstahl <strong>und</strong> eine<br />
Kupferlegierung verwendet.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Maschinentechnik<br />
Mécanique<br />
Steiner Marcel<br />
1981<br />
032 675 49 50<br />
stouny.23@freesurf.ch<br />
207<br />
BU
BU<br />
Maschinentechnik<br />
Trachsel Stefan<br />
1982<br />
079 301 37 40<br />
Mécanique<br />
strachsel@tele2.ch<br />
Überarbeitung des Einsenkungsmesswagens der SBB<br />
Produktentwicklung / Prof. Giuliano Soldati<br />
Experte: Christian Koblet<br />
Seit ungefähr 0 Jahren besitzt die Messtechnik SBB AG einen Einsenkungsmesswagen (EMW)<br />
um die vertikale Steifigkeit des Gleisrostes zu messen. Ursprünglich wurde der Messwagen zur<br />
Erkennung von Schwachstellen im Gleisrost eingesetzt. Der Messwagen wird aber immer häufiger<br />
auch zur Kontrolle von Neustrecken verwendet. Die Genauigkeit, speziell bei Berg-, Tal- <strong>und</strong> Kurvenfahrten,<br />
entspricht den heutigen Anforderungen nicht mehr. In Zusammenarbeit mit der SBB wurde<br />
der EMW modifiziert, so dass Schwachstellen beseitigt werden konnten.<br />
Der Einsenkungsmesswagen<br />
Der EMW besteht aus 3 kleinen<br />
Wagen, die an einen 54 Tonnen<br />
schweren Waggon angehängt werden.<br />
Die Wagen sind mit einer Verbindungsstange<br />
miteinander verb<strong>und</strong>en.<br />
Der erste Wagen misst die<br />
Einsenkung in belasteten Zustand.<br />
Wenn der erste Wagen durch die<br />
Gewichtskraft des Waggons einsinkt,<br />
erfährt die erste Stange eine<br />
vertikale Auslenkung, welche durch<br />
einen Messgeber aufgezeichnet<br />
wird. Nach knapp 8 m liegt an derselben<br />
Messstelle nun der zweite<br />
Wagen. Dieser misst die Einsenkung<br />
im unbelasteten Zustand. So<br />
erhält man zwei Werte. Subtrahiert<br />
man die Werte voneinander, so erhält<br />
man die effektive Einsenkung.<br />
Diese gibt Auskunft über die vertikale<br />
Steifigkeit in mm/t des Gleisrostes.<br />
Einsenkungsmesswagen mit Mess-Waggon<br />
Ausgangslage<br />
Die Messtechniker der SBB haben<br />
auf Gr<strong>und</strong> der Messresultate erkannt,<br />
dass die Messdaten bei Berg-<br />
<strong>und</strong> Talfahrten ungleiche Werte<br />
liefern. Wenn der EMW bergaufwärts<br />
fährt, misst er z.B. eine Einsenkung<br />
von 0.8 mm. Als dieselbe<br />
Strecke bergabwärts abgefahren<br />
wurde, war die Einsenkung 0.1 mm.<br />
In Kurvenfahrten ist das Problem<br />
von ungleichen Werten ebenfalls<br />
vorhanden. In Kurven können die<br />
Messwerte sprunghaft höher oder<br />
tiefer werden. Es wurde beobachtet,<br />
dass die einzelnen Wagen in der<br />
Kurve hin- <strong>und</strong> herrutschen, da der<br />
Messwagen in der Gleisspur relativ<br />
viel Verschiebungsspielraum hat.<br />
Aufgabenstellung<br />
In der Diplomarbeit sollte untersucht<br />
werden, warum die erwähnten<br />
Messfehler ent<strong>stehen</strong>.<br />
Es konnte nachgewiesen werden,<br />
dass die Messfehler bei Steigungen<br />
auf Gr<strong>und</strong> der Zug- <strong>und</strong> Druckkräfte<br />
im Messsystem auftreten. Diese<br />
verursachen eine Durchbiegung<br />
der Wagen-Verbindungsstangen<br />
<strong>und</strong> haben eine unerwünschte Auslenkung<br />
zur Folge. Auf Gr<strong>und</strong> dessen<br />
wurden die Wagen getrennt<br />
vom Messsystem miteinander gekoppelt.<br />
Zudem wird die bisherige<br />
Verbindungsstange verschiebbar<br />
gelagert, so dass keine Zug- oder<br />
Druckkräfte mehr auf das Messsystem<br />
wirken können. Anschliessend<br />
galt es das Problem der Messfehler<br />
bei Kurvenfahrten zu lokalisieren.<br />
Hierfür wurden konstruktive Vorschläge<br />
zur Verbesserung gemacht,<br />
damit sich die Wagen in der Gleisspur<br />
nicht verschieben können<br />
20 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Schwenkbarer Bildschirmhalter<br />
Maschinentechnik / Prof. Fritz Bircher<br />
Bildschirmhalter sind zur Zeit zusammen mit den Plasma-Flachbildschirmen ein grosser Markttrend.<br />
Der Bildschirmhalter mit Antrieb soll eine Lücke in diesem Markt schliessen. Das für Wandmontage<br />
konzipierte System richtet den Bildschirm ferngesteuert auf den Benutzer aus. Um den<br />
Marktanforderungen gerecht zu werden, bedarf die Umsetzung dieses Projekts einiger innovativer<br />
Ansätze. Diese liegen einerseits bei der Fernsteuerung <strong>und</strong> andererseits beim Antrieb. Zudem gilt<br />
es einen engen Kostenrahmen einzuhalten, da das Produkt im Low-Cost-Bereich angesiedelt ist. Im<br />
Rahmen der vorliegenden Diplomarbeit geht es darum, einen funktionsfähigen Prototyp aufzubauen<br />
<strong>und</strong> in Betrieb zu nehmen.<br />
Die Hauptfunktion des Bildschirmhalters<br />
ist das Ausrichten des Bildschirms<br />
auf den Benutzer. Der Bildschirm<br />
kann damit zu je 90 Grad<br />
nach links <strong>und</strong> rechts geschwenkt<br />
werden. Ein zusätzlicher Antrieb<br />
neigt den Bildschirm nach oben<br />
oder nach unten. Mit diesen Bewegungen<br />
kann der Bildschirm<br />
optimal ausgerichtet werden. Im<br />
ausgeschalteten Zustand wird<br />
der Bildschirm flach an die Wand<br />
positioniert. Dadurch kommt die<br />
Schlankheit des Bildschirms voll<br />
zum Tragen.<br />
Der Bildschirmhalter ist aus einem<br />
dreigliedrigen Arm aufgebaut, ähnlich<br />
wie ein Menschenarm, <strong>und</strong> einer<br />
zusätzlichen Schwenkachse für<br />
die Neigebewegung. Jedes der drei<br />
Glieder <strong>und</strong> die Schwenkachse sind<br />
mit einem Antrieb versehen. Diese<br />
positionieren den Bildschirm im geforderten<br />
Winkel mit einer Ecke immer<br />
möglichst nahe zur Wand.<br />
Um die Bewegungen auszuführen,<br />
müssen die Antriebe die Lagerreibung<br />
überwinden <strong>und</strong> die Beschleunigungsmomenteaufbringen.<br />
Damit ein 65“-Bildschirm mit<br />
einer Masse von ca. 50 kg bewegt<br />
werden kann, müssen die Antriebe<br />
hohe Momente aufbringen. Dies<br />
vor allem aufgr<strong>und</strong> der grossen Hebelverhältnisse<br />
zwischen Antrieb<br />
<strong>und</strong> Armlänge. Diese Bedingungen<br />
stellen hohe Anforderungen an die<br />
Leistungsdichte <strong>und</strong> das Preis-/<br />
Leistungsverhältnis. Ein weiteres<br />
Augenmerk kommt der Steuerung<br />
der Antriebe zu. Durch die verhältnismässig<br />
langen Arme <strong>und</strong> das<br />
hohe Gewicht des Bildschirms wird<br />
das ganze System etwas elastisch.<br />
Dieser Umstand kann zu einem<br />
instabilen Verhalten des mechanischen<br />
Gesamtsystems führen.<br />
Dies stellt entsprechende Anforderungen<br />
an die Antriebsregelung.<br />
Mit dem Aufbau eines Prototyps<br />
werden Antrieb <strong>und</strong> Steuerung auf<br />
Praxistauglichkeit getestet <strong>und</strong> für<br />
die Serienfertigung vorbereitet.<br />
Das Gesamtprojekt Bildschirmhalter<br />
ist ein drittmittelfinanzierter Auftrag<br />
der angewandten Forschung<br />
<strong>und</strong> Entwicklung. Ziel ist es, ein<br />
Serienprodukt bis Ende 07 auf den<br />
Markt zu bringen. Mit der vorgesehenen<br />
Serienproduktion von ca.<br />
4000 Stück wird ein Marktanteil<br />
von ungefähr einem Prozent im entsprechenden<br />
Marktsektor erreicht.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Maschinentechnik<br />
Mécanique<br />
Utzinger Thomas<br />
1979<br />
utzit1@bfh.ch<br />
209<br />
BU
BU<br />
Maschinentechnik<br />
Walther Michael Adrian<br />
1982<br />
032 653 12 94<br />
Mécanique<br />
wauti@datacomm.ch<br />
Messinstrument zur Ermittlung von Seilkräften<br />
Produktentwicklung / Prof. Walter Güller / Jakob AG<br />
Experten: Felix Scheuter<br />
Für die Firma Jakob AG in Trubschachen, welche Drahtseile herstellt, ist die Kraftmessung am fertig<br />
gespannten Drahtseil ein Kernthema. Bei der Montage eines Seils geschieht das Aufbringen der<br />
Spannung durch ein Seilzuggerät. Dort kann zwar ein Messgerät integriert werden, dies ist jedoch<br />
aufwändig <strong>und</strong> mit Fehler behaftet. Zudem will man auch bei bereits montierten Seilen, die Seilspannung<br />
jederzeit kontrollieren können.<br />
Die Aufgabe besteht darin, ein Messgerät zu entwickeln, welches sicher <strong>und</strong> einfach die Seilspannungen<br />
ermitteln kann.<br />
Die Drahtseile der Firma Jakob AG<br />
werden oft bei Begrünungsanlagen<br />
eingesetzt. Dies bedeutet, dass<br />
sich das steigende Gewicht der<br />
Pflanzen auf die Kräfte in den Seilen<br />
auswirkt. Bisher wurde die effektive<br />
Seilspannung nur abgeschätzt <strong>und</strong><br />
dementsprechend war eine recht<br />
grosse Unsicherheit vorhanden.<br />
Auf dem Markt sind bereits Messgeräte<br />
vorhanden, diese entsprechen<br />
jedoch nicht den gewünschten Anforderungen.<br />
Bei diesen Geräten<br />
wird das Seil um einen definierten<br />
Betrag ausgelenkt <strong>und</strong> dabei die<br />
dazu benötigte Kraft gemessen.<br />
Aus diesen Daten kann dann auf<br />
die Seilspannung geschlossen werden.<br />
Diese Geräte sind jedoch teuer<br />
<strong>und</strong> müssen zudem für jeden Seildurchmesser<br />
<strong>und</strong> Seiltyp kalibriert<br />
werden, was zusätzliche Kosten<br />
verursacht.<br />
Bei der vorangegangenen Semesterarbeit<br />
stiess man durch eine Patentrecherche<br />
auf ein interessantes<br />
Messsystem, welches nie auf dem<br />
Markt erschienen ist. Dabei handelt<br />
es sich um ein System mit zwei erforderlichen<br />
Messvorgängen. Die<br />
Seilauslenkung wird bei den zwei<br />
Messungen variiert. Der grosse<br />
Vorteil davon ist, dass das Gerät<br />
nicht für jeden Seildurchmesser<br />
<strong>und</strong> Seiltyp kalibriert werden muss.<br />
Als Voraussetzung für die Diplomarbeit<br />
wurden zu diesem Messsystem<br />
die theoretischen Gr<strong>und</strong>lagen erarbeitet.<br />
Zu Beginn der Diplomarbeit wurde<br />
die Messmethode mittels Versuchsmessungen<br />
auf allfällige Differenzen<br />
zwischen Theorie <strong>und</strong> Praxis getestet.<br />
Es zeigte sich dabei, dass eine<br />
erhöhte Seilsteifigkeit einen Einfluss<br />
auf das Messergebnis hat. So<br />
musste die Palette der Seile eingeschränkt<br />
werden. Jedoch bleibt das<br />
Messgerät trotz dieser Einschränkung<br />
interessant für die Firma Jakob<br />
AG.<br />
Versuchsgerät<br />
Aus den Erkenntnissen der Versuchsmessungen<br />
<strong>und</strong> dem erstellten<br />
Pflichtenheft konnte die<br />
Konstruktion des Messgerätes in<br />
Angriff genommen werden. Neben<br />
der Funktionalität sind auch Eigenschaften<br />
wie Grösse, Gewicht <strong>und</strong><br />
Handhabung wichtige Punkte des<br />
Messgerätes. Da für genaue Messungen<br />
eine hohe Steifigkeit des<br />
Messgerätes erforderlich ist, musste<br />
der Geräteentwurf mittels Finite<br />
Elemente Methode (FEM) überprüft<br />
werden. Die erarbeiteten <strong>Unter</strong>lagen<br />
dienen der Firma Jakob AG dazu,<br />
einen funktionsfähigen Prototyp des<br />
Messinstrumentes herzustellen.<br />
2 0 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
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BU<br />
Maschinentechnik<br />
Wasserfallen Christian<br />
1981<br />
078 648 39 71<br />
christian@cewe.ch<br />
www.cewe.ch<br />
Mécanique<br />
Ultraschallunterstützte Schleifspindel<br />
Mechatronik / Prof. Dr. Harald Wild, Dipl. Ing. Paul Stadler<br />
Experte: Dipl. El.-Ing. ETH Jürg Schmid / ifms<br />
Die Kugel eines künstlichen Hüftgelenkes, Dichtungselemente in Automobil-Ventilen <strong>und</strong> Tastkörper<br />
in der Messtechnik sind meistens aus hartspröden Hochleistungskeramiken gefertigt. Aufgr<strong>und</strong><br />
der Zähigkeit, der chemischen Beständigkeit <strong>und</strong> der Härte dieser Werkstoffe werden diese gerne<br />
in anspruchsvollen Umgebungen eingesetzt, bereiten bei der Bearbeitung jedoch grosse Probleme.<br />
Schleifstifte aus Diamant stossen an ihre Belastungsgrenzen. Es drängen sich Massnahmen auf<br />
um den Fertigungsprozess von hartspröden Materialien zu optimieren: Die Verwendung sehr hoher<br />
Spindel-Drehzahlen kombiniert mit hochfrequenter Ultraschallenergie erweist sich als eine vielversprechende<br />
Technologie.<br />
Hochleistungskeramiken wie beispielsweise<br />
Siliziumnitrid (Si 3 N 4 ) sind<br />
aufgr<strong>und</strong> ihrer physikalischen <strong>und</strong><br />
chemischen Eigenschaften für Anwendungen<br />
im Maschinenbau von<br />
steigendem Interesse. Neben verschiedenen<br />
Vor- <strong>und</strong> Nachteilen der<br />
Hochleistungskeramiken gegenüber<br />
Metallen <strong>und</strong> allenfalls Kunststoffen<br />
stellt die kostenintensive Nachbearbeitung<br />
einen wesentlichen Nachteil<br />
dar. Spanende Fertigungsverfahren<br />
mit geometrisch bestimmten<br />
Schneiden (Bohren, Drehen, Fräsen)<br />
können vielfach nicht angewendet<br />
werden. Das Schleifen nimmt unter<br />
den Bearbeitungsarten mit geometrisch<br />
unbestimmten Schneiden mit<br />
seiner vergleichsweise hohen Abtragsrate<br />
gegenüber dem Honen<br />
<strong>und</strong> dem Läppen einen besonderen<br />
Kühlwasserstrahl auf Ultraschallwerkzeug ohne Verwendung von<br />
Ultraschall<br />
Stellenwert ein. In Schleifversuchen<br />
wird gezeigt, dass zwar qualitativ<br />
hochwertige Oberflächen erzeugbar<br />
sind, aber der Werkzeugverschleiss<br />
<strong>und</strong> die Vorschubgeschwindigkeiten<br />
deutlich nicht industrietauglich<br />
sind. Ein erster Prototyp einer<br />
ultraschallunterstützten Schleifspindel<br />
des Instituts für mechatronische<br />
Systeme (ifms) zeigt die Vorteile der<br />
Verwendung von Ultraschallenergie<br />
gegenüber dem konventionellen<br />
Schleifen deutlich auf. So können<br />
bis zu fünfmal höhere Vorschübe<br />
erreicht werden bei gleichzeitig<br />
konstanter Oberflächenqualität.<br />
Ausserdem steigt die Standzeit des<br />
Diamantwerkzeuges <strong>und</strong> aufgr<strong>und</strong><br />
einer verringerten Schleifkraft ist<br />
es möglich engere Toleranzklassen<br />
einzuhalten.<br />
Der geschilderte Bearbeitungsprozess<br />
lässt sich weiter verbessern,<br />
indem sehr hohe Drehzahlen<br />
im Hochgeschwindigkeitsbereich<br />
(HSC) eingesetzt werden. Zusammen<br />
mit drei Industriepartnern wird<br />
am ifms eine be<strong>stehen</strong>de konventionelle<br />
HSC-Schleifspindel mit Ultraschall<br />
ausgerüstet. Es geht darum,<br />
die Ultraschalleinheit, ein Piezoelement,<br />
in die Spindel zu integrieren,<br />
die dazu nötige Energiezuführung<br />
vorzusehen, eine geeignete Werkzeugschnittstelle<br />
zu definieren, einen<br />
Kühlmittelanschluss zu ermöglichen<br />
<strong>und</strong> das Ganze schliesslich auf<br />
Rotordynamik zu untersuchen. Später<br />
wird basierend auf den erstellten<br />
Konstruktionszeichnungen die hochdrehende<br />
Ultraschall-Schleifspindel<br />
zusammengebaut.<br />
Ultraschallenergie eingeschaltet mit Ausbildung einer Wolke in<br />
axialer Richtung<br />
2 2 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Polymergurtsystem für Rettung aus Hochhäusern<br />
Werkstofftechink / Prof. Klaus Halter, Prof. Dr. Reinhold Krause<br />
Experte: Prof. Dr. Lukas Rohr<br />
Bis heute hat sich noch kein effektives, gebäudeunabhängiges Selbstrettungssystem für den Brandfall<br />
durchgesetzt. Ein solches System sollte einfach zu bedienen sein <strong>und</strong> Personen eine zuverlässige,<br />
schnelle <strong>und</strong> gefahrlose Flucht ermöglichen. Be<strong>stehen</strong>de Systeme sind häufig schwierig in der<br />
Bedienung, gebäudespezifisch beschränkt oder auch zu teuer.<br />
In der Diplomarbeit wird ein auf Polymergurten basierendes Rettungssystem entwickelt, das diese<br />
Lücke schliessen soll.<br />
Die Idee<br />
Das Ziel der Arbeit ist, ein Rettungssystem<br />
aus Polymergurten<br />
auszuarbeiten, das sowohl ganz<br />
einfach in der Bedienung, als auch<br />
preisgünstig in Grossserien realisierbar<br />
ist.<br />
Die Idee beruht darauf, dass ein der<br />
Fallhöhe entsprechender Gurt einmal<br />
quer gefaltet wird <strong>und</strong> die zwei<br />
Lagen miteinander verb<strong>und</strong>en werden.<br />
Im Brandfall wird das eine Ende<br />
des Gurtes am Gebäude, das andere<br />
am Körper befestigt. Die Person<br />
kann jetzt aus dem Fenster<br />
springen <strong>und</strong> die Verbindungen<br />
Schematische Darstellung des Rettungssystemes<br />
zwischen den Gurtteilen lösen sich<br />
kontinuierlich. Somit fällt die Person<br />
mit einer durch die Verbindungen,<br />
definierten Geschwindigkeit in den<br />
Rettungsbereich.<br />
Der Gurt<br />
Beim Gurt handelt es sich um eine<br />
polymere Flachgeometrie. Das<br />
Auslöse- <strong>und</strong> Entfaltungssystem<br />
basiert auf einer raffinierten Anordnung<br />
von Verbindungselementen.<br />
Ein integriertes Bremssystem gewährleistet<br />
ein sanftes Ankommen<br />
an oder kurz über der Rettungsplattform.<br />
Die Befestigung<br />
Das Rettungssystem verfügt<br />
an beiden Enden<br />
über einen Befe<br />
s tigungspunkt.<br />
Vor<br />
dem Sprung<br />
wird das<br />
eine Ende am<br />
Körper, das<br />
a n d e r e<br />
am Haus<br />
befestigt.<br />
Die Verbindung<br />
mit dem Körper wird<br />
durch eine, zurzeit noch eingekaufte,<br />
Sicherheitsweste<br />
übernommen. Um während<br />
des Falles nicht grob mit der<br />
Fassade in Berührung zu<br />
kommen, muss am Haus ein Ausleger<br />
angebracht werden. Der Ausleger<br />
gewährleistet die nötige Distanz<br />
zur Gebäudefassade während des<br />
Falles. Das zweite Gurtende kann<br />
über einen einfachen Mechanismus<br />
vom Fenster aus am Ausleger<br />
befestigt werden. Die Befestigung<br />
des Auslegers muss jeweils individuell<br />
am jeweiligen Fassadentyp<br />
angepasst werden. Nach Möglichkeit<br />
soll der Ausleger mit einem<br />
Schwenkmechanismus versehen<br />
werden, um ihn bei Nichtgebrauch<br />
in der Fassade zu versenken.<br />
Der Sprung<br />
In der Gefahrensituation (z.B. Brandfall)<br />
greift sich jede Person ein entsprechendes<br />
Evakuierungsset. Anschliessend<br />
legt man die integrierte<br />
Sicherheitsweste an <strong>und</strong> befestigt<br />
das eine Gurtende daran. Danach<br />
begibt man sich zu einem Ausleger<br />
<strong>und</strong> befestigt das zweite Gurtende<br />
daran. Nun kann man sogleich aus<br />
dem Fenster springen. Durch die<br />
auftretenden Kräfte schwenkt der<br />
Ausleger automatisch nach aussen<br />
<strong>und</strong> gewährleistet den Abstand zur<br />
Fassade. Unten angekommen, löst<br />
man sich vom Rettungssystem <strong>und</strong><br />
entfernt sich von der Landestelle<br />
um nachfolgende Springer nicht zu<br />
behindern.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Maschinentechnik<br />
Mécanique<br />
Wenger Andreas<br />
1981<br />
079 759 26 07<br />
andreaswenger@gmx.net<br />
2<br />
BU
BU<br />
Maschinentechnik<br />
Wilhelm David<br />
1979<br />
Mécanique<br />
david.wilhelm@gmx.ch<br />
Standardisierung von Motoranbauten für Drehtische<br />
Produktentwicklung / Prof. Urs Josi<br />
Experte: Dipl. Ing. ETH Beat Schär<br />
Die Firma P. Lehmann AG in Bärau stellt hochpräzise Drehtische her. Auf Gr<strong>und</strong> der vielfältigen K<strong>und</strong>enwünsche<br />
ist mit der Zeit eine sehr grosse Variantenvielfalt von Drehtischen entstanden. Ausgehend<br />
von dieser Problematik wurde in der Diplomarbeit eine standardisierte <strong>und</strong> kostenoptmierte<br />
Lösung für die Motoranbauten der Drehtische entwickelt. Die entwickelten Komponenten können<br />
alle bei P. Lehmann AG produziert <strong>und</strong> montiert werden, mit dem Zweck, die Wertschöpfung <strong>und</strong><br />
Arbeitsplatzerhaltung zu maximieren.<br />
Ausgangslage<br />
Die Firma P. Lehmann AG in Bärau<br />
stellt hochpräzise Drehtische her,<br />
die weltweit bei verschiedensten<br />
Fertigungsprozessen zur Anwendung<br />
kommen.<br />
Im Laufe der Zeit <strong>und</strong> auf Gr<strong>und</strong> vieler<br />
k<strong>und</strong>enspezifischer Anpassungs-<br />
<strong>und</strong> Änderungskonstruktionen ist<br />
die Produktpalette sehr vielfältig geworden.<br />
Das Gebiet der ROTOgear<br />
Baureihe soll aus den erwähnten<br />
Gründen durch Standardisierung<br />
<strong>und</strong> Optimierung überarbeitet werden.<br />
Die Vielfalt soll reduziert <strong>und</strong><br />
der technische <strong>und</strong> wirtschaftliche<br />
Nutzen verbessert werden.<br />
Ziel der Diplomarbeit<br />
Die Anzahl der Bauteile des Motoranbaus<br />
ist zu reduzieren <strong>und</strong> soll<br />
standardisiert werden. Um dies zu<br />
erreichen sind be<strong>stehen</strong>de Baugruppen<br />
<strong>und</strong> Bauteile zu hinterfragen.<br />
Mit einer auszuführenden IST-Situationsanalyse<br />
werden Gr<strong>und</strong>lagen<br />
geschaffen, um daraus Verbesserungsvorschläge<br />
abzuleiten. Ein konkreter,<br />
standardisierter, technischer<br />
Lösungsansatz ist zu erarbeiten. Die<br />
ausgewählte Lösung ist im Hinblick<br />
auf die wirtschaftlichen Aspekte<br />
gründlich zu untersuchen. Ästhetische<br />
Verbesserungsvorschläge zur<br />
Gehäuseverkleidung sind ebenfalls<br />
Teil der Aufgabenstellung.<br />
Motoranbau von einem Drehtisch EA-410 Mengenanalyse der Drehtischtypen<br />
Umsetzung<br />
Analysen über Mengen, Lagerbewegungen,<br />
Herstellkosten <strong>und</strong> Losgrössen<br />
wurden durchgeführt. Das<br />
dadurch erhaltene Wissen diente<br />
als Basis für die nachfolgenden Arbeiten.<br />
Die detaillierte Kostenstruktur<br />
des Motoranbaus des meist<br />
verkauften Drehtischtyps zeigte auf,<br />
welche Bauteile zu überdenken <strong>und</strong><br />
zu überarbeitet waren. Diese Bauteile<br />
wurden mit funktionsgleichen<br />
Bauteilen verglichen <strong>und</strong> daraus<br />
neue multifunktionellere entwickelt.<br />
Für die meist verwendeten Antriebe<br />
ist ein standardisierter Motoranbau<br />
entwickelt worden, der zukünftig in<br />
den meisten Drehtischen zum Einsatz<br />
kommt.<br />
2 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Sicherheitssystem für Durchflussleitungen im Brandfall<br />
Werkstofftechnik / Prof. Klaus Halter<br />
Experte: Dipl. El.-Ing. ETH Jürg Schmid<br />
In einem Brandfall ist es wichtig, die Ausbreitung des Feuers möglichst einzuschränken. Durchbrüche<br />
für Rohre bei Wänden sind bekannte Schwachstellen. Das <strong>Unter</strong>nehmen Rehau AG+Co hat ein<br />
System entwickelt, welches bei einem Brandfall den Spalt zwischen Rohr <strong>und</strong> Wand abdichtet. Bei<br />
Kunststoffrohren besteht aber die Gefahr, dass durch Schmelzen des Materials sich der Brand über<br />
den Innenquerschnitt des Rohres ausbreiten kann. Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurde ein Prototyp<br />
entwickelt, welcher den Durchfluss ab Erreichen einer kritischen Temperatur durch Quetschen<br />
des Rohrquerschnitts stoppt.<br />
Zum Stoppen des Massenstroms<br />
in konventionellen Durchflusssystemen<br />
wie Fluid- oder Gasleitungen<br />
werden in den meisten Anwendungsfällen<br />
Ventilsteuerungen,<br />
Verschlusszapfen etc. eingesetzt.<br />
Hinsichtlich Brandschutz an Durchflusssystemen<br />
wird nach einem<br />
nachrüstbaren System für be<strong>stehen</strong>de<br />
Rohrleitungen gesucht, welches<br />
den Durchfluss ab Erreichen<br />
einer kritischen Übertemperatur<br />
durch Quetschwirkung stoppt.<br />
Die Ergebnisse einer Patentrecherche<br />
zeigen, dass es zwar unzählige<br />
Systeme zum Quetschen elastischer<br />
Schläuche gibt. Es konnte<br />
jedoch keine Anwendung gef<strong>und</strong>en<br />
werden, bei welcher Rohre bleibend<br />
gequetscht werden oder eine<br />
Auslösung im Brandfall stattfindet.<br />
Am Ende dieser Diplomarbeit steht<br />
ein funktionstüchtiger Prototyp.<br />
Als erstes galt es, im Rahmen von<br />
Laborversuchen den erforderlichen<br />
Kraft- <strong>und</strong> Wegbereich zum Quetschen<br />
zu ermitteln. Das <strong>Unter</strong>nehmen<br />
Rehau AG+Co stellte Rohre<br />
aus verschiedene Materialien zur<br />
Verfügung: Rohre aus vernetztem<br />
PE (PE-x) <strong>und</strong> Rohre aus PE-x/Metall-Verb<strong>und</strong>.<br />
Auch wurde bei diesen<br />
Versuchen untersucht, wie sich<br />
die Festigkeit dieser Materialien bei<br />
Erwärmung verhält.<br />
Zur Auslösung der gespeicherten<br />
Energie in dem entwickelten<br />
Quetschsystem wird ein Memorymetall-Element<br />
aus NiTi eingesetzt.<br />
Dieses hat den Vorteil, dass es<br />
Sensor <strong>und</strong> Aktor in einem einzigen<br />
Bauteil ist. Dazu wird ein gestauchter<br />
Draht eingesetzt, welcher bei<br />
Erreichen der Auslösetemperatur<br />
um 4% longitudinal expandiert. Die<br />
Kraft bei der thermisch aktivierten<br />
Verlängerung des NiTi-Sensors<br />
wird zur Öffnung der Energiequelle<br />
des Quetschvorganges genutzt.<br />
Zur Auslegung dieses NiTi-Drahtes<br />
mussten verschiedene Versuche<br />
gemacht werden: Zuerst musste<br />
ermittelt werden, wie gross Kraft<br />
<strong>und</strong> Weg sind, um die Energiequelle<br />
auszulösen. Mit den dabei<br />
gewonnenen Ergebnissen konnte<br />
bei einem weiteren Versuch der<br />
erreichbare Weg unter Belastung<br />
der für das Öffnen des Zuganges<br />
zur Energiequelle nötigen Kraft ermittelt<br />
werden. So konnten Durchmesser<br />
<strong>und</strong> Länge des Drahtes bestimmt<br />
werden.<br />
Bei den ersten Versuchen das Rohr<br />
zu Quetschen stellte sich heraus,<br />
dass vor allem die Rohre aus PEx<br />
zurückfedern. Wenn nun durch Leckage<br />
der Kolbendruck abnimmt,<br />
öffnet sich das Rohr wieder <strong>und</strong> der<br />
Durchfluss ist nicht mehr vollständig<br />
blockiert. Aus diesem Gr<strong>und</strong><br />
musste weiterhin ein Mechanismus<br />
entwickelt werden, welcher dieses<br />
Zurückfedern verhindert.<br />
Produkt von Rehau GmbH Prototyp mit gequetschtem Rohr<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Maschinentechnik<br />
Mécanique<br />
Wüthrich Andreas<br />
1983<br />
079 7610688<br />
wuethrich-andreas@gmx.net<br />
2<br />
BU
BU<br />
Maschinentechnik<br />
Wüthrich Jan<br />
1982<br />
079 372 46 86<br />
Mécanique<br />
jan.wuethrich@gmx.ch<br />
Bügel mit Spalt-<br />
lampe<br />
Aktuelle Umfeld-<br />
beleuchtung<br />
Umfeldbeleuchtung für Augendiagnostik<br />
Ophthalmologisches Instrument, Produktentwicklung / Dr. Guido Bucher<br />
Experte: Dr. Paul Gygax / Haag-Streit AG<br />
Für ärztliche <strong>Unter</strong>suchungen am Auge werden Spaltlampen eingesetzt. Neben dem Lichtspalt, welcher<br />
auf das Auge projiziert wird, gibt es eine weitere Beleuchtung, die Umfeldbeleuchtung. Dieses<br />
zusätzliche Bauelement wird vor allem bei den neusten Generationen von Spaltlampen benötigt,<br />
bei welchen das Auge fotografiert wird <strong>und</strong> die Diagnose anschliessend am Computer vorgenommen<br />
wird. Die Firma Haag-Streit stellt erfolgreich solche Diagnosegeräte her. Mit der stetigen Entwicklung<br />
von Leuchtdioden (LED) entstand allerdings der Wunsch von der Erzeugung des Lichtes<br />
mit Halogenlampen wegzukommen <strong>und</strong> eine kompaktere <strong>und</strong> effizientere Beleuchtung mit LEDs zu<br />
entwickeln.<br />
Ausgangslage<br />
Um bestmögliche Bilder für die Diagnose<br />
des Auges zu bekommen<br />
ist eine gute Umfeldbeleuchtung<br />
ein zentrales Element. Es wurde<br />
bereits versucht, aufgenommene<br />
Bilder im Nachhinein mittels Bildverarbeitung<br />
zu verbessern. Man<br />
kam jedoch zum Schluss, dass<br />
eine gute Beleuchtung bessere Ergebnisse<br />
liefern kann <strong>und</strong> zudem<br />
auch einfacher ist. Bei der Entwicklung<br />
der neuen Beleuchtung soll<br />
deshalb nicht nur eine neue Art der<br />
Lichterzeugung mittels Leuchtdioden<br />
eingesetzt werden, sondern<br />
noch weitere Punkte berücksichtigt<br />
werden. Ein wichtiger Aspekt, welcher<br />
bis anhin noch wenig beachtet<br />
wurde, ist das Beleuchtungsprofil.<br />
Es sollte hinsichtlich der Beleuch-<br />
Diagnosegerät Spaltlampe<br />
tungsstärke im Zentrum des Auges<br />
ein Minimum aufweisen <strong>und</strong> gegen<br />
aussen zunehmen. Des Weiteren<br />
wünscht man, dass die Farbtemperaturen<br />
der Umfeldbeleuchtung<br />
<strong>und</strong> der Spaltlampe identisch sind.<br />
Da es sich um unterschiedliche<br />
Lichtquellen handelt muss die Farbtemperatur<br />
angepasst werden. Die<br />
Lichtstärke sollte schliesslich auch<br />
dimmbar sein, was die Farbtemperatur<br />
zusätzlich beeinflusst. Natürlich<br />
soll die gewohnte Helligkeit<br />
beibehalten werden.<br />
Optik<br />
Die neue Umfeldbeleuchtung wurde<br />
mit mehreren RGB-LED realisiert.<br />
RGB Dioden beinhalten pro<br />
Exemplar jeweils drei Emitter in den<br />
drei Gr<strong>und</strong>farben. Durch die Farbmischung<br />
kann nun fast jede Farbe<br />
erzeugt werden <strong>und</strong> natürlich auch<br />
eine weisse Beleuchtung. Durch<br />
eine gezielte Kombination der Farben<br />
kann somit auch die Farbtemperatur<br />
des weissen Lichtes stufen-<br />
Entwickelte Linse mit spezieller Geometrie<br />
los eingestellt <strong>und</strong> ebenfalls einfach<br />
<strong>und</strong> schnell verändert werden.<br />
Das spezielle Beleuchtungsprofil<br />
wird mit Linsen erzeugt. Durch<br />
eine bestimmte Linsenform <strong>und</strong><br />
der Kombination von mehreren Dioden<br />
kann so die gewünschte Beleuchtung<br />
erzeugt werden. Mit den<br />
auf dem Markt erhältlichen Linsen<br />
könnte das Profil zwar erzeugen<br />
werden, jedoch wird die Farbmischung<br />
ebenfalls beeinflusst. Genauer<br />
gesagt wird nicht mehr ein<br />
einheitlich weisses Licht erzeugt<br />
<strong>und</strong> es ent<strong>stehen</strong> sogar farbige Zonen.<br />
Dieses Problems war nur mit<br />
einer Entwicklung einer speziellen<br />
Linse zu lösen. Durch diverse Berechnungen<br />
<strong>und</strong> Versuche konnte<br />
schliesslich eine Linse mit einer geeigneten<br />
Form konstruiert werden,<br />
welche ein bestimmtes Beleuchtungsprofil<br />
<strong>und</strong> gleichzeitig einheitlich<br />
weisses Licht erzeugt.<br />
Konstruktion<br />
Neben der Optik ist ein weiterer Teil<br />
der Arbeit, einen Prototyp zu entwickeln<br />
<strong>und</strong> herzustellen. Gleichzeitig<br />
wurde ebenfalls die Elektronik für<br />
die Einstellung der Farbtemperatur<br />
<strong>und</strong> der Helligkeit ausgelegt <strong>und</strong> integriert.<br />
2 6 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Softwareaktualisierung für Musikrollenscanner<br />
Systemsoftware / Prof. Daniel Debrunner<br />
Experte: Peter Paul Knobel<br />
Mechanische Instrumente gibt es schon seit Menschengedenken. Doch erst um das Jahr 900 entstanden<br />
pneumatische Klavier- <strong>und</strong> Orgelspielapparate, die mit gestanzten Papierrollen als Datenträger<br />
funktionierten. Die Verbreitung dieser Instrumente war enorm. Doch ihr Ende wurde durch<br />
die Erfindung des Phonographen durch Thomas A. Edison eingeleitet. In der grossen Zeit der Musikautomaten<br />
bis ca. 9 0 wurde eine Riesenmenge Musikrollen produziert, die später häufig nur<br />
noch den Platz in der Abstellkammer einnahmen. So sind sehr viele Interpretationen jener Zeit von<br />
klassischer oder von <strong>Unter</strong>haltungsmusik in Vergessenheit geraten. Mit dem Musikrollenscanner<br />
kann dieses Kulturgut vor dem Zerfall bewahrt <strong>und</strong> mit geeigneter Reproduktion einem breiten Publikum<br />
zugängig gemacht werden.<br />
Der Musikrollenscanner wurde in<br />
vorangegangenen Studentenarbeiten<br />
konstruiert, gebaut <strong>und</strong> programmiert.<br />
Er wurde konstruktiv<br />
<strong>und</strong> antriebsseitig weiter verbessert,<br />
so dass nun ein zuverlässiges<br />
Gerät bereitsteht. Kernstücke des<br />
Gerätes sind die Zeilenkamera, die<br />
Positionsaufnahme sowie die neuen<br />
Antriebe <strong>und</strong> deren Motorenregler.<br />
Gesteuert wird das ganze System<br />
mit einer C++ Anwendung über<br />
einen Desktop-PC.<br />
Die Musikrollen werden mit einer<br />
Zeilenkamera (2‘048 Bildpunkte, 8<br />
Bit Graustufen) im Durchlichtverfahren<br />
kontinuierlich abgetastet. Dieser<br />
Vorgang erzeugt ein Bild von bis zu<br />
50 m Länge mit einer unkomprimierten<br />
Pixeldatenmenge von bis<br />
zu 1 GB.<br />
Der Musikrollenscanner ist so konzipiert,<br />
dass er die verschiedensten<br />
Fabrikate verarbeiten kann. Diese<br />
unterscheiden sich wesentlich in<br />
der Papierbreite, der Anzahl Spuren<br />
<strong>und</strong> der Codierung der Funktionen<br />
(Blockskala).<br />
Die Bilddaten werden unverarbeitet<br />
zwischengespeichert, archiviert<br />
<strong>und</strong> dienen zukünftigen Auswertungsformen<br />
als Rohmaterial.<br />
In einem weiteren Verarbeitungsschritt<br />
werden aus den Spurdaten<br />
MIDI Dateien erzeugt. Einige Parameter<br />
wie Originalgeschwindigkeit,<br />
Spurzuweisungen sind nicht immer<br />
bis ins letzte Detail vorhanden. Hier<br />
beginnt die grosse Arbeit der Musikbearbeitung.<br />
Denn alle Fehler in<br />
der Rolle, seien es Fehlstanzungen,<br />
Klebestellen oder ähnliches treten<br />
nun an den Tag. Jedes Stück muss<br />
durchgehört <strong>und</strong> für das Zielinstrument<br />
arrangiert werden. Mit diesen<br />
MIDI-Dateien ist nun alles machbar,<br />
was die elektronische Musikwelt<br />
ermöglicht, auch das Abspielen auf<br />
historischen, elektromechanischen<br />
Instrumenten.<br />
Für musikwissenschaftliche Arbeiten<br />
ist der Originalpapierdatenträger<br />
nicht geeignet, da weder für<br />
jeden Rollentyp funktionsfähige<br />
Instrumente zur Verfügung <strong>stehen</strong>,<br />
noch eine durchaus reale Anzahl<br />
von 1’000 Rollen gehandelt werden<br />
kann. Hier setzt die Musikrollendatenbank<br />
an, die nicht nur die<br />
Originalspurendaten, sondern auch<br />
musikalische Abstracts, Klassierungskriterien<br />
<strong>und</strong> Notizen zu jeder<br />
Rolle verwaltet.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Maschinentechnik<br />
Mécanique<br />
Zaugg Marco<br />
1983<br />
079 654 51 86<br />
marco.zaugg@besonet.ch<br />
2 7<br />
BU
BI<br />
Aebi Jürg<br />
1983<br />
Mikrotechnik<br />
Microtechnique<br />
032 322 26 07<br />
juergaebi@hotmail.com<br />
Optical Coherence Tomography<br />
Optik / Prof. Christoph Meier<br />
Experte: Dr. Toralf Scharf<br />
Dreidimensionale Bildgebungsverfahren haben in den letzten Jahren stark an Bedeutung zugenommen,<br />
insbesondere in der Biomedizin erfreuen sich solche nichtinvasiven <strong>Unter</strong>suchungsmethoden<br />
grösster Beliebtheit. Optical Coherence Tomography, kurz OCT, ist eine davon. Das Verfahren<br />
kann man mit der allgemein bekannten Ultraschalluntersuchung vergleichen, jedoch sind sowohl<br />
der Messbereich wie auch die Auflösung ca. 0-mal kleiner. Somit werden auch ganz andere Anwendungsgebiete<br />
erschlossen.<br />
Schematische Ansicht der Messeinrichtung<br />
<strong>Technik</strong><br />
OCT ist ein indirektes Messverfahren,<br />
die physikalische Grösse, in<br />
unserem Fall eine Distanz, kann<br />
also nicht direkt abgelesen werden.<br />
Das Verfahren basiert auf der Überlagerung<br />
von Lichtwellen. In optischen<br />
Fasern geführtes Licht wird<br />
in zwei Strahlen aufgeteilt. Am einen<br />
Ende steht ein Referenzspiegel,<br />
am anderen das Messobjekt. Reflektiertes<br />
Licht kommt von beiden<br />
Armen zurück <strong>und</strong> wird miteinander<br />
überlagert. Es ent<strong>stehen</strong> Interferenzbilder,<br />
die durch aufwendige Signalverarbeitung<br />
in die gewünschte<br />
Tiefeninformation umgeformt werden.<br />
Das Auflösungsvermögen<br />
liegt bei einigen Mikrometern <strong>und</strong><br />
die maximale Messtiefe beträgt ca.<br />
2-3 mm. Anders als bei herkömmlichen<br />
optischen Messverfahren ist<br />
die Tiefenauflösung nicht durch die<br />
verwendeten Linsen, sondern alleine<br />
durch das Spektrum der Lichtquelle<br />
begrenzt.<br />
Anwendungen<br />
Durch die Verwendung einer Infrarotlichtquelle<br />
hat man den Vorteil,<br />
dass in diesem Wellenlängenbereich<br />
das Hautgewebe transparent<br />
ist. Dadurch sind Hautanalysen in<br />
der Dermatologie möglich, um z. B.<br />
frühzeitig Hautkrebserkrankungen<br />
erkennen zu können. Eine andere<br />
Anwendung liegt in der Augen-<br />
Gemessenes Signal bei der Verwendung einer Glasplatte als Sample<br />
heilk<strong>und</strong>e, es ist nun möglich eine<br />
Schnittansicht parallel zur optischen<br />
Achse zu erzeugen. Somit ergibt<br />
sich eine ganz neue Perspektive,<br />
man ist nicht länger auf die zweidimensionale<br />
Ansicht eines konventionellen<br />
Mikroskops beschränkt. Es ist<br />
auch denkbar ein Analysegerät zu<br />
entwickeln, um Oberflächenstrukturen<br />
von mechanisch bearbeiteten<br />
Industrieteilen zu überprüfen.<br />
Ausblick<br />
Im nächsten Jahr soll diese Arbeit als<br />
BFH Forschungsprojekt weitergeführt<br />
werden. Das Ziel der Optikgruppe ist<br />
es, auf dem Gebiet dieser neuartigen<br />
<strong>und</strong> zukunftsträchtigen Technologie<br />
Fuss zu fassen. Es soll evaluiert werden,<br />
wie man dieses Messverfahren<br />
in verschiedenen Bereichen, auch<br />
ausserhalb der Biomedizin, einsetzen<br />
könnte. Interessiert ist man aber<br />
auch an der Weiterentwicklung <strong>und</strong><br />
Optimierung des Verfahrens.<br />
2 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Schwebendes Mobile<br />
Regelungstechnik / Prof. Dr. Peter A. Neukomm, Prof. Dr. Josef Goette<br />
Experte: Peter Zankl<br />
Eine mit Permanentmagneten versehene Dreiecksplatte wird mit drei Elektromagneten zum Schweben<br />
gebracht. Auf der Platte befindet sich eine frei rollende Kugel, die kontrolliert bewegt wird. Die<br />
Rollbewegung der Kugel erfolgt durch die Variation der Höhenlage an den einzelnen Eckpunkten<br />
der Dreiecksplatte. Die momentane Lage der Kugel wird durch Kraftmessungen an den drei Aufhängungen<br />
berechnet. Der Aufbau ist ein Ausstellungsobjekt, das vorwiegend zu Demonstrationszwecken<br />
eingesetzt werden soll. Allerdings könnte dieses Projekt eine industrielle Anwendung bei<br />
magnetisch gelagerten Tischen finden.<br />
Ausgangslage<br />
In der vorangegangenen Semesterarbeit<br />
wurde ein einfacheres Modell<br />
mit einem schwebenden U-Profil<br />
aufgebaut, um die Machbarkeit zu<br />
untersuchen. Der Aufbau wurde<br />
mit zwei Schwebesystemen, die<br />
aus Laborarbeiten entstanden sind,<br />
realisiert. Diese Systeme arbeiten<br />
mit einem analogen PD-Regler. Die<br />
Stabilisierung des Schwebemagneten<br />
ist dabei auf einen Arbeitspunkt<br />
beschränkt, was die Variation der<br />
Höhenlage einschränkt.<br />
Vorgehen<br />
Um die Einschränkungen des<br />
Schwebesystems zu umgehen<br />
wird der analoge Regelkreis durch<br />
einen digitalen Regelkreis ersetzt.<br />
Als Entwicklungswerkzeuge werden<br />
MATLAB/Simulink zusammen<br />
mit einer real-time proccessing box<br />
von dSPACE verwendet.<br />
Anfangs wurde der analoge PD-<br />
Regler aus dem Schwebesystem<br />
digital implementiert, um weitergehende<br />
Regler im closed-loop System<br />
zu untersuchen. Anschliessend<br />
wurde ein tracking-Regler,<br />
basierend auf einem feedback-linearisierten<br />
Modell des Schwebemagnetsystems<br />
verwendet. Dieser<br />
Regler zeichnet sich durch einen<br />
grossen vertikalen Hub aus.<br />
Zur Positionsbestimmung der Kugel<br />
werden Kraftmessungen an<br />
den Eckpunkten der Dreiecksplatte<br />
durchgeführt. Die Kraft wird mit der<br />
Messung des <strong>Strom</strong>es bestimmt,<br />
der durch den Elektromagneten<br />
fliesst. Mit dem Hebelgesetz kann<br />
die Position der Kugel berechnet<br />
werden.<br />
Versuchsaufbau mit einer schwebenden Dreiecksplatte<br />
Wenn sich die Kugel bewegt, ändert<br />
sich die Kraft an den drei Aufhängungen.<br />
Diese Änderung wirkt<br />
bei den Reglern als Störgrösse. Mit<br />
den Kraftmessungen können die<br />
Regler adaptiv den Änderungen der<br />
Kraft angepasst werden.<br />
Mit der beschriebenen Aktorik <strong>und</strong><br />
Sensorik kann nun die Kugel kontrolliert<br />
bewegt werden. Es lassen<br />
sich verschiedene Bewegungsbahnen<br />
auf der Platte realisieren,<br />
wie zum Beispiel ein Kreis oder<br />
eine Spirale.<br />
Ausblick<br />
Für eine kostengünstige Realisierung<br />
dieses Ausstellungsobjektes<br />
muss die Software auf einem DSP<br />
(Digital Signal Processor) oder<br />
einem high-speed Mikrocontroller<br />
implementiert werden.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Mikrotechnik<br />
Microtechnique<br />
Amstutz Meric<br />
1983<br />
076 538 38 49<br />
meric.amstutz@bluewin.ch<br />
2 9<br />
BI
BI<br />
Barnetta Mario<br />
1980<br />
Mikrotechnik<br />
Microtechnique<br />
079 355 35 91<br />
barnetta@gmx.ch<br />
Neues Tonometer zur Augendruckbestimmung<br />
Medizintechnik / Prof. Dr. Jürgen Burger<br />
Experte: Dr. Jens Kowal<br />
Die Tonometrie ist eine ophtalmologische <strong>Unter</strong>suchung zur Früherkennung eines Glaukoms (Grüner<br />
Star). Bei dieser Augenkrankheit kommt es durch einen Überdruck im Augeninneren zu einer<br />
irreversiblen Schädigung vom Sehnerv. Hierbei kommt es durch Minderdurchblutung zum Verlust<br />
einzelner Nervenfasern, schlimmstenfalls zum Absterben des gesamten Sehnervs, also zur Erblindung.<br />
Diese Erkrankung gehört heute zu den häufigsten Erblindungsursachen <strong>und</strong> kann nur durch eine regelmässige<br />
Routineuntersuchung beim Augenarzt bestimmt werden. Zu dieser Risikogruppe gehört<br />
die gesamte Bevölkerung ab einem Alter von 0 Jahren.<br />
Diagnose<br />
Um den Augeninnendruck möglichst<br />
genau bestimmen zu können<br />
wird die Messung mit einem Applanationstonometer<br />
nach Goldmann 1<br />
vorgenommen. Bei diesem Verfahren<br />
wird das Auge auf eine bestimmte<br />
Fläche von 3.06 mm 2 abgeplattet.<br />
Die Kraft, welche aufgebracht werden<br />
muss, lässt auf den Intraokularen<br />
Druck schliessen. Bei einem<br />
ges<strong>und</strong>en Auge liegt dieser Wert<br />
zwischen 11 <strong>und</strong> 21 mmHg.<br />
Da die Messung indirekt vorgenommen<br />
wird, ist das Resultat mit<br />
einem systematischen Fehler behaftet.<br />
Blinder Fleck<br />
(Austrittstelle des Sehnervs)<br />
Deutlicher Glaukomschaden<br />
“Wird vom Patienten<br />
meistens nicht bemerkt”<br />
Fortgeschrittener Glaukomschaden<br />
Vorgehen<br />
In einem ersten Schritt wird die Charakteristik<br />
des be<strong>stehen</strong>den Applanationstonometers<br />
nach Goldmann<br />
mittels eines Messversuches ermittelt.<br />
Die erfassten Daten dienen als<br />
Gr<strong>und</strong>lage zur Konstruktion eines<br />
neuartigen Prototyps. Ziel der Arbeit<br />
ist es, diesen Prototyp zu realisieren<br />
um die Machbarkeit des neuen<br />
Prinzips zu testen.<br />
Normales Gesichtsfeld<br />
Stadien des Gesichtsfeldausfalls<br />
Gesichtsfeldausfall<br />
Prototyp<br />
Die Herausforderungen an die Mechanik<br />
zeichnen sich dadurch aus,<br />
dass sie auf kleinstem Raum realisiert<br />
werden muss. Des Weiteren<br />
ist eine reibarme Lagerung zu realisieren<br />
um die Reibeinflüsse am<br />
Messkörper möglichst gering zu<br />
halten, da diese die sensiblen Messungen<br />
negativ beeinflussen.<br />
Die Steuerung der elektronischen<br />
Bauteile geschieht mit Hilfe der<br />
graphischen Programmierungssoftware<br />
“LabVIEW”.<br />
CAD Modell<br />
1Das Standardgerät der Tonometrie <strong>und</strong> bislang<br />
einzige bei klinischen <strong>Unter</strong>suchungen<br />
anerkannte Gerät ist das Goldmannsche Applanationstonometer,<br />
benannt nach dem Entwickler<br />
des Verfahrens (H. Goldmann).<br />
220 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
BI<br />
Barré Sébastien<br />
1984<br />
222<br />
Mikrotechnik<br />
Microtechnique<br />
079/386.98.77<br />
s.barre@gmx.ch<br />
Instrument pour le traitement de la Sténose Spinale<br />
Technique médicale / Prof. Dr. Jürgen Bürger, Prof. Jean-Martin Rufer<br />
Dr. Stefan Schaeren / Hôpital universitaire de Bâle / Expert: Frank Zumkehr<br />
Grâce aux avancées médicales des dernières décennies, l’espérance de vie de la population est<br />
en général prolongée. Cela a pour conséquence de rendre courantes des maladies que nous ne<br />
connaissions que peu ou pas dans le passé. Comme exemple on peut citer l’Alzheimer, la maladie<br />
de Parkinson et le diabète de vieillesse. Nos organes ne sont pas les seuls touchés par ces dégénérescences<br />
mais aussi notre squelette. La sténose spinale s’attaque à la colonne vertébrale et cause<br />
de grandes douleurs aux malades. L’intervention chirurgicale est un des moyens d’apporter la guérison.<br />
Le travail de diplôme suivant consiste à améliorer la technique d’opération en développant un<br />
nouvel instrument.<br />
La sténose spinale<br />
Cette maladie est un déplacement<br />
d’une vertèbre lombaire qui, en<br />
bougeant, crée un rétrécissement<br />
du canal vertébral, ce qui conduit à<br />
un écrasement de la moelle épinière.<br />
Les effets ressentis vont d’une impression<br />
de fourmis dans les jambes<br />
jusqu’à la paralysie des membres<br />
inférieurs dans les cas les plus<br />
avancés. Une thérapie possible se<br />
fait grâce à une intervention chirurgicale<br />
qui aura pour but d’augmenter<br />
le diamètre du canal vertébral.<br />
Pour cela, il y a deux possibilités.<br />
On peut soit agrandir l’intérieur du<br />
canal soit tout simplement enlever<br />
le processus épineux de la vertèbre<br />
utilisant une ostéotomie. Ces manières<br />
de procéder sont des interventions<br />
assez lourdes pour les tissus<br />
et l’organisme; cela représente<br />
un risque élevé pour les patients<br />
qui sont, dans la majorité des cas,<br />
d’un âge avancé.<br />
La construction<br />
Le travail consiste à développer<br />
l’instrument demandé. A notre<br />
connaissance il n’existe rien de similaire<br />
sur le marché, c’est pourquoi<br />
nous avons commencé par<br />
une étude de principe lors du travail<br />
de semestre. Le diplôme est en<br />
fait la réalisation d’un premier prototype.<br />
Ce travail a surtout consisté<br />
Processus épineux<br />
Lame<br />
Pédicule<br />
Vue supérieure<br />
d’une vertèbre lombaire normale<br />
à trouver des idées pour résoudre<br />
les exigences techniques et médicales<br />
posées par le cahier des<br />
charges que nous avons reçu du<br />
Dr. Schaeren. Cela nous a amenés<br />
a employer des softwares (comme<br />
Unigraphics, Labview et Matlab)<br />
qui sont des programmes courants<br />
dans le quotidien d’un ingénieur.<br />
Articulation facettaire<br />
supérieure<br />
Canal vertébral<br />
Corps vertébral<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Laserbearbeitung in der Mittelohrchirurgie<br />
Optik / Prof. Christoph Meier, Prof. Dr. Martin Frenz, IAP Uni Bern<br />
Experte: Dr. Toralf Scharf<br />
Die Implantation einer neuen, verbesserten Prothese für den kleinsten Knochen im menschlichen<br />
Körper, den Steigbügel im Mittelohr, erfordert eine neue Operationsmethode. Ziel dieser neuen Operationstechnik<br />
ist es, auch Patienten mit Erkrankung der Gehörschnecke einen verbesserten Höreindruck<br />
zu ermöglichen. Für die Operation kommt ein Erbium-Laser zum Einsatz: Mit ihm wird ein<br />
0. mm grosses Loch in die Fussplatte des Steigbügels geschossen. Ein Teststand be<strong>stehen</strong>d aus<br />
einem Erbiumlaser, einer kleinen Küvette mit Wasser als Innenohrmodell, einer Piezofolie als Drucksensor<br />
sowie einer Optik für Schlierenbilder soll Aufschluss über die für die Perforation benötigte<br />
Energie, die Sicherheit <strong>und</strong> die erreichbare Präzision geben.<br />
Otosklerose ist eine Erkrankung<br />
des Mittel- <strong>und</strong> Innenohrs. Sie führt<br />
zu Gehörverlust, da durch Verknöcherung<br />
des Steigbügels (Stapes)<br />
die Schallübertragung ins Innenohr<br />
gestört wird. Otosklerose wird operativ<br />
behandelt, indem nach Perforation<br />
der Stapesfussplatte eine<br />
Prothese als Steigbügelersatz eingesetzt<br />
wird. Der Zugang zur Gehörkette<br />
erfolgt klassischerweise<br />
durch das Trommelfell. In 90 % der<br />
Fälle kann dadurch eine deutliche<br />
Verbesserung des Hörvermögens<br />
erzielt werden. In etwa 30 % der Fälle<br />
ist jedoch auch das Innenohr betroffen.<br />
Um auch diesen Patienten<br />
Teststand mit Optik zur Schlierenfotografie<br />
eine Verbesserung des Hörvermögens<br />
zu ermöglichen, soll eine<br />
neuartige Prothese durch einen mit<br />
einem Hörgerät gekoppelten Aktor<br />
angeregt werden. Auf diese Weise<br />
kann die Amplitude der ins Innenohr<br />
eingekoppelten Schallwelle<br />
deutlich erhöht werden.<br />
Neu muss zusätzlicher Platz geschaffen<br />
werden um den Aktor zu<br />
implantieren <strong>und</strong> mit Energie- <strong>und</strong><br />
Signalleitungen zu versorgen. Dazu<br />
soll ein künstlicher Zugang durch<br />
die Schädeldecke ins Mittelohr<br />
realisiert werden. Das Trommelfell<br />
wird nicht mehr geöffnet. Dadurch<br />
entfällt jedoch die direkte Sicht auf<br />
Offener Aufbau des Erbium-Lasers, Helium-Neon-Laser als Einrichthilfe<br />
den Stapes <strong>und</strong> damit aufs Operationsfeld.<br />
Die BFH befasst sich im<br />
Rahmen eines KTI-Projekts mit der<br />
Entwicklung eines Instruments mit<br />
integriertem Endoskop für die neue<br />
Operationstechnik.<br />
Um das 0.4 mm kleine Loch zu<br />
bohren, soll ein gepulster Erbium-<br />
Laserstrahl bei einer Wellenlänge<br />
von 3 µm zum Einsatz kommen,<br />
dessen Strahlung sehr stark von<br />
Wasser absorbiert wird. Tritt der<br />
Laserstrahl aber mit zu hoher Energiedichte<br />
auf die Gehörflüssigkeit<br />
in der Cochlea, entsteht für kurze<br />
Zeit eine Kavitationsblase (eine Art<br />
Dampfblase). Beim Kollaps dieser<br />
Blase können hohe Druckspitzen<br />
ent<strong>stehen</strong>, die beim Patient ein<br />
Hörtrauma erzeugen können.<br />
Auf einem Teststand soll die Laser-<br />
Knochen-Wechselwirkung mit Hilfe<br />
von 0.2 bis 0.3 mm dicken Knochenspänen<br />
detailliert untersucht<br />
werden. <strong>Unter</strong> dem Knochenspan<br />
befindet sich eine Küvette, gefüllt<br />
mit Wasser. Die Schlierenfotografie<br />
zeigt die Entstehung <strong>und</strong> den Kollaps<br />
der Kavitationsblase in der Küvette.<br />
Auf dem Gr<strong>und</strong> der Küvette<br />
befindet sich eine Piezofolie (Folie<br />
aus PVDF die in einem starken Feld<br />
polarisiert wurde <strong>und</strong> deshalb einen<br />
Piezoeffekt aufweist). Mit ihr kann<br />
der Druckverlauf in der Küvette gemessen<br />
werden. Die ideale Pulsdauer,<br />
die Energie des Lasers sowie<br />
die Toleranz für den Abstand zum<br />
Gewebe sollen empirisch ermittelt<br />
werden. Daraus soll ein Entwurf für<br />
die Optik ent<strong>stehen</strong>, die später im<br />
Instrument implementiert wird.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Mikrotechnik<br />
Microtechnique<br />
Bürgi Stefan<br />
1982<br />
079 773 44 35<br />
stebuergi@bluewin.ch<br />
22<br />
BI
BI<br />
Henning Stefan<br />
1982<br />
22<br />
Mikrotechnik<br />
Microtechnique<br />
0764957942<br />
henns@bfh.ch<br />
Automation of a Positioning System for a SEM-indenter<br />
Mechatronics / Prof. Dr. Walther Peter<br />
Expert: Simon Hofstetter / EMPA Thun<br />
This diploma thesis was performed in collaboration with the Materials Technology Laboratory of the<br />
EMPA in Thun. A specialty of this laboratory is to perform instrumented indentation tests inside a<br />
Scanning Electron Microscope (SEM). The aim of the thesis was to develop and to test a computercontrolled<br />
coarse-approach for a SEM indentation device.<br />
In a typical instrumented indentation<br />
test (IIT) a diamond indentation<br />
tip is pressed into the sample<br />
surface but – in addition to conventional<br />
hardness tests – the applied<br />
load and the displacement into the<br />
surface are continuously measured<br />
during the complete loading-unloading<br />
cycle. Using models based<br />
on elastic contact theory it is possible<br />
to calculate the sample hardness<br />
and Young’s modulus from<br />
the load-displacement curves.<br />
Today there is an increasing demand<br />
to visualize the indentation<br />
zone during an IIT measurement to<br />
better <strong>und</strong>erstand the deformation<br />
behavior of materials. For this purpose<br />
the EMPA has developed an<br />
in-situ SEM IIT device.<br />
The IIT device uses a combination<br />
of sliding and flexure mechanisms<br />
to provide a coarse and fine tipsample<br />
approach, a stack piezo<br />
actuator to drive the tip into the<br />
sample and a load cell to hold the<br />
sample and record the force. The<br />
piezo actuator has a built-in strain<br />
gauge used as a displacement<br />
transducer.<br />
The objective of this diploma project<br />
was to retrofit this IIT-device. The<br />
primary objective was to automate<br />
the coarse approach system of the<br />
indenter tip. The coarse approach<br />
was handled manually prior to the<br />
retrofitting.<br />
In order to achieve these demands<br />
several challenges had to be overcome.<br />
The SEM operates in vacuum<br />
conditions, so vacuum compatible<br />
components had to be selected<br />
for the IIT-upgrade.<br />
An additional objective was to use<br />
the coarse approach system directly<br />
as an actuator for indentation<br />
with displacements larger than 20<br />
micrometers.<br />
This additional task was especially<br />
challenging. For this task to succeed<br />
the actuation of the indentation<br />
tip needed a minimum resolution of<br />
50nm and a fluent motion speed of<br />
50nm per second. Furthermore, a<br />
transition system of extreme stiffness<br />
between the actuator and the<br />
coarse positioning system was required.<br />
Another problem was the<br />
unpredictable effects of stick-slip<br />
which occurs at such low speeds<br />
and resolutions. Adding the limited<br />
space and the vacuum environment<br />
in which the IIT-device operates<br />
only very few solutions for this<br />
problem could be fo<strong>und</strong>.<br />
To meet all these demands we have<br />
constructed a lever system. A stepper<br />
motor and a spindle are used<br />
to move the lever, which in return<br />
moves the coarse positioning table.<br />
This system provides a very<br />
stiff movement with a resolution of<br />
10nm and minimum fluent speed of<br />
50nm per second.<br />
The IIT-device: Prior to the retrofitting the precision screw was used to move the linear stage<br />
manually.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Leistungssteuerung für das navigierte Fräsen<br />
Medizinaltechnik / Prof. Dr. Jürgen Burger, Prof. Dr. Tim Lüth; MiMed TU München<br />
Experte: dipl. Ing. Ralf Tita<br />
In den letzten Jahren werden zunehmend Navigationssysteme in der Chirurgie verwendet. Die Hauptaufgabe<br />
der Navigationssysteme ist die Darstellung der Position von chirurgischen Instrumenten<br />
relativ zu radiologischen Daten wie z.B. CT, MRT, Röntgen- oder Ultraschallbildern. Neuere Systeme<br />
verwenden das am MiMed entwickelte Prinzip Navigated Control, um die abgegebene Leistung eines<br />
chirurgischen Instruments, relativ zur Position <strong>und</strong> einer präoperativen Planung zu begrenzen.<br />
Problemstellung<br />
Die bisherigen klinisch einsetzbaren<br />
Navigated Control Systeme arbeiten<br />
nach dem Ein/Aus-Prinzip, das<br />
heisst die Leistung eines aktiven<br />
Instruments wird positionsabhängig<br />
freigegeben oder abgeschaltet.<br />
Bei aktiven materialabtragenden Instrumenten,<br />
wie z.B. chirurgischen<br />
Highspeed Fräsen, reicht das einfache<br />
Ein/Aus-Verfahren nicht aus<br />
um eine Zielkavität exakt abzutragen.<br />
Der Einfluss des Nachlaufs der<br />
Instrumente <strong>und</strong> unterschiedliche<br />
Bewegungsgeschwindigkeiten bei<br />
der Freihandführung können nur<br />
mit Hilfe geregelter Leistungsabgabe<br />
der Instrumente genau genug<br />
eingestellt werden.<br />
System für Navigated Control zum Fräsen an<br />
der Schädelbasis<br />
Aufgabenstellung<br />
Ziel dieser Diplomarbeit war es, ein<br />
am Lehrstuhl für Mikrotechnik <strong>und</strong><br />
Medizingerättechnik entwickeltes<br />
Steuergerät für das Fräsen mit Navigated<br />
Control um eine Leistungssteuerung<br />
zu erweitern. Das System<br />
zeichnet sich durch die folgenden,<br />
über die bisherige Realisierung herausgehenden<br />
Eigenschaften, aus:<br />
- Leistungsreglung einer chirurgischen<br />
Highspeed-Fräse.<br />
- Entwurf <strong>und</strong> Aufbau der Steuerelektronik.<br />
Diese musste<br />
kompatibel zu den am Lehrstuhl<br />
entwickelten Navigated-<br />
Control Systemen sein.<br />
- Modularer <strong>und</strong> flexibeler Aufbau,<br />
damit auch andere als die<br />
vorhandenen chirurgischen<br />
Fräsen angeschlossen werden<br />
können.<br />
- Entwurf <strong>und</strong> Integration der<br />
Regelalgorithmen.<br />
- Parametrisieren der Reglerstruktur<br />
zur Anpassung an<br />
verschiedene Fräsen.<br />
- Erweiterung der Sicherheitsarchitektur<br />
für den chirurgischen<br />
Einsatz.<br />
- Erweiterung der bisherigen,<br />
DOS-basierten Steuersoftware.<br />
- Serielle Kommunikation mit<br />
Navigationssystem zum Übertragen<br />
der aktuellen Abstände<br />
zwischen Fräser <strong>und</strong> Zielgeometrie<br />
sowie der aktuellen<br />
Bewegungsgeschwindigkeit.<br />
- Plausibilitätsprüfung der empfangenen<br />
Steuerkomandos <strong>und</strong><br />
Überprüfen der eingestellten<br />
<strong>und</strong> tatsächlichen Leistung der<br />
Fräse.<br />
- Integration in vorhandenes PCbasiertes<br />
Steuergerät.<br />
- Dokumentation der Komponenten<br />
<strong>und</strong> der Steuersoftware.<br />
- Experimenteller Nachweis der<br />
erzielten Funktionalität.<br />
Elektronik für die Leistungssteuerung<br />
PC-basiert Steuerungs-Einheit<br />
Ausblick<br />
Im Anschluss an die Diplomarbeit<br />
werden die Dokumentation <strong>und</strong><br />
Produktakten für eine Zulassung<br />
nach dem Medizinproduktegesetz<br />
MPG erstellt. Ab März wird das Gerät<br />
im Rahmen klinischer Studien<br />
eingesetzt.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Mikrotechnik<br />
Microtechnique<br />
Hogg Andreas<br />
1982<br />
079 458 56 53<br />
andreas@hogg.ch<br />
22<br />
BI
BI<br />
Jäggi Sibylle<br />
1982<br />
226<br />
Mikrotechnik<br />
Microtechnique<br />
s.jaeggi@gmx.ch<br />
SpectroStick<br />
Optik / Prof. Christoph Meier<br />
Experte: Dr. Toralf Scharf<br />
Die Nuance der Farbe ist entscheidend…<br />
Neben der rein technischen Zuverlässigkeit eines Produktes tritt zunehmend die ästhetische Qualität<br />
in den Vordergr<strong>und</strong>. In der industriellen Fertigung spielt nicht nur die Form, sondern auch die<br />
Farbe eine wichtige Rolle in der Qualitätssicherung. In dieser Diplomarbeit wird eine preisgünstige,<br />
aber trotzdem sehr sensible Farberkennungsmethode entwickelt. Der SpectroStick soll nicht nur<br />
das sichtbare Spektrum, sondern auch UV- <strong>und</strong> IR-Strahlung erfassen können.<br />
Farbmessungen haben das Ziel,<br />
mittels mathematischer Formeln<br />
das visuelle Ergebnis einer Farbbetrachtung<br />
oder eines Farbvergleichs<br />
zahlenmässig zu beschreiben. Damit<br />
gelingt es, die Farbinformation<br />
ohne Farbmuster allein durch Zahlen<br />
zu übermitteln. Für diese Aufgaben<br />
<strong>stehen</strong> zur Zeit zwei verschiedene<br />
Messverfahren zur Verfügung:<br />
Das Dreibereichsverfahren funktioniert<br />
wie unser Auge. Vor drei<br />
Fotodioden ist jeweils ein Filter in<br />
der Farbe Rot, Grün oder Blau angebracht.<br />
Das von einer Probe reflektierte<br />
Licht wird von den drei<br />
Sensoren empfangen <strong>und</strong> ergibt<br />
unmittelbar die Farbwerte für Rot,<br />
Grün <strong>und</strong> Blau.<br />
Das Spektralverfahren zerlegt das<br />
von der Probe reflektierte Messlicht<br />
in Abschnitte mit einer Bandbreite<br />
von 5-10 nm. Dies erfolgt in modernen<br />
Messgeräten durch Beugungsgitter.<br />
Das Spektralverfahren ist sehr präzise,<br />
jedoch langsam <strong>und</strong> meist zu<br />
teuer für die industrielle Messtechnik.<br />
Das einfache Dreibereichsmessprinzip<br />
hingegen ist preiswert, es<br />
ermöglicht aber keine hohen Auflösungen<br />
<strong>und</strong> keine Messungen im<br />
UV- <strong>und</strong> IR-Bereich.<br />
Das Prinzip unseres Farbmesssystems<br />
SpectroStick beruht auf der<br />
speziellen Beleuchtung mittels Multi-Wavelength.<br />
Die Probe wird von<br />
LEDs mit verschiedenen Emissionsspektren<br />
beleutchtet. Das Reflexionsspektrum,<br />
welches von der<br />
Farbprobe ausgeht, wird von einer<br />
Fotodiode aufgenommen <strong>und</strong> die<br />
Signale via USB-Schnittstelle in<br />
den Computer eingelesen. Diese<br />
Signale werden dann mittels eines<br />
in LabView geschriebenen Programms<br />
ausgewertet. Die lineare<br />
Algebra bildet die Gr<strong>und</strong>lage dazu.<br />
Das Resultat sind drei Zahlen, welche<br />
die gemessene Farbe genau<br />
definieren.<br />
Emissionsspektren der LEDs<br />
SpectroStick Prototyp<br />
Das SpectroStick Prinzip soll eine<br />
präzise <strong>und</strong> vor allem preiswerte<br />
Variante der Farberkennung werden.<br />
Ziel dieser Arbeit ist es einen<br />
Prototyp herzustellen, der es ermöglicht<br />
verschiedene Objekte aufgr<strong>und</strong><br />
ihrer Farbe zu klassifizieren.<br />
Auch die Erkennung von UV <strong>und</strong> IR-<br />
Strahlung ist von Bedeutung. Durch<br />
unseren SpectroStick können Messungen<br />
im nicht sichtbaren Bereich<br />
kostengünstig realisiert werden.<br />
Denkbare Anwendungen sind zum<br />
Beispiel die Klassifizierung von<br />
Banknoten oder die Integration in<br />
industriellen Fertigungsanlagen.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
BI<br />
Jufer Martin<br />
1983<br />
martin.jufer@bluewin.ch<br />
22<br />
Mikrotechnik<br />
Microtechnique<br />
Gemessenes Spektrum<br />
Variable Spectral Light Source<br />
Optik / Steeve Bühler<br />
Experte: Dr. Toralf Scharf<br />
Das sichtbare Spektrum erstreckt sich von 0 nm bis 7 0 nm. Eine Lichtquelle, die es ermöglicht<br />
jeden Spektralbereich in diesem Bereich zu adressieren, kann überall eingesetzt werden, wo es auf<br />
Farbechtheit in der Beleuchtung ankommt. Während der Diplomarbeit soll eine Lichtquelle realisiert<br />
werden, deren Spektrum mit einer Auflösung von mindestens 0 nm frei gewählt werden kann. Die<br />
Ansteuerung erfolgt durch ein einfach zu bedienendes LabView Programm auf einem PC.<br />
Prinzip<br />
Das Licht einer weissen Lichtquelle<br />
wird gebündelt durch einen Spalt<br />
auf ein Gitter geschickt. Das Gitter<br />
zerlegt das Licht in seine Spektralfarben<br />
entsprechend dem Gesetz<br />
der Gitterbeugung. Es ist eine<br />
räumliche Trennung. Nach kurzem<br />
Abstand wird eine Linse platziert,<br />
die das Licht auf ein LCD-Panel fokussiert.<br />
Mit dem LCD-Panel kann<br />
nun räumlich gefiltert werden, so<br />
dass nur noch die gewünschten<br />
Spektralanteile durchgelassen werden.<br />
Danach wird das Licht in einer<br />
so genannten Integrationskugel homogenisiert.<br />
Sinusförmiges Helligkeitsprofil auf dem LCD<br />
Panel<br />
Schematischer Aufbau des Systems<br />
LCD-Panel<br />
Das LCD-Panel besteht aus einem<br />
Array von 800 x 600 Bildpunkten<br />
(Pixel). Dabei hat jedes Pixel eine<br />
Dynamik von 8 bit. Das heisst, es<br />
können 256 verschiedene Transmissionsstufen<br />
gewählt werden.<br />
Die Position des Pixels innerhalb<br />
des Arrays entscheidet darüber,<br />
welche Wellenlänge durchgelassen<br />
wird, <strong>und</strong> die Transmissionsstufe<br />
bestimmt den prozentualen Anteil<br />
der Intensität der transmittierten<br />
Wellenlänge.<br />
Ansteuerung<br />
In einem LabView-Programm kann<br />
durch einige wenige Eingaben das<br />
gewünschte Spektrum als Intensitätsprofil<br />
festgelegt werden. Das<br />
Programm errechnet nun aus dem<br />
Profil die Transmissionsstufe für<br />
jedes einzelne Pixel <strong>und</strong> generiert<br />
daraus ein Graustufenbild mit dem<br />
Bildformat, das dem des LCD-Panels<br />
entspricht (800 x 600). Das<br />
erzeugte Bild wird über den VGA-<br />
Ausgang des PCs an das LCD-Panel<br />
geschickt.<br />
Ausblick<br />
Die Messungen während der Arbeit<br />
haben gezeigt, dass die geforderte<br />
Auflösung von 10 nm ohne<br />
Probleme erreicht wird. Verbesserungsmöglichkeiten<br />
be<strong>stehen</strong> noch<br />
bei der Lichtausbeute. Beim derzeitigen<br />
System wird eine weisse LED<br />
als Lichtquelle verwendet. Durch<br />
den Einsatz einer leistungsstarken<br />
Lichtbogenlampe als Quelle <strong>und</strong><br />
der Verwendung von grösseren<br />
Linsen kann die Beleuchtungsstärke<br />
am Ausgang wesentlich erhöht<br />
werden.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Commande universelle appliquée à un robot médical<br />
Robotique / Prof. Yves Mussard, Marc Thurner<br />
Expert: Sébastien Perroud<br />
En robotique la commande est le “cerveau” qui mesure la position de la structure mécanique du<br />
robot, établit les tâches à accomplir et distille la puissance nécessaire aux moteurs. Le projet consiste<br />
à mettre au point une commande facilement adaptable à un large panel de petits et moyens robots,<br />
utilisant des moteurs et des encodeurs de natures différentes. L’autre aspect de ce projet est<br />
l’utilisation de cette commande pour un appareil d’assistance médicale. Il s’agit d’une application<br />
chirurgicale visant à placer un implant auditif dans l’oreille interne. Ce robot doit guider une fraise<br />
dans un processus de forage crânien.<br />
La commande universelle<br />
Le projet est une commande dite<br />
universelle pour commander un<br />
large éventail de robots industriels<br />
ayant une puissance maximale de<br />
50W par axe. En se basant sur les<br />
expériences passées des travaux<br />
d’autres étudiants en robotique<br />
et sur les progrès de l’industrie, la<br />
commande a été conçue sur un<br />
modèle de modularité. Les options<br />
d’opérations requises sont le<br />
contrôle de moteurs DC et EC et<br />
l’acquisition de signaux émis par<br />
des encodeurs et des resolveurs.<br />
L’étage de puissance consiste en<br />
huit amplificateurs. Quatre DC et<br />
quatre EC contrôlables avec un signal<br />
analogique. Pour contrôler et<br />
traiter ces signaux, il a été décidé<br />
La commande, le prototype du robot et le joystick<br />
d’utiliser différents modules IndustryPack.<br />
Ces modules IP sont<br />
un pont entre le monde informatique<br />
et électronique, et ils sont très<br />
précis et rapides. Pour les gérer, on<br />
utilise un PC standard. Ce dernier<br />
accueille un système d’exploitation<br />
particulier puisque c’est un Real<br />
Time du nom de QNX. La partie<br />
software, quant à elle, est basée<br />
sur un environnement java conçu<br />
pour une utilisation robotique. La<br />
régulation des moteurs est faite par<br />
le software. Concernant l’aspect<br />
esthétique de la commande, un<br />
boîtier englobe l’électronique de<br />
puissance et l’alimentation. Il offre<br />
aussi une interface de connectique.<br />
Le but est, là, d’offrir une grande<br />
accessibilité aux utilisateurs futurs.<br />
Le robot d’assistance médicale<br />
Imaginez une unité de perçage (c.f.<br />
p. 232) tenue par un robot, qui luimême<br />
est fixé au crâne du patient<br />
et dont le but est de forer le crâne<br />
derrière l’oreille au niveau de l’os<br />
temporal, le plus dur de l’ossature<br />
humaine. Le robot est constitué<br />
de deux structures parallèles totalisant<br />
cinq degrés de liberté. Le<br />
travail consistait, ici, à utiliser la<br />
commande décrite ci-dessus, à<br />
implémenter les transformations de<br />
coordonnées, la régulation PID et la<br />
gestion des capteurs. Au niveau de<br />
la programmation les objectifs réalisés<br />
sont les suivants: une phase<br />
d’initialisation des différents axes,<br />
l’optimisation des paramètres de<br />
réglages, la limitation de l’espace<br />
de travail, une interface de planification<br />
de trajectoire permettant le<br />
suivi de tracés précis et complexes<br />
dans l’espace, une communication<br />
robot-utilisateur suivant le protocole<br />
répandu TCP http, ainsi que la<br />
manipulation du robot grâce à un<br />
joystick.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Mikrotechnik<br />
Microtechnique<br />
Keller Gaëtan<br />
1983<br />
079 746 95 44<br />
gaetank@net2000.ch<br />
229<br />
BI
BI<br />
Künzler Matthias<br />
1980<br />
2 0<br />
Mikrotechnik<br />
Microtechnique<br />
031 534 84 33<br />
matthias@fatamorgana.ch<br />
PSOLA-Algorithmus zur Behandlung von Stottern<br />
Medizinaltechnik, Sensortechnik / Prof. Dr. Andreas Stahel<br />
Expertin: Phonak Communications System, Murten / Dr. Guiseppina Bi<strong>und</strong>o<br />
Eines der bekannten Verfahren um stotternden Personen zu helfen ist ihnen ihr Gesprochenes mit<br />
Hilfe eines Feedbacks in ihr eigenes Ohr zurückzuführen, sowohl mit einer zeitlichen Verschiebung<br />
als auch einer Verschiebung in der Tonhöhe. Dies wird mit einem Anti-Stotter-Gerät bewirkt. Dieses<br />
besteht aus einem Mikrophon, welches das Gesprochene aufzeichnet, einer Software-Einheit, welche<br />
das Signal verarbeitet, <strong>und</strong> einem Hörgerät, welches das gewünschte Signal dem Benutzer zurückliefert.<br />
Ausgangslage<br />
Eines der Verfahren, die angewendet<br />
werden, um das Stottern zu reduzieren<br />
ist die Rückkopplung der<br />
gesprochenen Sprache. Bei diesen<br />
rückgekoppelten Signalen handelt<br />
es sich um ein DAF (Delayed<br />
Auditory Feedback), ein FAF (Frequency<br />
shifted Auditory Feedback)<br />
oder eine Kombination der beiden.<br />
Spricht der Patient, so hört er sein<br />
soeben Gesprochenes als Feedback,<br />
entweder zeitlich verschoben<br />
im Falle eines DAF oder in einer höheren<br />
oder tieferen Tonart im Falle<br />
eines FAF. Dies führt dazu, dass<br />
das Stottern reduziert wird.<br />
PSOLA-Algorithmus<br />
Pitch Synchronous OverLap and<br />
Add (kurz: PSOLA) ist ein Algorithmus,<br />
der angewendet wird, um ein<br />
FAF zu erzeugen. Mit Hilfe eines<br />
PSOLA-Algorithmus wird eine Verschiebung<br />
der Tonhöhe erreicht<br />
ohne jedoch das Sprachmuster zu<br />
verändern. Dies wird durch eine<br />
Zerstückelung des Signals in Teilintervalle,<br />
anschliessender Detektion<br />
der jeweils zugr<strong>und</strong>eliegenden Frequenz<br />
<strong>und</strong> schlussendlich einem<br />
erneuten Zusammensetzen der Periodenstücke,<br />
diesmal jedoch in anderen<br />
Abständen, erreicht.<br />
Parameter<br />
Durch akustische (hören) <strong>und</strong> mathematische<br />
(FFT-Analyse, Klirrfaktor)<br />
Tests werden die optimalen Parameter<br />
des Algorithmus analysiert,<br />
um Oberschwingungen <strong>und</strong> Verfälschungen<br />
des Ausgangssignals<br />
zu eliminieren oder zu minimieren.<br />
Intervalllänge, Abstand zwischen<br />
den Intervallen, zu verwendender<br />
Fenstertyp werden optimiert, mögliche<br />
Änderungen der Frequenzen<br />
eruiert.<br />
Segment einer männlichen Stimme<br />
Implementation<br />
Schlussendlich wird der Algorithmus<br />
auf einen DSP (Digital Signal<br />
Processor) implementiert werden,<br />
um so als Gr<strong>und</strong>lage eines handlichen<br />
Anti-Stotter-Gerätes eingesetzt<br />
zu werden.<br />
Es ist auch denkbar, dass der Algorithmus<br />
für anderweitige Sprachverarbeitung<br />
verwendet werden kann.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Étude de transferts thermiques – Fer à braser<br />
Thermodynamique / Prof. Yves Mussard<br />
Expert: Bruno Thomann<br />
Depuis juillet 2006, tous les produits électroniques de grande consommation (appareils ménagers,<br />
outils informatiques, jouets, etc) doivent être fabriqués selon les directives RoHS. Celles-ci obligent<br />
l’industrie à n’utiliser plus que du métal d’apport sans plomb pour le brasage des composants.<br />
L’application d’une telle norme ne va pas sans difficultés. La température de fusion plus élevée des<br />
nouveaux alliages est un des problèmes majeurs. Pour palier à ces problèmes et éviter des dommages<br />
irréparables dus à la surchauffe, les phénomènes physiques présents lors d’un cycle de brasage<br />
doivent êtres mesurés et analysés afin de proposer des solutions plus adaptées.<br />
La production de chaleur contrôlée<br />
dans un environnement ou un<br />
composant a toujours été source<br />
d’ennui. La nature complexe des<br />
transferts de chaleurs et la variation<br />
importante des caractéristiques<br />
des matériaux au cours d’un cycle<br />
thermique rendent difficile l’approche<br />
de ces phénomènes. Les outils<br />
de la thermodynamique nous permettent<br />
d’aborder la problématique<br />
de façon structurée.<br />
Fer à braser<br />
Diagramme de phase du métal d’apport<br />
Les phénomènes physiques rencontrés<br />
lors du transport d’énergie<br />
calorifique sont généralement classés<br />
en trois catégories :<br />
- La conduction décrit une transmission<br />
de chaleur par contact<br />
direct entre les particules d’un<br />
corps ou entre deux corps<br />
ayant des potentiels énergétiques<br />
distincts (différence de<br />
température).<br />
- La convection traite de l’interaction<br />
entre deux fluides ou un<br />
fluide et un corps solide de températures<br />
différentes.<br />
- Le rayonnement est un phénomène<br />
complexe où l’énergie est<br />
transportée par les ondes électromagnétiques<br />
et non plus via<br />
les particules de matière. Les<br />
ondes émises sont de même<br />
nature que les ondes lumineuses<br />
et peuvent donc se propager<br />
même en l’absence de milieu<br />
porteur.<br />
Dans une application comme le<br />
brasage, les trois phénomènes<br />
sont présents et influencent de diverses<br />
façons le déroulement du<br />
processus. Ce travail de diplôme<br />
consiste à déterminer l’influence<br />
réelle de chaque transfert calorifique<br />
et, à l’aide mesures simples, à<br />
élaborer un modèle afin d’améliorer<br />
et d’optimiser les géométries des<br />
fers de brasage.<br />
La consommation importante de<br />
produits électroniques de loisir –<br />
lecteurs MP3, téléphones mobiles,<br />
micro-ordinateurs, ... – reflète l’importance<br />
de la maîtrise du processus.<br />
Les assemblages toujours plus<br />
compliqués demandent un dosage<br />
précis de l’énergie diffusée lors du<br />
brasage afin de réduire le risque de<br />
destruction des composants déjà<br />
présents et pré-assemblés.<br />
Les facteurs clefs à déterminer sont:<br />
l’énergie nécessaire à la fusion du<br />
métal d’apport et à l’échauffement<br />
du contact électrique lors d’un processus<br />
de brasage, la puissance<br />
thermique effectivement dissipée<br />
par le fer à braser et le rendement<br />
entre la puissance électrique fournie<br />
et la puissance thermique obtenue.<br />
Une bonne compréhension<br />
de l’évolution des flux thermiques<br />
durant un cycle de chauffe s’avère<br />
également utile.<br />
Plusieurs outils sont à disposition<br />
pour atteindre ce but. Une caméra<br />
thermographique mesure l’évolution<br />
des températures de surface<br />
du fer à braser. Des expériences<br />
simples (fusion de x gr. d’étain d’apport<br />
par ex.) nous renseignent sur<br />
la puissance thermique dissipée<br />
lors d’un cycle de brasage. Enfin un<br />
logiciel de simulation par éléments<br />
finis (FEM) permet la vérification de<br />
nos hypothèses.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Mikrotechnik<br />
Microtechnique<br />
Schlaefli Yvan<br />
1983<br />
076 493 53 71<br />
yvan.schlaefli@hotmail.com<br />
2<br />
BI
BI<br />
Schlegel Dominic<br />
1982<br />
Mikrotechnik<br />
Microtechnique<br />
079 / 502 61 15<br />
dominic@noridom.net<br />
Unité de perçage pour robot chirurgical<br />
Robotique / Prof. Yves Mussard, Marc Thurner<br />
Expert: Max Odiet<br />
Durant les deux dernières décades, la médecine fut témoin de la percée des systèmes d’assistance<br />
automatisés. Ceux-ci, en complément aux techniques d’imagerie médicale, mini-invasive et de navigation,<br />
permettent d’optimiser la durée de certaines opérations et d’en améliorer la qualité. C’est<br />
dans cette optique que l’hôpital Insel de Berne, avec la collaboration de la HESB-TI de Bienne, a<br />
lancé un projet visant le développement d’un système d’assistance pour l’implantation de prothèses<br />
auditives. Ce travail de diplôme fait partie intégrante de ce projet. Il consiste à créer une unité de<br />
perçage, gérant rotation et avance de l’outil.<br />
Après une année seulement, nous<br />
avons pu réaliser un premier prototype<br />
: un instrument à cinq degrés<br />
de liberté. Il est composé de trois<br />
parties montées en série. Une structure<br />
Bipod définissant l’orientation<br />
du plan de travail, une structure<br />
Scara pour la position x-y dans le<br />
plan et l’unité de perçage. Il permettra,<br />
dans un premier temps, le<br />
perçage d’un canal jusqu’à l’oreille<br />
moyenne, où sera placée la prothèse.<br />
Un deuxième cycle créera une<br />
cavité dans laquelle l’électronique<br />
de l’implant sera logée.<br />
L’unité de perçage, thème de ce travail<br />
de diplôme, doit être composée<br />
d’un système de serrage pour l’outil<br />
de coupe, un entraînement de ce<br />
dernier pouvant fournir un couple<br />
de 3 Ncm à une vitesse de rotation<br />
de 20’000 tr/min soit une puissance<br />
d’environ 60 W. L’avance de l’outil<br />
doit être d’au moins 50 mm et d’une<br />
précision maximale. Le tout, y compris<br />
un capteur de force permettant la<br />
mesure de la force axiale exercée par<br />
l’outil, doit peser moins de 800g.<br />
Après recherche et évaluation des<br />
différentes technologies et systèmes<br />
applicables, plusieurs concepts<br />
ont été ébauchés, puis triés<br />
selon les critères du cahier des<br />
charges pour finalement parvenir à<br />
un concept réalisable.<br />
Le système ainsi obtenu est composé<br />
d’une pince à serrage rapide,<br />
d’une double turbine pneumatique<br />
pour l’entraînement de l’outil et d’un<br />
système à crémaillère tubulaire assurant<br />
l’avance et le guidage du<br />
système. Le tout est monté sur la<br />
structure Scara par un système de<br />
fixation rapide, permettant un démontage<br />
facile de l’unité. Le montage<br />
d’autres éléments, comme un<br />
laser par exemple, est donc également<br />
envisageable. La force axiale<br />
appliquée sur l’outil est déterminée<br />
par la mesure des micro-déplacements<br />
d’un guidage flexible à l’aide<br />
d’un capteur piezo-résistif. Ce<br />
système flexible est directement intégré<br />
aux bras de la structure Scara<br />
Prototype du robot chirurgical<br />
et donc indépendant de l’unité utilisée.<br />
Il s’agit évidemment d’un prototype,<br />
il est donc sujet à optimisation<br />
et nécessitera encore des<br />
modifications afin d’être conforme<br />
aux multiples normes médicales<br />
pour finalement être testé en salle<br />
d’opération. Les nombreuses contraintes<br />
de ce travail en ont fait un<br />
défi très intéressant à relever. Que<br />
ce soit dans le domaine médical ou<br />
celui de la technique, la diversité<br />
des sujets abordés ont su le rendre<br />
particulièrement captivant.<br />
2 2 <strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
BI<br />
Schmutz Matthias<br />
1980<br />
2<br />
Mikrotechnik<br />
Microtechnique<br />
078 766 04 06<br />
matthias.schmutz@gmx.ch<br />
Qualitätskontrolle von Saphirkugeln<br />
Mechatronik / Prof. Dr. Peter Walther<br />
Experte: Werner Baumgartner / mps AG Biel<br />
Der Herstellungsprozess von Präzisionskugeln, deren Durchmesser nicht mehr als 600μm betragen,<br />
verlangt nach mehreren Durchläufen der optischen Qualitätskontrolle. Einerseits um die Ausschussquote<br />
möglichst gering zuhalten <strong>und</strong> andererseits um den Forderungen an eine hohe Qualität<br />
<strong>und</strong> Oberflächenbeschaffenheit gerecht zu werden.<br />
Bis heute werden die Oberflächen aller Kügelchen von Personen unter höchster Konzentration visuell<br />
unter dem Mikroskop kontrolliert. Um der stark steigenden Nachfrage noch Herr zu werden, ist eine<br />
Automatisierung der optischen Prüfung nahezu unumgänglich geworden.<br />
Ausgangslage<br />
Die stark steigende Nachfrage<br />
nach Miniatur 4-Punkt Kugellagern<br />
der Firma Micro Precision System,<br />
kurz MPS, mit Sitz in Biel, ist nicht<br />
zuletzt auch mit, oder gerade wegen,<br />
der hohen Qualität zu erklären.<br />
Dies hat zur Folge, dass die Oberflächen<br />
der winzigen, gerade mal<br />
600 μm grossen Saphirkugeln vom<br />
Anfang bis zum Ende des Herstellungsprozesses<br />
im Durchschnitt 5<br />
bis 6-mal optisch unter einem Mikroskop<br />
von Fachpersonal geprüft<br />
werden. Eine zeitaufwendige <strong>und</strong><br />
höchst anspruchsvolle Arbeit.<br />
Kugellager mit Saphirkugeln<br />
Lichtstrahl<br />
Aufbau des Prüfsystems<br />
Der Effekt der Reflexion<br />
Beim Betrachten der Kugeln unter<br />
dem Mikroskop werden vom Auge<br />
nur die an den Kugeloberflächen<br />
reflektierten Lichtanteile, welche in<br />
Richtung des Objektivs abgestrahlt<br />
werden, registriert. Das allfällige<br />
Aufblitzen der Kugeln oder dunkel<br />
matte Stellen auf ihnen ist ein Indiz<br />
für deren Oberflächenbeschädigung.<br />
An den defekten Stellen wird<br />
das Licht in eine andere Richtung<br />
reflektiert <strong>und</strong> somit eine andere<br />
Lichtmenge zum Betrachter abgeben.<br />
Der Prototyp<br />
Die Idee ist eine optische Qualitätskontrolle<br />
automatisiert durchzuführen,<br />
dabei aber alle menschlichen<br />
Aufgaben durch geeignete Sensoren<br />
<strong>und</strong> Aktuatoren zu ersetzen.<br />
Die beiden Fotosensoren erfassen<br />
das abgestrahlte Licht der auf der<br />
Führungsbahn vorbeirollenden Kugeln.<br />
Dabei wird davon ausgegangen,<br />
dass ein “gutes” Kügelchen<br />
eine r<strong>und</strong>um glatte Oberfläche <strong>und</strong><br />
eine nahezu perfekte Symmetrie in<br />
alle Richtungen besitzt.<br />
Photosensoren<br />
Führungsbahn<br />
Somit sollte die erfasste Lichtmenge<br />
der beiden Fotosensoren immer<br />
identisch sein, oder anders ausgedrückt<br />
sollte die Differenz der Sensorsignale<br />
konstant 0 ergeben.<br />
Weicht die Differenz zu stark von<br />
0 ab, entscheidet die Elektronik<br />
das Kügelchen zu den “schlechten”<br />
umzuleiten.<br />
Aussichten<br />
Die 600 μm Saphirkugeln sind nur<br />
eines von vielen Produkten der<br />
Firma MPS. Somit kann ein modifiziertes<br />
System auch für andere<br />
Kugelgrössen die optische Qualitätskontrolle<br />
übernehmen. Wobei<br />
die Schwierigkeiten bei kleiner werdendem<br />
Kugeldurchmesser ungleich<br />
stärker ansteigen, da man<br />
sich dort bereits im Bereich der<br />
physikalischen Grenzen bewegt.<br />
Doch genau solche Herausforderungen<br />
sind bekanntlich die Nahrung<br />
für einen Ingenieur der Mikrotechnik.<br />
Lichtquelle<br />
zu prüfende Kugel<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Kartesischer Parallel-Roboter<br />
Robotik, Mikrotechnische Automation / Prof. Yves Mussard<br />
Experte: Daniel Luder<br />
Im Zuge der Miniaturisierung, welche seit mehreren Jahrzehnten ein Ziel der Wissenschaft <strong>und</strong><br />
<strong>Technik</strong> ist, ent<strong>stehen</strong> immer wie mehr Klein- <strong>und</strong> Kleinstteile. Diese Kleinteile müssen für die Weiterverarbeitung<br />
oder den Verkauf meist palletisiert werden. Dies geschieht noch heute häufig von<br />
Hand. Ziel dieser Diplomarbeit ist die Konzipierung eines Roboters, der die Palletisierung von Kleinteilen<br />
übernimmt.<br />
Der Roboter hat folgende Charakteristiken:<br />
Roboter-Dimension : 300 x 250 x 230 [ mm ]<br />
Arbeitsvolumen : 210 x 150 x 50 [ mm ]<br />
Freiheitsgerade : X, Y, Z, Greifer mit endloser Rotation<br />
Positioniergenauigkeit : 10 µm<br />
Bewegungszeit 210 mm : ≤ 0,2 sek.<br />
Die Lösung – ein Kartesischer Parallel-Roboter.<br />
Hierbei handelt es<br />
sich um einen Roboter, bei dem die<br />
Antriebe für die X- <strong>und</strong> Y-Achsen in<br />
einer Ebene liegen (parallel) <strong>und</strong> der<br />
Antrieb für die Z-Achse liegt jeweils<br />
rechtwinklig (kartesisch) zu den X-<br />
<strong>und</strong> Y-Achsen.<br />
Diese Anordnungsart der Antriebe<br />
erlaubt einfachste Konstruktionen.<br />
Der grösste Vorteil dieser Anordnung<br />
ist die einfache Ansteuerung.<br />
Jede Bewegung der Linearantriebe<br />
in die jeweilige Achsenrichtung<br />
wird vom Roboter eins zu eins<br />
übernommen. Es sind keine kom-<br />
plizierten Trajektorieberechnungen<br />
notwendig wie bei Delta-, Scara-<br />
oder sonstigen Armrobotern üblich.<br />
Kurz, man hat die einfachste Beziehung<br />
zwischen Motor <strong>und</strong> Roboterposition<br />
von allen Roboterbauarten.<br />
Des Weiteren weisen Kartesische<br />
Roboter keine singulären Lagen auf.<br />
Ein weiterer Vorteil der kartesisch,<br />
parallelen Anordnung liegt im hohen<br />
Verhältnis des Nutzvolumens<br />
zum Gesamtvolumen.<br />
Die grösste Schwierigkeit liegt in der<br />
Einhaltung der Positioniergenauigkeit<br />
von 10 µm. Um diese Positioniergenauigkeit<br />
erreichen können,<br />
Kartesischer Parallel Roboter mit Filmgelenk (links) <strong>und</strong> achsspiellosem Drehgelenk (rechts)<br />
müssen zwei Bedingungen erfüllt<br />
werden. Die erste Bedingung ist der<br />
Bedarf eines Linearmesssystems<br />
mit entsprechender oder besserer<br />
Auflösung. Da solche Linearmesssysteme<br />
käuflich erwerbbar sind,<br />
ist es kein wirkliches Problem.<br />
Die zweite Bedingung ist, die Armkonstruktion<br />
des Roboters muss so<br />
starr wie möglich sein. Eine hohe<br />
Starrheit führt zu einer geringeren<br />
Versetzung bei einer Auslenkung<br />
bzw. Beanspruchung der Armkonstruktion.<br />
Das schwächste Glied der<br />
Armkonstruktion sind die Gelenke.<br />
Axialspiel im Gelenk vergrössert<br />
die Versetzung, daher muss es vermieden<br />
werden. Eine Lösung ist die<br />
Verwendung von Filmgelenken mit<br />
entsprechender Dimensionierung.<br />
Die andere Lösung liegt in der Erzeugung<br />
einer Presskraft auf das<br />
Drehgelenk. Beim hiesigen achsenspiellosen<br />
Drehgelenk wird die<br />
etwas längere Welle in die Bohrung<br />
gezwängt. Eine Presskraft entsteht,<br />
die von der Längendifferenz <strong>und</strong><br />
der Materialwahl abhängt. Beide<br />
Gelenkarten werden beim Kartesischen<br />
Parallel-Roboter verwendet.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Mikrotechnik<br />
Microtechnique<br />
Taing Chung Hien<br />
1979<br />
078 918 64 79<br />
taingch@gmail.com<br />
2<br />
BI
BI<br />
Tekari Adel<br />
1981<br />
2 6<br />
Mikrotechnik<br />
Microtechnique<br />
078 885 37 95<br />
adel.tekari@gmail.com<br />
Capteur à corde vibrante<br />
Technique médicale / Prof. Dr. Andreas Stahel, Prof. Dr. Jürgen Burger<br />
Expert: Daniel Kneubuehl (Digisens AG)<br />
Dans le monde des capteurs, les appareils de mesure modernes travaillent depuis longtemps avec<br />
un signal digital. La technique de mesure actuelle utilise encore des signaux analogiques pour le<br />
transfert des données. Digisens a produit les capteurs à corde vibrante qui rendent un signal digital.<br />
Ce travail de diplôme, la continuation d’un travail de semestre, a pour but d’étudier le comportement<br />
vibratoire de la corde.<br />
Les capteurs à cordes vibrantes qui<br />
se trouvent déjà sur le marché sont<br />
composés de trois parties: une corde<br />
vibrante, une mécanique pour<br />
transmettre la force exercée au<br />
capteur sur la corde et une partie<br />
électronique capable de produire<br />
un signal de fréquence digitale.<br />
Une variation de la force appliquée<br />
au capteur va entraîner un changement<br />
de fréquence et respectivement<br />
l’amplitude d’oscillation dans<br />
la corde.<br />
Mon travail de diplôme est de créer<br />
un banc de test permettant de mesurer<br />
automatiquement l’amplitude<br />
de la corde oscillante et de déterminer<br />
la qualité de cette oscillation<br />
sur une plage de fréquence variant<br />
de 14 à 18 kHz.<br />
Pour faire cela, j’ai utilisé deux techniques<br />
de mesure : premièrement la<br />
mesure directe sur la corde à l’aide<br />
de laser vibromètre et, deuxièmement,<br />
une boîte de mesure électronique.<br />
Le laser vibromètre permet d’avoir,<br />
sur une position définie de la corde,<br />
un signal sinusoïdal qui détermine<br />
l’oscillation de la corde. Avec une<br />
carte d’acquisition, on transmet ce<br />
signal à l’ordinateur. Ensuite, on<br />
traite le signal avec Labview. L’amplitude<br />
et la fréquence d’oscillation<br />
sont obtenues à l’aide d’une FFT.<br />
Quant à la boîte de mesure, qui est<br />
une électronique fabriquée par Digisens,<br />
elle nous rend directement<br />
la fréquence d’oscillation et une<br />
tension dans le capteur qui est proportionnelle<br />
à l’amplitude.<br />
La qualité d’oscillation est déterminée<br />
en faisant un déclenchement<br />
dans le capteur. Un algorithme<br />
nous permet de calculer le facteur<br />
de qualité en analysant l’amplitude<br />
d’oscillation en fonction de temps.<br />
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Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Temperaturregler für Industrieöfen<br />
Mechatronik / Prof. Dr. Peter Walther / fb backöfen, Liestal<br />
Experte: Simon Hostettler<br />
Industrieöfen verlangen eine immer grössere Genauigkeit der Temperaturregelung. Die Produktqualität<br />
<strong>und</strong> die Prozesszeit hängen wesentlich davon ab. Auch werden immer neue Anforderungen<br />
an einen Industrieofen gestellt, da laufend neue Produkte mit neuen Zutaten verarbeitet werden. Der<br />
Temperaturregler sowie die Steuerung der Leistung des Industrieofens sind hier von zentraler Bedeutung.<br />
Deshalb werden an die neue Generation von Temperaturreglern sehr hohe Anforderungen<br />
gestellt, die zudem noch kostengünstig sein sollen, da der Konkurrenzdruck in diesem Gebiet von<br />
Fernost gross ist. Überlebenschancen hat nur ein Betrieb, der auf die spezifischen K<strong>und</strong>enwünsche<br />
eingehen kann.<br />
Im Rahmen dieser Diplomarbeit<br />
wurde eine komplett neue Temperaturmesselektronik<br />
sowie die Steuerung<br />
eines Ofens für die Firma Fb<br />
in Liestal entwickelt. Die Temperaturmessung<br />
erfolgt mit Hilfe einer<br />
Thermosonde (Thermoelement).<br />
Da Thermosonden Spannungen im<br />
μV Bereich erzeugen, ist eine Verstärkung<br />
des Signals unentbehrlich.<br />
Dazu musste eine Kompensation<br />
der Temperaturvariationseinflüsse<br />
auf die Messelektronik miteinbezogen<br />
werden. Die Steuerung besteht<br />
aus 6 Siebensegment-Digital-<br />
Anzeigen, um Soll- <strong>und</strong> Istwert der<br />
Ofentemperatur anzuzeigen, einer<br />
Sollwerteingabe <strong>und</strong> 6 Eingabetaster.<br />
Die Praxis zeigt, dass mechanische<br />
Taster kein sauberes Signal<br />
liefern, sie prellen. Ein Softwaretreiber<br />
wurde für alle Hardwarekomponenten<br />
studiert <strong>und</strong> programmiert,<br />
der dafür sorgt, dass die Taster<br />
entprellt werden. Weiter war die<br />
serielle Datenkommunikation zwischen<br />
Analog-Digital-Wandler <strong>und</strong><br />
Verarbeitungslogik ein wesentlicher<br />
Punkt um eine präzise Temperaturanzeige<br />
zu erreichen.<br />
Die ganze Logik, wie auch alle<br />
Hardwaretreiber wurden auf einem<br />
CPLD Complex Programmable<br />
Device der Firma Xilinx implementiert.<br />
Diese Bausteine lassen sich<br />
in VHDL oder Schematic Editoren<br />
programmieren. Der Hersteller Xilinx<br />
garantiert einen Langzeitbetrieb<br />
von ca. 20 Jahren. Hohe Zuverlässigkeit<br />
des Endprodukts wird<br />
erreicht, wenn man auch zuverlässige<br />
Komponenten einsetzt. Bei der<br />
Temperaturüberwachung handelt<br />
es sich um eine Zweipunktregelung.<br />
Zur Regulierung der Ansprechempfindlichkeit<br />
<strong>und</strong> um zu verhindern,<br />
dass der Ausgang bei jeder kleinen<br />
Vorzeichenänderung der Regeldifferenz<br />
anspricht, wurde die EIN/<br />
Logik-Schema<br />
Steuer- <strong>und</strong> Messschaltung<br />
AUS-Regelung mit einer Hysterese<br />
versehen.<br />
Der vorliegende Temperaturregler-Prototyp<br />
ist so entworfen worden,<br />
dass Modifikationen aufgr<strong>und</strong><br />
k<strong>und</strong>enspezifischer Anforderungen<br />
leicht zu implementieren sind.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Mikrotechnik<br />
Microtechnique<br />
Terrier Julien<br />
1984<br />
jterrier84@hotmail.com<br />
2 7<br />
BI
BI<br />
Teutsch David<br />
1982<br />
dt@teutsch.ch<br />
2<br />
Mikrotechnik<br />
Microtechnique<br />
W Brennstoffzelle für autarken Betrieb<br />
Mechatronik / Dr. Peter Walther<br />
Experte: Werner Baumgartner<br />
Die Nachfrage nach alternativen Energiequellen ist heute höher denn je. Dies ist nicht nur wegen den<br />
zur Zeit hohen Ölpreisen der Fall, sondern auch wegen der begrenzten Verfügbarkeit.<br />
Die Idee, aus Wasserstoff elektrische Energie herzustellen, mag zwar zur Zeit wirtschaftlich uninteressant<br />
sein, aber mit zunehmendem Know-how <strong>und</strong> abnehmenden Preisen, wie auch wirtschaftlicheren<br />
Möglichkeiten zur Herstellung des Wasserstoffes ist eine grosse Zukunft der Brennstoffzellen<br />
nicht unwahrscheinlich.<br />
Das W Brennstoffzellensystem arbeitet völlig unabhängig <strong>und</strong> ohne Eingreifen von aussen.<br />
PEM-Brennstoffzelle<br />
Das Herzstück der PEM-Zelle bildet<br />
die protonenleitende Polymer-Elektrolyt-Membran.<br />
Auf beiden Seiten<br />
der Membran befindet sich je eine<br />
Elektrode. An der Anode, der wasserstoffseitigen<br />
Elektrode, wird mit<br />
Hilfe eines Platinkatalysators das<br />
Elektron vom Wasserstoffatom getrennt.<br />
An der Kathode gelangt ein<br />
Sauerstoffmolekühl an den Platinkatalysator,<br />
welcher dieses in<br />
zwei negativ geladene Sauerstoffionen<br />
trennt. Die Elektronen, die zur<br />
Bildung der Ionen nötig sind, kommen<br />
von der Anodenseite durch<br />
den Verbraucher hindurch. Die<br />
zwei Sauerstoffione binden sich je<br />
mit zwei Wasserstoffprotonen, welche<br />
durch die Membran hindurch<br />
können, <strong>und</strong> es entsteht Wasser.<br />
Ausgangslage<br />
In einer Semesterarbeit wurde ein<br />
Brennstoffzellenstack mit vier Zellen<br />
entwickelt <strong>und</strong> gefertigt, welcher<br />
auch in Betrieb genommen wurde.<br />
Man erreichte damit eine maximale<br />
Ausgangsleistung von 2 Watt.<br />
oben: Funktionsweise der PEM-Brennstoffzelle<br />
rechts: 5W Brennstoffzellenstack<br />
Optimierungen<br />
Damit der Brennstoffzellenstack<br />
mehr Leistung abgibt, musste die<br />
Zufuhr der Gase, deren Durchfliessgeschwindigkeit<br />
wie auch die<br />
Feuchtigkeit der Gase gemessen<br />
<strong>und</strong> optimiert werden. Als sehr erfolgversprechend<br />
erwies sich das<br />
Konzept, die Ausgangsspannung<br />
mittels Gasdurchfluss konstant zu<br />
regeln. Dadurch wird auch gewährleistet,<br />
dass der <strong>Strom</strong>verbrauch<br />
der Luftpumpe möglichst gering<br />
gehalten wird. Bei den mit Lab-<br />
VIEW aufgebauten Versuchsreihen<br />
wurden Leistungen bis zu 11 Watt<br />
erreicht.<br />
DC-DC Wandlung<br />
Mit Hilfe eines Boost-Converters<br />
werden die vom Zellenstack abgegebenen<br />
2-4 Volt (je nach Belastung)<br />
auf 12 Volt gewandelt.<br />
Miniaturisierung<br />
Das mit LabVIEW ausgearbeitete<br />
Konzept wird mit Hilfe eines Mikrocontrollers<br />
realisiert. Die Leistung<br />
der Luftpumpe wird über eine Pulsweitenmodulation<br />
geregelt. Über<br />
ein LCD-Display können jederzeit<br />
Informationen über Luftfeuchtigkeit,<br />
Spannungen, Laststrom, Temperatur<br />
<strong>und</strong> abgegebene Leistung abgefragt<br />
werden.<br />
Als kompakte Einheit ist das Brennstoffzellensystem<br />
komplett unabhängig<br />
<strong>und</strong> arbeitet autark, so dass<br />
zum Betrieb keine weitere Peripherie<br />
notwendig ist.<br />
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Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Caractérisation d’un robot delta<br />
Robotique / Prof. Yves Mussard / CSEM Alpnach: Sébastien Perroud<br />
Expert: Sébastien Perroud<br />
Alors que la miniaturisation ne cesse de prendre de l’ampleur dans des domaines très diversifiés,<br />
un manque a été décelé sur le marché au niveau des moyens offerts pour le maniement des objets<br />
miniatures ainsi que pour la manufacture de ceux-ci. C’est dans cet esprit que le CSEM de Alpnach<br />
a lancé l’initiative de développer un mini robot afin de combler ce vide. Le robot est désormais en<br />
phase finale de développement et il est maintenant temps de définir s’il répond aux attentes en procédant<br />
à sa caractérisation.<br />
Description<br />
Le robot en question est un robot<br />
à structure parallèle de type delta.<br />
Cette géométrie offre le principal<br />
avantage que la structure mécanique<br />
peut être extrêmement légère et<br />
permet ainsi des accélérations élevées.<br />
Il existe actuellement plusieurs<br />
robots de ce type commercialisés,<br />
mais aucun n’est spécialisé dans<br />
des dimensions micro à millimétrique.<br />
Pour répondre aux attentes, le<br />
robot doit être rapide (>3 cycles/s)<br />
et particulièrement précis. Le PocketDelta<br />
trouvera donc très bien sa<br />
place dans des Pocket factory, ces<br />
chaînes d’assemblage et ces usines<br />
de la taille d’une mallette, ou dans<br />
l’horlogerie. Afin de caractériser correctement<br />
le robot, nous nous basons<br />
sur les normes ISO 9283.<br />
Communication et<br />
programmation<br />
Le PocketDelta est commandé à<br />
distance au moyen d’une connexion<br />
Ethernet. On envoie une commande<br />
sous forme de ligne http et le robot<br />
nous renvoie une page HTML.<br />
LabView sert de programme pour<br />
la gestion de l’ensemble de la caractérisation,<br />
à savoir, initialisation<br />
du robot, envoi des ordres de<br />
mouvements, contrôle de l’état du<br />
robot et prise des mesures. Le but<br />
est de concevoir un programme facile<br />
d’utilisation et réutilisable pour<br />
d’éventuelles futures caractérisations.<br />
Dans ce programme, la partie<br />
mesures nécessite une attention<br />
particulière afin d’obtenir des résultats<br />
fiables. Il est important de<br />
contrôler chacune de ces étapes<br />
et de maîtriser les actions du programme.<br />
Banc de mesure<br />
Une étape du<br />
travail consiste<br />
à concevoir un<br />
banc de mesure<br />
flexible qui<br />
doit être utilisable<br />
pour la<br />
caractérisation<br />
de plusieurs types<br />
de robots.<br />
En utilisant des<br />
systèmes de<br />
coulisses mis à<br />
disposition, il a<br />
été possible de<br />
réaliser un banc<br />
de test simple<br />
qui possède les<br />
six degrés de<br />
liberté permettant<br />
la mesure<br />
d’un point en 3D<br />
au moyen de trois têtes laser. Les<br />
têtes laser offrent une précision de<br />
mesure de 1micromètre. Le volume<br />
de mesure est de 1 cm 3 et permet<br />
des mesures dynamiques telles<br />
que celle de l’overshoot.<br />
Analyse<br />
Pour la phase finale du travail, il faut<br />
dans un premier temps procéder à<br />
l’interprétation des mesures. Puis,<br />
en fonction des informations obtenues,<br />
il est possible de proposer<br />
des améliorations qui permettront<br />
une optimisation du produit.<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique<br />
Mikrotechnik<br />
Microtechnique<br />
Vaucher Vincent<br />
1981<br />
079 797 10 11<br />
vvaucher@hotmail.com<br />
2 9<br />
BI
BI<br />
Vicenzi Johnny<br />
1981<br />
079 378 54 43<br />
jvicenzi@swissonline.ch<br />
2 0<br />
Mikrotechnik<br />
Microtechnique<br />
Caractérisation d’un robot industriel<br />
Robotique / Prof. Yves Mussard, Iván Calderón<br />
Expert: Pierre Voumard<br />
En robotique, lors de l’élaboration d’un robot, il est très important de passer par une phase de caractérisation.<br />
Effectivement, cette phase est prescrite et dirigée par des normes strictes répondant<br />
aux qualifications ISO – 92 . Le but de ce travail de diplôme sera donc de créer un banc de test<br />
adaptable autant pour la caractérisation d’un robot de type industriel, que pour celle d’un robot de<br />
plus petite taille. Par la suite, les mesures nécessaires à la caractérisation seront effectuées puis<br />
interprétées.<br />
Le but d’une caractérisation est de<br />
faire subir à un robot toute une série<br />
de tests afin d’obtenir des informations<br />
sur, entre autres, sa répétitivité<br />
de position et de distance, ses<br />
overshoots de position ainsi que<br />
ses temps de stabilisation.<br />
Principe de mesure<br />
Un cube de mesure est fixé de manière<br />
précise sur le robot. Le robot,<br />
en se déplaçant, présente le cube<br />
aux instruments de mesure et ainsi<br />
il nous est possible d’effectuer des<br />
mesures à un endroit prédéfini.<br />
Définition des points<br />
de mesures<br />
Afin de caractériser correctement<br />
un robot, il est tout d’abord nécessaire<br />
de définir son volume de travail<br />
ainsi que l’orientation du plan<br />
dans lequel nous voulons mesurer.<br />
À partir de cela, nous devons déterminer<br />
5 points sur lesquels nous<br />
effectuerons nos mesures. Ces 5<br />
points sont définis selon les normes<br />
ISO – 9283.<br />
Le cube de mesure<br />
Afin d’obtenir des mesures de bonne<br />
qualité, le cube de mesure a une<br />
importance considérable, si bien<br />
qu’il doit respecter une précision de<br />
l’ordre du micron. En effet, ce cube<br />
sera l’outil maître pour la calibration.<br />
Il fera office de jauge puisque presque<br />
la totalité des mesures seront<br />
effectuées sur ce cube.<br />
Le banc de test<br />
Il aura été conçu en collaboration<br />
avec un étudiant devant également<br />
caractériser un robot. C’est sur ce<br />
banc que seront fixées les têtes de<br />
lecture. Il a la particularité de posséder<br />
6 degrés de liberté, ce qui est<br />
très appréciable. Les vis micrométriques<br />
sont également adéquates<br />
pour les réglages fins des têtes de<br />
lecture. Le tout est fixé sur une plaque<br />
en aluminium permettant un<br />
déplacement facile du banc.<br />
Les outils de mesure<br />
Toutes les mesures ont été effectuées<br />
avec des outils de mesures<br />
sans contacts. C’est-à-dire, pour<br />
les mesures sur le cube, nous<br />
avons utilisé des têtes de lecture<br />
Keyence LK-031, alors que pour les<br />
mesures de distance, nous avons<br />
utilisé un interféromètre.<br />
L’acquisition des données<br />
Nous avons récolté les données en<br />
mesurant par Labview. Il aura fallu<br />
faire attention à ce que nos mesures<br />
soient bien prises en temps réel<br />
et qu’aucun problème de transmission<br />
ne vienne les perturber.<br />
Pour les mesures effectuées par interféromètre,<br />
tout est enregistré par<br />
le logiciel fourni* avec l’appareil. Au<br />
final, toutes ces valeurs seront interprétées<br />
sous Matlab.<br />
Exemple de mesure sur le robot avec le banc<br />
de test<br />
<strong>Berner</strong> <strong>Fachhochschule</strong> - <strong>Technik</strong> <strong>und</strong> <strong>Informatik</strong> http://www.ti.bfh.ch<br />
Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique
Und die Energie fliesst.<br />
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