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Berner FachhochschuleHaute école spécialisée bernoiseBern University of Applied SciencesTechnik und InformatikTechnique et informatiqueEngineering and Information TechnologyAbschlussarbeiten 2012Graduation Theses 2012ti.bfh.ch/book

TOP-JOBS FÜRSOFTWARE-INGENIEURECIATDDEclipseAgile DevelopmentClean CodeJava EE.NET Quuick Tesst AzureOO C++AndroidSilverligghtScrumDistributedKanbanKlare VisionMobile AppEmbeddedVirtualisation HFlache HierarchieTDDTestingCANHPQuality CeenterARRMOSGiPlatformIndependedentMulti-CoreZufriedene MitarbeitendeKompetente KollegenTFSMavenCoded UIEmbedbeddedd LinuxJavawww.bbv.ch/karriere

EditorialWissen und EngagementSavoir et EngagementKnowledge and EngagementIm aktuellen book präsentierenwir Ihnen 264 Abschlussarbeitenaus dem Jahr 2012: ausgewählte35 aus den beiden Masterprogrammenund aus der Weiterbildungsowie alle 229 aus den5 Bachelorprogrammen.Der erfolgreiche Abschluss einestechnischen Bachelorstudiumserfordert viel Wissen und Geschick.Verlangt ist aber aucheine gehörige Portion an Einsatzund Engagement. Viele unsererStudierenden gehen einer Arbeitnach, um sich einen Teil des Studiumsselber zu verdienen. Mitdieser Mehrbelastung beweisensie Ausdauer und Willenskraft.Sie untermauern damit aber auchdas praxisorientierte Profil derFachhochschulen, deren Fächerstark auf die spätere Arbeitsweltzugeschnitten sind.Das hohe Engagement unsererStudierenden wird mit dem starkenBezug zur industriellen Praxis,ausgezeichneten Berufsperspektivenund einem beachtlichen Anfangssalärbelohnt. Neben demMateriellen steht für die meistenunserer Studienabgängerinnenund -abgänger aber ein ganz andererAspekt im Vordergrund: Eininteressanter und abwechslungsreicherJob, der Gestaltungsmöglichkeiten,Herausforderungenund Verantwortung bietet.Ich wünsche Ihnen spannendeEinblicke in die vorgestellten Abschlussarbeiten,gratuliere denerfolgreichen Studierenden undbedanke mich bei Dozierenden,Experten, Projektpartnern und Inserentenfür Ihren Einsatz undIhre Unterstützung.Dans le book actuel, 264 travauxde fin d’études de l’année 2012sont présentés. 35 ont été sélectionnésdans les programmes demaster et de formation continue,alors que la totalité des 229 travauxprovenant des cinq programmesde bachelor ont étéchoisis.Terminer avec succès des étudestechniques de bachelor exigebeaucoup de savoir et de doigtéainsi qu’une bonne dose d’investissementet d’engagement. Ungrand nombre de nos étudiant-e-stravaille en parallèle pour subvenireux-mêmes à une partie de leursétudes. Cette charge supplémentaireprouve leur endurance et volonté.Ils corroborent ainsi aussile profil axé sur la pratique deshautes écoles spécialisées, dontles branches sont taillées sur mesurepour le mode du travail quiles attend.Grâce au rapport étroit avec lapratique industrielle, l‘engagementde nos étudiant-e-s estrécompensé par d’excellentesperspectives professionnelles etun salaire de départ appréciable.Outre le côté matériel, un toutautre aspect revêt une importanceparticulière pour la plupartde nos diplômé-e-s: Un job intéressantet varié, qui offre créativité,défis et responsabilité.J’espère que l’aperçu des travauxde fin d’études présentés vouspassionnera, je félicite les heureux-eusesétudiant-e-s et remercieles enseignant-e-s, expert-e-s,partenaires de projet et annonceurspour leur engagement etleur soutien.In this publication we present 264final theses from 2012 – 35 fromthe two Masters programmesand from further education, andall 229 from the five Bachelor programmes.The successful graduation of atechnical Bachelor study requiresa lot of knowledge and skills. Further,a really large commitmentand engagement is required.Many of our students work in orderto finance themselves part oftheir studies. With this additionalload they demonstrate perseveranceand willpower. Thus, theyalso confirm the practice orientedprofile of the universities of appliedsciences, whose subjectsare accurately catered for the laterworking environment.The ambitious engagement ofour students is rewarded with astrong connection to the industrialpractice, excellent professionalperspectives and a respectablestarting wage. However, besidesthe material values a totally differentaspect is in the focus formost of our graduates: an interesting-and challenging job offeringcreativity, challenges and responsibility.I wish you an exciting look intothe presented theses, and I congratulatethe successful studentsas well as thank the lecturers, experts,project partners and advertisersfor their commitment andsupport.Dr. Lukas RohrDepartementsleiterDirecteur du départementHead of DepartmentDr. Lukas RohrDr Lukas RohrDr. Lukas Rohrti.bfh.ch1

Inserat+ Wir machen ausMensch und Materialeine Erfolgsgeschichte.+ Giesserei+ Analytik+ Halbzeugfertigung+ Werkstoffprüfung+ Mikromechanische Fertigung+ Engineering+ Qualitätskontrolle+ Prozesskontrolle+ RefiningWir bei Cendres+Métaux erzielenmit hochwertigen Werkstoffenin unterschiedlichenIndustriezweigen langfristigeund effiziente Resultate.Als unabhängige Partnerentwickeln wir innovativeLösungen: Von Engineering-Services über die Produktion,Verpackung und Lagerung bishin zur Dokumentation.So tragen wir zum Erfolgunserer Kunden bei.2 ti.bfh.chCendres+Métaux SAP.O. BoxCH-2501 Biel/BiennePhone +41 058 360 20 00info@cmsa.chwww.cmsa.chDentalMedicalJewelleryWatchesRefining

Inhalt Contenu ContentsInserenten Annonceurs Advertisers 4Ihre Ansprechpartner Vos interlocuteurs Your contact persons 5Lehre und Forschungam Puls der PraxisEnseigement et rechercheliés à la practiqueTeaching and researchin line with practice7Liste der Absolventinnenund AbsolventenListe des diplôméeset des diplômésList of the graduates 14Abschlussarbeiten Travaux de fin d’études Graduation ThesesMasterMaster of Science in Engineering 19Master of Science in Biomedical Engineering 39Managementzentrum Bern Management Center Berne 51Softwareschule Software Engineering School 57Medical Technology Center Medical Technology Center 63Bachelor of SciencesAutomobiltechnik Technique automobile Automotive Engineering 69Elektro- und KommunikationstechnikÉlectricité et systèmes decommunicationElectrical- and CommunicationEngineering95Informatik Informatique Computer Science 141Maschinentechnik Mécanique Mechanical Engineering 186Mikro- und MedizintechnikMicrotechnique ettechnique médicaleMicro Engineering 238Impressum Impressum ImprintBerner Fachhochschule, Technikund Informatikbook.bfh.chHaute école spécialisée bernoise,Technique et informatiqueBern Univrsity of Applied Sciences,Engineering and Information TechnologyInseratecommunication.ti@bfh.chAnnoncesAdvertiesmentsDruckstaempfli.comImpressionPrintingAuflage3300 Ex.Tirage3300 exemplairesEdition3300 copiesti.bfh.ch3

InserentenAnnonceursAdvertisersEin herzliches Dankeschön geht an unsere Inserenten:Nous remercions chaleureusement nos annonceurs :A heartfelt thank you goes to our advertisers:bbv Software Services AG 6002 Luzern ..........................................................Cover 2www.sti-stiftung.chSchleuniger AG, 3600 Thun ...................................................................Cover 3www.schleuniger.chBystronic Laser AG, 3362 Niederoenz ............................................................Cover 4www.bystronic.chCendres + Métaux SA, Biel/Bienne ...................................................................2www.cmsa.chSTI, Stiftung für Innovation .........................................................................6www.sti-stiftung.chBFH-TI /BFH-AHB .............................................................................37, 93www.bfh.ch /masterUniversität Bern / Master of Science in Biomedical Engineering ............................................ 45www.bme.master-unibe.chBFH-TI /Weiterbildung ............................................................................ 61www.ti.bfh.ch /wbSelectron Systems AG, Lyss ...................................................................... 103www.selectron.chWistar Informatik AG, Bern ....................................................................... 154www.sti-wistar.chIntersys AG, 4500 Solothurn ...................................................................... 177www.intersys.chEnDes Engineering Partner AG, Kestenholz ........................................................... 198www.endes.chHy-Tech AG, Brügg ............................................................................. 250www.hytech.chZiemer Ophthalmic Systems AG, 2562 Port ........................................................... 262www.ziemergroup.com4 ti.bfh.ch

Ihre AnsprechpartnerVos interlocuteursYour contact personsBerner Fachhochschule, Technik und InformatikHaute école spécialisée bernoise, Technique et informatique BerneBern University of Applied Sciences, Engineering and Information TechnologyDepartementsleiterlukas.rohr@bfh.chDirecteur du départementHead of DepartmentMaster of Science in Engineeringfranz.baumberger@bfh.chMaster of Science in Biomedical Engineeringvolker.koch@bfh.chManagementzentrum Bernchristoph.gloor@bfh.chManagement Center BernSoftwareschule Schweizarno.schmidhauser@bfh.chSoftware Engineering SchoolMedical Technology Centeralex.zbinden@bfh.chBSc in Automobiltechnikbernhard.gerster@bfh.chBSc en Technique automobileBSc in Automotive EngineeringBSc in Elektro- undKommunikationstechnikalfred.kaufmann@bfh.chBSc en Électricité et systèmesde communicationBSc in Electrical- andCommunication EngineeringBSc in Informatikjean-paul.dubois@bfh.chBSc en InformatiqueBSc in Computer ScienceBSc in Maschinentechnikroland.hungerbühler@bfh.chBSc en MécaniqueBSc in Mechanical EngineeringBSc in Mikro- undMedizintechnikyves.mussard@bfh.chBSc en Microtechniqueet technique médicaleBSc in Micro- andMedicaltechnologyti.bfh.ch5

Von der innovativen Idee zum marktfähigen ProduktD’une idée innovatrice à un produit compétitifSTI - Wir unterstützen InnovationenDie Stiftung für technologische Innovation gewährt Gründern vonStart-up-Firmen eine fi nanzielle Unterstützung in Form langfristigerzinsloser Darlehen. Gefördert werden technologische Innovationenmit wirtschaftlichem Potential.STI - Nous soutenons les innovationsLa Fondation pour l’innovation technologique alloue aux créateursd’entreprises une subvention fi nancière sous forme de crédits à longterme exempts d‘intérêts. Les innovations technologiques économiquementprometteuses bénéfi cient de ce soutien.www.sti-stiftung.ch

Lehre und Forschung am Puls der PraxisEnseignement et recherche liés à la pratiqueTeaching and research in line with practiceIm Departement Technik und Informatikder Berner Fachhochschule(BFH-TI) erbringen wir abgestimmteLeistungen in derAus- und Weiterbildung, der angewandtenForschung und Entwicklungsowie im Transfer vontechnologischem Wissen.Drei Ansprüche stehen im Zentrumunseres Wirkens: Die hohe Qualität, um der Wirtschaftqualifizierte und innovativeFachkräfte und Dienstleistungenanbieten zu können. Die internationale Ausrichtung,um Studierenden und Dozierendenbeste Chancen in derglobalisierten Bildungs- undWirtschaftswelt zu eröffnen. Ein interdisziplinäres Denkenund Handeln, um den Erwartungenan die zunehmendheterogenen Teams in Industrieund Wissenschaft gerecht zuwerden.Dans le département Techniqueet informatique de la Haute écolespécialisée bernoise (HESB-TI),nous fournissons des prestationsconcordantes en formation et formationcontinue, en rechercheappliquée et développement ainsiqu’en transfert du savoir technologique.Notre activité se concentre sur troisexigences principales: Une qualité de haut niveaupour proposer à l’économiedes ingénieur-e-s qualifié-e-set des prestations de servicescompétitives. Une orientation internationalepour que les étudiant-e-s et lesenseignant-e-s disposent desmeilleurs atouts dans le mondeéducatif et économique globalisé. Une réflexion et une actioninterdisciplinaire pour satisfaireles attentes élevées placées deplus en plus dans les teamshétérogènes en industrie etscience.The department of Engineeringand Information Technology at theBern University of Applied Sciences(BUAS-TI) renders servicesrelating to education and continuingeducation, applied researchand development, and the transferof technological knowledge.The core of our work centres onthree aspirations: High quality, to offer the industryqualified and innovativespecialists and services. International orientation, tooffer our students and lecturersthe best opportunities in theglobalised world of economyand education. Interdisciplinary thinking andaction, to ensure our graduatesmeet the demands placed onincreasingly heterogeneousteams in industry and science.Verbindet Wissenschaftund industriellePraxis: DieBerner Fachhochschule,Technikund Informatik.Relie la scienceet la pratiqueindustrielle: laHaute école spécialiséebernoise,Technique etinformatique.Combines scienceand industrialpractice: BernUniversity of AppliedSciences,Engineering andInformation Technology.ti.bfh.ch7

Das Bachelorstudium, der Start in eineinteressante und erfolgreiche beruflicheZukunft.Les études de bachelor, le début d’unavenir professionnel intéressant etcouronné de succès.Bachelor studies: the first step to aninteresting and successful professionalfuture.Das Bachelorstudium alsstarke BasisMit Automobiltechnik, ElektroundKommunikationstechnik, Informatik,Maschinentechnik, Medizininformatiksowie Mikro- undMedizintechnik stehen sechsBachelor-Studiengänge zur Wahl.Die Studiengänge Automobiltechnikund Medizininformatik werdenin der Schweiz exklusiv an derBFH-TI angeboten.Das 8 Semester dauernde berufsbegleitendeInformatikstudiumkann auch im Frühjahr begonnenwerden.Im Bachelorstudium arbeiten dieStudierenden an spannendenProjekten mit. Sie wählen die Vertiefungund einen Teil der Moduleindividuell. In Biel werden alle Studiengängezweisprachig an ge -boten. Studentinnen und Studentenkönnen ein «Zertifikat bilingue»erwerben und mit dieser Zusatzqualifikationihre Chancen aufdem Arbeitsmarkt verbessern.Mehr Informationen unterti.bfh.ch/bachelorLes études de bachelor,une base solideSix filières d’études de bachelorsont à choix: Technique automobile,Électricité et systèmesde communication, Informatique,Mécanique, Informatique médicaleainsi que Microtechnique ettechnique médicale. En Suisse lesfilières d’études Technique automobileet Informatique médicalesont exclusivement proposées à laHESB-TI.Il est également possible de commencerles études d’Informatiqueen cours d’emploi au printemps;elles durent 8 semestres.Pendant les études de bachelor, lesétudiant-e-s collaborent à de passionnantsprojets. Ils choisissentindividuellement une spécialisationet une partie des modules. ÀBienne les études sont proposéesen deux langues. Les étudiant-espeuvent acquérir un « certificatbilingue », qualification supplémentaireconvoitée et recherchée sur lemarché du travail. Les cinq filièresd’études de bachelor actuelles sontaccréditées par ASIIN: la qualité del’offre d’études, les buts de l’enseignementet de l’encadrement correspondentau standard reconnuau niveau international.Plus d’informations surti.bfh.ch/bachelorBachelor studies –a solid foundationStudents can choose betweensix Bachelor programmes: AutomotiveEngineering, ElectricalandCommunication Engineering,Computer Science, MechanicalEngineering, Medical Informatics,and Micro- and Medical Technology.In Switzerland the degree coursesAutomotive Engineering andMedical Informatics are exclusivelyoffered at BUAS-TI. Studentsmay start their part-time degreecourses in Informatics in thespring as well. The courses last 8semesters.During their Bachelor studies,students collaborate on excitingprojects. They choose their ownspecialisation and some of themodules. In Bienne, all coursesare offered in two languages (Germanand French). Students canacquire a certificate in bilingualskills, an additional qualificationthat can improve their chances inthe employment market. All fivecurrent programmes are accreditedby ASIIN. The quality of ourstudy programmes, educationalgoals, and mentoring comply withinternationally recognised standards.For more information go toti.bfh.ch/bachelor8 ti.bfh.ch

Das Masterstudium alsSprungbrett für AmbitionierteAn der BFH-TI führen wir zwei unterschiedlicheStudiengänge zumMaster of Science durch:Les études de master, tremplinpour les ambitieux-eusesÀ la HESB-TI nous organisonsdeux filières d’études de Master ofScience différentes:Master studies – steppingstones for the ambitiousAt BUAS-TI there are two differentcourses that lead to a Master ofScience.Das von den Schweizer Fachhochschulengemeinsam angeboteneStudium zum «Master ofScience in Engineering» ist auf diePraxis ausgerichtet. Die sogenanntenMaster Research Unitsumfassen einen fachlichen Kompetenzbereich,verfügen übereine ausgezeichnete Infrastrukturund sichern mit ihren Projektenden Bezug zur industriellen Praxis.Die vier Units der BFH-TI sind«Energie-Verkehr-Mobilität», «MobileInformationsgesellschaft», «Produktionstechnik»sowie «Tech nologieam Menschen».Es besteht die Möglichkeit, sichdas Studium durch die Industriesponsern zu lassen, was mit einerAnstellung als Assistent/in an derBFH-TI verbunden ist.Mehr Informationen unterti.bfh.ch/masterDas von der medizinischen Fakultätder Universität Bern in einerengen und erfolgreichen Zusammenarbeitmit der BFH-TI angeboteneStudium zum «Master ofScience in Biomedical Engineering»befasst sich mit interdisziplinärenFragestellungen amSchnittpunkt von Medizin undTechnik. Es trägt dem grossenBedarf der Schweizer Medizintechnik-Industrienach gut ausgebildetenFachkräften Rechnung.Absolvent/innen einer SchweizerFachhochschule sind ohne Vorbedingungenzum Studium zugelassen.Der erfolgreiche Abschlusserlaubt den Anschlusseiner Promotion.Mehr Informationen unterti.bfh.ch/master oderbioeng.master.unibe.chLes études de «Master of Sciencein Engineering» proposées conjointementpar les hautes écoles spécialiséessuisses sont orientéessur la pratique. Les Master ResearchUnits comprennent un secteurde compétence, disposentd’une excellente infrastructure etgarantissent avec leurs projets lelien avec la pratique industrielle.Les quatre Units de la HESB-TIsont «Énergie-Transport-Mobilité»,«Société mobile de l’information»,«Technique de production» ainsique «Technologie appliquée à l’êtrehumain».Les études peuvent être sponsoriséespar l’industrie, ce qui est associéà un poste d’assistant-e à laHESB-TI.Plus d’informations surti.bfh.ch/masterLes études de «Master of Sciencein Biomedical Engineering, proposéesavec succès par la faculté demédecine de l’Université de Berneen étroite collaboration avec laHESB-TI s’occupent des questionsinterdisciplinaires reliant la médecineet la technique. Elles tiennentcompte du besoin accru de l’industriesuisse de technique médicaleen relève performante. Les diplômé-e-sd’une haute école spécialiséesuisse sont admis-e-s sanscondition préalables aux études.L’obtention du diplôme donne accèsau doctorat.Plus d’informations surti.bfh.ch/master oubioeng.master.unibe.chThe Master of Science in Engineering(MSE) is practice-basedand offered in cooperation withall Swiss universities of appliedsciences. So-called Master ResearchUnits cover specific areasof competency, have outstandinginfrastructure, and through theirprojects ensure students thatthey become aware of industrialpractices. The four units at BUAS-TI are: Energy-Transport-Mobility,Mobile Information Society, ProductionTechnology, and HumanInterface Technology.Students have the option of obtainingindustrial sponsorship,which involves being employed asan assistant at BUAS-TI.For more information please go toti.bfh.ch/masterThe Master of Science in BiomedicalEngineering, offered bythe medical faculty at the Universityof Bern in a close and successfulpartnership with BUAS-TI,deals with interdisciplinary issuesat the interface between medicineand technology. The programmeis responding to the Swiss medicaltechnology sector’s considerabledemand for highly educatedspecialists. Graduates fromany Swiss university of appliedsciences are admitted to studywith no preconditions. Successfulgraduation from the degreeprogramme qualifies students towork on a doctoral dissertation.For more information please go toti.bfh.ch/master orbioeng.master.unibe.chti.bfh.ch9

Die Forschung als Triebfederder InnovationAn der BFH-TI wird Wissen inneue Anwendungen und Produkteumgesetzt. Die dafür benötigtenKompetenzen und Ressourcensind in zehn Institutenkonzentriert. Unsere Professoren,Assistierenden und Studierendensind in zahlreichen multidisziplinärenund anwendungsorientiertenForschungsprojekten engagiert.Davon profitieren Studierendeund Wirtschaft zugleich. Die Studierendenarbeiten im Rahmenvon Semester- und Abschlussarbeitenan den Projekten mit undsichern sich so den Bezug zurPraxis. Die Unternehmen erhaltenZugang zu qualifiziertem Nachwuchs,zu Spitzentechnologienund zu Projekten mit Bundesund/oderEU-Beteiligung. Zudembieten wir ihnen eine Palette vonDienstleistungen und stellen ihnendas in nationalen und internationalenNetzwerken erworbeneWissen unserer Forschenden sowieunsere Infrastrukturen zurVerfügung.Die STI, Stiftung für technologischeInnovation, gewährt Gründernvon Start-up-Firmen eine finanzielleUnterstützung in Formlangfristiger und zinsloser Darlehen.Gefördert werden technologischeInnovationen mit wirtschaftlichemPotenzial.Mehr Informationen unterforschung.ti.bfh.chDie Weiterbildung alsFitnessparcoursDer kontinuierliche Erfolg unsererWeiterbildung basiert auf einerklaren Positionierung. Alle Angebotesind berufsbegleitend undauf die unternehmerische Praxisausgerichtet. Die Dozierenden arbeitenmehrheitlich in der Industrie.In den Projekten und «LivingCases» werden Fallbeispiele ausder beruflichen Praxis von Studierendenund Dozierenden behandelt.So lässt sich das GelernteLa recherche, mobile del’innovationÀ la HESB-TI, le savoir est transférédans de nouveaux produits etapplications. Dix instituts abritentles compétences et les ressourcesnécessaires. Nos professeur-e-s,assistant-e-s et étudiant-e-s sontengagés dans de nombreux projetsde recherche multidisciplinaires etorientés sur l’application.Étudiant-e-s et économique enprofitent. Dans le cadre des travauxde semestre et de fin d’études, lesétudiant-e-s collaborent aux projetset garantissent ainsi la relationavec la pratique. Les entreprisesont accès à une relève qualifiée,à des technologies de pointe et àdes projets avec participation dela Confédération et/ou de l’UE. Deplus nous leur offrons une palettede prestations de services et mettonsà leur disposition le savoir denos chercheurs acquis dans les réseauxinternationaux ainsi que nosinfrastructures.La STI, Fondation pour l’innovationtechnologique, alloue aux fondateursd’entreprises Start-up un supportfinancier sous forme de crédità long terme exempt d’intérêts. Lesinnovations technologiques économiquementprometteuses bénéficientde ce soutien.Plus d’informations surrecherche.ti.bfh.chLa formation continue,parcours fitnessUn positionnement clair se trouveà la base du succès constant denotre formation continue. Toutesles offres sont en cours d’emploi etaxées sur la pratique entrepreneuriale.Les enseignant-e-s travaillentpour la plupart dans l’industrie,dans les projets et les «LivingCases» deviennent des exemplesde pratique professionnelle traitéspar les enseignant-e-s et les étudiant-e-s.Il est ainsi possible d’appliquer5 sur 5 ce qui a été appris,une aubaine pour les étudiant-e-set les employeurs.Research drives innovationAt BUAS-TI, knowledge is translatedinto new applications andproducts. The requisite competenciesand resources are focusedin ten institutes: Our professors,assistants, and studentsare involved in numerous multidisciplinary-and application-orientatedresearch projects.This benefits students and industryalike. While working on semesterpapers and final theses, studentsparticipate in these projectsand help relate theory to everydaypractice. Partner companies haveaccess to young professionals,cutting edge technologies, andprojects with federal and/or EUfunding. We also provide a rangeof services, as well as access toour infrastructures and to knowledgeacquired by our researchersthrough national and internationalnetworks.The Foundation for technologicalinnovation (STI) offers financialsupport to business startupsin the form of long-term, interestfreeloans. The foundation promotestechnological innovationswith economic potential.For more information please go toforschung.ti.bfh.chContinuing education –fitness training for the futureThe ongoing success of our continuingeducation offers is due toclear positioning. All courses arepart-time and focus on corporatepractice. The majority of our lecturerswork in industry. Studentsand lecturers work on case studiesbased on their everyday professionalexperiences, in the formof projects and “living cases”.Lessons learned are implemented1:1, benefiting both students andemployers.The Management Centre in Berneallows engineers and future managersto build specific competenciesin business administration10 ti.bfh.ch

Steht beim Masterstudium im Vordergrund:die interdisziplinäre Lösunganspruchsvoller Probleme.Au premier plan des études de master:la résolution interdisciplinaire de problèmescomplexes.At the heart of Master studies: interdisciplinarysolutions to demandingproblems.1:1 umsetzen, was Studierendenund Arbeitgebern zu Gute kommt.Das Managementzentrum Bernvermittelt Ingenieur/innen undangehenden Managern gezielteKompetenzen in Betriebswirtschaftund Unternehmensführung.Es ist vernetzt mit Partneruniversitätenin Europa undÜbersee.Die Angebote der Software-SchuleSchweiz beinhalten primär dieSoftware-Entwicklung, die Planungund Realisierung von IT-Systemen sowie das Informationsmanagement.In den Studiengängen des MedicalTechnology Center erwerbendie Studierenden Fähigkeiten, umdie vielschichtigen Herausforderungenim Gesundheitswesen erfolgreichzu meistern.Mehr Informationen unter ti.bfh.ch/weiterbildung – Informationenzum Master of Advanced Studiesder Schweizer Fachhochschulenin Nano and Micro Technologyunter nanofh.ch/nmt-masterLe centre de management Bernetransmet aux ingénieur-e-s et auxfuturs managers des connaissancesciblées en Gestion et Directiond’entreprise. Il est connecté àdes universités partenaires en Europeet Outre-Atlantique.Les offres de la Software-SchuleSchweiz comprennent en premierlieu le développement Software, laplanification et la réalisation de systèmesIT ainsi que le managementde l’information.Les filières d’études du MedicalTechnology Center donnent auxétudiant-e-s des capacités pourrelever avec succès les défis complexesdans le domaine de la santé.Plus d’informations sur ti.bfh.ch/formationcontinue – Informationssur le Master of Advanced Studiesdes hautes écoles spécialiséessuisses en Nano and Micro Technologysur nanofh.ch/nmt-masterand corporate management. Thecentre is part of a network of partneruniversities in Europe and beyond.The Software Engineering Schoolprimarily offers courses in softwaredevelopment, planning andrealisation of IT systems, and informationmanagement.Courses at the Medical TechnologyCentre build capabilities formastering the multifaceted challengeswithin the healthcare sector.For more information go to ti.bfh.ch/weiterbildungFor information about the Masterof Advanced Studies in Nanoand Micro Technology offered bythe Swiss universities of appliedsciences, go to nanofh.ch/nmtmasterti.bfh.ch11

Liste der Absolventinnen und AbsolventenListe des diplômées et des diplômésList of the GraduatesIm Folgenden präsentieren wirIhnen ausgewählte Abschlussarbeitenaus unseren beidenMasterprogrammen und aus derWeiterbildung sowie alle Bachelorarbeitendes Jahres 2012.Die Absolventinnen und Absolventensind je Studiengang inalphabetischer Reihenfolge aufgeführt.Bei Teams bestimmt diealphabetische Position des erstenTeammitglieds die Einordnung.Nous vous présentons ci-aprèsune sélection de travaux de find’études de nos deux programmesde master et de la formation continueainsi que tous les mémoiresde bachelor de l’année 2012.Les diplômées et les diplôméssont présenté-e-s dans l’ordrealphabétique par filière d’études.Lorsqu’il s’agit d’un team, le nomde la personne dont la premièrelettre est la plus proche du débutde l’alphabète détermine la positiondu team.In the following we present you selectedtheses from our two MasterProgrammes and the ContinuingEducation as well as all Bachelortheses of the year 2012.The graduates are listed alphabeticallyaccording to their studycourse. In teams the alphabeticposition of the first member of theteam appoints the placement.12 ti.bfh.ch

Master of Science in EngineeringEfe Anil Aksöz ............20Marcel Berger ............21José Beuchat.............22José Beuret .............23Markus Brönnimann........ 24Christian Dietrich..........25Christoph Gusset..........26Andreas Habegger.........27Irene Kunz...............28Erich Raemy .............29Thomas Reber............30Johannes Renner . ........31Luca Roncarati ...........32Sandro Schnegg ..........33Tim Wacher ..............34Jonathan Wey ............35Simon Zumbrunnen ........36Master of Science in Biomedical EngineeringChristian Affolter ..........40Christian Dellenbach ....... 41Raphaël Deschler..........42Lukas Frei . ..............43Lukas Kohler . ............44Daniel Lachner............46Aymeric Niederhauser ...... 47Jonas Reber .............48Peter Stalder .............49Managemantszentrum BernManagement Center BerneDieter Friedli. .............52Daniel Hodel .............52Oliver Stalder.............53Thomas Zurkinden. ........54SoftwareschuleSoftware Engineering SchoolPascal Irminger ...........60Andrea Lehmann..........58Marcel Lehmann ..........60Markus Maeder ...........59Franziska Stebler..........58Axel Zenklusen ...........60Medical Technology CenterDaniel Ammann...........64Reto Kaufmann ...........65Christoph Spicher .........65Raymond Yerly............66BSc in AutomobiltechnikMatthias Allgayer..........70Julien Berthoud........... 71Joris Bettler..............72Manuel Bloch. ............73André Burkhard........... 74Peter Csaszar ............75André Filipe Figueiredoda Silva . ............... 244Thomas Ebnöther .........76Olivier Fragnière...........77Sébastien Golay. ..........78Romain Gueninchault. ......79Bastien Haller ............80Oliver Heiniger ............ 74Stephan Heshusius ........81Marco Jordi ..............82Christoph Koch ...........75Simeon Krummenacher .....83Michael Lanker ...........70Nicolas Lebert ............84Thomas Metzger ..........85Patrick Mönnig............86Alexander Mussitelli........80Philipp Mutti. .............87Andreas Ramseier .........76Silvan Rindisbacher . . . . . . . . 82Patrick Rohner............88Glen Romagnoli...........79Dominic Sahli.............89Peter Schilliger. ...........84Nadja Schwarz............90Stefan Sempach ..........89Tobias Singer. ............91Florian Sommerhalder ......92Roland Staudenmann ......73Julian Suter ..............86Timotheus von Däniken .....77Christoph Wegmüller .......91Corsin Zürcher............88ti.bfh.ch13

BSc in Elektro- und KommunikationstechnikBSc en Électricité et systèmes de communicationBSc in Electrical- and Communication EngineeringAdrian Adam .............96Daniel Aebi ..............97Christian Bachmann........98Daniel Balz. ..............99Simone Baragiola......... 100Marco Beffa. ............ 101Sascha Berger........... 102Chasper Buchli .......... 104Christoph Bühlmann ...... 105Lukas Bühlmann ......... 106Sandro Burn ............ 106Christian Bütikofer.........99Gion Andri Clalüna........ 107Luis Filipe Silva Costa ..... 108Gabriel Da Silva Cardoso ... 108Angel Javier Rodriguezdel Rio. ................ 127Michael Diethelm......... 109Marco Dubach. .......... 110Kevin Eggen..............111Dominik Eichenberger ..... 102Nabil Elbadry ............ 100Alain Felder ..............111MohammedFonseca Boukhalat ....... 112Thomas Gerber .......... 113Nathanaël Grunder........ 114Simone Guscetti ......... 115Philipp Gysel . ........... 116Thomas Hess . . . . . . . . . . . .117Urs Hofer............... 118Christoph Hofer.......... 119Stefan Hubacher ......... 120Michael Huldi............ 121Jürg Jäggi .............. 122Claudio Kälin . . . . . . . . . . . . 123Samuel Kreuzer .......... 105Stefan Lenz . . . . . . . . . . . . . 124Daniel Lüdi. ............. 125Felix Mosimann .......... 126Alessio Piazza ........... 127Theo Reichenbach. ....... 128Thomas Rothenfluh ....... 129Lukas Röthlisberger ....... 130Tobias Daniel Rüetschi. .... 131Marcel Ryser ............ 131Jonas Schild ............ 129Samuel Schaad .......... 122Remo Schläppi .......... 132Raphael Schertenleib...... 116Manuel Sommer ......... 133Andreas Staub........... 134Manuel Stäubli. .......... 135Sandro Steffen........... 128Mathias Stucki ........... 136Marco Tanner............ 121Caspar Trittibach ......... 137Andreas Vitelli ........... 118Daniel Wälchli ........... 138Cedric Weber............ 139Stefan Weyeneth ......... 139Fabian Zobrist ........... 136Stefan Zürcher........... 133Cyril Zwahlen............ 110BSc in InformatikBSc en InformatiqueBSc in Computer SciencePetar Aleksandrovic....... 142Florian Bänziger.......... 143Marc Baumann .......... 144David Baumgartner . ...... 145David Berger ............ 146Stephan Berger ......... 142Louis Bernath ........... 147Ken Blum. .............. 145Patric Blunschi........... 148Kevin-Dave Brechbühl ..... 149Damian Breu ............ 150Florian Bühlmann......... 151Marcel Bühlmann......... 152Simon Burkard........... 153Urs Dix ................ 155Lea Fabienne Dolder ...... 156David Ehrler............. 157Matthäus Eismont ........ 158Lorenz Emmenegger ...... 159Adrian Fahrer............ 160Simon Flachsbart......... 161Manuel Frischknecht ...... 162Marco Gfeller............ 163Raffael Gottardi . . . . . . . . . . 150Marco Hochstrasser . . . . . . 164Fabio Hufschmid ......... 165James Hulka ............ 166Ruth Imwinkelried ........ 157Christoph Isch........... 167Matthias Jeker........... 152Simon Käser ............ 168Florian Künzi ............ 152Nils Lanthemann ......... 169Rainer Lengler........... 170Sandro Leoni............ 171Jan Thomas Liechti ....... 147Rolf Linder.............. 146Yoël Luginbühl........... 172Tobias Merz ............. 171Michael Müller ........... 173Claude Nobs .............174Christian Pauwels ........ 175Andrea Pellegrini ......... 176Giuliano Pescio .......... 163Michel Reuteler .......... 178Markus Roth ............ 179Kevin Schneider.......... 171Thomas Schmid.......... 155Lorenz Schori ........... 180Angelo Seiler............ 150Tobias Soltermann ........ 181George Sriranjan ......... 181Nick Pete Stähli.......... 173Jan Stohler ............. 148Silvan Strüby ............ 181Stefan Tock ............. 182Tobias Vogel ............ 183Pascal von Dach ......... 184Philémon von Bergen...... 176Jean-BernardWansi Njengoue.......... 185Michael Widmer.......... 165Pauli Winkelmann..........17414 ti.bfh.ch

BSc in MaschinentechnikBSc en MécaniqueBSc in Mechanical EngineeringJoel Allemann ........... 187Xaver Bandi............. 188Adrian Baumgartner. ...... 189Dominik Boner........... 190Simon Bosshard ......... 191Manuel Bracher.......... 192Enver EnriqueBuendia Orozco.......... 193Joel Costan............. 194Andreas Egger........... 195Donat Reto Fetz.......... 196Severin Flisch............ 197Richard Eugen Fuchs...... 199Benedict Gfeller..........200Adriano Giovannini........ 201Raphael Grossenbacher....202Micha Güdel ............203Michael Hirschi ..........204Philip George Hofer . ......205Simon Hugi .............206Nikola Janjic ............ 207Stefan Kleiner ...........208Kevin Köhl . . . . . . . . . . . . . . 209Martin Kropf............. 210Micha Matthias Künzi...... 211Simon Lanz ............. 212Priska Lienhard .......... 213Patric Mosimann ......... 214Reto Simon Müller ........ 215Martin Mumenthaler. ...... 216Felix Münster............ 217Pascal Peter ............ 218Antonio Prince........... 219Martin Reuteler ..........220Jonas Rohrer............ 221Bastian Roth ............222Gino Andrea Rovitti .......223Christian Schaller......... 224Simon Schär ............ 225Michael Schori...........226Daniel Schranz........... 227Christian Siegenthaler .....228Michael Sollberger........229Nils Trachsel ............230Winh Truong ............ 231Rolf von Ballmoos ........232Lukas Weder ............233Christian Wegmüller.......234Simon Wüthrich..........235Musa Zuberi.............236Beat Zulauf ............. 237BSc in Mikro- und MedizintechnikBSc en Microtechnique et technique médicaleBSc in Micro- and MedicaltechnologyDaniel Achermann ........239Kai Bachofner ........... 240Oliver Baumann.......... 241Matthieu Borgognon ...... 242Daniel Christen .......... 243Davide Di Francesco ...... 245Matthias Furrer .......... 246Julien Gumy............. 247Stefan Haudenschild ...... 248Daniel Heiniger .......... 249Christof Hommann........ 251Jane Krähenbühl ......... 252Thomas Lüthi............253Christian Mauerhofer ......254Danilo Mazzarella.........255Vivien Meyer ............ 256Damien Müller ........... 257Martin Mumenthaler. ......258Andreas Thomas Neuhaus . . 259Michael Nyffeler..........260Carlos Puertas........... 261Adrian Räz..............263Enrico Renna............264Alban Rudaj.............265Benjamin Schemer........266Florian Schleiss .......... 267Lukas Schneider .........268Simon Schnider.......... 244Guillaume Sottas .........269Adrian Stirnimann ........ 270Christina Stöck .......... 271Gisèle Taboada .......... 272Preethy ElizabethVadakkadath ............ 273Nicolas Wiedmer ......... 274Jeremias Wolfensberger.... 275Beat Wyss.............. 276ti.bfh.ch15

Alumni: Brücke zwischen Hochschule und PraxisAlumni: une passerelle entre haute école et pratiqueAlumni: the bridge between university and professional lifeDie Absolventinnen und Absolventeneiner Hochschule (Alumni)stellen eine wichtige Verbindungzwischen dieser und den BereichenWirtschaft, Gesellschaft undKultur dar. Nach Studienabschlusswenden die Alumni ihrWissen in der Praxis an und gebenan der Hochschule gewonneneErfahrungen als deren Botschafterweiter. Auch die BFHerachtet die Beziehungspflege zuihren Alumni als essentiell. Ausdiesem Grund wurde vor vier Jahrendie Fachstelle Alumni gegründet,die seither mit dem Auf- undAusbau sowie der Koordinationdes Alumni-Wesens beauftragtist. Sie agiert als zentrale Anlaufstellefür die Anliegen der BFH-Alumni und ihrer vierzehn Alumni-Vereine.Zu den Hauptaufgaben der FachstelleAlumni gehören: Intensivierung der Beziehungenzu sowie zwischen den Alumnider BFH Stärkung der Identifikation derAlumni mit der BFH Regelmässige Information derAlumni über Entwicklungenund Aktivitäten an der BFH Förderung der beruflichenChancen und der Weiterbildungvon Alumni Vermittlung von Erfahrungenund Informationen aus derberuflichen Praxis der Alumni Weiterentwicklung der Leistungenfür Alumni und Alumni-Vereine Begleitung bei Neugründungenvon Alumni-Vereinen2011 erstellten die Delegierten derAlumni-Vereine ein Konzept zurstrategischen Weiterentwicklungdes Alumni-Wesens an der BFH.Im Zentrum stand die Wahl einerLes diplômés et diplômées d’unehaute école (alumni) sont de véritablestraits d’union avec lemonde de l’économie, de la sociétécivile et de la culture. Auterme de leurs études en effet,ils appliquent leur savoir dans lapratique où, tels des messagers,ils transmettent les expériencesqu’ils ont acquises. Comme bonnombre d’institutions de formation,la HESB accorde une grandeimportance à l’entretien des relationsavec ses alumni et alumnae.C’est la raison pour laquelle elle acréé, voilà quatre ans, un servicespécialisé Alumni qui se consacredepuis lors à la mise sur pied, audéveloppement et à la coordinationdes activités concernant lesanciens étudiants et étudiantes.Elle agit en tant que plateformecentrale pour défendre les intérêtsdes diplômés et diplôméesde la HESB et de leurs quatorzeassociations.Les principales tâches du servicespécialisé Alumni consistent à: intensifier les relations entre etavec les alumni renforcer leur identificationavec la HESB les informer régulièrement surles développements et activitésen cours à la HESB promouvoir les opportunitésprofessionnelles et la formationcontinue en leur faveur assurer l’échange des expérienceset des informationsissues de leur pratique professionnelle développer des prestationspour les alumni et leurs associations fournir un encadrement lors dela création de nouvelles associationsAlumniThe graduates of an university(alumni) form an important linkbetween the university and thespheres of business, society andculture. On completing their studies,alumni apply their knowledgein practical situations and, as itsambassadors, provide the universitywith valuable feedback. BUASalso regards alumni relations asan essential part of its remit. Thiswas why the Alumni Departmentwas founded four years ago withthe aim of establishing, developingand coordinating alumni relations.It acts as a central pointof contact, dealing with the concernsof BUAS alumni and itsfourteen alumni associations.The main duties of the Alumni Departmentinclude: Intensifying relations with andbetween the BUAS alumni Strengthening alumni ties toBUAS Keeping alumni up to date onBUAS developments and activities Promoting career opportunitiesand continuing education foralumni Passing on experiences andinformation from the professionallife of alumni Further development of servicesfor alumni and alumniassociations Supporting the establishmentof new alumni associationsAlumni association delegatesdrew up a concept for the strategicdevelopment of alumni relationsat BUAS in 2011. Its mainfocus was to select an optimumorganisational form for the future:the formation meeting of the umbrellaassociation BUAS ALUMNIwill take place as early as this Oc-16 ti.bfh.ch

optimalen, zukünftigen Organisationsform:noch diesen Oktoberfindet die Gründungsversammlungdes Dachverbands ALUMNIBFH statt. Dieser soll die sich invielen Punkten – z.B. bezüglichEntstehungsgeschichte oder Mitgliederzahl– unterscheidendenAlumni-Vereine der BFH vereinigenund beim Erreichen ihrer Zieleunterstützen. In der Startphasewird der Dachverband durch dieBFH finanziert.ALUMNI BFH verspricht unter anderem: einen starken Auftritt nach aussen eine unterstützende Wirkungfür die Positionierung der BFHin der Hochschullandschaft einen erfolgreichen internenAustausch aufgrund der Vielfaltseiner MitgliederDer Dachverband ALUMNI BFHzeichnet sich durch eine demokratischeStruktur mit klarer Definitionvon Aufgaben, Kompetenzenund Verantwortung aus undregelt die Zusammenarbeit zwischenden Alumni-Vereinen undDach bei der Umsetzung vonMassnahmen. Innerhalb des DepartementsTechnik und Informatikder BFH bestehen folgendevier Alumni-Vereine: BFH AlumniTechnik, Gesellschaft zur Förderungder Software-Technologie,Ingena Bern und Alumni BFHMedInf/MedTec.Weitere Informationen unterbfh.ch/alumniEn 2011, les délégués des associationsAlumni ont élaboré unestratégie relative au développementde leur domaine au sein dela HESB. Il s’est agi en priorité dedéfinir une forme d’organisationoptimale et orientée vers l’avenir.En octobre prochain se tiendral’assemblée constitutive de l’organefaîtier ALUMNI HESB. Celuiciaura pour mission de réunir desassociations qui se différencienten de nombreux points – de parleur genèse ou leur effectif notamment– et de les soutenir dansla réalisation de leurs objectifs.Durant sa phase de lancement, ilsera financé par la HESB.ALUMNI HESB s’engage notammentpour une meilleure visibilité à l’extérieur un soutien au positionnementde la HESB dans le paysagedes hautes écoles un échange interne riche etefficace grâce à la diversité deses membresL’association faîtière ALUMNI HESBse caractérise par une structure démocratiqueet une définition clairedes tâches, des compétences etdes responsabilités, ainsi que parune réglementation de la collaborationentre membres et organe faîtierpour la mise en œuvre des mesuresadoptées. Le départementTechnique et informatique comptequatre associations Alumni: AlumniHESB Technique, Société pour lapromotion de la technologie logicielle,Ingena Bern et Alumni HESBMedInf/MedTec.tober. Its aim is to unite the BUASalumni associations under the oneroof and to assist them in achievingtheir goals. The associationscurrently differ from one anotherin many respects, including howthey originated or membershipnumbers. Initially, the umbrella associationwill be funded by BUAS.BUAS ALUMNI goals include: a stronger public image support in positioning BUAS inthe university community successful internal networkingdue to the diversity of its membersThe BUAS ALUMNI umbrella associationhas a democratic structureand clearly defined duties,areas of competency and responsibility.It works together with thealumni associations to implementjoint measures. The BUAS Engineeringand Information Technologydepartment includes the followingfour alumni associations:BUAS Engineering Alumni, Societyfor the Promotion of SoftwareTechnology, Ingena Bern andAlumni BUAS MedInf/MedTec.For more details, visitbfh.ch/alumniPour en savoir plus:bfh.ch/alumniti.bfh.ch17

BeispielExempleExampleBIBiel-BienneBernBurgdorfVauffelinBE BU VABSc in InformatikOrt, wo die Arbeit ausgestellt wirdLieu où le travail est exposéExhibition place of the thesisTitel der Arbeit / Titre du travail / Title of the ThesisFach – Branche – Subject / BetreuerIn – Directeur-trice de thèse – Thesis advisorExperte – Expert – ExpertProjektpartner – Partenaires du projet – Project partnerVorname NamePrénom NomFirst name SurnameTelefonTéléphonePhoneE-MailCourrielE-mail18 ti.bfh.ch

Master of Science in Engineering

BIBEBUVAMaster of Science in EngineeringDevelopment of a Novel FES Tricycle for ChildrenRehabilitation Engineering / Thesis advisor: Prof. Dr. Kenneth J. HuntExpert: Dr. med. Sebastian GruntIt is a challenging task for children with a spinal cord injury(SCI) to make exercises or participate recreationalactivities. This increases their risk of developing cardiovascular diseases and can affect child’s naturaldevelopment. Lower-limb cycling by means of functional electrical stimulation (FES) of the paralyzed musclegroups have been used to improve the cardiorespiratory health of SCI individuals. The primary aim of thisstudy was to develop pediatric FES-cycling equipment with motor assist.Efe Anil Aksözanilaksoz@gmail.comIntroductionBetter cardiovascular fitness andbone strength are the main benefitsof adequate physical activityin childhood. Children with a spinalcord injury (SCI), cerebral palsy(CP), or other neurological deficitsare faced not only with psychologicalchallenges, but also physicallimitations which prevent themperforming adequate exercise requiredfor their natural growth anddevelopment. Reported data suggestthat cycling with functionalelectrical stimulation (FES) haspositive health benefits not only foradults but also for children withneurological impairment.The main idea of FES cycling is tostimulate paralysed muscles usingan external stimulator. Stimulationis coordinated with pedal positionto achieve continuous cyclingmovement. Stimulation intensitycan be controlled automatically ormanually, and this directly affectspedal torque and cadence. Themuscle groups normally stimulatedare the quadriceps, hamstringsand gluteal muscles.The main goalof this master thesis was to developa novel FES tricycle for childrenwith lower-limb paralysis.MethodsA child’s sports trike (KMX Cyclone)was modified for FES. Dueto the weak muscles of Childrenwith SCI or CP, higher torques areneeded to move the entire tricycleThe pedal movement is assistedby a DC motors, but the inertia ofthe trike still has to be overcome.In order to solve this problem,main idea was to have two independentdrives: one for the pedalsand legs, coordinated with stimulation,and the other for moving theentire trike. A DC motor (MaxonEC90 brushless 90 Watt motor)with a 21:1 gearhead was implementedat the pedals. A toothedsynchronous belt drive systemwas designed to transmit powerfrom the motor to the pedals usinga belt of 15 mm width and 5 mmpitch. In order to retain the originalshaft, additional mechanical partswere used to fix the drive systemto the trike.A 350 W hub motor (Crystallite)with 40 Nm torque and 23 km/hmaximum speed with a 20” rimwas mounted in the rear wheel tomove the entire trike. A thumbregulator is used to throttle themotor and with the help of thecontroller the motor speed can beadjusted. Control software wasdeveloped to connect the rear andfront drive systems. This was implementedin Matlab/Simulink. TheReal-Time Windows Target wasused for analogue inputs and outputs.ResultsThe angular speed, maximumtorque and power were experimentallycalibrated. The FES stimulatorwas tested and its connectionto the throttle and front motorverified in recreational cyclingtests. The response time and timedelay between front and rear drivewas checked. The trike’s mobileperformance was tested by throttleand torque feedback controltrials.Modified Tricycle with trailerControl StrategyStimulation20 ti.bfh.ch

Master of Science in EngineeringBIBEBUVAUMTS-TrägerdetektionMobile ITC / Betreuer: Dr. Rolf VetterProjektpartner: COMLAB AG, Ittigen / Experte: Dr. Peter SchlatterDie Berner Fachhochschule hat von der Firma COMLAB AG den Auftrag erhalten, ein System zu entwickeln,welches vorhandene UTMS-Übertragungen erkennt, um diese anschliessend wirkungsvoll zu stören. DieUMTS-Frequenzen sollen dabei nicht ständig gestört werden, sondern nur dann, wenn ein UMTS Signalvorhanden ist. Damit soll verhindert werden, dass Teilnehmer unerlaubt über UMTS kommunizieren können.Das System soll im Bereich der Sicherheitsverwahrung (Gefängnisse, Anstalten etc.) eingesetzt werden.AusgangslageDie COMLAB AG, mit Sitz in Ittigen,ist ein spezialisiertes, weltweittätiges Unternehmen für Hochfrequenztechnik.Als SchweizerFirma projektiert, entwickelt, produziertund installiert sie schlüsselfertigeFunksysteme. Unter anderemstellt sie auch Systemezur Störung von Funkübertragungenher. Bisher setze sie einenMobilfunk-Detektor ein, welcherdie Leistung auf den gewünschtenFrequenzen misst. Dieser arbeitetbei UMTS aber nicht zuverlässig.Universal Mobile TelecommunicationsSystem (UMTS) ist derMobilfunk-Standard der drittenGeneration (3G) und wird inzwischeninternational von den Netzbetreiberneingesetzt. Zur Übertragungvon UTMS-Signalen wirdein Bandspreizverfahren verwendet.Aufbau des DetektionssystemDieses hat die Eigenschaft, dassder Leistungspegel eines UMTS-Signal unter dem Umgebungsrauschenliegen kann. Die Detektiondes Signals wird dadurch erheblicherschwert.RealisierungDas System wurde mit einer Hardwarerealisiert, welche von derCOMLAB AG entwickelt und hergestelltwurde. Die sogenannteData Acquisition Unit (DAU) beinhalteteinen Hochfrequenz-Teil(mit Filter, Mischer), einen Analog-Digital-Wandler und für die Datenverarbeitungein Field ProgrammableGate Array (FPGA) undeinen digitalen Signalprozessor(DSP).Für die Detektion vom UMTS wurdeein innovatives Verfahren ausgearbeitet.Auf dem FPGA wurdedieses Verfahren mit Hilfe derHardwarebeschreibungsspracheVHDL umgesetzt. Der DSP ist fürdie Kommunikation zwischen derDAU und der Umwelt zuständig. Ineinem webbasierten Interfacewerden Daten, wie die Frequenzender erkannten UMTS-Signale unddie Signalpegel dieser Frequenzen,bereitgestellt.Marcel Bergermarcel.berger@bluewin.chErgebnisIn dieser Master Thesis ist ein Systementstanden, welche das zuverlässigeDetektieren von UMTS-Signalen erlaubt. Damit kann dasentwickelte System zusammen miteinem Störsender in der Praxiseingesetzt werden.Die DAU im Einsatzti.bfh.ch21

BIBEBUVAMaster of Science in EngineeringA Secure Distributed Bulletin BoardE-Voting / Thesis advisor: Prof. Dr. Eric DubuisExpert: Prof. Dr. Andreas SteffenMore and more data are published on the Internet everyday. How can we ensure that the displayed contenthas not been modified? In serious contexts (e.g., e-voting) it is essential to prove the correctness of the data.Using a secure bulletin board, authorized users will be able to post messages and have the assurance thatthey will never be changed, moved or deleted. Also, the messages will be available to everyone. The goalof this thesis is to describe a working solution that produces correct results even in presence of activelycorrupt parties.José Beuchatjose.beuchat@bluewin.chIn this master thesis, we show thatbulletin boards can be used in differentcontexts (e.g. e-voting, auctions,system logs, etc) to allowusers to post and read messagesthat will never be removed, modifiedor moved. Moreover, theyshould always be available, possessno single point of failure andtheir users are able to prove it ifany of those properties are notrespected.We also present a distributed solution(see Figure 2) running at nparties, of whom less than onethird can be corrupt without affectingthe correctness of the bulletinboard. The users randomlychoose a party, post their messagesand receive a receipt forthem. This solution, based on themaster thesis of R.A. Peters, usesa secure broadcast channel describedby M.K. Reiter.As you can see in Figure 1, oursolution has a relaxed layered architecturecomposed of the followingseven layers: Network, SecureGroup Membership, EchoMulticast, Reliable Multicast,Atomic Multicast, SynchronizedMulticast and Application. When amessage is posted at a party, it isbroadcast to the n parties by goingthrew all of those layers. Sixlayers have currently been implementedand tested. The applicationlayer remains to be done.However, we realized a simpleimplementation that gives us theability run our protocols and tomonitor and manage them using aJMX client. Note that this last layercan differ a lot depending on thecontext. A major difference incomparison to Peter’s solution isthat our prototype, implementedin Java, is multi-threaded. It makesus gain performance and givesmore possibilities to test the system.Unfortunately, thread-safeprotocols were hard to realize.Future work will add group-thresholdsignatures in the Echo MulticastProtocol, making it more efficient.It will be important to usea scheme not requiring a trusteddealer. Otherwise, a single point offailure will exist. Additionally, alternativemessage formats (ASN.1,XML, JSON, etc.) will be used inorder to make our bulletin boardready for interoperability with possibleother implementations.Figure 1: Relaxed Layered ArchitectureFigure 2: Distributed Solution22 ti.bfh.ch

Master of Science in EngineeringBIBEBUVADu raisonnement avec OWL et NoSQL?IT Sécurité / Directeur de thèse: Prof. Dr. Olivier BibersteinExpert: Prof. Dr. Gilles FalquetNotre but est de découvrir des connections ou des relations entre sites Web hébergeant des informationsillicites pour permettre l’étude et la compréhension de l’organisation en réseaux de ces derniers. La représentationdes sites est décrite au moyen de Web Ontology Language (OWL). Un «raisonneur» est employéafin de déduire de nouvelles relations entre les sites à partir de l’information OWL. Parallèlement, plusieurstypes de bases de données NoSQL (Not Only SQL), mieux adaptées dans ce contexte, sont étudiés commealternatives aux bases de données relationnelles.L’objectif de ce travail est d’offrirdes moyens techniques pourmettre en évidence des liens entresites Web qui hébergent des informationsillicites (utilisation abusivede marques déposées, vente deproduits contrefaits ou prohibés,etc.) et de comprendre commentces sites sont organisés entre eux.Pour ce faire l’information extraitedes sites Web est exprimée sousforme d’ontologie au moyen deWeb Ontology Language (OWL). Apartir de cette information, sousforme d’ontologie, un raisonneurest employé pour inférer les relationsentre sites.RaisonnementUne partie importante du raisonnementréside en réalité dans ladescription de l’information. Pourqu’un raisonneur puisse interpréterla structure de l’information etl’associer à des concepts, chacunde ces concepts doit être spécifié.OWL permet d’exprimer desconcepts et d’associer des donnéesà ces concepts. Il est aussipossible de définir des conceptséquivalents. Les concepts équivalentsoffrent la possibilité d’observerou d’analyser l’informationsous différents points de vue.Un raisonneur basé sur OWL permetdes raisonnements liés autypage de l’information. Une fonctiondu raisonneur consiste à trouverdes relations entre les différentsconcepts. Des équivalencesde concepts ou des relationsd’héritages peuvent alors êtredécouvertes. Un raisonneur détecteaussi les données satisfaisantla description de concepts.Ces données sont alors reconnuescomme étant des instancesde ces concepts. Le raisonneursignale également toute incohérencedécouverte.NoSQLLes bases de données relationnellessont adaptées pour lagrande majorité des applications.Néanmoins ces bases de donnéespersistent l’information sous unestructure relativement rigide limitantl’évolution de cette dernière.Il n’est pas simple non plus derecomposer une donnée répartiesur plusieurs tables. L’approcheNot Only SQL (NoSQL) apportedes solutions à cette problématique.Certaines de ces bases dedonnées persistent l’informationsous forme de graphes, d’autressous forme de documents.D’autres encore persistent l’informationsous forme de triplets.Nous avons évalué trois implémentationsde bases de donnéesque sont Neo4j une base de donnéesà graphes, AllegroGraph unebase de données à triplets etMongoDB une base de données àdocuments. Notre étude traite deslangages de requêtes mises à dispositionet les possibilités de migrationdes données vers OWL.José BeuretExemple de représentation de sites Web au moyen d’OWL.ti.bfh.ch23

BIBEBUVAMaster of Science in EngineeringImage Data Hub FirmwareHuman Centered Engineering (HuCE-microLab) / Betreuer: Prof. Dr. Theo KluterProjektpartner: Firma, CHHighend Bildverarbeitungssysteme erfordern Daten-Übertragungsraten jenseits von mehreren Gbit/s. Erhältlicheembedded Systeme sind häufig durch ihre limitierten Hardware-Ressourcen nicht in der Lage diegeforderten Spezifikationen zu erfüllen. Für einen Industriepartner wurde im Rahmen dieser Arbeit eineLösung für ein System entwickelt, welche die Kommunikation und die Datenverarbeitung für High SpeedStreaming-Geräte in einer Single-Chip FPGA Lösung vereint.Markus Brönnimannbroennimann.markus@gmail.comProblemstellungNeue Technologien im Bereich derBildverarbeitung oder Datenanalyseverlangen stetig grössere Übertragungsraten.Häufig sind industrielleSysteme mit solchen Anforderungennicht auf dem Markt verfügbar. Dielimitierende Bandbreite, fehlendeErweiterungsmöglichkeiten, langsameund unflexible Datenverarbeitungoder ganz einfach die falscheBaugrösse der Geräte sind nur einigeder Nachteile. Diese Arbeit sollzeigen, wie es mit einer Single-ChipFPGA Lösung möglich ist, einen effizientenDatenmanager (Data Hub)für Highspeed Datenverarbeitungs-Anwendungen mit grossen Übertragungratenzu realisieren.ZieleDer Data Hub soll in der Lage seinden Daten-Stream von bis zu vierGeräten mit einem kontinuierlichenDurchsatz von bis zu 400 Mbit/s proKanal zu empfangen und hardwarebasiertim FPGA zu verarbeiten.Je nach Betriebsart werden die Datenanschliessend gebündelt zu einemHost-Rechner übertragen oderfür die spätere Analyse auf einemnicht flüchtigen Speicher abgelegt.Die resul tierende Nutzdatenrate von1.6 Gbit/s ist dabei zu erreichen.Teil wurden alle Funktionalitätenschrittweise in das System integriert.Die Herausforderung besteht darin,alle Komponenten in den limitiertenHardware-Ressourcen zu integrierenund so zu optimieren, dass die gefordertenÜbertragungsraten erreichtwerden können.Die aktuelle Hardware basiert aufeinem Stratix IV FPGA von Altera.Die Streaming-Geräte sind je übereine Gigabit-Ethernet Schnittstellean den Data Hub angebunden. Der1 GByte grosse DDR2 SDRAMSpeicher sorgt für genügend Speicherplatzbei der temporären Zwischenspeicherungder Daten. Dieüber eine SerialATA III Schnittstelleangeschlossene Harddisk dient fürdie längeren Aufzeichnungen. Fürdie Auswertung wird der Daten-Stream über einen PCI Express Link(Gen2 x4/x8) an einen Host-Rechnertransferiert. Alle diese Komponentensind direkt oder über einzelne,externe Treiber an das FPGAangeschlossen. Die ganze Logik istim FPGA untergebracht und wirddurch einen NIOS II SoftCore-Prozessorkontrolliert.ErgebnisseDie Schnittstellen sind implementiertund die Performance-Testszeigen die erreichten Datenraten.Teils liegt die Übertragungs-Geschwindigkeitweit unter der theoretischerreichbaren der jeweiligenSchnittstellen-Spezifikation, dochsie reicht für die geplante Anwendungaus. Durch zusätzliche Optimierungder FPGA-Interconnectsund Realisierung der kritischenFunktionen in Hardware kann zudemeine markante Verbesserungder Performance erreicht werden.Der Data Hub ist soweit funktionsfähigund dokumentiert, so dassdas Design vom Industriepartnerumgesetzt werden kann.UmsetzungIn einem ersten Teil der Arbeit wurdeeine geeignete, industrielle Hardwareevaluiert, welche diesen Anforderungentheoretisch genügt. Im zweitenBlockdiagramm der Data Hub Implementation24 ti.bfh.ch

Master of Science in EngineeringBIBEBUVAMicrocontroller System for Treadmill ControlHuman Centered Technology / Betreuer: Prof. Dr. Elham FirouziExperte: Prof. Dr. Kenneth J. HuntFür das Institut der Rehabilitation und Leistungstechnologie (IRPT) soll eine Embedded-System Lösungentwickelt werden, welche Regelungsaufgaben für ein h/p/cosmos-Laufband übernimmt, ohne einen PCbenutzen zu müssen. Das Embedded System soll im Bereich des Leistungssports, aber auch im Rehabilitationsbereicheingesetzt werden. Im Leistungssport ist es für viele Ausdauersportler wichtig, bei einergenau definierbaren Belastungsintensität trainieren zu können. Diese Arbeit liefert die Software für denPrototyp des Embedded Systems.AusgangslageAm Institut für Rehabilitation undLeistungstechnologie werden Systemefür kardiopulmonale Rehabilitationund Automatisierungs systemefür Trainingsgeräte ent wickelt. In verschiedenenvorgängigen Projektenwurden Herzfrequenzregelung, Sauerstoffaufnahmeregelungund eineAutomatisierung des Laufbandeserarbeitet. Alle Regelungen werdenüber Matlab/Simulink mit der RealtimeWindows Target Toolbox gesteuert.ZielDie vorliegende Arbeit befasst sichmit der Realisierung der Software fürein Embedded Controllersystem.Das Ziel war es, eine Software füreinen Mikrocontroller zu entwickeln,die die drei Regelungsaufgaben fürdas Laufband übernimmt. HardwareAls Hardware diente das EntwicklungsboardMCBSTM32E der FirmaKeil. Dieses Board enthält einenARM-basierten Cortex-M3 Mikrocontroller(STM32F103ZE). Mittelsdes RTX-Kernel von Keil kann einRTOS (Realtime Operating System)gebaut werden. Dies wird im heutigenEmbedded Bereich sehr häufigeingesetzt.Realisierung der SoftwareFür die Software wurden zuerst dieAnforderungen definiert. Wichtigdabei war es, dass alle Einstellungsmerkmalefür die Regelungsaufgabenvorhanden waren. Die regelungstechnischenDaten (Führungsgrösse,Messgrösse und Stellgrösse)sollten abgespeichert werden können.Dazu wurde der microSD-Slotgenutzt. Für das Schreiben und Lesenauf die microSD-Karte wurdedas Flash File System von Keil benutzt.Insgesamt wurden drei verschiedeneRegelungstypen für dasLaufband implementiert. Eine Sauerstoffaufnahme-Regelung,Herz raten-Regelung sowie eine Positionsregelung.Neben den bereits berechnetenRegelparametern ist esmöglich, eigene Parameter zu testen.ResultateMit der vorliegenden Software konntenalle Anforderungen erfüllt werden.Alle bisherigen entwickeltenRegelungstypen können mit der ausgearbeitetenSoftware ausgeführtwerden. Mittels eines einfachen Bedienkonzeptssind alle notwendigenEinstellungen machbar. Bei Bedarfkönnen die Daten auf eine microSD-Karte geloggt werden.AusblickMit dieser Arbeit können Kunden aufein neues innovatives Produkt aufmerksamgemacht werden. Eine interessanteErweiterung des Systemswäre, dass das Bedienkonzept komplettvon einem Smartphone übernommenwird. Das grosse Plus derheutigen Smartphones liegt in ihrerBedienungsfreundlichkeit. Es wäredenkbar, dass eine für dieses Systemzugeschnittene Applikation mit derMikrocontrollereinheit kommunizierenkönnte. Die Bedienung und auchdie Anzeige würden somit vollumfänglichüber das Smartphone laufen.Die Regelungsaufgaben würdedann die Software des Mikrocontrollersübernehmen. Für die Kommunikationwäre die Bluetooth-Schnittstelleeine mögliche Variante.Christian DietrichRegelsystemti.bfh.ch25

BIBEBUVAMaster of Science in EngineeringSeamless Gateway-Handover in Ad Hoc NetworksMobile Information and Communication TechnologyThesis advisor: Prof. Dr. Ulrich FiedlerExpert: Prof. Dr. Torsten Braun, University of BernIn disaster recovery and public safety, wireless ad hoc networks are a promising approach for mobile broadbandcommunication. Big challenges in such multi-hop wireless networks include seamless connectivityand seamless handover for broadband real-time traffic like video transmissions among different gatewaysto a fixed network. In this thesis we have designed and implemented a demonstrator to show that seamlessgateway-handover for real-time videoconferencing traffic is feasible when employing off-the-shelf low-costequipment. In- and outdoor tests look promising.Christoph GussetFigure 1: a) Cell handover from doted to dashed wireless link in single-hopcellular wireless networks such as GSM, UMTS and LTE. b) Gateway handoverfrom doted to dashed wireless path in a multi-hop wireless ad hoc network.Mobile publicaly available communicationservices are based on cellularwireless single-hop networkarchitectures (GSM, UMTS,LTE), where only the last hop ispremised on a wireless medium asshown in figure 1a).In rescue operations, disaster recoveryand other crisis managementscenarios up to military operations,the use of publiclyavailable networks is either notpossible or not appropriate. Autonomouscommunication systemsare utilised – but these today’s mobileradio networks support onlynarrow bandwidth.In future, upcoming wireless networkconcepts can provisionbroadband connectivity in crisismanagement scenarios – even forreal-time traffic like video transmissions.A not damaged fix installed telecommunicationinfrastructure canbe expanded by rescue forcesfrom outside into a disaster areawith a wireless ad hoc network:transportable and mobile wirelessnodes have to be placed for networkcoverage extension and buildupautomatically a multi-hopwireless ad hoc network, interconnectedto a fix installed corenetwork by multiple gateways.When a mobile terminal with its mobilewireless node is movingaround, the network has to choosedynamically the optimal path betweenthe communication partners.Therefore, two types of handovercan occur: a handover inside thewireless ad hoc network (intra-domain)and a gateway-handover(inter-domain) between the mobilenode and the communication partnerin the core network. The secondcase is similar to a cell handoverin cellular networks, but morecomplex due to the multi-hop networkcharacteristic.For real-time traffic, every handovermust happen in a seamless waywithout any interruption of runningtransmissions.A seamless gateway-handover protocolfor real-time traffic was designedand a demonstrator wasimplemented.The demonstrator consists of acore network and a multi-channelmulti-radio wireless ad hoc networkwith three gateways, two fixed wirelessnodes and one mobile wirelessnode as shown in figure 1b).This demonstrator was evaluated ina realistic setting towards its abilityto guarantee seamless connectivityfor real-time traffic like IP live videostreaming and IP videoconferencing.From our tests in-house and outdoorwe conclude that seamlessgateway-handover for broadbandreal-time traffic is feasible.26 ti.bfh.ch

Master of Science in EngineeringBIBEBUVAHW-Accelerator for Sub-Pixel FP ReconstructionHIT – Human Interface TechnologyThesis advisor: Prof. Dr. Marcel JacometExpert: Felix KunzFingerprints are the favorite biometrics for user authentication. Automatic fingerprint recognition systemsrepresent more than 66% of the worldwide biometrics market. With the principle goal to reduce cost andenergy consumption, the sweep fingerprint sensor technique has been adopted by various sensor-manufacturers.An additional benefit of sweep sensors is their self-cleaning feature avoiding theft from latentfingerprints. Sliding a finger over a sweep sensor generally shows not uniform speed, pressure, and adhesionduring the capturing phase, which complicates the reconstruction problem.MotivationWe consider two-line sweep sensorsfor which the reconstructionalgorithms are proprietary and notpublished. These algorithms run indedicated high performance,power hungry companion chips,which are not suitable for our targetlow-cost, low-power, portableapplications that we realize withhardware algorithms.Sub-pixel Shift EstimatorSweep fingerprint sensors capturewith constant sample-rate consecutiveframes (CFs) from asweeping finger. The sweep speedvaries in time, and, therefore, thedisplacements Δs between eachtwo CFs vary as well. Our algorithmestimates the sequence of Δsbased on an ad-hoc formula involvingcorrelation that indicates thesimilarity of two sensor columns.The displacement estimation formulahas been developed by acareful analysis of the sub-pixel imagereconstruction problem.Δs[n] ≈ (CC r[n] – CC s[n]) / (CC l[n] + CC r[n] - 2 · CC s[n])Where CC s [n] is the correlationbetween the left and right pixelcolumn of frame number n; CC l [n]gives the correlation between theleft pixel column of frame n and itsfollower frame n+1; finally, CC r [n]is the counterpart for the rightpixel column. Figure 1 shows simulationresults obtained by numerousfingerprint capturing- andreconstruction experiments. Thebias of the algorithm is reduced ina two step process.Accuracy and RobustnessAnalysisWe have analyzed the accuracyand the robustness of our sub-pixelfingerprint reconstruction algorithmusing various synthetic CFs. Thesesynthetic CFs, all base on real fingerprints,serving as the mothertemplates of our synthetic slice model.The goal of the experiment isto demonstrate the robustness ofour approach by analyzing: Globalstretching and worst-case localstretching. Figure 2 illustrates theglobal as well as the local stretchingeffect. The standard deviation ofthese experiment is 5.8 pixels.Further ReadingFor more details, read our IEEEpeer-reviewed paper “A Subpixel-Based Fingerprint ReconstructionAlgorithm”, published at NEW-CAS2012, Montreal, Canada.Andreas HabeggerFig. 1: Performance analysis of our estimation algorithm overthe full speed range for constant sweep speeds.Fig. 2 : Influence of inaccurate estimations; The globalstretching for the sweep speeds 0.06 and 0.3 pixels perframe, respectively, is 11 pixels.ti.bfh.ch27

BIBEBUVAMaster of Science in EngineeringMaximum Power Point Tracker für das SolarShipEnergy and Environment / Betreuer: Prof. Dr. Andrea VezziniExperte: Markus SchwabProjektpartner: SolarShip, KanadaIn Entwicklungsländern ist die Versorgung mit Lebensmitteln und medizinischen Gütern aufgrund fehlenderStrassen oft nicht gewährleistet. Daher entwickelt die kanadische Firma SolarShip ein Solarluftschiff zumTransport von Lasten. Die mit Helium gefüllten Tragflächen haben eine Spannweite von 15 m und erzeugensowohl statischen als auch dynamischen Auftrieb. Dadurch ist es möglich das Solarschiff auf einem Fussballfeldzu starten und zu landen. Die Energie der Solarpanels wird in einer Batterie gespeichert, um damitdrei 40 kW Elektromotoren anzutreiben.Irene Kunzkunz.irene@gmail.comDas SolarShipIm Rahmen dieser Arbeit soll einMaximum Power Point Tracker(MPPT) entwickelt werden. Dieserbetreibt die Solarpanels im optimalenArbeitspunkt, um so möglichstviel Energie in der Batteriezu speichern.Der MPPT soll nicht nur hocheffizient,sondern auch möglichstleicht sein und eine hohe Zuverlässigkeitaufweisen.AusgangslageDas Solarpanel besitzt eine maximaleEingangsleistung von 4 kWbei einer Eingangsspannung von80 bis 130 V, welche mit einemBoost Converter auf eine Zwischenkreisspannungvon 140 bis200 V umgewandelt wird. So ist esmöglich die gewonnene Energieaus dem Solarpanel an eine Batterieoder direkt an den Wechselrichterdes Elektromotors abzugeben.RealisierungUm eine möglichst hohe Effizienzzu erreichen, wird der Boost Converterim Transition Mode betrieben.Das bedeutet, dass der MOS-FET zum Zeitpunkt, in dem derSpulenstrom null erreicht, eingeschaltetwird und so praktischekeine Schaltverluste auftreten. DieSchwierigkeit bei dieser Betriebsartliegt darin, dass sich die Schaltfrequenzbei unterschiedlichenBetriebspunkten verändert (vgl.Abbildung).Verhalten bei variierendem AusgangsstromWeiter wird aus der Grafik ersichtlich,dass der Betrieb im TransitionMode einen hohen Eingangsstromrippelzur Folge hat. ZumAusgleich dieses Rippels wird deshalbeine grosse Kapazität benötigt.Um diesen Nachteil zu beheben,werden vier Wandler parallelgeschaltet und jeweils um 90°zueinander phasenverschoben.Dieses interleaved Prinzip bewirkteine teilweise Auslöschung desStromrippels und ermöglicht zudemdie Leistung auf diese vierPhasen aufzuteilen. Dadurchkönnne die vier Induktivitäten unddie Eingangskondensatoren deutlichkleiner gewählt werden undsind in der Summe leichter als eineLösung mit nur einer Stufe.Eine weitere Steigerung der Effizienzwird erreicht, wenn die Diodedes Boost Converters durch einenweiteren, synchron geschaltetenMOSFET ersetzt wird. DieserMOSFET wird erst ausgeschaltet,wenn der Spulenstrom auf einenbestimmten negativen Wert abfällt,so dass die in der Induktivitätgespeicherte Energie gerade ausreichtum die AusgangskapazitätCoss des unteren MOSFETs zuentladen. Anschliessend kann diesernahezu verlustlos eingeschaltetwerden.Um die Zuverlässigkeit des MPPTszu steigern wird die Leistung aufzwei Platinen verteilt, welche übereine CAN-Schnittstelle miteinanderkommunizieren. Falls eine Platineausfällt, kann die Zweite immernoch die halbe Leistung von2kW an den Zwischenkreis abgeben.ResultatDie Funktionsweise dieses 4 kWBoost Converters wurde mit derPLECS Toolbox in MATLAB / Simulinksimuliert und deren Machbarkeiterwiesen. Anschliessendwurde ein Prototyp entwickelt undaufgebaut. Die Regelung diesesSystems wurde mit einem DSP derPiccolo Familie von Texas Instruments(TMS320F28035) realisiert.Prototyp des MPPT28 ti.bfh.ch

Master of Science in EngineeringBIBEBUVAEvaluation von alternativen DeNOx-SystemenTransportation / Betreuer: Prof. Dr. Jan CzerwinskiExperten: Christian Bach, Ralf UlmannProjektpartner: Liebherr Machines Bulle SA, BulleBei heutigen Dieselmotoren ist die Abgasnachbehandlung ein wichtiger Punkt in der Entwicklung. Eswerden ständig neue Arten der Abgasnachbehandlung erforscht. Bei den DeNOx-Systemen gibt es insbesonderegrosse Anstrengungen ein Abgasnachbehandlungssystem zu entwickeln, welches ohne die Verwendungvon AdBlue auskommt. In dieser Arbeit wurden diese neuen und alten DeNOx-Systeme analysiertund miteinander verglichen.Die existierenden DeNOx-Technologienwurden zuerst analysiertund verglichen. Anschliessendwurde das ‹Ammonia Storage andDelivery System› (ASDS) von Amminexfür Prüfstandsversucheausgewählt.ASDS-2 von AmminexDas ASDS-2 ist ein Ammoniak-Speicher-System für mittlereNutzfahrzeuge. Dabei wird dasNH3 molekular in Strontiumchlorid-Behälterngespeichert undkann durch thermales Desorbierenfreigesetzt werden. DieserVorgang ist reversibel, somit wirddas restliche Ammoniakgas beimAusschalten des Systems wiedergespeichert. Die Lagerung vonAmmoniak auf diese Weise ist völligungefährlich und auch langzeitstabil.Das ASDS-2 besteht auszwei Main Units, welche durch dieKühlflüssigkeit des Motors erhitztwerden, einer Start-Up Unit, welcheelektrisch geheizt wird und einemAmmoniak-Durchflussregler.PrüfstandsversucheEin Prototyp des ASDS-2 von Amminexwurde bei Liebherr MachinesBulle und an der JohannesKeppler Universität in Linz an einemLiebherr Motor getestet. Manhat festgestellt, dass die Aufheizphaseder Main Unit etwa 30 Minutendauert, dies wird jedoch mitder Start-Up Unit behoben, welcheschon ab 3 Minuten bereitzum Dosieren ist. Die Konstant-Dosiermenge der Start-Up Unit istjedoch stark vom Füllstand abhängig.Bei zu hohen Dosiermengensinkt der Druck zu schnell ab unddas System stoppt das Eindosieren,bis wieder genügend Druckim Behälter vorhanden ist.Dimensionierung des SystemsNach der Verifizierung der Funktionalitätdes Systems wurde dieDimensionierung des ASDS-2 fürdie Liebherr-Motoren überprüft.Dabei wurde festgestellt, dassdas System von der maximalenDosiermenge her nur für diekleinsten Motoren der Motorpalettegeeignet ist. Dazu kommt,dass das System nicht genügendSpeicherbehälter hat, um dieSpeicher behälter nur im Motorservice-Intervallauszuwechseln.Erich Raemyraeme1@bfh.chLIEBHERR Motor D934 A7 an der JKU in Linzti.bfh.ch29

BIBEBUVAMaster of Science in EngineeringModulares FPGA basiertes AntriebssystemTechnische Informatik / Betreuer: Prof. Roger WeberExperte: Daniel KühniDie heutigen Produktionsprozesse erfordern immer raffiniertere, schnellere und zuverlässigere Automatisierungslösungen.Gleichzeitig verlangt der Markt günstigere Systeme und kürzere Entwicklungszeiten. Umdiesen beiden Forderungen gerecht zu werden, ist eine Modularisierung der Elektronik unabdingbar. Dasin dieser Thesis erarbeitet Konzept und Funktionsmuster zeigt eine Modularisierung einer Antriebselektronik,basierend auf der Verwendung eines FPGA’s.Thomas Reberthomasreber@gmx.chHintergrundHeutige Automatisierungslösungenumfassen eine Vielzahl unterschiedlicherSensoren, Aktorenund Antriebe. Für die Vernetzungdieser Komponenten mit der zentralenSteuereinheit, meist ein Industrierechner,wird in der Regelein echtzeitfähiger Feldbus aufEthernet Basis verwendet. Jenach Anforderung werden als Antriebeeinfache Schrittmotoren bishin zu hochdynamischen Servomotoreneingesetzt. Die Endstufenzur Ansteuerung der verschiedenenMotoren sind unterschiedlich.Die Anbindung an den Feldbus,wie auch gewisse Steuer- und Regelfunktionen,sind für alle Motortypengleich oder zumindest ähnlich.Hier besteht die Möglichkeitdurch ein skalierbares, modularesAntriebssystem sämtliche Motorenund Konfigurationen mit einerBaugruppe abzudecken.KonzeptDie Ansteuerung von Motoren erfordertspezielle Peripherie wiePWM-Generatoren und QuadraturDecoder sowie eine schnelleSchnittstelle zu den Analog-digital-Wandlernfür die Strommessung.Die Regelalgorithmen könnennur mit der notwendigenmathematischen Unterstützungeines kräftigen Prozessors im gewünschtenRegeltakt berechnetwerden. Ein Digitaler-Signal-Prozessorwürde diese Anforderungenerfüllen, wäre jedoch nichtmodular für verschiedene Motorentypen,-anzahl, und -konfigurationeneinsetzbar.In einem FPGA kann die Hardwarefrei programmiert werden. Durchdie Integration eines Softcore Prozessorskann eine Single Chip Lösungrealisiert werden. Die für dieMotorenansteuerung notwendigePeripherie kann modular eingebundenwerden. Die rechenintensivenRegelalgorithmen könnenausserhalb des Softcore Prozessorsin Hardware abgearbeitetwerden. Dadurch wird die Komplexitätder Software verringertund die Echtzeitanforderungenmassiv reduziert. SequenzielleAbläufe wie zum Beispiel die Konfigurationder Motortreiber oderdie Kommunikation über den Feldbusauf Ebene Application Layerlaufen nach wie vor in Software.Der Prozessor wird durch die programmierbareHardware optimalunterstützt und entlastet. Zudemsteht immer die benötigte Peripheriein der gewünschten Anzahl zurVerfügung.RealisierungDas Konzept des modularen Antriebssystemskonnte während derMasterthesis auf einem Funktionsmusterverifiziert werden. DasFunktionsmuster umfasste einFPGA Evaluationsboard und dieEndstufen für zwei DC- oderBrushless-DC-Motoren sowie fürzwei Schrittmotoren. Das gesamteDesign im FPGA ist modularund skalierbar aufgebaut. Die beidenDC- resp. Brushless-DC-Motorenkönnen stromgeregelt werden.Die Regelalgorithmen werdendabei in Hardware berechnet. DieKonfiguration der Regelstrukturund die Parametrierung erfolgendurch die Software.30 ti.bfh.ch

Master of Science in EngineeringBIBEBUVAVollautomatischer DropwatcherMechatronik / Drucktechnologie / Betreuer: Guido BucherExperte: Fritz BircherBeim Drucken mit Piezo Inkjet Druckköpfen werden durch die Bewegung eines Piezokristalls Tropfen einerFlüssigkeit an bestimmten Stellen auf ein Substrat geschossen. Das Einstellen der Eigenschaften von gedrucktenTropfen, wie z. B. Volumen oder Geschwindigkeit, wird heute in einem zeitintensiven, grösstenteilsmanuellen Prozess, mit Tropfenanalysesystemen, sogenannten Dropwatchern, realisiert. Ziel der Thesis istdie Realisierung eines vollautomatischen Dropwatchers, welcher den Zeit und Arbeitsaufwand für die Analyseund Einstellung von Inkjet Druckköpfen auf ein Minimum reduziert.Piezo Inkjet Druckköpfe undkonventionelle DropwatcherSystemeIndustrielle Piezo Inkjet Druckköpfehaben ca. zwischen 100 und5000 Düsen aus denen mit Frequenzenvon ca. 10 – 100 kHzTropfen mit einem nominellen Volumenvon ca. 1 – 100 Pikoliter(dies entspricht Tropfendurchmessernvon ca. 10 – 60 μm) gefeuertwerden können. Die wichtigstenParameter sind die elektrischePulsform und Frequenz, mit welcherder Aktor betrieben wird, dieDruckkopftemperatur sowie derDruck der Flüssigkeit in den Düsen(Meniskusdruck).Bei einem Inkjet Dropwatcher werdenunterschiedliche Parametersätzeeines Drucksystems eingestelltund die Eigenschaften derTropfen bei den jeweiligen Einstellungengemessen. Der Name«Dropwatcher» kommt daher, dassdie Tropfen im Flug fotografiert,und aus den Bildinformationenihre Eigenschaften bestimmt werden.Für die Analyse des Langzeitverhaltenseiner Flüssigkeit ineinem Druckkopf oder die Optimierungder Parameter, um bestimmteTropfeneigenschaften zuerreichen, müssen je nach AnforderungHunderte bis TausendeParametersätze getestet werden.Wird ein ungünstiger Parametersatzgetestet, können Düsen desDruckkopfes ausfallen und erstdurch eine Druckkopfwartung, wiez. B. spülen und abstreifen, wiederreanimiert werden. Bei den aufdem Markt erhältlichen Dropwatcher– Analysesystemen muss derBenutzer für jeden Parametersatzdie korrekte Funktion des Druckkopfeskontrollieren und falls notwendigeine Wartung durchführen,oder praktisch jeden Parametersatzdes Drucksystems manuelleinstellen.Realisierter vollautomatischerDropwatcherBei dem realisierten vollautomatischenDropwatcher werden sämtlicheParametersätze automatischeingestellt und getestet. Mit Hilfevon Bilderkennungsalgorithmenwerden die Messbilder anschliessendausgewertet und Fehler desDruckkopfes erkannt. Dies inKombination mit einem automatisiertenWartungssystem ermöglichtdie Analyse ohne dem Eingriffoder der Kontrolle durch einenBenutzer. Dadurch können einerseitsArbeitszeit und Kosten gespartwerden, andererseits könnenzeitaufwendige Messungenrund um die Uhr autonom ablaufenund so Ergebnisse früher gewonnenwerden. Das Design desDropwatchers ist so gewählt dasseinerseits eine hohe Kompatibilitätzu auf den Markt erhältlichenDruckköpfen gewährleistet wirdund andererseits ein Maximum anAnalysemöglichkeiten möglich ist.Die Programmierung der Bilderkennungund Komponenten desTeststandes wie Kamera, Druckkopfelektronik,Motor- und Prozessreglersowie der Referenzwaagesind mit dem ProgrammMatlab realisiert.Johannes Rennerjohannesrenner@gmx.atCAD Modell des vollautomatischen Dropwatchersti.bfh.ch31

BIBEBUVAMaster of Science in EngineeringThermische Optimierung einer WerkzeugmaschineProduktionstechnik / Betreuer: Dr. Beat NeuenschwanderExperte: Prof. Dr. Reinhold KrauseProjektpartner: CH-Firma/Das Beherrschen des thermischen Verhaltens von mechanischen Konstruktionen ist eine wesentliche Voraussetzungfür die erfolgreiche Entwicklung einer Werkzeugmaschine. Moderne Simulationsprogrammeermöglichen eine Voraussage über dieses thermische Verhalten. Die Anwendung von gekoppelten Simulationenerlaubt zusätzlich einen Einblick in thermische Verformungen und mechanische Spannungen, welcheaufgrund der Temperaturverteilung in den Bauteilen entstehen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden gekoppelteSimulationen zur thermischen Optimierung einer Werkzeugmaschine durchgeführt.Luca Roncaratiluca.roncarati@gmx.chProblemstellungDie untersuchte Werkzeugmaschinebesteht aus mehreren Werkzeugen,welche auf Leisten montiertsind. Die Werkzeuge müssenauf eine Temperatur von 50 °Caufgeheizt werden, was eine Erwärmungder Konstruktion zurFolge hat. Unter Einfluss von Wärmeleitung,Konvektion und Strahlungentsteht eine ungleichförmigeTemperaturverteilung, welche zuunerwünschten Verformungenführt. Bereits kleine Temperaturunterschiedeerzeugen unzulässigerelative Positionsfehler derWerkzeuge und beeinträchtigendie Präzision der Maschine (sieheZeichnung).ZieleDas wichtigste Ziel ist das Beseitigender relativen Positionsfehler,so dass die gewünschte Genauigkeiterreicht werden kann. Zusätzlichsoll die Bereitstellungszeit derMaschine verkürzt werden, indemdie Verformungen bereits währendder Aufheizphase kontrolliert werdenkönnen.UmsetzungAnhand von Simulationen einesTestmodells und Vergleichsmessungenwurde in der ersten Phaseder Arbeit die Simulationsmethodeentwickelt. Dadurch konnten diewichtigsten Simulationsparameterbestimmt werden. Anschliessendwurde die bestehende Konstruktionder Maschine thermisch und strukturmechanischuntersucht. Die Ergebnisseliefern den aktuellen Zustandder Maschine und dienen alsGrundlage für die spätere Beurteilungvon Massnahmen.Im zweiten Teil der Arbeit wurdenMassnahmen zur Beseitigung desPositionsfehlers und zur Verkürzungder Bereitstellungszeit erarbeitet.Die Anwendung von verschiedenenAnsätzen wie die Verringerung desthermischen Widerstands zwischenden Bauteilen und die Temperierungeinzelner Bereichen haben zueiner gut geeigneten Lösung geführt,nämlich die gezielte Temperaturregelungder Konstruktion mitHilfe von Heizungen.ErgebnisseDurch die Massnahme sind eineVerbesserung der Wärmeleitfähigkeitund des Wärmeaustauschssowie eine Temperierung der Leistenmöglich, wodurch die thermischenVerformungen der Maschineerfolgreich reduziert werdenkönnen. Dabei wird die gewünschtePräzision erreicht und um einVielfaches erhöht sowie die Bereitstellungszeitder Maschine umFaktor fünf reduziert.Entstehung des BearbeitungsfehlersThermische Verformungen der Konstruktion aus der Simulation32 ti.bfh.ch

Master of Science in EngineeringBIBEBUVAPiezo Leistungsverstärker für DruckköpfeIndustrial Technologies / Betreuer: Prof. Dr. Andrea VezziniExperte: Markus SchwabIn der Verpackungsindustrie werden hochviskose Medien wie zum Beispiel Kalt- oder Heissleime mit Hilfevon Druckventilen aufgetragen. Für den Bau solcher Druckventile werden zunehmend Piezoaktoren eingesetzt,da die hohe Kraft und Dynamik dieses Aktors ideal für eine solche Anwendung ist. Allerdings stellendiese Aktoren hohe Anforderungen an die Ansteuerelektronik. Zum einen bewirkt ihr kapazitives Verhalteneinen hohen Stromanstieg im dynamischen Betrieb, zum anderen müssen diese mit einer Spannung von160V betrieben werden. Dies führt zu einer kurzzeitigen Pulsleistung von 1kW.Während dieser Masterthesis wurdeeine komplette Ansteuerelektronikfür den Betrieb von Piezoaktorenrealisiert. Diese besteht imWesentlichen aus zwei Teilen.Zunächst wurde eine Eingangsstufeentwickelt und realisiert, welcheaus dem 230 VAC Stromversorgungsnetzdie für Piezoaktorenbenötigte Versorgungsspannungvon 160 V erzeugt. Die gesamteEingangsstufe wurde hardwaremässigmit einem Contoller-IC von Texas Instruments realisiert.Dieser kombinierte PFC/PWM-Controller ermöglicht es,eine sogenannten Power-Factor-Correction (kurz: PFC) mit einemBoost-Converter zu realisieren.Dabei wird der Eingangsstrom desBoost-Converters so geregelt,dass das Versorgungsnetz mit einemsinusförmigen Strom in Phasezur 50 Hz Netzspannung belastetwird.Um den Personenschutz sicherzustellenwar zudem gefordert,dass keine elektrische Verbindungzwischen der 160 V Zwischenkreisspannungund dem Stromversorgungsnetzbesteht. Diesegalvanische Trennung konnte miteinem Two-Switch-Forward Converterrealisiert werden.Um nun aber das Druckventil inden geforderten 150 μs zu öffnen,muss auch der Piezoaktor in150 μs von 0 V auf 150 V geladenwerden können. Dazu wurde diesogenannte Ausgangsstufe miteiner Grenzfrequenz von 4.5 kHzentwickelt. Die Ausgangsstufeerzeugt aus der Zwischenkreisspannungvon 160 V eine variableSpannung zwischen 0 V und150 V. Dafür wurde ein bidirektionalerBuck-Boost Converter eingesetzt.Dieser ermöglicht es einerseitsden Piezoaktor zu laden,aber andererseits auch beim Entladendie Energie wieder zurück inden Zwischenkreis zu speisen. DieEnergie wird also rekuperiert. Umallerdings die hohe geforderteDynamik gewährleisten zu können,wurde ein interleaved Konzepteingesetzt. Dabei werdenmehrere Buck-Boost Converterparallel geschaltet (in unserem Fallvier) auf die sich der Ausgangsstromdann aufteilt. Da so die einzelnenInterleaved-Stufen kleinerdimensioniert werden können,erhöht sich die Dynamik des Systems.Indem das PWM-Signal dieservier Interleaved-Stufen nochzusätzlich zueinander verschobenwird, löscht sich die Stromwelligkeitder Stufen in der Summe teilweiseaus. Resultat ist also eineAusgangsstufe mit kleiner Stromwelligkeitbei gleichzeitig hoherDynamik.Dank diesem Piezo-Leistungsverstärkerist es nun möglich, neuehochdynamische Druckventile mitPiezoaktoren zu entwickeln und zubetreiben.Sandro Schneggsandro.schnegg@gmail.comGrobübersicht Piezo Leistungsverstärkerti.bfh.ch33

BIBEBUVAMaster of Science in EngineeringGenerisches Testsystem für BetriebssystemeTechnische Informatik, Betriebssysteme / Betreuer: Prof. Roger Weber, Roland Eggli*, Peter Huber*Experte: Daniel KühniProjektpartner: *Triadem Solutions AG, BielZiel dieser Arbeit war es, ein generisches Testsystem zu entwerfen, welches plattformübergreifende Funktions-und Performancemessungen durchführt. Das Testsystem soll einen Vergleich unterschiedlicherBetriebssysteme und Hardware-Plattformen ermöglichen. Dabei stellt das Testsystem dem Nutzer eineArchitektur zur Verfügung, welche ihm ermöglicht, seine eigenen individuellen Funktions- und Performancemessungenzu integrieren und durchzuführen. Die generierten Messresultate werden zentral verwaltet unddienen zur automatischen Erstellung von Testberichten.Tim Wachertim.wacher@bluemail.chAusgangslageEin Betriebssystem (OS – OperatingSystem) ist für das Verwaltender System Ressourcen verantwortlichund bietet dem Programmierereine Basis für die Entwicklungeigener Software. Auf demMarkt gibt es eine Vielzahl vonBetriebssystemen mit den unterschiedlichstenAnwendungsgebieten.Da so viele verschiedeneOS auf dem Markt sind, ist es oftschwierig, ein geeignetes Betriebsystemfür sein Projekt auszuwählen.Als Entscheidungsgrundlagekönnen hier Funktions- und Performancemessungenhelfen. Beidiesen Messungen können dieverschiedenen OS jedoch schlechtmiteinander verglichen werden, dadiese Zeiten Prozessor/Architekturabhängig sind. Des weiteren istdas Durchführen von FunktionsundPerformancemessungen zeitintensivund es gibt keine ein heitlicheBasis, welche die Vorbereitung undDurchführung dieser Messungenerleichtert. Aus diesen Gründenwurde im Rahmen dieser Arbeit eingenerisches Testsystem entwickelt,mit welchem Funktions- und Performancemessungenauf unterschiedlichenBetriebssystemen und Prozessoren/Architekturendurch geführtwerden können.AufbauDas Testsystem besteht im Wesentlichenaus zwei Komponenten:Dem Host und dem Target.Über die grafische Oberflächekann der User mit dem Host kommunizieren.Innerhalb der Testenginewerden auf dem Host dieunterschiedlichen Test Agents implementiert.Dabei entspricht einTest Agent einer spezifischenFunktions- oder Performancemessung.Test Agents könnendurch den User konfiguriert undgestartet werden. Die anfallendenDaten einer Messung werden ineiner Datenbank zentral verwaltetund können falls gewünscht zueinem Testbericht zusammengestelltwerden. Über TCP/IP odereine serielle Schnittstelle kann derHost mit der zweiten Komponente,dem Target, im Testsystem kommunizieren.Auf dem Target werdennun die einzelnen FunktionsundPerformancemessungendurchgeführt. Wird eine Messungdurch den User gestartet, wird innerhalbdes Host der entsprechendeTest Agent aktiviert. DerTest Agent startet anschliessendüber die Schnittstelle die entsprechendeFunktions- und Performancemessungauf dem Targetund speichert die ankommendenMessdaten ab.ZusammenfassungAls Ergebnis steht dem Nutzer nunein System zur Verfügung, welcheser mit individuellen TestAgents ergänzen kann. Weiterwurde die Target Software aufzwei Betriebssyteme, QNX undGNU/Linux, portiert. Beide Betriebssystemenutzen ein BeagleboardxM als Target-Hardeware.Auf dem Host können Testsequencengestartet und die anfallendenDaten in der Datenbankzentral verwaltet werden.34 ti.bfh.ch

Master of Science in EngineeringBIBEBUVAAutomated Malware Infection Signature GenerationInformation & Communication Technologies, IT-Security / Thesis Advisor: Prof. Dr. Endre BangerterExpert: Dr. Andreas GreulichProject partner: Non-DisclosedMalicious software, commonly known as malware, has become a serious threat to the security of computersystems. While current anti-virus detection and defense solutions are important and useful, theyremain, loosely speaking, not effective enough. Companies and organizations are often confronted withthe problem of assessing the extent of infections by new malware. In this thesis, we have built a system forthe automated generation of malware infection signatures with the objective to detect infected computers,which enables custom malware detections in organizations.Problem StatementA particular problem for companiesand organizations is to assess theextent of malware infections. Thus,how many and which computersystems are infected, once a pieceof malware has been identified. Notonly is this important for remediatingthe systems, but as well for preventingthe proliferation of the malwaremore effectively, and to assesswhat information might has beenleaked from infected computers.An obvious approach to this problemwould be to perform an organizationwide scan using an anti-virusproduct. Yet, this only works formalware that is known to the respectiveanti-virus vendor. This isparticularly not the case for targetedmalware attacks, where the malwaresample is usually unknown.Another approach to solve theproblem is that the affected organizationcould submit the sample toits anti-virus vendor to obtain a detectionsignature. However, anti-virusvendors in general do not providesuch a service for customizedsignatures. Furthermore, the organizationunder attack might not wantto share the sample with third partiesfor confidentiality reasons.GoalThe goal of this thesis was to remedythis situation enabling companiesand organizations to performcustom malware detection of infectedcomputer systems. Moreprecisely, the objective was to developan automated custom infectionsignature generator that takesan arbitrary sample which is knownto be malware as input and outputsa detection signature for the infection.The signature is then fed intoa detection component that performsthe malware detection on apotentially infected host.SolutionWe have developed a system thatgenerates an infection signature fora given arbitrary malware sample.This is performed by first executingthe sample in a virtual machinewhere it is monitored. The monitoringresults are then analyzed by aheuristic algorithm that we have developedin order to identify and extractmalicious memory regions.These are regions of the malwarethat exist in memory due to its infec -tion. Finally, byte string candidatesidentifying the malware are createdout of these regions, and thensound candidates with respect tofalse positives and negatives areselected. For the selection, we haveadopted a machine-learning approachproposed by Hancock (Griffinet al.), which is based on a benignsoftware model. We have aswell developed a detector that appliesthe infection signature in orderto detect infected systems.Jonathan Weythesis@trycatch.chHigh-level view of the infection signature generation and detection.ResultsThe effectivity of our system hasbeen evaluated in an environmentthat simulates an organization asrealistically as possible. We haveconducted a large-scale measurementon a mass malware set. Theobtained results suggest that thedetection of infected systems withthe generated infection signatures issound in terms of the false positiveand negative rate, and as well forinfections by variants of the malware.ti.bfh.ch35

BIBEBUVAMaster of Science in EngineeringMikro-Dosiereinheit für BioreaktorenProduktionstechnik / Betreuer: Karl-Heinz Selbmann, Prof. Guido BucherExperte: Prof. Dr. Gregor BurkhardProjektpartner: Reseachem, BurgdorfIn der Biotechnologie werden viele Stoffe aus Kulturen von Bakterienzellen gewonnen. Damit diese Bakterienzellenoptimale Bedingungen für das Wachstum haben, werden sie in sogenannten Bioreaktoren kultiviert.Bei diesen Behältern wird Temperatur, pH-Wert, CO2 und Sauerstoffanteil ständig überwacht. Mit Pumpenwerden Nährmedien sowie Säuren und Basen geregelt dazugegeben. Eine neuartige Dosiereinheit soll nundiesen Prozess vereinfachen und ein Downscaling der Bioreaktoren im Laborbereich ermöglichen.Simon ZumbrunnenViskositätsunabhängigerDurchflusssensorIn dieser Projektarbeit wurde dasbestehende Funktionsmuster einesDurchflusssensors optimiertund als neuer Prototyp aufgebaut.Der Durchflusssensor wird inKombination mit einem Mikroventilverwendet, indem die beidenBauteile in Serie geschaltet werden.Um einzelne Tropfen zu messen,welche vom Ventil abgeschossenwerden, muss derDurchflusssensor innerhalb vonMikrosekunden die Strömung detektieren.Durch aufsummierendes Durchflusses über die Öffnungszeitdes Ventils wird dasVolumen jedes Tropfens auf 5%genau bestimmt. Der Durchflusssensorist so konzipiert, dass nichtnur der Durchfluss sondern auchdie Viskosität der Flüssigkeit bestimmtwird. Dadurch wird eineviskositätsunabhängige Durchflussmessungmöglich. Flüssigkeitenmit der Viskosität von Wasser(1 mPas) und bis zu Zuckerlösungenmit 10 mPas können so ohnevorangehende Kalibrierung dosiertwerden.Durch das exakte Messen desDurchflusses sinken die Ansprüchean das Ventil bezüglich Dosiergenauigkeit.Das Ventil kannso weniger aufwändig und damitgünstiger gestaltet werden. Dosierfehlerwerden durch eineMess- und Regelungselektronik(Abbildung 1) erkannt und elektronischkorrigiert.Design für SerienproduktionDie Dosiereinheit wurde im Hinblickauf eine Grossserienfertigungoptimiert. Ein Design ausKunststoff Spritzguss vereint Ventilund Sensor in einer kompakten,kostengünstigen Einheit (Abbildung2). Durch die geringen Herstellungskostenist eine Verwendungals Einwegkomponentedenkbar.Die Dosiereinheit ist Chemikalienbeständigund soll vor dem Verkaufsterilisiert werden. Die Arbeitenim Biotechnologielabor werdendurch kürzere Installationszeitenund einfachere Handhabungmassgebend vereinfacht. Die Dosiereinheitund das Messverfahrensind zum Patent angemeldet.Abbildung 1: Mess- und Steuerelektronikfür die Dosiereinheit.Abbildung 2: Seriennahes Design der Dosiereinheit mit derdie Inline-Messung von μl-Tropfen möglich ist36 ti.bfh.ch

Master of Science in Biomedical Engineering

BIBEBUVAMaster of Science in Biomedical EngineeringAnalysis of Unipolar ElectrogramsThesis Advisor: Prof. Dr. Andreas Stahel, Bern University of Applied ScienceExpert: Prof Dr. med. Jan Kucera, University of Bern, Department of PhysiologyAnalysis of Unipolar Electrograms and the Detection of the Arrhythmogenetic Potential of Reference DrugsRecorded in a Langendorff Rabbit Heart PreparationChristian AffolterBackgroundThe Safety Pharmalogy Departmentof Novartis investigates theinfluence of known torsadogenicdrugs on a Langendorff in vitrorabbit heart preparation. In particularthe transmural dispersionand the apico-basal dispersion ofthe repolarization wave as well thebeat to beat variability of consecutivebeats preceding Torsades dePointes (TdP) is examined. In theexperimental setup three needles,each containing 8 electrodes, areinserted in the left ventricular wall.After the atria is removed and theHis-Bundle was cut, the heart isgetting stimulated with an electrodeplaced in the ventricularseptum where the His-Bundle iscut and the electrical propagationis recorded over these 24 electrodes.Rabbit Heart with Inserted Needles;The Picture is Provided by Dr.Nicolas Guérard, Novartis PharmaProject ScopeThe goal of this thesis was to defineand develop tools analyzingthese recorded transmural electrograms.This signal analysis canbe split up into two parts. On theone hand the filtering of the signaland on the other the parameterextraction of the electrocardiograms.The biggest challenge herewas the detection of the parameterswithin the T-wave, becausethis repolarization phase can assumeevery possible shape.ResultsThe new signal analysis of the recordedunipolar electrograms isthe main part of this thesis. In additiona graphical user interfacewas generated to facilitate the statisticalanalysis of one or moreexperiments. Thanks to the newmuch more reliable signal analysis,the added parameters and thedeveloped visualization tools, amuch better basis for an eventualdeeper pattern detection is realized.Plot of the QT-Intervals of 60 consecutivebeats before a TdP develops.DiscussionCause of the new closer look tothe signals we know now that it isnot possible to just look at sequencesright before a TdP, thenin most of the cases there are alreadyso much ectopic beatsaround, that a detection of halfwayreliable parameters is not possible.Another thing that one have totake into account with the 0.2 Hzsequence is that the steady state,after the pacing rate change from1 Hz to 0.2 Hz is reached earliestafter 30 beats and so it is not possibleto look at more than 20 beatsat steady state.40 ti.bfh.ch

Master of Science in Biomedical EngineeringBIBEBUVAAcquisition System for Multi-Mode Sensor Array IIBiomedical Engineering / Thesis advisor: Prof. Dr. Volker M. KochExperts: Prof. Dr. Volker M. Koch, Prof. Dr. med. Stephan RohrProject partner: Department of Physiology, University of Bern, BernThe Department of Physiology of the University of Bern and the IMT-ESPLAB of the EPFL in Neuchatelare presently developing an innovative Multi-Mode Sensor Array (MMSAII; collaborative project funded bythe SNF).The novel device is aimed at measuring the electrical activity of excitable cells at high spatial and temporalresolution. The device will permit to obtain an integrative understanding of the physiology and pathophysiologyof excitable cells and is likely to find applications in drug screening studies.Project scopeBecause of the large number ofintegrated sensors and the hightemporal resolution offered by thedevice, the computational needsto acquire and process the dataover extended periods of time arehuge and surpass the capabilitiesof commercially available conventionaltechniques.It was the aim of this master thesisto develop an acquisition systemthat controls the MMSAII chip,digitizes the signals and stores themeasured data. The acquisitionsystem must handle all featuresoffered by the MMSAII. Furthermore,special attention has to bepaid on the signal quality, becausethe recorded signal amplitudestypically amount to 200μV – 2mV.ResultsA custom-made acquisition boardwas developed to interface theMMSAII. The platform is controlledby a System on Chip (SoC), implementedin a Field ProgrammableGate Array (FPGA). The user candefine measurement protocolsand perform recordings with specificallydesigned software.The system samples the sensorarray at a frame rate of up to10 kHz. It handles all features ofthe MMSAII, including a flexiblestimulation of the cell culture withdifferent patterns and user definedsignals, as well as variable temporaland spatial recording resolutions.DiscussionIn this master thesis, the first multi-pixelmeasurements with theMMSAII were performed. The experimentswith the MMSAII provedthat the developed system correctlyrecords user defined subsetsof sensors with an excellentsignal quality. The acquisition systemis now able to perform biologicalexperiments with excitablecells.The performance of the entireplatform was measured and itslimits were identified. In particular,the high data rate was found to bethe bottleneck for high-resolutionmulti-modal sensor array acquisitionsystems.Implementing a fast interface tothe computer and reducing theamount of data on the FPGA levelare two potential solutions to improvethe acquisition capabilitiesof the platform. A further goal is toimplement an environmental controlsystem to for example regulatethe cell culture’s ambient temperature.Christian DellenbachThe above figure shows a typical setup to perform experimentswith excitable cells. A layer of heart cells is cultivatedon the sensor array. The aim of the acquisition system is torecord the electrical activity measured by the sensor array.Researchers are mainly interested in action potentials which,in this figure, correspond to the two peaks in the recordedsignal.Prototype of the developed acquisition platform.It consists of a base board, an Altera Cyclone IV FPGAmodule (in the front) and a MMSAII (in the back).ti.bfh.ch41

BIBEBUVAMaster of Science in Biomedical EngineeringTreatment of Bruxism with an Active MouthguardElectronic Implants / Thesis advisors: Prof. Dr. Volker Koch, Dr. Michael BüttnerExperts: Prof. Dr. Volker Koch, Dr. Michael BüttnerProject partner: Financial support: INVENTUS BERN – StiftungBruxism is characterized by the subconscious and nonfunctional grinding or clenching of the teeth.Bruxism often results in abnormal wear patterns of the teeth and over time, dental damage will occur.Bruxism is an uncontrolled habitual behavior and one of the most common sleep disorders.Studies have shown that about 5 % of the US population develop symptoms severe enough to have amouthguard made by a dentist. A mouthguard out of hard acrylic is a standard treatment to reduce toothwear.Raphaël Deschlerraphael.deschler@bluewin.chBesides the mouthguard, anotherbut seldom used treatment is thebiofeedback method. In this methodelectrodes are placed on themasseter or temporal muscle andconnected to a monitoring devicewhich produces a sound whenevera muscle activity is detected. Forshort term use these devices seemto decrease bruxing time effi ciently.Unfortunately the electrodes andtheir wires are uncomfortable andone can get used to the sound, andthe effect decreases.The aim of this project was to developa mouthguard that incorporatesan electronic device tomeasure and radio transmit theinterocclusal distance and thesagittal and transversal mandibulardisplacement. Based on thesereal time data, an electrical stimulationcould be produced and appliedas feedback upon toothmouthguardcontact.Project ScopeA tiny magnet was encapsulatedin titanium and embedded in atooth filling preexisting on theocclusal surface of a molar.Two tiny electronic circuit boardshave been developed to be encapsulatedin the mouthguard, a transmitterboard and a sensor board.Encapsulated magnet in molar / Activemouthguard with sensor and transmitterelectronic and batteriesThe sensors on the sensor boardare read out four times a secondby the transmitter board, whichradio transmits the data to a receiverconnected to a laptop. Dependingon the sensor’s measuredfield strengths, the magnet’s positioncan be determined.The electronic is powered by batteriesthat can be recharged viaelectromagnetic field (slit torus coil).ResultsWith a Matlab program, data of awhole night with characteristicsleep phases can be analyzed.First measurements of 8 nightswith and without biofeedbackresulted in a highly significantre duction of tooth-mouthguardcontact.DiscussionOur measurements show grindingactivities during short sleep phasesas reported in several studies.The new mouthguard offers additionalvariables like position andspeed to define conditions uponwhich bruxing events are detected.The hardest and still unsolvedtechnical problem of the project isthe fast degrading of the rechargeablebatteries. They only lasted for3 months.Clinical research would have toprove the safe operation, longterm effectiveness and further effectsof a stimulation on the userssleep hygiene and mental health.A timeslot of interest and its sagittal versus transversalmovement plot redrawn in redMeasurements of 8 nights with and without biofeedback42 ti.bfh.ch

Master of Science in Biomedical EngineeringBIBEBUVALife saving robot for elderly peopleBiomedical Engineering / Thesis advisor: Prof. Dr. Volker M. KochExpert: Prof. Dr. Elham FirouziElderly people often suffer from isolation and fear to have a serious problem when being alone at home.One hard fall, a hypoglycemic coma or a stroke may cause the person to die because nobody is there tohelp. The goal of this project is to build a prototype robot which can accompany his or her owner and detectphysiological anomaly. If a problem has been detected, the robot can send an alarm to one or more trustedpeople to ask for help. The robot can then be remotely operated from a PC or smartphone such that thealarmed person can check what happened.Project ScopeThe aim of the project is to build amobile platform that can navigateautonomously through an apartment,as well as be remotelysteered over the Internet with awebcam. A web server is used todisplay all medical information ona website and to control the robot.Wireless medical sensors areused to measure physiologicaldata like heart rate, breathing rate,skin temperature and movements.An algorithm was implemented todetect anomalies in these signals.ResultsThe developed robot can do almosteverything that was planned.Its most impressive feature is thatit can stand and drive on twowheels using a self-balancing controlalgorithm. This has beenachieved by using an accelerometerand a gyroscope to know theangle, and by using an incrementalsensor on the wheels to know thespeed of the robot. Once thespeed and angle are known, thepower on the motors is calculatedusing a PID controller.To know about the health of thepatient, a sensor from ZephyrTechnology, which is attached toa chest belt, has to be worn by thepatient. This sensor sends dataabout heart rate, breathing rate,skin temperature and movementsto the robot via Bluetooth. The robotthen monitors the health of thepatient and can send an email topre-defined persons.On the robot’s computer, a Javaapplet has been developed whichcontrols everything: the remotecontrol, the health data, the sendingof emails and the communicationwith the sensor.The video streaming has beendone with an open-source softwarerunning on Linux called FFserver.This is the part that consumesmost processor power andenergy.Discussion and ConclusionA very interesting additional featurewould be to add artificial intelligencesuch that the robot canlearn new skills on its own or byteaching it. The results of this workshow good perspectives for a futurecommercialization of the robot.There is an abundance ofpossible clients and their numberis expected to grow within the nextfew years. To achieve commercialization,an industrial partnershould be found.Lukas FreiRobot without dressPhysiological monitoring sensor from Zephyr Technologyti.bfh.ch43

BIBEBUVAMaster of Science in Biomedical EngineeringE2corder (Esophageal ECG recorder) – Filter DesignARTORG Center for Cardiovascular EngineeringThesis advisors: Prof. Dr. Rolf Vogel, Prof. Dr. Josef Götte, Thomas NiederhauserMany patients suffer from short and rare-occurring episodes of heart rhythm disturbances (paroxysmalarrhythmias) that may have serious consequences such as stroke, loss of consciousness, or sudden cardiacarrest. Diagnostics rely on long-term electrocardiogram (ECG) conventionally using skin electrodes. Thediagnostic yield increases with recording time and signal quality.Lukas Kohlerlukas.kohler@gmail.comBackgroundIn contrast to skin electrodes, theesophageal approach grants optimalelectro-mechanical characteristics.Difficulties of recording longtermesophageal ECG emerge fromthe baseline wander (BLW), thatarises from esophageal peristaltic,respiration and cardiac motion. Thelow-frequency BLW overlaps withECG’s bandwidth and makes linearanalog filtering inapplicable.MethodsTo extend the limited recordingtime, ADC resolution and memorysize have to be reduced. This canbe achieved by subtracting the digitallyestimated and stored BLWprior to sampling with the analogto-digitalconverter (ADC) feedback.Different methods usingSimulink were simulated and themost promising model has beenimplemented on a specially builtlow-power evaluation board. Tovalidate the simulations in realtime,measurements with surfaceand esophageal ECGs and syntheticsignals were performed.ResultsAll concepts with digital filters(FIR, IIR, etc.) introduce a groupdelay that has to be compensatedby a predictor (e.g. a LMS filter) foronline processing. The predictorcomes with high computationaleffort that cannot be handled bya low-power system. Another simplemethod called bang-bangremoves the baseline wander byoffset subtraction and can be imaginedas the ADC range that followsthe BLW. The evaluated methodallows to use an ADC withfewer bits without driving the systeminto the range limits andadditional data to be stored. Theacquired signals show that thebang-bang principle is practicallyfeasible in vivo while resting, breathing,eating, liquid ingestion,coughing and sneezing.Discussion and OutlookThe relative ECG-spike resolutionfor a 1 mV peak is increased from5.8 bit to 7.3 bit with the bangbangmethod. It has to be mentioned,however, that oversamplingis necessary and that thesignal-to-noise ratio cannot beimproved. The bang-bang methodcan be applied to many other signalsand to almost any bio-signalsuffering from baseline wander,such as surface ECG, electromyography(EMG), electrooculography(EOG) or electro-encephalography(EEG) signals.Our self-developed, applicationdedicated, low-power experimentationboard containing microcontroller,flash, two analog ECG amplifiers andUSB 2.0 interface.Functional block diagram of the baseline wandersuppression used to subtract BLW prior sampling.Human esophageal ECG during liquid ingestion sampledwith the bang-bang method (top) and the reconstructedsignal (bottom). The signal shows a superposition of esophagealperistaltic wave, mechanical motion and the ECG.44 ti.bfh.ch

BIBEBUVAMaster of Science in Biomedical EngineeringWireless stimulator for tactile sensationBiomedical Engineering / Thesis advisors: Prof. Dr. Volker M. Koch, Prof. Kenneth J. HuntExpert: Prof. Dr. Alejandro Hernandez ArietaProject partner: Universität Zürich, Artificial Intelligence Lab, ZürichThe sense of touch constitutes a vital feedback for a person during interaction with the environment. Thesense-actuate closed loop can be broken in the case of certain pathologies or amputation. With the aim ofreestablishing or relocating sensory feedback, this project deals with the development of two portable,dual-channel, wireless, synchronized, transcutaneous electrical stimulators(TES) with output current monitoring.The generated signal is intended to stimulate the tactile sensory receptors located on the lowerback.Daniel Lachnerdaniellachner@gmail.comProject ScopeTo study the body’s response tostimulation given different stimulationparameters, the stimulatorshown in Figure 1 is controlled bya PC via Bluetooth. A GUI hasbeen developed to modify stimulationparameters, switch modes,display output voltage, currentand skin resistance.The stimulation signal as shown inFigure 2 is square and biphasic,aiming to deliver a charge-balancedstimulus. The carrier frequency(1/[t1+t2]) can be set to avalue from 1 kHz to 10 kHz, theenvelope frequency (1/Tp) from1 Hz to 200 Hz. It is also possibleto stimulate continuously withthe carrier frequency (Tp=tb). Thestimulation amplitude can bechosen from 2.3 V to 30 V.The output current monitoringfeature allows generating similarsensations across the electrodes,independent of changes in thebody impedance.Figure 1. Developed Stimultor.As shown in Figure 3, a movingsensation can be produced, whichis a tactile illusion generated by thesynchronized stimulation of tactilereceptors by two channels withaccordingly rising and falling amplitudes.The stimulus is perceivedas a one dimensional movementbetween the two electrode pairs,which can be used as a form ofsensory feedback.Results and DiscussionThe stimulator successfully generatesthe desired signals and theGUI allows a smooth interaction.Currents are monitored on everypositive phase and displayed onthe PC where the electrode-skininterface resistance is calculated.Further tests on humans are yet tobe performed in order to characterizethe body response to thedifferent stimulus parameters.Figure 2. Stimulation SignalFigure 3. Moving Sensation.46 ti.bfh.ch

Master of Science in Biomedical EngineeringBIBEBUVADisplay of a portable visual aid – New approachBiomedical Engineering / Thesis advisor: Prof. Dr. Jörn JustizExpert: Prof. Dr. Volker M. KochProject partner: Reber Informatik + Engineering GmbH, MünsingenThree out of ten individuals older than 75 years are affected by an eye disease, called the age-related maculardegeneration (AMD), which causes irreversible damage to the retina. AMD is marked by the degenerationof photoreceptors in the macular region of the retina (center of the visual field) leading to opacities,distortions, scotomas and may even finally result in blindness. Since the disease is currently untreatable,research is conducted towards a visual aid within the scope of the VoiSee ® project. This electronic visualaid will considerably disburden the everyday life of AMD patients.BackgroundThe sense of sight affects a largeportion of our extrasensory perception.Various diseases of theretina and the nerve fibers, thatsignificantly impair the sense ofsight such as age-related maculardegeneration (AMD), are currentlynot treatable. In these cases, onecan attempt to compensate thevisual impairment by technicalmeans (e.g. by visual aids). Thegoal of magnifying visual aids is tocompensate the vision loss by anappropriate enlargement to reenablereading of texts.Within the scope of the VoiSee ®project, research is conducted towardsa novel, portable visual aid,which will considerably disburdenthe everyday life of AMD affectedindividuals by means of a largefield of view to restore their abilityto perform general tasks more independentlyas well as to readsmaller writings outside theirhomes (as for example productinscriptions in supermarkets ordeparture boards in railway stations).In addition to the large fieldof view, a comfortable viewingmust be achieved, while the dimensionsof the device ought toremain acceptable. Both properties(optical and ergonomic) representan important presuppositionfor the acceptance of the futureVoiSee ® vision aid, which thus distinguishesitself from already existingyet much more restricted portablevisual aids.Project scopeDuring the present thesis a newapproach for the display of a portableVoiSee ® visual aid had beenreviewed with regard to feasibilityand was thereupon implemented.During a subsequent patientstudy, the newly developed displaywas compared to two alreadyexisting optical VoiSee ® displays,which had also been optimizedduring this thesis. For the evaluationof the study, optical, ergonomicand economic criteria wereconsidered for selecting the optimaldisplay type.ResultsThe newly developed display increasesthe maximum visual anglefrom 48.9° to 68° compared to theprevious display types. Moreover,the new optics substantially improvesthe viewing comfort.The statistical significance of thebenefits of the newly developeddisplay was shown by a systematicstudy. 22 of 25 questionedAMD affected individuals preferredthe newly developed display whichwas also the only one of the presenteddisplay types judged to beacceptable in everyday life.Additionally, essential knowledgefor further development of theVoiSee ® vision aid could be gainedduring the study.Aymeric Niederhauseraymeric.ni@gmail.comDiscussionThe best possible display technology(display-hardware with appropriateoptics) could be selected bystudy results. The chosen displaytype will be implemented into thefirst complete VoiSee ® prototypein a future project. Therefore, a bigleap could be taken towards anoptimal portable electronic visionaid.The newly developed displayti.bfh.ch47

BIBEBUVAMaster of Science in Biomedical EngineeringAnalysis of high-speed data from excitable tissuesBiomedical Engineering / Thesis Advisor: Prof. Dr. Volker M. KochExperts: Prof. Dr. Volker M. Koch, Prof. Dr. Stephan RohrProject partner: Institute of Physiology, University of Bern, BernTo elucidate and further understand the electrical signalling in networks of excitable cells like cardiomyocytesand neurons, state of the art experimental techniques permitting to assess membrane potential fluctuationswith high spatio-temporal resolution are indispensable. Such experiments are based on the use of voltagesensitive dyes which report membrane potential variations by changing their fluorescence properties. Theresulting light intensity changes are captured by high-speed devices that are fast enough to follow electricalactivation, i.e., the spread of action potentials (Fig. 1).Jonas ReberWhereas the acquisition of dataworks very well with these systems,available software solutionsfor data analysis are rudimentaryand barely meet the specializeddemands of researchers. In particular,they fail to calculate parametersdescribing the network behaviourof the excitable tissuesunder investigation. A solution toaccomplish the task of processingcardiac mapping data is describedin this thesis.Raw mapping data from highspeedcameras and other sourceslike multi-electrode arrays can beprocessed using various approaches.Pre-implemented filtersand analysis plug-ins allow theextraction of desired characteristicsof recorded signals and thegeneration of different featuremaps (e.g., activation-, speedandupstroke velocity maps, Fig.2).Moreover, the detection and trackingof phase singularities, the clus-The new software drastically reducesthe evaluation time of cardiacmapping data and also improvesthe general handling duringthis phase of analysis. It is nowpossible to process data in an intuitiveway by the graphical userinterface that offers direct feedback,rather than manually writingcode for data analysis. The softwareenables scientists to obtaina comprehensive analysis of theexperiments in short time whichenables them to focus on the understandingand treatment of thecauses of heart diseases.(Original Title: Analysis of optobiologicaldata from excitable tissues)Fig.1, Propagating excitation wave on cardiac tissue, captured by the Micam Ultimahigh-speed camera and filtered for display by the developed software.The data analysis tool developedin this study provides basic dataconditioning and processing functionalitiesas well as advancedfeature extraction capabilities tostatistically analyse the networkbehaviour of excitable cells. Recordeddata is processed in boththe spatial and the temporal domain.The software is based on aplug-in strategy that allows seamlessintegration of new data processingfunctionalities without theneed of remodelling the wholearchitecture.tering of propagating wave fronts,the creation of velocity profiles orthe tracking of activation paths areimplemented in the software. Forthis, several new algorithms havebeen developed, like the tracing ofactivation waves based on the fastmarching method.Fig.2, Example activation map (of thewavefront shown in fig1) displayingthe color-coded action potential activationtimes (APA=Action potentialamplitude).48 ti.bfh.ch

Master of Science in Biomedical EngineeringBIBEBUVAEndoscopic Measurement Head for OCTOptoLab / Thesis advisor: Prof. Christoph MeierExperts: Prof. Dr. Volker M. Koch, David AebiProject partner: Damedics GmbH, NidauMinimal invasive diagnosis and therapy for articular cartilage trauma and osteoarthritis is a cost effectiveand conservative approach. Cross-sectional imaging of the injured or worn cartilage would be a valuabletool for microstructure assessment. Optical Coherence Tomography is an appropriate modality due to itshigh image resolution with comparatively high penetration depth of 2–3mm.BackgroundOsteoarthritis of the knee joint is apainful mechanical degradation andabrasion of the articular cartilageand the subchondral bone. It can beinduced by cartilage structure irregularitiesand micro lesions. Aboutone in ten individual is affected withearly osteoarthritis in western countrieswhich leads to considerablelimitations of daily living. Today’sarthroscopic treatment of osteoarthritisimplies debridement (removalof damaged or infected tissue), lavage,analgesics (pain killers) or totalknee joint arthroplasty (replacement)for severe degradations. Butthe usefulness and achievements ofthese procedures are questionable.Therefore, cartilage reconstructionor grafting is a demanded and anongoing research topic. Virtual biopsyin situ by Optical CoherenceTomography OCT would be a valuabletool to assess cartilage thicknessand abrasion degree and todetect micro lesions.Project ScopeHowever, due to the restrictedpenetration depth of OCT, whichis generally less than 3mm, it requiressome type of endoscopeprobe for direct access to articularcartilage. The OCT laser beam hasto be deflected at the proximal endof the endoscope in order to acquirecross-sectional images. TheOCT scanning unit should be insertableinto working channelsintended for surgery tools. Theyare commonly no larger than 2 mmin diameter. This limiting factormakes the mechanical scan probedesign very challenging but alsolimits physically the maximal possiblescan range.ResultsIn this thesis, an optomechanicalsetup was designed and realizedby using a GRIN (gradient refractiveindex) relay rod lens to displacethe scanning unit towardsthe distal end of the endoscopeand therefore outside the humanbody. Thereby cross-section sizeand biocompatibility were considerablyimproved. A 2d MEMS mirrorchip was implemented to provide3d OCT volume assessment.DiscussionAn endoscopic OCT scanner prototypewas produced and assembled,tested and characterized.The endoscopic OCT system hashigh signal sensitivity of 100dBand first OCT images of porcinecartilage gathered by the newlydesigned endoscope probe wereexceedingly promising in the areaof osteoarthritis and chondral irregularities.Cartilage thicknessand structure abnormalities assmall as 50 μm could be illustrated.Peter Stalderpeter@stalder.chUnclosed OCT scanner integrated in dummy endoscope.OCT cross-section with OCT endoscope of porcine kneejoint with (A) the articular cartilage layer and (B) smallcartilage fractures which cannot be seen at the surface.ti.bfh.ch49

Managementzentrum Bern

BIBEBUVAManagementzentrumStrategie für die Firma Friedli AGUnternehmensstrategie / Betreuer: Prof. Christoph GloorExperte: Prof. Dr. Martin RuppProjektpartner: Friedli AG Engineering und Anlagenbau, 3400 BurgdorfDurch die Erarbeitung einer breit abgestützten und weitsichtig formulierten Strategie soll die Firma FriedliAG nach beträchtlichem Wachstum zielgerichtet in die Konsolidierungsphase geführt werden. Mittels exaktauf die Firma zugeschnittenen strategischen Stossrichtungen soll die Zukunft der Firma nicht dem Zufallüberlassen werden, sondern gezielt und erfolgsversprechend mitgestaltet werden.Dieter Friedlidieter.friedli@gmail.comDaniel Hodeld.hodel@hodus.chDie instabile wirtschaftliche Lageim Euroraum, der überbewerteteFranken und die anhaltende Unruhean den Finanzmärkten sind dieeine Seite der bevorstehendenHerausforderungen der Friedli AG.Das erhebliche Firmenwachstuminnerhalb kurzer Zeit sowie die zunehmendeSättigung des Heimmarktesstellen die Unternehmungvor weitere Hürden.Gewachsen aus einer Kleinstunternehmungwar eine systematischerarbeitete Strategie keinzwingendes Bedürfnis. Die Unternehmensstrukturund die bestehendenKunden waren überschaubar.Die Entwicklung derFirma wurde durch das zuverlässigeBauchgefühl des Gründersweitestgehend richtig gesteuert.Doch die zunehmende Unternehmensgrösseschwächt die Qualitätdes Bauchgefühls. Der Gründerkann nicht mehr alles selber machen,wodurch das Unternehmenin einem ersten Schritt an Kompetenzverliert.Erstmalig in der Firmengeschichtewurde die strategische Vergangenheitsowie die aktuelle Situationsystematisch erfasst und bewertet.Durch die tiefgreifendeAnalyse sind wichtige Erkenntnissetransparent zum Vorschein gekommen.Unter Einbezug der gesamtenBelegschaft konnte einganzheitliches Bild der Unternehmungsowie des Umfeldes erarbeitetwerden. Daraus wurden diewichtigsten strategischen Aussagenin einer Grundstrategie zusammengetragen.Die Notwendigkeit sich unabhängigervom Marktsegment desKerngeschäfts zu positionieren, isteine wesentliche Erkenntnis ausder strategischen Analyse. Für dielangfristige Sicherung des Unternehmenserfolgesmuss die Firmaein weiteres Geschäftsfeld aufbauen,um sich breiter abstützenzu können. Hierzu sollen bestehendeKompetenzen zusammenmit Chancen aus der Marktanalysekombiniert werden.Nach der Wachstumsphase istnun der Übergang in die Konsolidierungsphasevon entscheidenderBedeutung. Dabei sind zugeschnitteneGeschäftsprozesseund die Schaffung von Fach- undFührungswissen für die Sicherungdes langfristigen Erfolges der Unternehmungvon entscheidenderBedeutung. Aber auch die Festlegungklarer Strukturen ist elementar,damit interne Abläufe effizientund reibungslos ablaufen.Der Zeitpunkt für die Erarbeitungder Unternehmensstrategie hättenicht besser gewählt werden können.Nebst dem tiefen Einblick indie Unternehmung wurde derHeimmarkt wesentlich greifbarer.Während der Analyse wurde allenAkteuren bewusst, dass es höchsteZeit für eine weitsichtige Strategieist. Nur so kann die Firma indieser Grösse rentabel und nachhaltigdie nächsten Monate undJahre in Angriff nehmen.52 ti.bfh.ch

ManagementzentrumBIBEBUVASolar FarmingExecutive MBA in Innovative Business Creation / Betreuer:Heiner Kaufmann, Prof. Daniel HuberExperte: Elmar MockDie Schweiz befindet sich energiepolitisch an einem Wendepunkt. Einerseits wurde der Atomausstieg beschlossen,andererseits stehen derzeit kaum die notwendigen Kapazitäten an alternativen Energiequellenzur Verfügung. Neue Ideen und Geschäftsmodelle sind gefragter denn je.Obwohl ein breites Interesse anSolaranlagen (und im Speziellenan der Photovoltaik) besteht, sindentsprechende Anlagen längstnicht für alle Interessenten zugänglich.Besondere Hindernissestellen der notwendige Besitzgeeigneter Dachflächen, die Finanzierungund staatliche Fördergelderdar. Diese Rahmenbedingungenrepräsentieren dieGrundlage zur Entwicklung neuerGeschäftsopportunitäten nachden im Executive MBA Studium inInnovative Business Creation vermitteltenDenkmustern; die Basisliefert der Störfaktor «Mich stört,dass Photovoltaik-Anlagen nur fürwenige Leute zugänglich sind».Das final entwickelte Geschäftskonzeptbeinhaltet Investitionsmöglichkeitenfür private Personen,die mit Mikro-Beträgen vonbereits einigen hundert Franken imlandwirtschaftlichen Umfeld investierenmöchten; Ziel ist freiesAckerland (mit geeigneter Lage, z.B. am Jurasüdfuss) mit Solarpanelszu belegen.– Durch die grossen Flächen resultiereninfolge von Skaleneffektengute Renditen.– Das Geschäftskonzept ergänztund vereint auf kreative Weisezwei bisher getrennte Bereiche:die Finanzierung (Mikrobeträge)und die technische Umsetzung.– Das Konzept profitiert maximalvon Skaleneffekten der globalisiertenWelt (Fabrikation Solarpanelsin China).– Schwer zu bewirtschaftendesAckerland wird mit Panels belegt.– Die Umsetzung sieht eine dualestrategische Positionierung vor:gleichzeitig Kostenführer undPremium Service Leader.– Das Konzept wird in der Komponentenbauweisenach Prof.Günter Faltin aufgebaut. Dazuwerden Partnerschaften mitBanken, Planern/Installateurenund den Landwirten eingegangen.– Die Realisierung ist als Start-upgeplant.– Zur Sicherung des Vorsprungsvor Imitatoren wird auf einenzeitlichen Vorsprung sowie aufPartnerschaften gesetzt.– Die Umsetzung erfolgt in zweiPhasen.– Phase 1: Aufbau von Referenzanlagenund Testen der zugrundegelegten Hypothesen.– Phase 2: Fokussierung auf denMassenmarkt.Der Markteintritt erfolgt in einemgeographisch eingegrenzten Gebiet,in dem kostengünstigWerbung betrieben werden kann(Phase 1). Der Minimierung desFinanzierungsaufwandes wirdhohe Aufmerksamkeit geschenkt.Das Konzept wird disruptiv positioniert,indem bisherige Nicht-Kunden zu Kunden gemacht werden(New Market Disruption). DieWeiterentwicklung des Modellssieht zusätzliche und diversifiziertereRevenue Streams durch Integrationdes Servicegeschäftesvor.Oliver StalderGeschäftsmodell, dargestellt im sog. Business Model Canvas (gemäss Alex Osterwalder)ti.bfh.ch53

BIBEBUVAManagementzentrumModell zur Einführung von Innovation ManagementInnovation Management / Betreuer: Prof. Daniel HuberExperte: Prof. Pavel KrausProjektpartner: Hanspeter Zürcher AG, CH-6330 ChamNachdem sich über die letzten Jahre die Wissenschaft, Fachautoren, Beratungsunternehmen und Führungskräftevor allem mit den theoretischen Grundlagen des Innovation Management beschäftigt haben, realisierenheute immer mehr Unternehmen, dass den menschlichen Faktoren, vor allem im Management, währendder Einführungsphase des Innovation Managements viel höhere Priorität zugesprochen werden muss. DieHanspeter Zürcher AG aus Cham bringt nun für Schweizer KMU eines der praktikabelsten Einführungsmodellefür Innovation Management mit Fokus auf die Führung auf den Markt.Thomas ZurkindenSystemische Wirkungselemente desWiderstandes von FührungskräftenFührungskräfte werden heute fürihre Ideen bezahlt und nicht für dieRoutine. Denn die zunehmendeKomplexität der Umwelt undder Arbeitsabläufe, schrumpfendeMargen und hoher Wettbewerb inden globalisierten Märkten fordernneue Denkansätze und Ideen.Jede Innovation bedeutet aberauch ein hohes Risiko für das Unternehmen.Es gibt in der Führungkeine vertrauten Lösungsmustermehr. Führungskräfte und Unternehmerhaben gelernt, wie manUnternehmen «verwaltet» undnicht, wie man Unternehmen immerwieder «neu erfindet». KeinManager ist gegen Innovation ansich, aber die Veränderung, die sieauslöst, wird oft als Gefährdung,verbunden mit Unsicherheit undAngst, empfunden. Als Folge leistendann Führungskräfte oft verdecktoder offen Widerstand gegenüberder Einführung vonInnovation Management. Beispielsweisewird ein Bereichsleiter,dessen Jahresbonus am Prozentsatzder Einsparungen seiner Abteilungskostengemessen wird,seinen Mitarbeitenden kaum kostenintensiveFreiräume für die Realisierungkreativer Innovationenschaffen.Blockaden im Management gegenInnovation sind verständlich, normalund werden verstärkt durch:– Kurzfristige Ertragsorientierung– Beim «Alten» bleiben wollen– Führungskräfte werden nach Effizienzentlohnt– Leistungswettbewerb zwischenden Bereichen und Abteilungen– Restriktives und kurzfristiges Verhaltendes Rechnungswesen– Risikovermeidende Entscheidungen– Intoleranz gegenüber Misserfolgen– Stark empfundene Hierarchie–Etc.Widerstände und Treiber verstehenDie Liste der Widerstände und Treiberbezüglich Innovation ist in denFührungsetagen Schweizer KMUbeinahe endlos. Die wirkendenKräfte sind zudem meist unsichtbar,unbekannt, komplex, vielschichtigund kaum fassbar. Um InnovationManagement erfolgreich einführenzu können, sollte aber jede Unternehmensleitungdie in seiner Führungscrewwirkenden Kräfte kennen,sich damit auseinandersetzenund diese in den Einführungsphasenberücksichtigen.Wirkungsvolle Einführungsmodellesind gefragtMit Hilfe systemischer und computergestützterHilfsmittel hat dasinternational tätige BeratungsunternehmenHanspeter Zürcher AGeine umfassende Analyse aller inden Führungsetagen gegenüberInnovation wirkenden Kräftedurchgeführt und diese in einemeinfachen und verständlichen Einführungsmodellfür InnovationManagement in der Führung integriert.Zielgruppe des Einführungsmodellssind SchweizerKMU.Erfolgreich weil ganzheitlichund menschenorientiertDas Einführungsmodell berücksichtigteinerseits alle gegenüberInnovation wirkenden Widerständeund Treiber in den Führungsetagenund beschreibt andererseitsalle 50 notwendigen Aktivitätenund Entwicklungsschritte über4 Jahre zur erfolgreichen Einführungvon Innovation Management.Als Unterstützung bietet die HanspeterZürcher AG, in Kooperationmit dem Managementzentrum derBerner Fachhochschule, währendder Einführung ein ganzheitliches,menschen- und entwicklungsorientiertesCoaching für die Führungskräftean.54 ti.bfh.ch

Adrian ZauggAlumni EMBA Innovation ManagementVice President New Business bei Sulzer Metco„Innovation ist die Triebfederfür die Entwicklung einesUnternehmens. DasStudium vermittelte mir dasWissen rund um derenManagement.“

SoftwareschuleSoftware Engineering School

BIBEBUVASoftware-Schule SchweizVirtual Scrum BoardMAS-IT / Betreuerin: Dr. Beatrice AmrheinExperten: Daniel Bähler, Marcos AbaloDas Scrum-Werkzeug unterstützt jetzt auch Homeoffice, die Standortabhängigkeit von Scrum in der Mobiliarwird mit dem Virtual Scrum Board aufgehoben! Durch den starken Einbezug der Endbenutzer über Personas,Szenarien und Walkthroughs wird eine hohe Usability sichergestellt.Andrea LehmannFranziska SteblerMethodikDie Erhebung der Anforderungenfür das Virtual Scrum Board wurdein der Master Thesis mit den MethodikenContextual Inquiry undPersonas durchgeführt. Anhandder Interviews mit Endbenutzernkonnten ihre Bedürfnisse in Personasgebündelt werden. Zu diesenfiktiven Personen wurden Name,Zivilstand, ihre Bedürfnisse an dasVirtual Scrum Board etc. aufgenommen.Aus den Bedürfnissen wurden anschliessendSzenarien abgeleitet.Ein Szenario war beispielsweisedas Durchführen eines Daily Scrum.Diese grobgranularen UseCases konnten dann vorzüglich fürdie Generierung der User Storiessowie deren Priorisierung verwendetwerden.Parallel zum Dokumentieren derSzenarien wurde mit dem ToolBalsamiq ein GUI-Prototyp erstellt.Der GUI-Prototyp wurde mitden Endbenutzern validiert. Nachder Implementierung des VirtualScrum Board wurde die Applikationvon den Endbenutzern in einemUsability-Walkthrough nochmalsvalidiert.Als weitere wichtige Methodikwurde in der Implementierung TestDriven Development eingesetzt.Durch diesen Denkansatz werdenfeingranulare, einfach testbareCodestücke immer direkt vor/odernach der Implementierung mit einemUnittest verifiziert.TechnologieEin erklärtes Ziel der Master-Thesiswar der Einsatz von HTML5.Anhand einer Evaluation von GWT,Primefaces, WiQuery und Icefaceshat sich Primefaces als bestesHTML5-Framework herausgestellt.Es bietet Drag & Drop-Funktionalitätsowie das Inplace-Editingan. Seine Nähe zu JSF, welchesuns bereits bekannt war, warebenfalls ein wichtiger Zusatzpunkt.Primefaces hat sich dannim Verlauf der Master-Thesis alsjunges, noch recht fehlerhaftesFramework mit nicht so guter Dokumentationherausgestellt.Weiter ist das Virtual Scrum Boardeine JEE-Applikation, welche JPAfür die Datenbank-Integration sowieBean Validation einsetzt.ResultatDie Applikation Virtual ScrumBoard stellt sich zusammen ausden Bereichen «Projekt Configuration»und «Scrum Board». In der«Project Configuration» werdenneue Projekte konfiguriert, Sprintsund Stories dazu erstellt. Zu jedemVirtual Scrum BoardProjekt können die Team-Mitgliedererfasst werden. Die DefinitionOf Done wird ebenfalls auf dieserSeite gepflegt. Der Bereich «ProjektConfiguration» wird durch denScrum Master gepflegt.Der zweite Bereich «Scrum Board»beinhaltet ein Sprint Board. Hierwerden zu den Stories innerhalbdes Sprints die Tasks verwaltet.Als wichtige Funktion können via«Daily Notes» Notizen zu Taskshinterlegt werden. Darüber könnenjene Entwickler, die HomeOffice machen, mit den Entwicklernin der Firma kommunizieren.Die Daily Notes gelten für ein bestimmtesDatum. An diesem Gültigkeitsdatumwerden die DailyNotes auf dem Scrum Board sichtbar.Sie sind demzufolge am DailyScrum als wichtige Informationdes abwesenden Entwicklers miteinzubeziehen.Ein Sprint Burndown Chart, welchesjederzeit generiert werdenkann, zeigt am Daily Scrum denFortschritt der Arbeiten an. Derzweite Bereich «Scrum Board»wird durch die Entwickler geflegt.58 ti.bfh.ch

Software-Schule Schweiz BI BE BU VASicheres Single Sign On ins EJPD SSO PortalSecurity / Betreuer: Peter Andres (peter.andres@isc-ejpd.admin.ch)Experte: Gerhard HassensteinProjektpartner: Informatik Service Center ISC-EJPD, BernAm Anfang stand eine Vision: Mitarbeiter der Ämter des EJPD verwenden für das Log-in an ihrer Arbeitsstationihre Smartcard. Nach dem Log-in ist der Benutzer sowohl für die Büroautomatisierungsumgebungals auch im Portal authentisiert (Single Sign On für beide Umgebungen). Die Autorisierung soll wie bis anhinbeibehalten werden.AusgangslageDas SSO Portal (Single Sign On Portal)EJPD bildet die zentrale Sicherheitsarchitekturund -infrastrukturdes ISC-EJPD. Nach erfolgreicherstarker Authentisierung von Fachanwendungsbenutzernstellt es sämtlicheerlaubten Anwendungen überdas Web zur Verfügung. Im Verlaufedes Jahres 2013 wird die Verwendungvon SmartCards zur Authentisierungauch für die Büroautomatisierungeingeführt.Die Masterthesis untersuchte in einerStudie, wie ein sicherer Single SignOn zwischen Portal und Büroautomatisierungerfolgen kann.VorgehenIn 5 Schritten wurde vorgegangen:1. Anforderungen Festhalten (Pflichtenheft)2. Lösungsvarianten Entwickeln undBeurteilen3. Variante mit Proof of Concept(POC) verifizieren4. Risiken und Massnahmen definieren5. Ausblick für eine Umsetzungsind dabei beide Trustrichtungen vorstellbar.Insgesamt wurden in derThesis acht Lösungsvarianten erarbeitetun beurteilt.Proof of ConceptFür den POC wurde eine Integrationüber Kerberos gewählt, das SSOPortal traut der Büroautomatisierung.Die Herausforderung an diesem Ansatzwar, dass das SSO Portal nurden Authentisierungen trusten darf,die mit der SmartCard durchgeführtwurden. Im Kerberos-Standard istdas nicht vorgesehen, so dass aufMicrosoft spezifische Erweiterungenzugegriffen werden mussten. Für denAuthentiseirungsservice des Portaleswurde ein Plugin in Java entwickelt,das diese Erweiterung in Java auswertetund den Single Sign On nurzulässt, falls mit der SmartCard authentisiertwurde.Für den POC wurde eine kompletteTestumgebung aufgebaut, die aus 8virtuellen Maschinen bestand:–Router– Win2008R2–Win7 32Bit– Win7 64 Bit– Analysesystem mit Wireshark– Testserver mit spnego.soruceforge.netErgebnisDie für den POC gewählte Variantekonnte erfolgreich verifiziert werden.Der Autor freut sich, dass die in derStudie erarbeiteten Ergebnisse einegute Chance haben, im nächstenJahr verwendet zu werden. Für eineproduktive Umsetzung wurden inbesondereauch in den Schritten vier(Risiken und Massnahmen definieren)und fünf (Ausblick für eine Umsetzung)aufgezeigt, was für eine produktiveUmsetzung zu beachten ist.Markus Maedermarkus.maeder@oase.chLösungsvariantenEin Single Sign On zwischen denzwei Umgebungen bedingt einenTrust zwischen ihnen. GrundsätzlichVorgehen in 5 SchrittenDer Kerberos-Trust wird nur akzeptiert, wenn eine starkeAuthentisierung verwendet wurde (check SC only flag)ti.bfh.ch59

BIBEBUVASoftware-Schule SchweizRenewal TeamPortalEnterprise Application Development / Betreuer: Rolf WengerExperte: Stefan HaefeliProjektpartner: Die Schweizerische Post, ZollikofenDas TeamPortal ist der Einstiegspunkt für die rund 50 Intranet-Entwickler bei der Schweizerischen Post,um mehr als 380 Applikationen zu administrieren sowie deren Logs und DB-Jobs zu überwachen. Neu wirdes die Entwicklungs-Prozesse vereinfachen und dem Management aussagekräftige Informationen anbieten.Axel ZenklusenPascal IrmingerPadMan – Post ApplicationDevelopment ManagerPadMan ist eine neue zentrale Intranet-Applikation,welche die aktuellenBedürfnisse der Entwicklerabdeckt, um die heutigen Prozessezu verbessern.Die Applikation ermöglicht demBenutzer, durch die Entwicklungsprozessegeführt zu werden undautomatisiert bislang manuelleTasks wie z. B. die Interaktion mitder Versionsverwaltung.Als neuer Dreh- und Angelpunktfür die .NET-Webapplikationen imIntranet der Schweizerischen Postversorgt PadMan diese mit denbenötigten Daten wie z. B. ConnectionStrings, Sprach-Labels,etc.»Da die einzelnen Komponentennun miteinander verknüpft sind,braucht es viel weniger Klicks.»LogObi – Organized Bugs andInformationMit der neuen Intranet-ApplikationLogObi werden die Applikations-Logs sämtlicher .NET-Webapplikationenaus dem Intranet derSchweizerischen Post visualisiert.Die Logfiles werden dabei vond erServer-Farm eingesammelt undnach dem Import vorverarbeitet,so dass die logs sogleich nachBenutzer-Wünschen vorgefiltertangezeigt werden können.Zusätzlich können die BenutzerSuchfilter definieren, wonach sieautomatisch per E-Mail informiertwerden wollen, sobald konfigurierbareSchwellwerte überschrittenwerden.»Die Filter erledigen nun viel Arbeitautomatisch, die man vorher manuellmachen musste.»JobMonitorJobMonitor ist eine neue Intranet-Applikation zur Visualisierung vonSQL Server Jobs. Damit lässt sichexakt feststellen, welche Jobs erfolgreichund welche fehlerhaftausgeführt wurden.Gegenüber dem Log File Vieweraus dem SQL Server ManagementStudio verbindet JobMonitor dieSQL Server Agent Logs mit denjenigenaus den SSIS-Packages.Datenbank-Administratoren könnenfehlerhafte Job-Runs nachallfälligen Korrekturen als erledigtmarkieren. Weiter werden die verantwortlichenPersonen im Fehlerfallautomatisch per E-Mail informiert.»Die gleichzeitige und teilautomatisierteÜberwachung von AgentundSSIS-Logs erhöht die Betriebsqualitätund erspart unstäglich viel Fleissarbeit.»Marcel LehmannPadManLogObiJobMonitor60 ti.bfh.ch

Berner FachhochschuleWeiterbildungIhre Karriere ist unser ProgrammSie wollen Ihre Karriere aufbauen oder weiterführen? Dann sind wir der Partner an Ihrer Seite.Stufe für Stufe betreuen wir Sie bei berufsbegleitender Weiterbildung.Unser Angebot:Betriebswirtschaft und ManagementInformation TechnologyMedizininformatikIhr Abschluss:EMBA (Executive Master of Business Administration)MAS (Master of Advanced Studies)DAS (Diploma of Advanced Studies)Start jeweils im Frühjahr und HerbstTelefon +41 31 84 83 111ti.bfh.ch/wb

Medical Technology Center

BIBEBUVAMedical Technology CenterWissensmanagement Basis «StruktNet»Medizininformatik – Wissensmanagement / Betreuer: Andreas Greulich, Dr. Samuel HenzExperte: Prof. Andrea BackProjektpartner: Kantonsspital St.GallenDas Management von Information und Wissen ist ein wesentlicher Bestandteil unternehmerischen Handelns.Die Unternehmensstrategie des Kantonsspitals St.Gallen sieht deshalb vor, das neu eingeführte Intranet aufBasis Microsoft SharePoint 2010 als Informations- und Zusammenarbeitsplattform aller Unternehmensbereichezu etablieren. Für das bisherige Intranet bestanden keine Vorgaben betreffend Struktur und Inhaltweshalb mit hohem Aufwand sehr heterogene Bereichslösungen entstanden.Daniel Ammanndaniel.ammann.info@gmail.comInformationskategorien im ‘StruktNet’Insbesondere aus Sicht der klinischtätigen Mitarbeitenden einesgrossen Spitals wird erwartet, dassein modernes Intranet mit weniglokalem Aufwand gepflegt werdenkann und die interdisziplinäre undinterprofessionelle Zusammenarbeitdurch sinnvolle Strukturierungund Benutzerführung erleichtertwird. Die neue Plattform sollte nichtwieder dasselbe Schicksal erleiden,weshalb auf Initiative einerKlinik ein Projekt zur Entwicklungund Einführung eines hoch strukturiertenIntranets für alle klinischtätigen Bereiche initiiert wurde.Gegenstand der vorliegendenMasterarbeit war die Erarbeitungeines Grobkonzepts sowie die Begleitungder Detailkonzeption.Eine systematische Literaturrechercheergab erstaunlich wenig spezifischeLiteratur zu Struktur und Nutzenvon Intranets in Spitälern wasden Schluss nahelegt, dass dieThematik bisher nicht als organisatorischoder betriebswirtschaftlichbedeutsam für Spitäler erkanntwurde. Im Gegensatz zur medizinischenLiteratur finden sich für dieWirtschafsinformatik eine beachtlicheZahl methodologischer Empfehlungen.Um relevante Inhalte fürdas Intranet nicht zu verpassen erfolgteausserdem eine qualitativeAnalyse der Extranets anderer Spitäler.Die Hauptanalyse beinhalteteeine breitgefächerte Nutzerbefragungmit einer mehrstufigen quantitativenBedarfsanalyse. Die Befragungender Stakeholder bestätigtenund verfeinerten in einem iterativenVorgehen die erarbeiteten Informationskategorien.Zur Festlegung derPrioritäten bei der Einführung wurdemit den Stakeholdern eine Nutzwertanalysezu den Informationskategoriendurchgeführt. Aus denBefragungen resultierten neben denpriorisierten Informationskategorienauch konkrete Erwartungen betreffendRechtekonzept und Benutzerführungbeziehungsweise der Prozessunterstützungaus klinischerSicht. Auf dieser Basis wurde einGrobkonzept erstellt, welches folgendeZiele verfolgte:– Jeder Bereich besitzt eine vorkonfigurierteIntranetsite– Wichtige und oft verwendete Informationsobjektewerden zuInformationskategorien zusammengefasst– Für jede Informationskategorieexistiert eine spitalweite ÜbersichtslisteIm Anschluss wurde das Konzeptdurch unabhängige Fachexpertenin Bezug auf Innovation und Umsetzbarkeitbewertet.Das durchgeführte Projekt ist imBereich des Informationsmanagementsanzusiedeln. Die Inhalte unddie zu unterstützenden Prozessesind dabei stark abhängig von denAufgaben eines Betriebs respektiveeiner Mitarbeitendengruppe. Aufgrundder hohen Interdisziplinaritätund Interprofessionalität der Arbeitin einem Spital dürfte diese Branchebesonders von einem gutstrukturierten und breit verfügbarenWissensmanagement profitieren.Entsprechend stiess das Vorhabenund die geplante Umsetzung in denklinischen Bereichen auf grösstesInteresse und eine hohe Unterstützung.Nicht zu unterschätzen sinddabei eine einfache und intuitiveBedienbarkeit und eine gute Einführungsbegleitung.64 ti.bfh.ch

BIBEBUVAMedical Technology CenterEntwicklung eines Simulators für tcPCO2-SensorenMedizintechnik / Betreuer: Dr. Peter SchumacherExperten: Prof. Dr. Alex Zbinden, Prof. Dr. Jürg StreitProjektpartner: SenTec AG, 4106 TherwilDie Prüfung von Sensoren für das transkutane Monitoring von CO2 geschieht heute unter Laborbedingungen.Gemäss den gültigen Normen wird der Sensor hierfür mit trockenem oder feuchtem CO2-Gas beströmt [1].Dieser in vitro Test bildet jedoch die Verhältnisse beim Patienten nicht ideal ab, so dass die bestehendeTest-umgebung für Sensoroptimierungen und Neuentwicklungen ungeeignet ist. Es wurde daher ein Testsystem(Simulator) entwickelt, welches den physiologischen Bedingungen am Menschen möglichst nahekommen soll. Auf Wunsch des Auftraggebers wird die Arbeit als vertraulich eingestuft.Reto KaufmannChristoph SpicherEinleitungSensoren für das transkutane Monitoringvon pCO2 erwärmen das lokaleGewebe auf 42 °C und messendas durch die Haut austretendeCO2. Eine pH-Elektrode nach Stow-Severinghaus [2] liefert daraufhineine Spannung, welche über einenAlgorithmus in einen Partialdruck(mmHg) umgerechnet wird. Systembedingtunterliegen diese Sensoreneinem Messdrift, welcher wiederumüber einen Algorithmus ausgeglichenwird.Ein Testsystem für pCO2–Sensorenmuss demnach unter anderem folgendeAnforderungen erfüllen:– Regelbare Temperatur–Regelbarer CO2-Fluss–CO2 soll feucht seinDas Ganze soll mit einer Membranabdeckbar sein. Auf der Membransollen die Sensoren mit demselbenZubehör wie am Menschen appliziertwerden können.Das Testsystem soll folgende Anforderungenerfüllen:– physiologische pCO2-Werte imBereich von 32-46mmHg [3] (vgl.Abb. 3)– vergleichbares Heizverhalten derSensoren (vgl. Abb. 3)– Probanden entsprechender Mess -driftMaterial und MethodenDer Simulator (Abb. 1) besteht ausHeizung, Gasflussregler und Lab-View-Software. Die Membranhalterung(Abb. 2) besteht aus einemCNC-Frästeil und dient der Aufnahmeder Membran und der Sensoren.Die Temperatur und der CO2-Flusskönnen präzise geregelt werden,eine Wasser-Vaporisierungseinheitbefeuchtet das Gas.Nach dem Bau wurde der Simulatoranhand von Vergleichsmessungenmit 10 freiwilligen gesunden Probandendarauf geprüft, ob er denVorgaben entspricht. Es wurdenmehr-stündige Messungen sowohlan Probanden wie auch am Simulatordurchgeführt. Appliziert wurdendie Sensoren an Stirn, Wange, Ohrläppchenund subclavikulär.ResultateDie Resultate zeigen, dass die Sensordriftwertezwischen allen Probandenund dem Testsystem zwarsignifikant verschieden sind, sichabsolut aber nur wenig unterscheiden.Wird die Applikationsstelle«Ohrläppchen» gesondert ausgewertet,bildet das Testsystem dasDriftverhalten am Menschen akkuratab. Der Verlauf der Heizleistung derSensoren am Testsystem entsprichtdem Verlauf an allen Applikationsstellenmit guter Genauigkeit.DiskussionEs wurde eine funktionsfähige Plattformentwickelt, welche weiterführendein vitro Versuche ermöglicht.Hierfür können auch die zahlreichenwährend dieser Arbeit gesammeltenDaten dienen, indem sie für die Vorbereitungund Planung von zukünftigenTests eingesetzt werden.Abbildung 1: SimulatorAbbildung 2: MembranhalterungAbbildung 3: Beispielkurven der PCO2-Werte (oben) und der Heizleistung derSensoren (unten)65 ti.bfh.ch

BIBEBUVAMedical Technology CenterAccuracy of 3D image-guided spine surgeryComputer-assisted spine surgery / Thesis advisor: Dr. Duccio BoscheriniExperts: Prof. Jean-Philippe Thiran, Dr. Peter SchumacherProject partner: Clinique de La Source, LausanneTo prospectively evaluate accuracy in neuronavigation assisted by intraoperative imaging techniques in astandardized percutaneous thoracolumbar procedure. To assess the impact that reference frame distancefrom surgical site might have on accuracy.Raymond YerlyIntroductionNeuronavigation is a technical devicethat presents comparable featuresto a GPS. This process of surgeonguidance is based onintraoperative and most up-to-datepictures that are acquired duringdifferent phases of intervention. Theintegration of intraoperative threedimensionalimaging with a surgicalnavigation system represents thehighest standard of image guidedspinal surgery. This technique isparticularly useful during percutaneousprocedures, when the spinalstructures are not directly visible tothe surgeon. The benefits of computer-assistedsurgery are now recognized.However, few studies haveinvestigated and quantified thenavigation accuracy in clinical settings,especially the impact of thereference frame location.Material and MethodsBased on image processing techniques,the position of the vertebroplastyneedle as represented on thenavigation display is compared to itsactual position extracted from the3D image after completion of its introductioninto the vertebral body.So far, only 2 patients have beenincluded in the trial and recruitmentof significant numbers will takesome time. In the interim, the pilotstudy has been reinforced by thedata from a retrospective review of9 patients who previously underwenta similar surgical procedure.ResultsThe mean Euclidean distance betweenthe navigated needle tip andthe actual position of the needle tipextracted from the control CT was2.23 ±; 1.36 mm. To date we observeno clear correlation betweendegree of positional accuracy andthe number of vertebral segmentsseparating the reference frame andthe treated vertebra. The mean errorremained below 3 mm, regardlessthe reference frame location.while not compromising accurateneedle placement. Nevertheless,the surgeon is advised to assess therequired accuracy for each individualapplication. The acceptablenumber of vertebral levels betweenthe site of reference frame attachmentand the navigated level mayalso depend on the characteristicsof the particular patient, the rigidityand geometry of the spine in question,and the forces that are appliedto the navigated instruments. Thesefactors must be taken into accountand one may not attempt to overlygeneralize the results from a smallpatient population.ConclusionFrom the sample size we have todate, the positioning of the referenceframe either above or belowthe vertebra to be treated has, on itsown, a slight influence on navigationaccuracy.DiscussionThe preliminary findings for this particularapplication indicate that theempirically established limit of 4 vertebralsegments could be exceededStealthStation ® S7 navigation systemand the intra- operative 3D imagingO- arm ® from MedtronicError measured with respect of the referenceframe locationPost-operative 3D image containingthe actual needle overlaid on thenavigation’s snapshot containing thevirtual needle with 1cm graduations66 ti.bfh.ch

BSc in AutomobiltechnikBSc en Technique automobileBSc in Automotive Engineering

BIBEBUVABSc in AutomobiltechnikEnergieverbrauch und Emissionen von PersonenwagenVerbrennungsmotoren / Betreuer: Prof. Dr. Jan CzerwinskiExperten: Alfred Leuenberger, Marc WernerProjektpartner: TCS und EMPA, Emmen und DübendorfModerne Personenwagen sind mit immer aufwändigerer Technik ausgerüstet, um den hohen Ansprüchenan geringen Verbrauch und niedrige Schadstoff-Emissionen nachzukommen. Der von den Herstellern ermittelteVerbrauch wird in der Realität häufig überschritten. In unserer Arbeit werden Benzin- und Dieselfahrzeugemit neuartigen Motoren- und Abgassystemen auf den Rollenprüfstanden mehrerer Labors mitunterschiedlichen Fahrzyklen untersucht. Damit sollen reale und normkonforme Verbrauchs- und Schadstoffwertebestimmt und mit den Herstellerangaben sowie Werten aus Langzeittests verglichen werden.Matthias Allgayerallgayer.matthias@gmail.comMichael Lankerm.lanker@gmx.chAusgangslageDer Touring Club Schweiz (TCS)betreibt grossen Aufwand, um mitunabhängigen Fahrzeugtests seineMitglieder über die aktuellenAutomobile zu informieren. DieVerbrauchsmessungen spielendabei eine zentrale Rolle. Die Versuchsfahrzeugewerden gemässeinem normierten Zyklus (Neuereuropäischer Fahrzyklus = NEFZ)gefahren und der Kraftstoffverbrauchentweder gravimetrischmit einer Waage oder einer sogenanntenCVS-Messanlage (Konstantvolumenstromanlage)bestimmt.Die Messungen an derTCS-Anlage zeigen, dass die vonden Herstellern angegebenen Verbrauchswertezumeist nicht erreichtwerden. Dies führt zu Enttäuschungenbei den Fahrzeug -besitzern. Um dem entgegenzuwirken,werden neue internationalakzeptierte Fahrzyklen entwickelt.Diese sollen den aktuell gültigen,aber praxisfremden europäischenFahrzyklus ablösen. Auch dazusollen unsere Messungen einenBeitrag liefern.VorgehenDie Arbeit gliedert sich in mehrereTeile. Mit einem VW Golf 1.4 GTwurde ein Ringversuch auf den dreiPrüfständen der beteiligten LaborsTCS Emmen, EMPA Dübendorfund AFHB Nidau durchgeführt.Diese Vergleichsmessungen mitdemselben Fahrzeug bei identischenBedingungen dienen dazu,die Resultate der Prüfstände periodischabzugleichen und zu verifizieren.Mit einem Opel Ampera,einem völlig neu entwickelten Fahrzeug,das elektrisch angetriebenwird und zur Reichweitenverlängerungüber einen Benzinmotor verfügt,wurden Messungen bei unterschiedlichenBetriebsbedingungen(Batterieladestände und Umgebungstemperaturen)durchgeführt.Insbesondere sollte der Schadstoffausstossbei kalten und heissenTemperaturen wie auch beientladener Batterie geprüft werden.Mit zwei modernen Dieselfahrzeugen,einem Hyundai i40 1.7CRDi und einem Honda Accord 2.2i DTEC wurde die Partikelmasseund Nanopartikel beim Betrieb desPartikelfilters untersucht. Der HondaAccord, der sich seit drei Jahrenim Fuhrpark des TCS befindet,diente dazu, den Praxisverbrauchaus 95’000 km gefahrener Streckemit den Prüfstandswerten aus demaktuellen NEFZ sowie den neuenFahrzyklen zu vergleichen.ErgebnisseInsgesamt wurden im Verlauf dieserArbeit rund 60 Fahrzyklen gefahren.Die Korrelation der Messwerte ausden unterschiedlichen Prüfständen,Messeinrichtungen und Prüfmethodender beteiligten Labors konntedabei mit hoher Genauigkeit bestätigtwerden. Bei den VerbrauchsundEmissionsresultaten hat es zumTeil erhebliche Unterschiede gegeben,je nach Zyklus- und Betriebsart.Insbesondere der Opel Amperamit seinem reichweitenverlängerndenBenzinmotor unterliegt dabeigrossen Schwankungen. Auf demSchema ist zu sehen, wie der OpelAmpera in der Kältekammer aufgebautwurde. Das Diagramm zeigtauf, dass der Verbrennungsmotorzur Unterstützung der elektrischenFahrzeugheizung bei niedrigenTemperaturen teilweise mitläuft.Schema Kältekammer-Prüfstand EMPANEFZ Kältekammer -7°C70 ti.bfh.ch

BSc en Technique automobileBIBEBUVAAttaches DCModBoxConception de véhicules / Directeur de thèse: Prof. Sébastian ToblerPartenaires du projet: Sécheron SA, GeneveL’entreprise Sécheron SA est spécialisée dans l’équipement électrique ferroviaire. Elle développe en particulierun coffre modulaire pour accueillir tout ses composant électriques. Lors du fonctionnement desdisjoncteur DC, un arc électrique est crée, il chauffe l’air et provoque une pression. Un système doit êtretrouvé pour décharger la pression afin de ne pas endommager le coffre.Le but de ce travail est d’imaginerles diverses solutions pour réalisercette fonction.Une université Finlandaise a déjàété mandatée par le passé pourtrouver une solution à ce problème.Une comparaison entre lessolutions sera menée.Les contraintes de conceptionLes contraintes sont ténues. Eneffet la durée de vie des élémentsd’un train est de 30 ans. Lenombre de cycles auxquels serasoumis le coffre est de 106 cycles.La température minimum et maximumest de –50° C à +70° C.BrainstormingIl a été imaginé plusieurs solutions,des plaques de rupture quirompent à partir d’une certainepression, des soupapes mécaniqueà ressort ou à poids, lamodification du filtre existant afinde laisser échapper les gaz avantqu’ils ne créent d’augmentation depression dans l’enceinte du coffre.Test d’explosionsRecréer ces conditions de courtcircuitnécessite des installationsélectriques de très grande puissanceque l’on ne trouve que dans2 laboratoires de tests à Berlin eten Italie. Ces tests sont très chers.Afin de recréer des conditions similairesde pression sur le couvercle,des tests d’explosions ontété imaginé.Tests sur les filtresDifférentes configuration de filtreont été testées afin de mesurer ladifférence de pression à l’intérieurdu coffre. Filtre bouché, filtre normal,filtre simplifié, et passagelibre. Ces tests ont montré unefaible incidence du filtre sur la pressioninterne à cause de la vitesseextrêmement élevée des gaz.Résultat finalLes tests comparatifs en explosionsentre la solution Finlandaiseet la solution à plaque de frottementont démontré l’efficacité desdeux variantes. Cependant entermes de prix, de facilité de fixation,de poids, l’attache Finlandaiseest mieux adaptée.ConclusionLes tests ont permis de validerl’attache Finlandaise tout en mettanten évidence une faiblesse dela fixation de la dite attache sur lecouvercle.Attache à frottementJulien Berthoudbertj3@bfh.ch076 379 80 69Test d’explosionDéfaut de fixation de l’attache finlandaise sur le couvercleti.bfh.ch71

BIBEBUVABSc in AutomobiltechnikFührungsinstrumentarium SBB Park+RailAutomobiltechnik / Betriebswirtschaftslehre / Betreuer: Prof. Dr. Urs SauterExperten: Carlo Bosio, Philippe BurriProjektpartner: SBB Immobilien, BernBusiness Intelligence (BI) Technologien bieten heute vielfältige Möglichkeiten, Führungsprozesse zu unterstützen.Für den Bereich Park+Rail der SBB werden anhand eines Prototyps die Vorteile solcher Technologienaufgezeigt. Dabei wurden Daten aus verschiedenen Datenquellen der Divisionen Personenverkehr (P)und Immobilien (IM) in einem Data Warehouse zusammengezogen und ausgewertet. Die technische Umsetzungerfolgte in Zusammenarbeit mit dem Institute for ICT-Based Management.Joris Bettlerj_bettler1@hotmail.comAusgangslageIn den vorangegangenen Projektarbeitensind die bestehende Organisationvon SBB Park+Rail unddie kurzfristig verfügbaren Datenanalysiert worden. In der BachelorThesis werden diese Grundlagenverwendet, um einen Prototyp einerFührungsplattform zu entwickeln.Die SBB Immobilien betreiben550 Park+Rail Anlagen in der ganzenSchweiz. Der Verkauf derPark+Rail-Angebote erfolgt überverschiedene Verkaufskanäle derDivisionen P (Schalter, Online,Hotline) und IM (Kassenautomaten).Dadurch entstehen Schwierigkeiten,die Daten für eine umfassendeAnalyse der Umsätzebereit zu stellen und auszuwerten.VorgehenDie von den SBB zur Verfügunggestellten Excel-Files werden ineinem ETL Prozess in eine StagingDatenbank importiert und in einmehrdimensionales Datenmodellim Data Warehouse geladen. Darauswird ein mehrdimensionaler«Datenwürfel» (OLAP-Cube) generiert.Dieser kann in der webbasiertenBenutzeroberfläche aufeinfache Weise nach seinen Dimensionen(z. B. Zeit, Region,Park+Rail-Anlage, Produkt) analysiertwerden.Die grössten Probleme wurden inder Datenqualität festgestellt. DieUrsache dieser Probleme bestehtvor allem darin, dass die Informationssystemeder beiden beteiligtenDivisionen nicht die gleichenStammdaten verwenden.ErgebnisDas System baut auf dem MicrosoftBusiness IntelligenceStack (MS SQL Server mit Integrationund Analysis Services,Sharepoint Server mit PerformancePointService) auf. Der erstellteCube hat sieben Dimensionen.Das Cockpit ist in verschiedeneSichten unterteilt. Die verschiedenenSichten wurden für die Hierarchiestufender Division IM ausgelegt.Damit wird eine stu fengerechteund zielgerichtete Führungsunterstützungerreicht. DieAnsichten sind interaktiv aufgebaut.Dies lässt dem Benutzergrossen Spielraum offen, welcheFaktoren er wie vergleichen will.Anhand von Zielwerten wird dieZielerreichung nach dem AmpelPrinzip angezeigt.AusblickMit Hilfe des entwickelten Prototypswird veranschaulicht, wie dasReporting und die Datenanalyseim Bereich SBB Park+Rail vereinfachtund verbessert werdenkann. Einige Schwachstellen in derDatenqualität wurden aufgezeigt.Bei einer produktiven Einführungeines solchen Systems sollten dieseProbleme möglichst an derQuelle angegangen werden. Dafürist eine intensive Zusammenarbeitzwischen allen beteiligten Stellenerforderlich.72 ti.bfh.ch

BSc in AutomobiltechnikBIBEBUVACharakterisierung von Elektro- & HybridfahrzeugenAutomobiltechnik / Betreuer: Bernhard Gerster, Christian Schürch, Pascal MäderAufgrund der verschärften CO2-Grenzwerte wird in Zukunft ein erhöhter Anteil an Hybrid- und Elektrofahrzeugenauf unseren Strassen erwartet, was politisch gewollt ist. Folglich sind Unfälle mit solchen Fahrzeugennicht auszuschliessen. Deshalb wurde an einem Fahrzeugkollektiv verschiedener Hersteller die Aufbaufederratesowie das Anfahr- und Bremsverhalten für die forensische Unfallanalyse untersucht. DieResultate werden einerseits der direkten Nutzung im Einzelfall und andererseits, im Sinne von Kennzahlenund Faktoren, dem Abgleich von Berechnungsprogrammen dienen.VorgehensweiseIm Auftrag dieser Bachelorarbeitwurden verschiedene Fahrzeugimporteuregebeten, uns einige ihrerElektro- und Hybridfahrzeuge für dieMessungen zur Verfügung zu stellen.Dies ergab ein Fahrzeugkollektivmit folgenden elf Fahrzeugen:– Toyota Prius 3–Lexus RX 450h– Lexus GS 450h– Honda Jazz Hybrid– Honda Insight Hybrid– Honda CR-Z Hybrid– Peugeot iOn– Nissan Leaf– Opel Ampera– Renault Fluence Z.E.– Renault Kangoo Z.E.Um Kennzahlen für die forensischeUnfallanalyse zur Wiederherstellungvon Verkehrsunfällen an Kreuzungenund Einfahrten zu erhalten,konnte mit Hilfe eines speziellenGPS-Gerätes der Geschwindigkeitsverlaufverschiedener Beschleunigungs-und Verzögerungssituationengemessen werden.Diese umfassen für jeden Fahrmodusschwaches, normales und starkesAnfahren beim rechts und linksEinbiegen sowie geradeaus Anfahren.Zudem wurden die Verzögerungenaufgrund der Schleppmomenteund die Verzögerung mit der imFahrzeug angezeigten maximalenRekuperation dokumentiert.Die Aufbaufederrate der Vorder- undHinterachse wurde anhand der momentanenRadaufstandskraft undder Bestimmung der jeweils dazugehörendenDistanz zwischen Radmittelpunktund Karosserie gemessen.Mit dieser Methode wurde dieAufbaufederrate durch parallele EinundAusfederung beider Achsenermittelt. Zudem wurde durchwechselseitiges Ein- und Ausfederndie Steifigkeit der Kurvenstabilisatorenund somit dessen Einfluss aufdie Aufhängungssteifigkeit ermittelt.Geschwindigkeitsverlauf über Weg undZeitBeschleunigungswerte verschiedenerFahrmanöverResultateDie Beschleunigungen und Verzögerungender einzelnen Fahrmanöverwurden in verschiedenen Diagrammenin Abhängigkeit desWeges und der Zeit dargestellt.Diese dienen für den Abgleich derKennzahlen und Faktoren der Berechnungsprogrammeder Unfallanalyse.Aus den jeweiligen Manövernwurde ein Mittelwert mitToleranzangabe errechnet, um dieseder direkten Nutzung der Werteim Einzelfall zugänglich zu machen.Die Werte der einzelnen Fahrzeugewurden nach der Auswertung miteinanderverglichen um allfällige Zusammenhängefeststellen zu könnenund die Plausibilität zu prüfen.Die Aufbaufederraten der einzelnenFahrzeuge wurden in der üblichenDarstellung der Federkennlinien ineinem Kraft-Weg -Diagramm dargestellt.Die von uns gemessenenPunkte wurden durch eine Trendlinieder dazugehörenden Federkennlinieangenähert. Zudem wurde die vomKurvenstabilisator beeinflusste,wechselseitige Federkennlinie imgleichen Diagramm darüber gelegtund verglichen. Am Schluss wurdenauch bei der Aufbaufederratenmessungendie verschiedenen Kennliniender Fahrzeuge miteinander verglichen.AufbaufederkennlinieManuel BlochRoland Staudenmannti.bfh.ch73

BIBEBUVABSc in AutomobiltechnikCharakterisierung von Elektro- & HybridfahrzeugenFahrzeugmechanik / Betreuer: Prof. Bernhard Gerster, Werner Krähenbühl, Pascal Mäder, ChristianSchürchExperten: Bruno Jäger, Fabrice MarcacciAm 1. Mai 2012 trat das revidierte CO2-Gesetz in der Schweiz in Kraft. Um die Zielwerte für Pkw’s zu erreichen,werden die Fahrzeughersteller unter Zugzwang gestellt, wodurch ein deutlich erhöhter Anstieg desAbsatzes von Elektro- und Hybridfahrzeugen erwartet wird. Verbunden damit steigt das Risiko, dass solcheFahrzeuge in Verkehrsunfälle involviert werden. Für die forensische Unfallanalyse wurde deshalb das Massenträgheitsmomentund die Position des Schwerpunktes mittels Messungen an ausgewählten Fahrzeugenbestimmt. Dies zur Nutzung im Einzelfall oder zum Abgleich von Kennzahlen.André BurkhardOliver Heinigeroli.heiniger@bluewin.chFahrzeugkollektivIn der ersten Phase der Bachelorarbeitwurde ein Kollektiv mitFahrzeugen von Grossserienherstellernzusammengestellt. Zubeachten ist, dass die Fahrzeugeanhand der Verfügbarkeit und denDimensionsanforderungen durchdie Massenträgheitswippe ausgewähltwurden.Hybridfahrzeugen:– H1 Toyota Prius 3– H2 Lexus RX 450h– H3 Lexus GS 450h– H4 Honda Jazz Hybrid– H5 Honda Insight Hybrid– H6 Honda CR-Z HybridElektrofahrzeuge:– E1 Peugeot iOn– E2 Nissan Leaf– E3 Opel Ampera– E4 Renault Fluence Z.E.– E5 Renault Kangoo Z.E.VorgehensweiseIm Rahmen dieser Bachelorarbeitwurde der Fokus auf die Charakterisierungvon Elektro- und Hybridfahrzeugenhinsichtlich desMassenträgheitsmomentes sowieder Schwerpunktslage gelegt. Inder parallel laufenden Bachelorarbeitvon Herrn Bloch und HerrnStaudenmann werden zusätzlichdie Aufbaufederrate sowie dasBeschleunigungs- und Verzögerungsverhaltender Fahrzeugebestimmt.Die Position des Fahrzeugschwerpunkteswurde mittels Radlastwaagengemessen und berechnet.Steht das Fahrzeug horizontal,kann die Schwerpunktslage in x-und y-Richtung bestimmt werden.Hebt man hingegen eine Achseum einen bestimmten Winkel an,ergibt sich eine Achslastverlagerung,aus welcher die Schwerpunkhöhebestimmt werden kann.Das Massenträgheitsmoment inder z-Achse wurde mit Hilfe desDrillpendels ermittelt. Das Momentum die x- und y-Achse wurde hingegennach dem Prinzip des physikalischenPendels errechnet.Dazu wird das Fahrzeug auf einerWippe positioniert und in Schwingunggebracht. Gemessen wirddie Periodendauer dieser Schwingungen.Bei Kenntnis der Schwerpunkhöheund der Masse desFahrzeuges, lässt sich schlussendlichdas Massenträgheitsmomentberechnen.ResultateAls Resultate erhielten wir Wertefür das Massenträgheitsmomentsowie die Position des Schwerpunktesfür das leere Fahrzeug.Dies entspricht jedoch nicht derRealität, da der Fahrer, Passagiereund zusätzliche Zuladungen einenwesentlichen Einfluss auf die Ergebnissehaben. Aus diesemGrund wurden zwei zusätzlicheBeladungszustände bestimmt.Zum einen die Situation indem dasLeerfahrzeug nur mit dem Fahrerbelastet wird und zum anderen derZustand wo das Fahrzeug mit zulässigemGesamtgewicht unterwegsist. Weiter wurden die Resultatemit Ergebnissen vonNäherungsformeln sowie Berechnungsprogrammenabgeglichen.Messung der Massenträgheitenmithilfe einer WippeErmittlung der SchwerpunktshöheSchwerpunktlage des Fahrzeugkollektiv74 ti.bfh.ch

BSc in AutomobiltechnikBIBEBUVAREX für e-Smart eingebaut in einem clevertrailerVerbrennungsmotoren / Betreuer: Prof. Kurt Hug, Prof. Dr. Jan CzerwinskiExperten: Alfred Leuenberger, Marc WernerProjektpartner: clevertrailer, LyssEin Range Extender, kurz REX, erlaubt es Besitzern eines Elektrofahrzeuges, die eher bescheidene Reichweiteihres Fahrzeuges erheblich zu vergrössern. Dabei wird wie bei einem konventionellen Verbrennungsmotorherkömmlicher Kraftstoff verbrannt. Jedoch wird die Energie von der Antriebswelle nicht auf dieRäder eines Fahrzeugs geleitet, sondern auf einen Generator, welcher die elektrische Energie bereit stellt.So ein Range Extender soll nun erstmals in einem Anhänger der Firma clevertrailer Platz finden.ProblemstellungBeim Fahrzeugkauf spielen heutzutageökologische Aspekte eine immerwichtigere Rolle, wodurch der Anteilan Elektrofahrzeugen stetig zunimmt.Jedoch haben diese Fahrzeuge einenerheblichen Nachteil gegenüber konventionellangetriebenen, nämlich dieReichweite. Während ein Dieselfahrzeugmit einer Tankfüllung bis zu1000 Kilometer zurück legen kann,sind es bei den Spitzenreitern unterden Elektrofahrzeugen gerademal andie 200 – 300 Kilometer.Die Firma clevertrailer aus Lyss, welcheKompaktanhänger für den Smartherstellt, möchte nun in ihren Anhängereinen Range Extender einbauen,welcher in Kombination mit dem neuene-Smart zum Einsatz kommensoll.Das KonzeptDas Konzept sieht vor, dass der Lenkermit seinem e-Smart aus seinerStadt hinaus fährt, wo er den clevertrailerauf einem definierten Sammelplatzankoppelt. Die Distanz auf derAutobahn zur nächsten Stadt wirddann mit elektrischer Energie ausdem Anhänger überbrückt. Kurz vordem Ziel wird der Anhänger wiederauf einem Sammelplatz abgestelltund die restliche urbane Strecke reinelektrisch bewältigt.ZielZiel war es, ein Funktionsmodell einesRange Extenders zu entwickelnund aufzubauen, welches in einemclevertrailer Platz finden soll. Dabeisollte auf bereits vorbestimmte Komponentenzurückgegriffen werden.VorgehenAlle wesentlichen Bauteile werdenauf einem Grundrahmen aus Stahlangeordnet. Somit kann eine allfälligeSerienproduktion vereinfacht werden,weil die ganze Baugruppe alsModul in den Anhänger eingebautwerden kann.Verbaut wurde ein Einzylindermotor(26kW@7250 1/min) der Firma swissautoWenko AG. Für die Umwandlungder mechanischen Energiein elek trische wurde ein Generator(25kW@8000 1/min) der Firma Brusaverwendet.Ein zentrales Problem bei dieser Anwendungist, dass der Verbrennungsmotorin einem geschlossenen Umfeldbetrieben wird. Deshalb ist eingutes Konzept für die Luftzufuhr imAnhänger, als auch für die Kühlungder Aggregate, von denen jedes seineneigenen Kühlkreislauf hat, wichtig.Wegen des fehlenden Fahrtwindesim Anhänger ist es nötig, diesenmit Hilfe von Lüftern künstlich zu erzeugen.Aufgrund der Berechnungenkonnten die richtigen Ventilatorenausgewählt werden, die einen ausreichendenLuftdurchsatz (1970 m 3 /hpro Ventilator) gewährleisten.ErgebnisEs entstand eine kompakte Einheitmit einer Masse von 210 kg. Damitliegt das Modul innerhalb der Nutzlastdes clevertrailers. Es musstenkeine störenden Eingriffe an der Karosseriedes Anhängers, die stilistischdem Smart angepasst ist, vorgenommenwerden.Der Gesamtwirkungsgrad des RangeExtenders im clevertrailer (Treibstoffzu Fahrzeugbatterie) beträgt dabeiüber 32%, was einem sehr gutenWert für eine Anwendung mit Verbrennungsmotorentspricht.Peter CsaszarChristoph KochRange Extender Modul auf clevertrailerti.bfh.ch75

BIBEBUVABSc in AutomobiltechnikAktive DPF-RegenerationshilfenVerbrennungsmotoren / Betreuer: Prof. Dr. Jan CzerwinskiExperten: Alfred Leuenberger, Marc WernerIn dieser Bachelor Thesis werden zwei unterschiedliche Konzepte der aktiven DPF-Regeneration untersucht.In einem ersten Teil werden die light-off-Temperaturen der verschiedenen Abgasbestandteile aufgrund derTemperatur im vorangeschaltetem Dieseloxidationskatalysator (DOC), ohne DPF und mit verschiedenenKraftstoffen, untersucht. Die Erhöhung der Temperatur erfolgt je nach Konzept mit einer Kraftstoffeinspritzungin den Abgasstrang oder mit einem Stillstandbrenner, welcher sich unmittelbar vor dem DOC befindet.Thomas EbnötherAndreas Ramseierramseier.andreas@gmail.comAktive RegenerationDas während dem Betrieb desDieselmotors emittierte Abgaswird durch einen Dieselpartikelfilter(DPF) geleitet und gereinigt.Die Russ-Partikel verbleiben imFilter und setzen ihn langsam zu,was sich durch eine Erhöhung desGegendruckes ermitteln lässt. Istder maximale Gegendruck in höhevon ca. 150mbar erreicht, wird einFreibrennen der Partikel, eine Regeneration,erforderlich. Um einevollständige Regeneration gewährleistenzu können, müssen imPartikelfilter Temperaturen zwischen500–600 °C erreicht werden.Dies entspricht der Partikelabbrenntemperatur.Läuft einMotor lange Zeit unter geringenBelastungen, kann dieser die benötigteAbgastemperatur nichterreichen. Dadurch wird eine aktiveDPF-Regeneration erforderlich,die während einer kurzen ZeitWärmeenergie in das Abgas einbringt.In unserer Thesis untersuchtenwir zwei unterschiedlicheProdukte der Firma HUSS.Ein Konzept verfährt mit einernachmotorischen Kraftstoffeinspritzungdirekt in den Abgasstrang.Dieser eingespritzte Kraftstoffverbrennt vollständig amDieseloxidationskatalysator (DOC).Das zweite System besitzt einenStillstandbrenner, welcher beiausgeschaltetem Motor mittelsselbsterzeugter Flamme eine genügendhohe Temperatur im DPFgeneriert.Soot-loadingBisher wurde an der Berner Fachhochschulezur Beurteilung derFilterbeladung lediglich der Gegendruckp7 betrachtet. Erstmalswurden nun mittels Messungender DPF-Masse unter Verwendungeiner hochpräzisen Waage in Abhängigkeitder Temperatur Rückschlüsseüber den Beladungszustanddes DPFs gezogen. DieseMethode birgt weniger Anfälligkeiten,da die Partikelmasse lediglichvon der Temperatur beeinflusstwird. Das unten stehende Diagrammzeigt, dass unter Verwendungvon BioFuels (hier B17), imGegensatz zu B0, die Beladungszeitdeutlich länger ausfällt. Diesrührt unter anderem daher, dassder Motor unter Verwendung vonBioFuels weniger Partikel emittiertund die Abgaskomponenten einehöhere Reaktionsfähigkeit besitzen.Dadurch wird ein Teil der Partikelbereits bei tieferen Temperaturenpassiv regeneriert.76 ti.bfh.ch

BSc en Technique automobileBIBEBUVAOpération moteur avec SCR / Motorbetrieb mit SCRMoteurs à combustion / Verbrennungsmotoren / Directeur de thèse: Dr. Jan Czerwinski, Yan ZimmerliExperts: Marc Werner, Alfred LeuenbergerEn réponse aux normes toujours plus exigeantes régissant les émissions de polluants des véhicules équipésde moteurs à combustion, des solutions efficaces permettant de respecter les valeurs limites, tout en garantissantun fonctionnement optimal et une puissance élevée du moteur ont été développées. Le systèmeSCR en est un bon exemple. Ce travail consiste à analyser le fonctionnement et le potentiel d’améliorationde différents systèmes SCR destinés à être montés ultérieurement sur des véhicules diesel non équipés decette technologie au moment de leur commercialisation.Emissions d’oxydes d’azoteLes oxydes d’azote, substancestoxiques déjà en faible concentration,sont produits par le moteurlors d’un fonctionnement avec unehaute température dans lachambre de combustion. Concernéesdéjà par les premièresnormes antipollution appliquéesaux véhicules au début des années1990, les quantités maximalesd’oxydes d’azote produitespar les moteurs à combustion ontété progressivement amenées àdes valeurs très faibles. Si le catalyseurtrois voies permet de réduireces oxydes d’azotes sur lemoteur essence, le fonctionnementavec un mélange pauvreempêche l’utilisation de celui-cisur le moteur diesel.Système SCRLe système SCR, de l’anglais selectivecatalytic reduction, est unprocédé permettant de diminuerde manière efficace les émissionsd’oxydes d’azote. Grâce à l’introductiond’un agent réducteur dansle flux des gaz d’échappement, enamont d’un catalyseur SCR, lesoxydes d’azotes sont convertis enazote et en eau, deux composantsprésents naturellement dans l’air.Mesures effectuéesDurant notre travail, nous avonstesté ces systèmes SCR avec unmoteur Iveco de 3 litres de cylindrée.Parce que ces différentssystèmes SCR peuvent être utilisésdans des conditions très variées,des données ont été récoltées en imposant au moteur unfonctionnement stationnaire oudynamique. Certaines mesuresont été répétées, afin de nousassurer que, sous les mêmesconditions de fonctionnement, lesystème présente un comportementrépétitif.RésultatsParce qu’il a intégré de nombreuxaspects liés au système SCR, cetravail a apporté de nombreux élémentsde réponse à des questionsrestées ouvertes par le passé.Dans nos réflexions, nous avonségalement soulevé quelquespoints intéressants qui ouvrent laporte à de nombreuses possibilitésde mesures.Olivier Fragnièreolivier.fragniere@hotmail.comTimotheus von Dänikentimo.vondaeniken@gmail.comConversion des NOx pendant le test 4PTSBanc d’essai avec le moteur Iveco F1Cet le système de dépollution HJSti.bfh.ch77

BIBEBUVABSc en Technique automobileFaux-châssis de camionConception de véhicules / Directeurs de thèse: Prof. Sebastian Tobler, Prof. Heinrich SchwarzenbachExperts: Pierluigi De Silvestro, Fabrice MarcacciPartenaires du projet: Zbinden-Posieux SA, PosieuxIl existe plusieurs façons de concevoir un faux châssis de camion, que ce soit au niveau du type d’assemblageou des profils utilisés pour concevoir les divers éléments. Cela dépend beaucoup de la structure quidoit équiper le véhicule. Pour ce travail de Bachelor, le but était de rechercher les profils utilisés, que ce soitpour les longerons ou les traverses ainsi que les différents moyens de les assembler entre eux pour pouvoirles comparer. En plus de cela, un modèle réduit représentatif de tout ce qui se fait a été réalisé, ainsi qu’unebrochure résumant les comparatifs.Sébastien GolayChoix des profilsEn premier lieu, il a fallu faire unerecherche afin de rédiger une listedes profils existants pour les longerons,les traverses centrales et lestraverses extérieures, ainsi quepour les différents assemblages.L’éventail des possibilités étant trèsgrand, seul profils et les assemblagesles plus courants ont étéétudiés. En plus de cela, divers systèmesde fixations rigides qui sontsouvent utilisées ont été analysés.ComparaisonLes différents éléments ont étécomparés selon plusieurs points,à savoir la résistance mécanique,le poids, le prix et la complexité del’assemblage.Afin d’évaluer la résistance mécaniquede tous ces éléments, dessimulations ont été réalisées àl’aide d’un programme de CAO. Ila fallu dans un premier tempsdéfinir des cas de charges simulantles sollicitations que peutsubir le faux châssis, c’est-à-direde la flexion et de la torsion. Pourchaque cas, la contrainte et ladéformation ont été comparées.Le poids a été déterminé à l’aidede la CAO et le prix a été calculéen tenant compte de la quantité dematière nécessaire, du nombre deplis à réaliser, du nombre de vis etde la longueur des soudures. Pourla comparaison des assemblages,les plis, les vis et les soudures ontété évalués.Modèle réduitPour réaliser le modèle réduit, leséléments plus représentatifs de cequi se fait en matière de faux châssisont été choisis parmi ceux quiont été traités. Un modèle en 3d aensuite été créé, en y ajoutant deslongerons pour que le modèlepuisse être posé à plat. L’assemblagedes deux a été fait au moyende différentes fixations rigides etsouples.ConclusionIl est difficile de définir un fauxchâssis idéal. C’est principalementune question de compromisentre la résistance mécanique, lepoids et le prix. Le choix du typede construction doit surtout sefaire en fonction de l’utilisation etde la structure qui sera installéesur le camion.Modèle réduit78 ti.bfh.ch

BSc en Technique automobileBIBEBUVAAdaptative GeometryTechnique Automobile / Directeur de thèse: Prof. Jean-François UrwylerExperts: Joël Nicklaus, Rolf UlmannCe mémoire de Bachelor offre un concept de géométrie variable qui s’adapte automatiquement aux variationsde la route. L’étude propose un modèle universel qui a la possibilité de s’adapter sur tout type devéhicules équipés d’une suspension de type McPherson. Un essieu avant qui s’adapte aux variations de laroute permet de garantir un comportement du véhicule aussi confortable que sportif tout en diminuant laconsommation en carburant.Buts:Dans un premier temps, ce mémoires’occupe d’une étude théoriqueapprofondie de tous les domainestouchant à la géométrie desuspension: la trigonométrie, ladynamique du véhicule ainsi quela mécatronique sont les bases dece travail.Dans un second temps, l’étude estmise en pratique par la réalisationd’un prototype didactique permettantde visualiser le comportementde la géométrie en fonction de ladynamique du véhicule.Déroulement:Les facteurs dominants qui influencentles angles de géométrieont été déterminés de façon préciseet sûre. Les conclusions et lesformules déduites ont été crééesafin de permettre une applicationdu concept à de multiples véhicules.En effet, chaque paramètresélectionné dépend avant tout dela configuration du véhicule luimêmeque ce soit sa masse, laposition de son centre de gravitéou encore la construction mêmede ses essieux.Le model proposé est donc aisémentapplicable à une productionà grande échelle tout en étantadapté à la configuration uniqueau véhicule.Le prototype final démontre queles moyens financiers nécessairesà la mise en place d’un résultatconcret sont relativement faibles.Il illustre aussi le nouveau comportementde la dynamique du véhiculepar la présentation d’un modèledémontrant la validité dusystème.Résultats:La gestion des moteurs pas à paspermet un contrôle précis desangles de géométrie grâce à unfonctionnement en boucle fermée.La vérification en permanence parmicrocontrôleur de la corrélationdes angles entre la réalité et l’analysemathématique permet auconcept d’être sûr en toutes circonstances.Le concept touchant à la suspensiondu véhicule, il démontre queles normes de sécurités sont respectéesen tout temps, de par ladétermination du système mécatroniquechoisi.D’une manière plus générale,l’analyse des coûts et le bilan totalétudiés affirment que le conceptjustifie tout à fait sa présence dansle monde automobile actuel. Eneffet, le faible investissement financierqu’il demande comparé àl’économie de carburant et de tenuede route qu’il promet, font dece système une innovation tout àfait défendable.Romain GueninchaultGlen Romagnolig.roma@hotmail.comConcept en CADBesoin en angle de carrossageti.bfh.ch79

BIBEBUVABSc en Technique automobileREX pour une voiture de puissance neutre en CO2Technique Automobile / Directeur de thèse: Prof. Kurt Hug, Andreas MeierExperts: Philippe Burri, Carlo BosioPour augmenter l’autonomie d’un véhicule électrique, l’installation d’un petit moteur à explosion permetd’augmenter l’autonomie du véhicule en rechargeant les batteries. Pour être le plus propre possible pourl’environnement, le moteur à essence est converti à l’éthanol. Pour permettre ce changement, plusieursmodifications sont nécessaires. Ces changements ont lieu tant sur l’aspect mécanique que sur l’aspect dela gestion du moteur.Bastien Hallerblez26@hotmail.comProjetDans le cadre du projet Suncar,l’ETHZ a conçu une voiture électriquesolaire pour participer à laWAVE-Race course reliant Rome àCopenhague. Mais la capacité électriquedes batteries ne permet pasd’effectuer les 1000 km demandés.Donc afin de palier ce manque, unREX (Range Extender) a été développé.La voiture devant être la pluspropre possible, le moteur équipantle REX a dû être converti à l’E85(85% d’éthanol et 15% d’essencesans plomb) afin de réduire lesémissions polluantes. C’est là-dessusque se porte notre projet.moteur à l’aide d’un boîtier trijekt del’entreprise du même nom pour enpremier lieu le faire fonctionner avecde l’essence (SP95). À partir de cepoint, la conversion a pu commenceravec le remplacement de la bougie(passage à une bougie plus froidepermettant une meilleure évacuationde la chaleur), l’augmentation dutemps d’injection (environ 20%) etl’augmentation de l’angle d’avance àl’allumage (env. 4°). Une partie théoriquenous permettant de connaîtreles différences entre les deux carburantset les modifications à apporterpour la conversion avait été effectuéelors de notre projet de semestre.de gaz nocifs sont plus basses pourl’E85. En ce qui concerne le CO2, savaleur est plus élevée lors du testantipollution, que la valeur de l’essence.En revanche, le faible tauxémis lors de la production de l’éthanol(jusqu’à moins –80% selon lamatière première) fait que l’éthanolproduit au final moins de CO2 quel’essence.Pour compléter notre analyse, nousavons également fait des testsd’émissions sonores avec pour résultatsune émission plus forted’environ 2 dB(A) avec le SP95 (92.9dB(A) contre 91 dB(A)).Alexander Mussitellialexander.mussitelli@gmail.comConversionAfin de pouvoir convertir le moteur250 cm 3 de la maison SwissautoWenko AG, nous l’avons tout d’abordmonté sur un banc d’essai avec legénérateur qui l’accompagne dans lemontage du REX. Notre premièretâche a été le montage des élémentsd’alimentations et de gestions dumoteur. Il nous a fallu paramétrer leRésultatsNous avons été globalement satisfaitdu fonctionnement du moteurtant avec l’essence qu’avec l ’E85.Une fois le réglage des paramètresmoteur optimisés, des mesures depollution ont été effectuées pourconnaître les différences entre lesans plomb 95 et l’E85 en fonctionnementavec ce moteur. Les valeurs*variable selon la matière premièreutilisée pour produire de léthanolÀ gauche: moteur SwissAuto 250(26 kW@5000 min -1 );À droite: générateur Brusa(25 kW@8000 min -1 )n = régimed = angle de papillonCartographie d’injection pour l’E8580 ti.bfh.ch

BSc in AutomobiltechnikBIBEBUVAPrüfstand für Drehgestelle des Fahrzeugtyps Am 843Mechatronik / Betreuer: Prof. Jean-François UrwylerExperten: Ralf Ulmann, Jöel NiklausProjektpartner: SBB Industriewerk, BielIm Rahmen dieser Arbeit wurde für das SBB Industriewerk Biel einen Prüfstand für Drehgestelle des FahrzeugtypsAm 843 entwickelt.Der Kundenwunsch war dabei die Funktionsprüfung von verschiedenen pneumatischen und elektrischenKomponenten, d.h. Sander, Sanderheizung, Spurkranzschmierung, Bremsfederspeicher und Bremsen, direktam Drehgestell bei der Aufarbeitung zu testen. Diese wurden bisher erst bei der Inbetriebsetzung und unterder Lokomotive durchgeführt, was erhebliche Verzögerungen im Ausgang und bei der Terminhaltung brachte.Bei Realisierung der Arbeit wurdeeinen Prüfwagen mit verschiedenenAdapter und Anschlüsse fürdie Funktionsprüfung der verschiedenenKomponenten modularaufgebaut, der aus drei Hauptmodulenbesteht:a) Elektrisches Modulb) Pneumatisches Modulc) Visuelles ModulDas elektrische Modul besteht aus(1) einer SPS-Steuerung von Siemens,(2) einem Analogen Signalmodul,das die Signale der Drucksensorenfür die Bremsen erfasst,sowie (3) einem zusätzlichen Signalmodulmit mehreren DigitalenAusgängen für die Steuerung derverschiedenen Magnetventilen,Relais und Signalleuchten. Um dieStrombilanz auszugleichen, wurdenoch zusätzlich eine Gleichstromversorgungvon 24 Ampere eingebaut.Die ganze Anlage wurde mit mehrerenSicherungen, einem Leitungsschutzschalter,sowie einemNOT-AUS Taster gesichert. Da dieMagnetspulen der Magnetventilenund der Relais hohe Induktionsspannungenerzeugen, musstenoch die Steuerung durch Freilauf-Diodengesichert werden.Die Komponenten wurden in einemverschliessbaren Blechschrankeingebaut und auf speziellenHutschienen montiert. DieVerkabelung wurde mit verschiedenenFarben gekennzeichnetnach Strombedarf dimensioniertund in Verdrahtungskanäle versteckt.Das pneumatische Modul enthälteine Druckluftkupplung, einenLuftfilter, ein Handabsperrventilmit Entlüftung, einen Ventilblockmit mehreren elektromagnetischenVentilen, sowie mehrereDruckregler und Manometer fürdie verschiedenen Komponenten.Diese werden durch Schläucheund verschiedene Anschlüsse aufder anderen Seite der Platte direktam Drehgestell verbunden. Für dieBremsen wurden noch zusätzlichzwei Drucksensoren für eineDichtheitsprüfung, sowie jeein Drosselrückschlagventil für einsanftes Einfahren des Bremszylindersgebaut.Das visuelle Modul besteht auseinem Touchscreen, welcher mitder Steuerung via Ethernet verbundenist. Dadurch werden dieverschiedenen Prüfverfahren gewähltund an die Steuerung weitergeleitet.Zusätzlich verfügt dieAnlage über Signalleuchten (rotund grün), welche den Zustandder Funktionsprüfungen signalisieren.Die SPS-Steuerung bzw. derTouchscreen wurden durch dasProgramm ‘Step-7’ in mehrerenFunktionsbausteinen programmiert,was eine benutzerfreundlicheBedienung ermöglicht.Stephan Heshusiuss_heshusius@hotmail.comPrüfstand Am 843BlechschrankTouchscreenti.bfh.ch81

BIBEBUVABSc in AutomobiltechnikLeichtes 3-Rad-NeigefahrzeugFahrzeugbau / Betreuer: Prof. Sebastian Tobler, Prof. Heinrich SchwarzenbachExperten: Fabrice Marcacci, Pierluigi De SilvestroDie Wichtigkeit der 3-Radfahrzeuge hat in der heutigen Zeit markant zugenommen. Nicht nur wegen derverringerten Reibverluste im Vergleich zu vierrädrigen Fahrzeugen, sondern auch wegen den immer engerwerdenden Platzverhältnissen in den Städten. Leider weisen die 3-Radfahrzeuge eine reduzierte Kurvenstabilitätauf. Aus diesem Grunde wurde an der Berner Fachhochschule für Technik und Informatik (BFH-TI)im Rahmen dieser Bachelorarbeit ein Prototyp eines solchen Neigefahrzeuges entwickelt.Marco Jordijordi.marco@bluewin.chSilvan Rindisbachersilvan.rindisbacher@bluewin.chAusgangslageBis zum heutigen Tage haben nurwenige Menschen in unseremUmfeld ein Neigefahrzeug durchdie Schweizer Strassen gelenkt.Dementsprechend sind Fahrgefühlsowie Fahrdynamik eines solchenFahrzeuges gänzlich unbekannt.Daher soll in absehbarerZeit ein Prototyp eines solchen3-Rad-Neigefahrzeuges an derBerner Fachhochschule gebautwerden. Der Prototyp dient als Basisfür die Erprobung verschiedenerNeigesysteme und wird somitmodular aufgebaut sein. Schliesslichsoll ein vollständiges unddurchdachtes Konzept des Prototypsvorliegen. Die Bachelorarbeitsoll zudem komplette Konstruktionszeichnungenbeinhalten, sodass einem Bau des Fahrzeugesnichts mehr im Wege steht. DasFahrzeug soll dabei innovativ, umweltfreundlichund zukunftsorientiertsein.samte Fahrzeug. Der ausschliesslichaus Aluminium gefertigteFahrzeugrahmen, wurde schliesslichvollständig mittels FEM-Analysenauf die Materialbeanspruchungüberprüft. Die kinematischeund dynamische Machbarkeitstützt sich auf Kollisions- (UGNX7.5 Motion) und Fahrsituationsanalysen(IPG CarMaker) ab. Umder Nachhaltigkeit Tribut zu zollen,wurde ein Elektroantrieb ausgewählt,welcher durch Lithium-Polymer-Akkusgespeist wird.ErgebnisseDas Resultat dieser Arbeit ist einekomplette Konstruktion mit Fertigungszeichnungen,welche es ermöglichen,das Fahrzeug zu bauen.Durch umfassende Analysenwurde sichergestellt, dass einerInbetriebnahme nichts im Wegesteht und somit das Fahrverhaltenvon Neigemechanismenerprobt und verfeinert werdenkann. Der modulare Aufbau desFahrzeuges gestattet es zudem,die Fahrerkabine als Plattform zunutzen, welche modifizierte Vorder-und Hinterachsen aufnehmenkann. Letztendlich verbindet das3-Rad-Neigefahrzeug Leichtbaumit hoher Festigkeit. Die einfache,aber effektive Konstruktion bestehtdabei aus hochwertigemAluminium und auserlesenenKomponenten. Dank den kleinenFahrzeugabmessungen ist es zudemmöglich, dass drei dieserFahrzeuge auf lediglich einemParkfeld abgestellt werden können.Die innovative und nachhaltigeKombination von elektrischemAntrieb, Neigetechnik und geringemGewicht verbindet somit grossenFahrspass mit geringer Umweltbelastung.EntwicklungBei der Entwicklung des 3-Rad-Neigefahrzeugs galt es den Spagatzwischen einem Einspur- undeinem Zweispurfahrzeug zu schaffen.So vereint die entstandeneKonstruktion die Sicherheit einesAutomobils und die Agilität einesMotorrades. Dies wurde erreicht,indem eine aufwendige Vorderachseentwickelt wurde. Sie ermöglichtin der Kurve das Neigenund stabilisiert dadurch das ge-82 ti.bfh.ch

BSc in AutomobiltechnikBIBEBUVAAutonomer Kleintraktor für Precision FarmingFahrzeugelektrik und -elektronik / Betreuer: Prof. Kurt HugExperten: Carlo Bosia, Philippe BurriProjektpartner: Hochschule für Agrar-, Forst- und Lebensmittelwissenschaften, ZollikofenDie Topographie der Schweiz schränkt die effiziente Nutzung von grossen Landmaschinen empfindlich ein.Für das steile Gelände in Berggebieten sind viele bestehende Geräte gar ungeeignet. Darum gab die Hochschulefür Agrar-, Forst- und Lebensmittelwissenschaften die Konzeptstudie Kleintraktor in Auftrag. DieBachelor Thesis erbringt mittels Simulation den Machbarkeitsnachweis des Kleintraktors bezüglich Fahreigenschaftenin Geradeausfahrt.KleintraktorDer Kleintraktor arbeitet unbemanntund zählt daher zu der Kategorieder Autonomous AgriculturalVehicle (AAV). Seine Breitebeträgt ein Meter und seine Massebeläuft sich auf rund 500 kg. ZweiElektromotoren mit jeweils 6 kWNominalleistung treiben den Traktoran. Sie ermöglichen die Verwendungvon lokalen Regenerativenergienund ihr leiser Betrieb erlaubtNachteinsätze. Zwei Gummiraupenstellen den Kontakt zum Boden her.Sie verschaffen dem Kleintraktorenorme Steigfähigkeit und helfenmit, unproduktive Wendezeiten zuverkürzen. Der Kleintraktor kannzehn verschiedene Werkzeuge zumBearbeiten des Bodens und derdomestizierten Pflanzen aufnehmen.Er agiert dazu GPS-gesteuertnach dem Prinzip der teilflächenspezifischenBewirtschaftung (PrecisionFarm ing).SimulationDas verwendete Programm SimulationXist eine branchenübergreifendeSoftware der ITI GmbHDresden zum Modellieren, Simulierenund Analysieren von physikalischenEffekten.Der Kleintraktor wird mittels einerModellstruktur auf SimulationXausgelegt und geprüft. Dortdurchfährt er auf unterschiedlichenBöden mehrere Teststreckenmit verschiedenen Gefällen undSchräglagen. Der Fahrwiderstand,welcher die Direktsaat-Säschareder Kleintraktor-Bewegung entgegensetzt,ist in Abhängigkeit derFahrgeschwindigkeit hinterlegt.Die Offroad-Fahrwiderstände beziehensich auf die Bodenphysikund liegen für drei einheimischeBöden vor.Eine zusätzliche Kleintraktor-Modellstrukturmit Rädern gestattet,den Raupenantrieb mit dem Radantriebzu vergleichen. Je nachUntergrund vermag das Raupenfahrwerkdoppelt so steil zu steigenwie das Radfahrwerk. DerRaupentraktor braucht für denselbenParcours auf dem feuchtestender vorliegenden Böden bis zueinem Viertel weniger Energie alsder Radtraktor.Die Ergebnisse der Traktorfahrtenwerden in Diagrammen gezeigtund mit Animationsfilmen veranschaulicht.Dazu liegen über dieSTL-Schnittstelle CAD-Entwürfevor.Simeon Krummenacherti.bfh.ch83

BIBEBUVABSc in AutomobiltechnikMechatronische AutogetriebekupplungFahrzeugmechatronik / Betreuer: Prof. Jean-François UrwylerExperten: Jöel Niklaus, Ralf UlmannIm heutigen Zeitalter der Automobiltechnik ist das Zusammenspiel von Elektronik, Informatik und Mechaniknicht mehr wegzudenken. Die Kombination dieser drei Fachgebiete eröffnet das relativ junge Gebiet derMechatronik. Im Bereich der Automobiltechnik wird die Mechatronik unter anderem eingesetzt um Schaltvorgängeschneller und bequemer auszuführen. Die ersten elektromechanischen Kupplungssysteme, beidenen die Gänge noch manuell gewechselt wurden, waren bereits ein grosser Schritt Richtung neuemFahrkomfort. Heute jedoch setzen vollautomatische Schaltgetriebe neue Massstäbe.Nicolas LebertPeter SchilligerZielDas Ziel der Arbeit war es, einFunktionsmodell einer mechatronischenBetätigung einer Autogetriebekupplungzu entwickeln.Dazu sollen bereits bestehendeKupplungssysteme studiert undverstanden werden. Die darauserhaltenen Erkenntnisse sollen indie Entwicklung des Kupplungssystemsmit einfliessen. Das entwickelteFunktionsmodell soll alsDemonstrationsobjekt dienen undals Grundlage für weitere Projektarbeitenzur Verfügung stehen.VorgehenBereits im Vorfeld zur BachelorThesis wurde ein Getriebe inkl.Kupplung organisiert um daraufaufbauend einen mechatronischenKupplungsaktuator zu entwickeln.Nachdem die Recherchen überbestehende Modelle getätigt waren,wurden in einem weiterenSchritt verschiedene Möglichkeitenbetreffend der Sensorik,Steuerung/Regelung, Kupplungsbetätigungund Übertragung erarbeitet.Aus den verschiedenenLösungsansätzen wurden dreiverschiedene Varianten ausgewertet.Auf der Entscheidungsgrundlagedes Paarvergleichs erfolgtedie weitere Ausarbeitungeiner Lösungsvariante. Dazu gehörtedas Konstruieren der mechanischenBauteile ebenso wiedie Entwicklung der elektronischenKomponenten und das Programmierendes μ-Kontrollers.ResultateUm Wärmeausdehnung und Verschleissautomatisch ausgleichenzu können, wird eine hydraulischeBetätigung verwendet. Es zeigtesich, dass bei einem sehr dynamischenAktuator die Druckverlustein der hydraulischen Leitung unbedingtbeachtet werden müssen.Die Ansteuerung der Hydraulik erfolgtüber eine Kurbel mit Pleuel.Dadurch können entscheidendeVorteile für die Beschleunigungsphasedes Aktuators erzielt werden.Der verwendete DC-Motor wirdmit einer Maxon Motorsteuerungangesteuert. Diese Motorsteuerungerhält ihre Befehle von einemFunktionsmodellBlockschaltbild der SteuerungOlimex μ-Kontroller, welcher dasganze System steuert und regelt.Wegen zu langer Lieferfristenkonnte das System nicht mit demgewünschten Motor aufgebautwerden. Dies hatte zur Folge, dassdie erforderliche Dynamik nichterreicht werden konnte. Trotzdemkonnte ein Funktionsmodell entwickeltwerden, welches als guteGrundlage für weitere Projektedienen wird.84 ti.bfh.ch

BSc in AutomobiltechnikBIBEBUVAOld-Style Rahmen für ein BMW Boxer MotorradFahrzeugbau / Betreuer: Prof. Sebastian Tobler, Prof. Heinrich SchwarzenbachExperten: Pierluigi De Silvestro Pierluigi, Fabrice MarcacciMotorräder im Old-Style Design finden zurzeit grossen Anklang auf dem häufig durch moderne Formengekennzeichneten Fahrzeugmarkt. Viele Motorradhersteller haben dieses Potenzial erkannt und richten sichmit Retro-Konzepten danach aus. Das Motorrad sollte möglichst einfach Auftreten und ohne technischenSchnick-Schnack auskommen. Die Tendenz der urchigen Maschinen ohne aufwändige Anbauteile führt zuschlichten Fahrzeugen sondergleichen. Bobber, Cafe-Racer oder Flat-Tracker, wie solche Maschinen genanntwerden zollen Tribut an alte Zeiten und knüpfen an die Nostalgie längst vergangener Tage an.AusgangslageDer innovative Hersteller BMW-Motorrad mit Sitz in München, hatzurzeit kein Old-Style Fahrzeugauf dem Markt, welches den sogenanntenRetro-Motorradkonzeptender Konkurrenz den Marktanteilstreitig machen könnte,obwohl gerade ältere BMW Motorrädersehr beliebt für Umbautensind. Aus diesem Grund verfolgtdiese Arbeit das Ziel, ein fundiertesKonzept für einen Old-StyleRahmen aus Stahl zu erarbeiten,welcher modernste Komponentenaufnimmt und so die Innovativitätvon BMW widerspiegelt. Die Formdes Rahmens und die angebautenElemente sollen dem Fahrzeug einnostalgisches Aussehen verleihen.Der Gang dieser Arbeit leitet sichvon der Idee, ein konkretes Produktzu realisieren und homologierenzu lassen.KonzeptionDer Fokus dieser Arbeit liegt aufder Konstruktion eines Old-StyleMotorradrahmens für einen BMWBoxer-Motor. Nach einem intensivenStudium von realisierten Konzepten,konnten wichtige Parameterbestimmt und eine ersteKonstruktion vorgenommen werden.Durch die berechneten Lastfälleam Motorradrahmen wurdemit Hilfe der Finite-Elemente-Methodedas Chassis iterativ optimiertund angepasst. Um einenÜberblick, der im Motorradrahmenbauverwendeten Materialenzu erhalten, wurden zuerst dieProdukte einiger Motorrad- undRahmenbauer unter die Lupe genommen.Dabei standen die Rohrdurchmessersowie die Aufnahmenfür den Motor, das Steuerrohrund der hintere Monodämpferim Zentrum der Betrachtungen.Dabei wurde der Fokus vor allemauf Stahlrahmen gelegt, da dieSchweissbarkeit von Stahl einigesbesser ist als jene von Aluminium.Die Wahl des richtigen Stahls sowiedessen Schweissbarkeit wurdendurch die an Motorräder gestelltenAnforderungen gewähltund genau dokumentiert.ResultateDie Resultate dieser Arbeit wurdenin einer schriftlichen Dokumentationfestgehalten. Die Arbeitzeigt den Gang über verschiedeneStationen bis hin zur Konzeptionund der Analyse des Chassis. Dabeiwurden einige Optimierungengenauer unter die Lupe genommenund diskutiert. Ein grosserAbschnitt gehört der Ausführungüber das Auslegen des Materialsund der Bestimmung der Lastfälleam Motorrad. Die Konstruktionszeichnungenliegen für eine Herstellungder Dokumentation bei.Thomas Metzgerti.bfh.ch85

BIBEBUVABSc in AutomobiltechnikAnhänger zum Transport von RennfahrzeugenFahrzeugbau / BetreuerProf. Sebastian Tobler, Prof. Heinrich SchwarzenbachExperten: Marcacci Fabrice, Pierluigi De Silvestro PierluigiRennfahrzeuge sind aufgrund ihrer Abmessungen schwierig zu transportieren. Grosse Rennteams transportierenihre Fahrzeuge in Lastwagen mit Hilfe eines Vertikallifts. Für den passionierten Hobbyrennfahrerist dieser Lastwagen meist unerschwinglich und nicht praktisch. Für dieses Zielpublikum wurde an derBerner Fachhochschule für Technik und Informatik ein Autotransporter speziell für die Bedürfnisse vonRennfahrzeugen entwickelt und in CAD konstruiert.Patrick Mönnigpat.moennig@hotmail.comJulian Sutersuter.julian@bluewin.chAusgangslageRennfahrzeuge sind viel breiterund haben in der Regel eine vielgeringere Bodenfreiheit als normaleStrassenfahrzeuge. DieseEigen-schaften stellen die auf demMarkt erhältlichen Anhänger miteinem Gesamtgewicht von 3.5 tvor grosse Probleme. Die Fahrzeugekönnen nur über mehrereRampen aufgeladen werden ohnedass Aerodynamikanbauteile entferntwerden müssen. Die Vorgabewar, dass der Autotransporterohne Rampen auskommt und eineinfaches und schnelles Aufladendes Rennautos ermöglicht.EntwicklungIn der Entwicklung wurden verschiedeneIdeen für die Lösungdes Anhängers erarbeitet und miteinanderverglichen. Der Schwerpunktlag darin die Auffahrhöheund –Winkel des Anhängers möglichsttief zu halten. Aus den Ideenkristallisierte sich die Lösung heraus,bei der die Ladefläche desAnhängers mit einer Hubspindelvom Chassis auf den Boden gefahrenwerden kann. Bevor dieseIdee konstruktiv in einem CAD-Programm umgesetzt werdenkonnte, wurden alle notwendigenAuslegungen und Berechnungenbezüglich Festigkeit, Antrieb undFahrdynamik gemacht.ErgebnisseDas Resultat dieser Arbeit ist einekomplette CAD-Konstruktion mitKonstruktionszeichnungen undBerechnungen. Der entwickelteAnhänger besticht mit seinen Attributen.Die Auffahrhöhe beträgtlediglich 45 Millimeter. Die Ladeflächewurde sehr grosszügig ausgelegtmit einer Breite von über2200 Millimeter, um auch sehrbreite Fahrzeuge sicher beladenzu können. Die Nutzlast beläuftsich auf rund 2500 kg, da bei derKonstruktion konsequent aufLeichtbau gesetzt wurde, durchden durchdachten Einsatz vonStahl und Aluminiumlegierungen.Die Hubspindel wird über ein Hydraulikaggregatangetrieben undist in einem kippbaren Rahmengelagert. Die Plattform hat im hinterenBereich eine Kröpfung.Durch diese Kröpfung kann einAuffahrwinkel von nahe Null Gradrealisiert werden. Eine weitere Besonderheitdieses Anhängers ist,dass die Ladefläche in der Fahrpositionverschiebbar ist. Dadurchkann die vorgeschriebene Stützlastdes Zugfahrzeugs justiert werdenohne, dass das geladeneFahrzeug auf der Ladefläche verschobenwerden muss. Zusätzlichwurden eine elektrische Seilwindeund zwei massgefertigte Stauboxenmit Auszugsschienen verbaut.In den Stauboxen können Werkzeugefür den Renneinsatz sowieSpanngurte für die Ladungssicherungverstaut werden.86 ti.bfh.ch

BSc in AutomobiltechnikBIBEBUVADiesel-Wasser EmulsionVerbrennungsmotoren / Betreuer: Dr. Klaus HoyerExperten: Marc Werner, Alfred LeuenbergerProjektpartner: PSI, VilligenDer Dieselmotor ist mit seiner wirtschaftlichen und vielfältigen Anwendbarkeit eine etablierte Kraftmaschine.Seine Weiterentwicklung bezüglich Leistung und Verbrauch wird durch die kontinuierlich anspruchsvollerwerdenden Emissionsgrenzwerte vorangetrieben. Hinsichtlich Kohlenmonoxid- und Kohlenwasserstoff-Emissionen stellt der Dieselmotor geringe Probleme dar. Die Aufmerksamkeit gilt in diesem Zusammenhangden Stickoxidemissionen sowie den Russpartikeln.Das Paul Scherrer Institut unternimmtForschungsarbeiten zurMinderung von kritischen Emissionenan einem Schiffsdieselmotormit Direkteinspritzung. DieserGrossmotor der Firma Wärtsilä arbeitetmit einem veränderten Ventiltrieb,dem Miller-Zyklus. Die Ideedes Miller-Zyklus ist, durch einfrühes Schliessen des Einlassventilsein effektiv geringeres Verdichtungsverhältniszu erzielen unddamit die Prozesstemperatur zusenken, was niedrigeren NOx-Emissionen gleichzusetzen ist.Dies gelingt dadurch, dass ein Teilder Kompressionsarbeit vom Zylinderauf die 2-stufen Aufladungumverteilt wird. Die zweistufigeAufladung mit zwischen- undNachkühler verdichtet die Luftsehr effektiv auf den höheren Ladedruckvon bis zu 6 Bar. Der früheEinlassventilschluss bewirkt,dass sich die Luft im Zylinder erstmalswieder entspannt, bevor siein der Kompressionsphase für dieVerbrennung verdichtet wird. Daauch diese Verbrennungsstrategieden NOx-Russ Trade-Off nichtumgehen kann, sollen mithilfe derDiesel-Wasser Emulsion die Russpartikelvermindert werden.Eine Herausforderung beim Herstellenvon Emulsionen stellt derenStabilität dar. Je nach Grösse derWassertröpfchen, fallen diese unterschiedlichrasch aus. Die Qualitätvon Emulsionen ist demnachhoch, wenn die Wassertröpfchenfeinst verteilt sind. Vorliegende Arbeituntersucht anhand eines neuentwickelten Einspritzsystems denmechanischen Emulgierprozess.Der Einsatz von Emulgatoren istdabei nicht vorgesehen.Die Arbeit umfasst das Entwerfenund Aufbauen einer Versuchseinrichtung.Es gilt den Emulgierprozessnachvollziehbar aufzuzeichnenund die Emulsionsqualitätanhand der Tröpfchenverteilungim Diesel zu analysieren. An diefinalen Tests wird mit einer empirischenVorversuchsreihe herangegangen.Die erhaltenen Verteilungen derTröpfchen im Diesel-Öl ist angelehntan die Poisson-Verteilung.Diese Verteilung stammt aus einerrepräsentativen Stichprobe derEmulsion. Dabei wurden Samplesherausgezogen und in einer Petrischalemit einer hochauflösendenKamera mit Makroobjektiv fotographiert.Mithilfe eines in Lab-VIEW programmierten Verfahrens,konnten die Tröpfchendurchmesserexakt bestimmt werden.Philipp MuttiTröpfchenverteilung bei 6 bar Einspritzdruckti.bfh.ch87

BIBEBUVABSc in AutomobiltechnikImpulsanlage für Vorbelastung von Laser-ModulenFahrzeugmechanik / Betreuer: Prof. Bernhard Gerster, Michel SchneiderExperten: Bruno Jäger, Fabrice MarcacciProjektpartner: RUAG Schweiz AG, BernAufbauend auf einem Konzept zur mehrmaligen Vorbelastung von Laser-Trainingsgeräten (ILU= IntegratedLaser Unit), welches in einer vorangehenden Semesterarbeit erarbeitet wurde, konnte im Rahmen dieserBachelorthesis die Konstruktion der Einrichtung in sehr einfacher und praktikabler Weise ausgearbeitetwerden. Die mit definierten, linearen Beschleunigungspulsen von 100 bis maximal 500 g arbeitende Einrichtungentspricht der Anforderungsliste der RUAG Schweiz AG. Die Fertigung eines Prototyps wurdegeplant und weitgehend realisiert.Patrick Rohnerpatrickrohner@gmx.chCorsin Zürchercorsin.zuercher@gmail.chZielErarbeitung der Konstruktionsgrundlagender Impulsvorrichtungund Realisation einer Versuchsanlagezur Belastung der Lasermodule.AusgangslageDie Integrated Laser Unit 400 (ILU400) ist ein von der RUAG entwickelterLasersimulator zur realitätsnahenSchiessausbildung.Für eine präzise Simulation desProjektflugs muss die Lasereinheitvor dem Einsatz kalibriert werden.Zwischen Produktion und ersterKalibrierung muss das Modulmehrfach, mechanisch mit bis zu500g vorbelastet werden, damitallfällige mechanische Setzvorgängevor der Kalibrierung abgeschlossensind. Damit soll die Stabilität,respektive die Genauigkeitdes Systems beim Übungseinsatzvon Beginn weg erhöht werden.VorgehenIm Rahmen dieser Bachelor Thesiswerden die Lösungsansätzemit Hilfe verschiedener Lösungsfindungsmethodenwie dem morphologischerKasten, dem Paarvergleichund zahlreichen technischenBerechnungen verfeinertund konkretisiert. Die theoretischeFunktion des Mechanismus wurdemit einer dynamischen Simulationim Programm «Unigraphics NX 7.5Motion» verifiziert.Anhand diverser ausführlich erarbeiteterKonstruktionsvorschlägewerden die Grundlagen für dieProduktion eines Prototyps gelegt.Durch eine konkrete Prüfungder einzelnen Bauteile mittelsFEM-Analysen und ergänzendenBerechnungen wurde die gesamteKonstruktion auf die vorgesehenenBelastungen überprüft undausgelegt. Die Konstruktionsplänewerden soweit erarbeitet, dass mitder Fertigung des Prototyps begonnenwerden konnte.ResultatMit den in dieser Bachelorthesiserarbeiteten Weiterentwicklungendes Konzepts zur mehrmaligenVorbelastung der Laser-Trainingsgeräte,konnte in Zusammenarbeitmit zahlreichen Zulieferern, Firmenaus dem Bereich der Fertigungund der BFH TI internen Werkstatteine Versuchsanlage zur Belastungder Lasermodule realisiertwerden.Auf eine detaillierte Erläuterungder Funktionsweise wird an dieserStelle aus geheimhaltungsgründenverzichtet.Der Prototyp erfüllt die Kriteriender Anforderungsliste ausnahmslosund legt den Grundstein fürweiterführende Projekte im Bereichder mehrmaligen Vorbelastungder Laser-Trainingsgeräte.Modell der Impulsanlage für Vorbelastung von Laser-ModulenIntegratet Laser Unit 400 der RUAG Schweiz AG88 ti.bfh.ch

BSc in AutomobiltechnikBIBEBUVARealisation Range Extension Modec E-LKWFahrzeugelektrik, -Elektronik / Betreuer: Prof. Kurt Hug, Andreas Meier, Reto Gasser, Andreas KessiExperten: Carlo Bosia, Philippe BurriProjektpartner: Ferme des Trois Epis Sàrl, 1860 AigleDie Firma «Ferme des Trois Epis» (f3e) in Aigle ist ein zukunftsorientiertes Unternehmen, das schon heuteseinen Energiebedarf zur Produktion aus der hauseigenen Photovoltaikanlage deckt. Im Zuge der Umstellungauf eine Fahrzeugflotte ohne fossile Treibstoffe gelangte der Auftraggeber mit seinen Ideen und Visionenan die Berner Fachhochschule in Biel. Der Schwerpunkt dieser Bachelor Thesis liegt in der Optimierungder Reichweite und des Energieverbrauchs eines bereits im Verkehr stehenden Elektro-Lastwagens derMarke «Modec» mit einer Lithium-Eisenphosphat-Batterie.AusgangslageBereits während den beiden Projektarbeitendes dritten Studienjahres2011/2012 hat sich unserTeam mit der Thematik der RangeExtension befasst. In der Projektarbeit1 wurden verschiedene Variantenausgearbeitet, wobei einedavon in der Projektarbeit 2 detailliertin Bezug auf die Realisierbarkeitder Reichweitensteigerunguntersucht wurde. Dabei sind Fragenstellungenim Bereich der Batteriethermikund des Innenwiderstandesaufgetreten, welche in derBachelor Thesis anhand von Messungenuntersucht werden. Diesschliesst auch eine Energieverbrauchsmessungam Fahrzeugmit ein.Die hohen Energieverluste durchdas manuelle Schiebetürsystemam passiv gekühlten Aufbau desModec E-LKW und die unbefriedigendeSituation am Seitentürsystemwird erneut aufgegriffen. Begleitendzu den Arbeiten wird dieFrage rund um den gesamtenEnergieverbrauch am Kühlaufbauerarbeitet und mittels eines Schaltungsmodellssimuliert.MessungenZuerst wurde eine Verbrauchsmessungam Modec E-LKW mitdem TeleTRUCK-Modul durchgeführt,welches alle relevanten Parameterauf dem CAN-Bus aufzeichnenkonnte. Weiter wurde derEnergieverbrauch der Nebenaggregategemessen, um daraus einEnergieflussdiagramm des Fahrzeugszu erstellen. Für die Labormessungenwurde eine eigensdafür hergestellte Batteriebox verwendet,um die Temperaturentwicklungbei den jeweiligen Betriebsbedingungennachzustellen.Dazu wurde die Batterie in einerKältekammer auf die gewünschteStarttemperatur gebracht.Der Kühlaufbau wurde mit einemHeizgerät erwärmt und dabei sinddie Temperaturen und Spannungenerfasst worden. Die Datendienten als Grundlage für dasthermische Modell des Kühlaufbaus.ErgebnisseDie Ergebnisse zeigen, dass sichdie einzelnen Zellen bei den im Alltagauftretenden Strömen nichtübermässig erwärmen. Um eineunterschiedliche Zellalterung zuvermeiden ist eine Batteriekühlungdennoch empfehlenswert. DerInnenwiderstand der analysiertenZellen verhielt sich entsprechendder Theorie. Das heisst, bei tiefenTemperaturen (–20°C) ist der Innenwiderstandmit 6–10 mΩ proZelle rund 10-mal grösser als beierhöhten Temperaturen (+40°C).Was den Energieverbrauch des E-LKWs betrifft, so liegt dieser beider ausgeführten Messfahrt bei470 Wh/km.Im Detailkonzept der beiden Türsystemekonnte ein funktionierendesMuster ausgearbeitet werden.Dabei wurde das Rolltor an dasneue Seitentürsystem angepasst,die Führungen des Schiebetürsystemsoptimiert und beide Systememit einer automatischen Steuerungversehen. Der Energieverlustrund um den Kühlaufbau wurdeanalysiert und mittels Simulationwurden verschiedene Türöffnungs-Szenarienim Zusammenhangmit der Auslieferung nachgestellt.Zusätzlich wurde derEnergieverbrauch zur Betätigungder beiden Türsysteme ausgerechnetund mit 120 Wh pro Tag alsvernachlässigbar klein eingestuft.Energieflussdiagramm Modec E-LKWDominic Sahlid.sahli@gmx.chStefan Sempachssempach@bluewin.chti.bfh.ch89

BIBEBUVABSc in AutomobiltechnikParkraumbewirtschaftungBetriebswirtschaftslehre / Betreuer: Dr. Urs Sauter, Adrian GschwendExperten: Carlo Bosio, Philippe BurriParkplätze sind wichtige Komponenten des Strassenverkehrs. Die meisten Automobile stehen währendmehr als 90% ihrer Lebensdauer auf Parkplätzen. In den letzten Jahrzehnten hat die Bewirtschaftung vonParkplätzen an Bedeutung gewonnen, da auch die Anzahl an Fahrzeugen auf Schweizer Strassen gestiegenist. Die Parkraumbewirtschaftung kann durch die jeweiligen Tarifmodelle und Preisunterschiede den Parkplatzsuchendenlenken. Dabei soll eine Verteilung der Nachfrage an Parkplätzen in der Stadt erwirkt werden,damit die Parkhäuser besser ausgelastet werden und der Verkehr weniger belastet wird.Nadja Schwarznadja.schwarz@bluewin.chIn der Verkehrsachse der Schweizgibt es unter anderen 4 grosse undfür unsere Arbeit massgebendeStädte: Basel, Bern, Genf und Zürich.In allen diesen Städten gibt es zuStosszeiten Peaks an Fahrzeugenauf den Strassen, die nur schwer zubewältigen sind und sich die Fragestellt, wie wird dagegen mit Hilfe derParkraumbewirtschaftung etwas unternommen.Um grössere Dimensionen von Parkhäusernund längeren Parkzeitenund entsprechenden Langzeit-Tarifmodellenzu berücksichtigen wurdendie jeweiligen Flughäfen einbezogen.Das Ziel des betriebswirtschaftlichenTeils der Arbeit wurde erreicht. DieTarifmodelle der verschiedenenParkmöglichkeiten der 4 Städte undFlughäfen konnten ausfindig gemachtund in Excel zu brauchbarenListen zusammengestellt werden.Anhand praxisnaher Beispiele wurdendie Preise gerechnet und dieResultate durch die Online Berechnungauf einer Internetseite bestätigt.Das heisst ja, die Parkraumbewirtschaftungversucht mit ihren verschiedenenTarifmodellen den parkplatzsuchendenVerkehr von denStosszeiten weg zu verkehrsärmerenZeiten zu lenken.Zukünftig wäre es sehr interessantheraus zu finden, wie die verschiedenenTarifmodelle zustande kommen.Auf den Internetseiten der ParkhäuserVereinigungen wird die Anzahl aktuellfreier Parkplätze angezeigt. Diese Informationkann weiterverwendet werden,um eine auf Semantic Web basierteApplikation für Smartphones zuentwickeln, die dem Parkplatzsuchendenzeigen soll wo, zu welchemPreis der nächste Parkplatz frei istund wie er dorthin fahren kann.Dazu wird in dieser Arbeit die Grundlagefür eine Datenbank basierte Lösungerarbeitet und für die spätereAnwendung vorbereitet.Das bedeutet, die Informationen wurdenso verarbeitet, dass sie im RDFDatenmodell abgelegt und publiziertwerden können. Dazu wurde ein Vokabularbereits teilweise Entwickeltund zusammengestellt, dass für ersteVersuche nutzbar ist.Die Möglichkeiten des semantischenWebs sind noch lange nicht ausgeschöpftund werden durch Zusammenarbeitim grösseren Sinne als nurin der Schweiz vorangetrieben.Beispiel einer in RDF modellierten Person mit Name, Vorname, Geschlecht,Geburtsdatum, etc. mit dem entsprechenden VokabularZeigt die Parkhäuser der Stadt inkl. desFlughafens Zürich in Rot und die P + R-Anlagen der SBB in Gelb. Die Umkreisesind bei 1, 1.5, 2 und 2.5 Kilometer Entfernungvom Stadtzentrum markiert.90 ti.bfh.ch

BSc in AutomobiltechnikBIBEBUVALKW KippbrückeFahrzeugbau / Betreuer: Sebastian Tobler, Heinrich SchwarzenbachExperten: Fabrice Marcacci, Pierluigi De SilvestroProjektpartner: Sutter Fahrzeugbau AG, 6078 LungernDreiseiten-Kipper sind seit Jahrzehnten bewährte und unverzichtbare Arbeitsgeräte auf den Baustellen rundum den Globus. Diese Kippbrücken werden sowohl auf leichten Nutzfahrzeugen als auch auf schwerenLastwagen eingesetzt und bieten grossen Spielraum für individuelle Kundenwünsche. Nebst den Brückenabmessungenkönnen auch sämtliche Anbauteile, wie zum Beispiel Bordwände, Verschlüsse und Verriegelungenindividuell auf den jeweiligen Einsatzbereich angepasst werden.Modifizierte LKW KippbrückeAusgangslageDie Firma Sutter Fahrzeugbau AGzählt seit etlichen Jahren zu denbekanntesten Herstellerinnen fürKippfahrzeuge aller Art. Dreiseiten-Kipper stellt die traditionsreiche Unternehmungaus Lungern im KantonObwalden seit mittlerweilen mehr als40 Jahren her und kann dementsprechendaus einem reichen Erfahrungsschatzim Bereich des Fahrzeugbausschöpfen.Der Markt für diese Fahrzeuge isthart umkämpft. Zahlreiche andereHersteller buhlen ebenfalls um dieGunst der potentiellen Kundschaft.Der Sutter Kippaufbau wird inzwischenseit beinahe 40 Jahren praktischunverändert hergestellt. DieKonstruktion hat sich zwar im hartenPraxiseinsatz bewährt, die Kundenpochen jedoch auf etwas Neues undInnovatives. Zu diesem Zweck hatdie Firma zwei Studenten der Fachhochschulefür Technik und Informatikbeauftragt, eine komplett neueKippbrücke zu entwickeln.EntwicklungGrundlage für die Neuentwicklungwar eine vorgängig durchgeführte,minutiöse Analyse der bereits bestehendenKonstruktion. Im Zentrumstand dabei eine Untersuchung mittelsfiniten Elementen (FEM). Dadurchkonnten konstruktiveSchwachstellen lokalisiert werden.Auf Basis dieser Ergebnisse wurdenanschliessend zwei komplett unabhängigeEigenkonstruktionen angefertigt.Dabei orientierte sich eineVersion eher an der bereits bestehendenKonstruktion, d.h. es wurdenmehrere Formelemente von derbestehenden Konstruktion wiederverwendet.Das Grundgerippe wurdeaber nun hauptsächlich ausBlech gefertigt und nicht mehr ausVierkant-Stahlrohren. Die zweiteVersion nutzte fast ausschliesslichV-förmige Blechprofile, weil geradediese Bauform sehr gute Ergebnissein Bezug auf Steifigkeit und Widerstandsfähigkeitliefert.Diese beiden Lösungen wurden anschliessendzusammen mit der Auftraggeberinauf ihre Machbarkeit hinüberprüft. Mit den gewonnenen Erkenntnissenwurde eine endgültigedritte Version angefertigt.ErgebnisseDas Resultat dieser Arbeit ist einekomplette Neuentwicklung einerLKW Kippbrücke inklusive aller Konstruktionszeichnungen,welche fürdie Fertigung benötigt werden.Durch die X-förmig angeordnetenTräger werden beim Kippvorgangdie auf den Presskasten wirkendenKräfte optimal in die ganze Konstruktioneingeleitet. Dadurch werdenlokale Spannungsspitzen vermieden,was wiederum eine lange Lebensdauerder Brücke gewährleistet.Es wurde darauf geachtet, dieKonstruktion so leicht wie möglichzu halten. Dies bedeutet, dass nurdort Verstärkungen angebracht werden,wo diese auch wirklich benötigtwerden. Zahlreiche Detaillösungenerhöhen zudem den Bedienungskomfortund sorgen nicht zuletzt füreinen optisch sehr ansprechendenund unverwechselbaren Auftritt.Mit dieser Neuentwicklung wird sichdie Firma Sutter Fahrzeugbau AGauch in Zukunft erfolgreich auf demMarkt der Kippfahrzeuge behauptenkönnen.Tobias Singert.singer@bluewin.chChristoph Wegmüllerchris1we@gmx.chti.bfh.ch91

BIBEBUVABSc in AutomobiltechnikEntwicklung einer Methode zur LadeluftbefeuchtungVerbrennungsmotoren / Betreuer: Dr. Jan Czerwinski, Dr. Klaus HoyerExperten: Marc Werner, Alfred LeuenbergerProjektpartner: Paul Scherrer Institut, VilligenDie Emissionsminderung an Grossdieselmotoren ist in der Fachwelt ein viel diskutiertes Thema. VerschiedeneStrategien zur Minderung der kritischen Motoremissionen werden angewendet. Durch Wasserzugabein den Brennraum können die Verbrennungstemperaturspitzen reduziert werden, was zur Minderung derStickoxid-Emissionen (NOx) führt. Die Ladeluftbefeuchtung als eine Variante der Wasserzugabe, ist daszentrale Thema dieser Bachelorarbeit.Florian SommerhalderHintergrundAm Paul Scherrer Institut wurdeeine Methode zur Ladeluftbefeuchtungentwickelt. Die Idee dieserMethode ist es, dass zur Befeuchtungder Luft mehr Wasser eingespritztwird, als die Luft maximalaufnehmen kann. Zur Abscheidungdes überschüssigen Wassers wirdein Zyklon verbaut. Bevor es zumEinsatz dieser Methode am Schiffsdieselmotorkommt, gilt es sie aneinem Modell zu testen. Dazu wurdeeine Versuchseinrichtung entwickeltund aufgebaut.ModellaufbauUm verschiedene Parameter variierenzu können, wurde einerseitseine Heizung zur Beeinflussungder Eintrittstemperatur am Zykloneingebaut und andererseits einDurchflussmesser für die hohenSystemdrücke kalibriert. Durch Verstellendes Drucks kann der Durchflussund somit die Strömungsgeschwindigkeitdirekt beeinflusswerden.Zur Bestimmung der Luftfeuchtigkeitwurde ein Psychrometer gebaut.Die Erfassung der Temperaturwird über eine Thermoschaltung mitPt100-Widerständen gemacht. Umdie von der Schaltung abgegebeneSpannung zu erfassen, wurde einProgramm in Labview geschrieben,welches die Spannungen über eineDAQ-Karte erfasst und sie als Textfileabspeichert. Die Berechnungder Temperatur und der relativenLuftfeuchtigkeit erfolgt im Excelwozu die Thermoelemente kalibriertwerden mussten.Das System kann dank automatischemWasserblass über mehrereMinuten stationär betrieben werden.ErgebnisDie Messungen haben gezeigt,dass trotz gesättigter Luft amZyklon-Ausgang keine Wassertropfenin der ausströmenden Luftvorhanden sind. Selbst bei verschiedenenBetriebsbedingungen(Parametervariation) funktioniertdie Methode der Abscheidung derWassertropfen im Zyklon einwandfrei.StrömungssimulationZum besseren Verständnis desStrömungsvorgangs im Zyklonwurde eine Simulation mit ANSYSdurchgeführt. Verschiedene Vereinfachungendes Zyklons liefertenverwertbare Ergebnisse.Ausströmende GasphaseZyklonStrömungssimulation92 ti.bfh.ch

BSc in Elektro- und KommunikationstechnikBScenÉlectricitéetsystèmesdecommunicationBSc in Electrical- and Communication Engineering

BIBEBUVABSc in Elektro- und KommunikationstechnikVoIP im ZugAndroid / Betreuer: Prof. Claude BrielmannExperte: Martin JaeggiProjektpartner: Annax, GümligenIn heutigen internationalen Zügen muss das Zugpersonal von fest montierten Stationen aus Informationenan die Zuggäste weitergeben. Durch Drücken eines Notfallknopfes werden ebenfalls diese Stationen angewählt.Um die Arbeit des Zugbegleiters zu vereinfachen soll ein Android Smartphone die festen Stationersetzen, so dass die Zugbegleiter die Fahrgäste jederzeit informieren und von diesen kontaktiert werdenkönnen.Adrian Adamadrian_adam_@hotmail.comAusgangslageDie beauftragende Firma stellt Fahrgastinformationssystemefür internationaleZüge her. Das Fahrgastinformationssystembeinhaltet sowohldas Anzeigen der Haltestellen aufBildschirmen als auch die Durchsagenim Zug. Bis jetzt wurden dieDurchsagen von einer fest montiertenStation aus getätigt. Auf Plätzenfür behinderte Personen und auf denToiletten sind Notfallknöpfe installiert,mit denen die Stationen angerufenwerden können. In diesemProjekt soll überprüft werden, ob diefesten Stationen durch AndroidSmartphones ergänzt werden können.Dies hätte den Vorteil, dass derZugbegleiter bei einem Notfall sofortauf sein Smartphone angerufen werdenkann. Auch Informationen an dieFahrgäste kann er von jedem Ort imZug aus erledigen.UmsetzungZuerst wurde das in der Firma bereitsvorhandene System analysiert. DasSystem basiert auf dem Session InitiationProtocol (SIP). Mit dem SIPwerden Kommunikationssitzungenwie Telefonate gesteuert und aufgebaut.Der SIP-Stack ermöglicht einenvereinfachten Umgang mit dem SIP(High level API). Der verfügbare SIP-Stack von Android unterstützt nichtalle Funktionen um die Einbindungins System zu gewährleisten. Als Lösungwurde ein in der ProgrammierspracheC geschriebener SIP-Stackverwendet. Aber die Programmierumgebungvon Android basiert aufJava, weshalb das Java Native Interface(JNI) eingesetzt wurde um C-sourcecodes einzubinden.ResultatEine Applikation wurde mit Hilfe desJNI so programmiert, dass ein einzelnerAnruf empfangen und getätigtwerden kann. Dies beweist, dasssich Smartphones in das System einbindenlassen.AusblickIm Rahmen der Bachelorthesis habeich mich auf einen einzelnen Anrufbeschränkt, also einem Telefonat miteiner Person oder das Ansteuern eineseinzelnen Lautsprechers. UmDurchsagen zu machen, müssenaber alle Lautsprecher im ganzenZug angesteuert werden können.Eine weitere nützliche Funktion wäredie automatische Erkennung undVerbindung mit dem Zug-Netzwerkdurch diese Applikation, wenn sichdas Smartphone dem Zug nähert.Diese Applikation läuft immer, auchim Standby-Modus. Somit ist gewährleistet,dass jeder Anruf empfangenwerden kann, allerdings verkürztsich dadurch die Akkulaufzeit.Die Applikation sollte erst durch dasDrücken des Notrufknopfes über dasNetzwerk gestartet und anschliessendder Anruf aufgebaut werden.96 ti.bfh.ch

BSc in Elektro- und KommunikationstechnikBIBEBUVALEBE-Anlagen: Seeberg und TrubschachenPhotovoltaik / Betreuer: Prof. Urs MuntwylerExperte: Thomas SchottPojektpartner: SolarCenter Muntwyler AG, 3052 Zollikofen/Der Lehrerverband Bern (LEBE) startete im Frühjahr 2011 das Projekt «schulEnergie». Ziel dieses Projektesist es, auf Schulhausdächern mit Schülern eine Photovoltaik-Anlage zu installieren. Parallel dazu soll dieThematik der erneuerbaren Energien in den Unterricht integriert werden. Die BFH-TI moderiert dieses Projektauf fachlicher Ebene und hilft bei der Realisierung von Anlagen. In einem Bewerbungsverfahren konntensich interessierte Schulen anmelden. Für zwei ausgewählte, Seeberg und Trubschachen, soll in dieserBachelor Thesis die Anlagenplanung realisiert werden.Ziel der ArbeitDas Ziel dieser BachelorThesis isteine Planung, eine detaillierte Simulationmit der Software «PV-Syst», sowie eine ausführlicheWirtschaftlichkeitsrechnung füreine PV-Anlage auf den SchulhäuserSeeberg und Trubschachen.Es soll resultierend eine Empfehlungabgegeben werden. Die besagtenZiele sollen als Einzelarbeitinnerhalb von acht Wochen realisiertwerden.ResultatAls Resultat wurde für beideSchulen eine Rangliste, mit verschiedenenAnlagevarianten, erarbeitet.Die Ranglisten stützen sichauf detaillierte Simulationen undWirtschaftlichkeitsrechnungen.Anhand dieser Rangliste und denvorgängigen Anlagenbeschreibungenkönnen die PV-Anlagendurch die betreuenden Lehrkräftein Seeberg und Trubschachen beurteiltwerden. Für die Schule Seebergbietet sich eine 10kW odereine 15.5kW PV-Anlage auf demNeubau mit DelSolar-Modulen an.Die DelSolar-Module bieten einsehr gutes Preis-Leistungsverhältnis.Die 10kW-Anlage ergäbe beiCHF 38’080.– Investitionskosteneinen Nettoertrag von CHF18’529.–. Die 15.5kW-Anlage ergäbebei CHF 57’732.– Investitionskosteneinen Nettoertrag vonCHF 29’944.–.Für die Schule Trubschachen bietetsich eine 35kW oder eine45.25kW PV-Anlage auf dem Südtraktmit DelSolar-Modulen an. DieDelSolar-Module bieten ein sehrgutes Preis-Leistungsverhältnis.Die 35kW-Anlage ergäbe bei CHF105’223.– Investitionskosten einenNettoertrag von CHF 85’777.–. Die45.25kW-Anlage ergäbe bei CHF13’187.– Investitionskosten einenNettoertrag von CHF 88’264.–.AusblickEs muss nun entschieden werden,welche Anlagevariante installiertwerden soll. Die jeweils zwei Variantenpro Standort haben ihre VorundNachteile. Der Investor mussnun den definitiven Entscheid fällen,damit die PV-Anlagen installiertwerden können.Daniel Aebidaniel.aebi@gmx.netSchule Hasenlehn inTrubschachenti.bfh.ch97

BIBEBUVABSc in Elektro- und KommunikationstechnikIHPoS-BoxerEnergiesysteme / Betreuer: Prof. Michael HöckelExperte: Dr. Marco SantisProjektpartner: CEKAtec AG, WattwilDie Berner Fachhochschule hat gemeinsam mit dem Industriepartner CEKAtec AG ein standardisiertesBrennstoffzellensystem mit dem Produktnamen IHPoS («Independent Hydrogen Power System») entwickelt.Bei grossen Leistungsbereichen treten in solchen Systemen aufgrund der hohen Anzahl gestapelter ZellenProbleme auf, welche die Systemleistung einschränken. Um diesen entgegenzuwirken, wurde im Rahmendieser Bachelor Thesis eine Systemvariante mit zwei kleineren Brennstoffzellen-Stacks im Parallelbetriebuntersucht.Christian Bachmannbachmann88@gmx.chAusgangslageDas Herzstück des IHPoS-Systemist eine luftgekühlte PEM-Brennstoffzellemit einem internen Zellenbefeuchtungskonzeptfür einenLeistungsbereich von 200 W bis1,2 kW. Die IHPoS-Stacks wurdenfür den Einsatz in mobilen Anwendungenentwickelt, heben sichdurch die hohe Vereinfachung deskomplexen Brennstoffzellensystemshervor und haben ihre hoheZuverlässigkeit bereits in mehrerenProjekten bewiesen.Die Leistung eines solchen Systemshängt bei festgelegter Flächeder Zellmembranen direkt mit derAnzahl eingebauter Zellen zusammen.Bei Brennstoffzellenstapelnmit Leistungen von mehr als 600W ergeben sich so mechanischeProbleme, da der Anpressdruckaller Zellen gleich sein muss. Zudementsteht eine Inhomogenitätbei der Gasversorgung durchWasserstoff und Luft, was denkontinuierlichen Betrieb weiter einschränkt.ZieleIn dieser Bachelor Thesis soll nuneine Systemvariante für eine Leistungvon 1,2 kW mit zwei gleichen600 W IHPoS-Stacks geplant, aufgebautund getestet werden. Dabeisoll untersucht werden, ob einzuverlässiger Betrieb mit einergemeinsamen Gasperipheriemöglich ist.Umsetzung und ResultateEs wurden verschiedene Umsetzungskonzepteerarbeitet und anschliessendeine geeignete Lösungausgewählt. Als besteSystemvariante erwies sich dieParallelschaltung von zwei Brennstoffzellen-Stacks,wobei dieseüber eine gemeinsame Wasserstoffzufuhrund einer Luftpumpezur Versorgung mit Sauerstoff betriebenwerden. Von Interesse wardabei die Aufteilung der Luft in diebeiden Stacks, welche im entsprechendenSystemaufbau erfolgreichgetestet wurde. Somit konnteder Beweis für einen konti -nuierlichen Betrieb der Brennstoffzellenbei einer Parallelschaltungerbracht werden.Die erhaltenen Erkenntnisse überden Parallelbetrieb zweier Stackskönnen nun in zukünftigen IHPoS-Projekten miteinbezogen werdenund so mithelfen, die Entwicklungder Brennstoffzellentechnologieweiter voranzutreiben.IHPoS Brennstoffzellen-Stack98 ti.bfh.ch

BSc in Elektro- und KommunikationstechnikBIBEBUVASolaranlage Fritz Studer AGPhotovoltaik / Betreuer: Prof. Urs MuntwylerExperte: Thomas SchottProjektpartner: Fritz Studer AG, SteffisburgDie Energiebilanz wird für moderne Unternehmen in Zeiten des Klimawandels und knapper werdendenEnergieressourcen immer wichtiger. Steigende Brennstoffkosten, notwendige Umweltzertifizierungen oderauch nur der Wunsch nach einem positiven Umwelt-Image werden gerade bei internationalen Firmen immerhöher bewertet. Aus diesem Grund, soll eine Photovoltaik-Anlage auf den Gebäudedächern der UnternehmungFritz Studer AG in Steffisburg geplant werden.AusgangslageDie Maschinenfabrik Fritz StuderAG in Steffisburg ist ein Mitgliedder Körber Schleifring GmbH inDeutschland. Die Firma beabsichtigtebereits vor einiger Zeit, aufIhren Fabrikdächern eine Photovoltaik-Anlagezu realisieren. Ausdiesem Grund liess Sie sich vonzwei Unternehmen, welche in derPV-Branche tätig sind, eine PV-Anlage offerieren. Die zwei Offertenweisen grosse Differenzen auf.Aus diesem Grund sind die Verantwortlichender Fritz Studer AGverunsichert und es wurde bis anhinnoch keine PV-Anlage realisiert.Deswegen soll mit den gewonnenenInformationen und Kenntnissenvon der Projektstudie für dengesamten Gebäudepark und demParkplatz P1 der Fritz Studer AGeine Photovoltaik-Anlage geplantwerden.AuftragZiel der Bachelor-Thesis ist es,eine PV-Anlage auf allen möglichenGebäuden und dem ParkplatzP1 zu planen, zu simulierenund eine anschliessende Wirtschaftlichkeitsrechnungdurchzuführen.Anhand dieser Informationensoll anschliessend eineGebäuderangliste erstellt werden.Diese Gebäuderangliste soll denVerantwortlichen der Fritz StuderAG als Entscheidungsgrundlagedienen, ob und wie viele PV-Anlagenauf den Dächern realisiertwerden. Wird eine oder mehrerePV-Anlagen realisiert, möchte diesdie Firma auch ihren Kunden undMitarbeitern präsentieren. Somitsoll zusätzlich zu den PV-Anlagenein Monitoring der PV-Anlagen geplantwerden. Anhand der Dokumentationsollen die PV-Anlagenrealisiert werden können.Übersichts-Schema mit netzgekoppelter Photovoltaik-AnlageDaniel Balzdani.balz@bluewin.chChristian Bütikoferchris.bueti@bluemail.chErgebnisDer Gebäude Rangliste ist zu entnehmen,dass sich drei der neunGebäuden leicht absetzen. Diesaus dem Grund, weil die Gebäudeein gutes Preis/Leistungsverhältnisund das Gebäude und ein hohesPreis/Ertragsverhältnis haben.Die Investitionssumme für die PV-Anlagen auf diesen drei Gebäudenliegt bei rund Fr. 606’000.00. Wirdangenommen, dass die PV-Anlagen2013 ins KEV-Programm aufgenommenwerden und somit dieFirma eine Vergütung von Rp. 27.3pro produzierte kWh erhält, istdiese Investitionssumme mit einemZinssatz von 2.5% nach 16bzw. 17 Jahren amortisiert. MöglicherUnterhaltsaufwand ist beider Berechnung mit einbezogen.Da PV-Anlagen erfahrungsgemässeüber 25 Jahre in Betrieb bleibenbedeutet dies, dass die realisiertenAnlagen danach nochweitere Jahre Gewinn abwerfen.Nach einer Betriebsdauer von25 Jahren wird sich der Gewinnbei rund Fr. 403’000.– einstellen.Danach kann die Anlage noch weiterfunktionieren.FazitAnhand der Resultate kann gesagtwerden, dass die PV-Anlagennicht nur umweltfreundlich sind,sondern sich auch rentieren.ti.bfh.ch99

BIBEBUVABSc en Électricité et systèmes de communicationSolar Ship MPPTMechatronik / Thesis advisor: Prof. Dr. Andrea VezziniExpert: Peter BaumannProject partner: Solar Ship (www.solarship.com), Canada, TorontoSolar Ship, a Canadian company, is developing a new system that could revolutionize the concept of airtransport: flying with the energy of the sun! Nowadays it is no longer an utopia, the idea of traveling onlywith solar energy. We want to contribute to this work by designing and constructing a part of this airplane.The Solar Ship MPPT project is what best brings together all the knowledge acquired during our training atthe BFH. Technology, efficiency and ecology. These are three words which we recently heard very oftenand which are the basis of our bachelor thesis.Simone Baragiolabaragiolas@gmail.comNabil Elbadryn.elbadry@hotmail.comSolarship conceptThe solar ship is an eco-friendly andcompact means of transport. Currentlythere are many aircrafts thathave a good capacity of transportbut not all aircrafts are able to accessremote areas and land in smallspaces. Solar Ship instead is!Its wing-ship design allows for shorttake-off and landing (STOL), for exampleon a soccer field. This creativedesign also provides a largesurface area for solar panels, allowinglong and self-sufficient range.The main utility of the Solar Ship isthe transport of aid supplies, due toits ability to land in areas affectedby natural disasters and in underdevelopedregions. Other secondaryactivities are the monitoring ofprotected natural areas or, for example,tourist travels and advertisingof products.BackgroundThe sun does not reach the earth’ssurface constantly. For this reason,the energy received by solar panelsis constantly changing. The poweroutput has a peak, which is preciselycalled MPP, Maximum PowerPoint. The purpose of this project isto build a MPPT, a tracker that alwaysworks to this point. The resultwe want to achieve is an optimalbattery charge and a maximum efficiencyof electric motors. The initialconditions are the output powerof 2kW, the output voltage from160V to 200V and the input voltagevarying between 80V and 130V. Theresulting circuit is a DC/DC converterthat must be able to raise thevoltage adapting the current. Oneimportant factor is the electrical efficiency.To improve the flight conditions,we must create a circuit withvery low power losses. In order toachieve this, we need the best componentson the market, a properdesign of the power circuit and alow energy consumption of the controllogic.RealizationThe heart of the DC / DC converteris formed by multiple Boost Converters.In total we included twodual interleaved Boost Converters,which are handled separately. Inthis way we can implement a favorableenergy consumption and agood redundancy in case of damages.The control circuit is carriedout with two 32-bit microcontrollers.These processors manage thepower blocs and the communicationvia CAN. The production processconsisted of the followingsteps. After an initial planning, weperformed multiple simulations inMatlab/Simulink and PLECS. Thenwe moved on to the practical implementationof hardware and software.Finally we commissioned aprototype.MPPT prototypeSolar Ship100 ti.bfh.ch

BSc in Elektro- und KommunikationstechnikBIBEBUVAVibrationsanalyse einer SchleifmaschineSignalverarbeitung / Betreuer: Prof. Dr. Daniel von Grünigen, Ivo OeschExperte: Peter RichliProjektpartner: Elaso AG, ZuchwilBei der Herstellung von mechanischen Teilen hoher Präzision ist der Arbeitsgang des Schleifens von entscheidenderBedeutung. Um eine gleichbleibend hohe Qualität des Schleifergebnisses zu gewährleisten,ist es notwendig, die Schleifscheibe während des Betriebes auszuwuchten. Die dafür eingesetzten Auswuchtsystemebenötigen als Grundlage für den Auswuchtvorgang einen präzisen Messwert der aktuellenUnwucht. Es ist das Ziel dieser Arbeit, ein Messsystem zu entwickeln, welches das analoge Ausgangssignaleines Vibrationssensors digital zu einem genauen und stabilen Messwertsignal verarbeitet.EinleitungAuswuchtsysteme zur Qualitätssteigerungwerden in der Schleiftechnikbereits seit langem erfolgreich eingesetzt.Die dafür verwendeten Messsystemewurden hierbei häufig mittelsanaloger Elektronik aufgebaut.Obwohl diese analogen Systemesehr zuverlässig und präzise funktionieren,bringen sie einige Nachteilemit sich. Unter anderem sind diesdas grössere Bauvolumen, die Notwendigkeitdes Einsatzes von temperaturstabilisiertendiskreten Komponenten,der höhere Aufwand beider Fertigung (Abgleicharbeiten) undAlterungserscheinungen bzw. Drifteffekte,welche die Messgenauigkeitverschlechtern. Ein weiterer gewichtigerNachteil ist, dass analoge Filterhöherer Ordnung bei den tiefen Arbeitsfrequenzenin der Auswuchttechnik(max. 200 Hz) nur schwierigrealisierbar sind. Die digitale Signalverarbeitunghingegen kann auch beidiesen tiefen Arbeitsfrequenzen erfolgreicheingesetzt werden. Die bestehendenanalogen Messsystemesollen daher durch ein Messsystemersetzt werden, welches auf der digitalenSignalverarbeitung beruht.AnforderungenZur Messung der Maschinenschwingungenwird ein Beschleunigungssensoreingesetzt, der auf derSchleifmaschine montiert wird. Daszu entwickelnde Messsystem soll inder Lage sein, das analoge Ausgangssignaldieses hochpräzisenBeschleunigungssensors zur Messgrösse«Schwingweg» zu verarbeiten.Der Schwingweg ist hierbei definiertals Spitze-Spitze-Wert derSchwingbewegung, welche vomScheibenmittelpunkt ausgeführtwird. Diese Schwingbewegungnimmt der Mensch als Vibrationwahr. Der Schwingweg hat hierbeieine übliche Grössenordnung von 0.1Mikrometern bis zu einigen zehnMikrometern. Die Frequenz derSchwingbewegung liegt je nach Maschinendrehzahlim Bereich von5 Hz bis 200 Hz. Die Anforderungenan den tolerierten maximalenSchwingweg liegen je nach Einsatzgebietbei 0.1 μm bis zu 1 μm. Zusammengefasstgilt es also, die Beschleunigung,welche von einerSchwingung mit einer Spitze-Spitze-Auslenkung von 0.1 μm bis 50 μm beieiner Frequenz von 5 Hz bis 200 Hzerzeugt wird, messtechnisch zu erfassenund daraus den Schwingwegzu berechnen.RealisierungDas nötige Messsystem wurde inzwei Teilaufgaben gegliedert: Erstensdie Entwicklung einer analogenVorverarbeitung, welche das sehrkleine Sensorsignal verstärkt, amplituden-und bandbegrenzt und anschliessendmit einem 24-Bit Sigma-Delta ADC digitalisiert. Die zweiteTeilaufgabe beinhaltet die Entwicklungder gesamten digitalen Signalverarbeitung,die auf einem FloatingPoint DSP ausgeführt wird. Eine besondereAnforderung ist die variableEingangsfrequenz. Damit die digitalenFilter immer optimal auf die Eingangsfrequenzangepasst sind, wirdein FIR-Bandpassfilter eingesetzt,dessen Filterkoeffizienten bei Änderungender Eingangsfrequenz aufdem DSP automatisch neu berechnetwerden. Aus dem gefilterten Eingangssignalwird anschliessend derSchwingweg berechnet und aufeinem Display dargestellt.Marco Beffati.bfh.ch101

BIBEBUVABSc in Elektro- und KommunikationstechnikModernisierung der Triebwagensteuerung der BOBEisenbahntechnik / Betreuer: Prof. Markus MoserExperte: Felix KunzProjektpartner: Berner Oberland-Bahnen, ZweilütschinenDie Berner Oberland-Bahn fährt schon seit dem frühen 20. Jahrhundert mit elektrischen Triebwagen dieStecke Interlaken Ost – Grindelwald – Lauterbrunnen. Seit dem Jahr 1985 setzt die BOB drei Triebwagendes Typs ABeh 4/4 ll ein, um die Fahrgäste sicher an ihr Ziel zu bringen. Die bestehende Steuerung derFahrzeuge ist als Racksystem mit Einschubkarten aufgebaut. Die Elektronik kommt langsam ans Ende IhresLebenszyklus. Aus diesem Grund muss eine neue, moderne Steuerung für den Triebwagen entwickeltwerden.Sascha Bergersascha_berger@gmx.chAusgangslageIm Rahmen einer früheren BachelorThesis wurde eine Hardware entwickelt,welche die gleichen Abmessungenwie die alte Steuerung aufweist.Auf diese Weise kann die alteSteuerung ausgebaut, und dieneue eingebaut werden, ohne dieInfrastruktur des Triebwagens zuverändern. Zusätzlich wurde eineerste Fahrfunktion programmiert.In einem zweiten Schritt sollen nundie gesamten Funktionen der altenSteuerung analysiert und in dieneue SPS-Steuerung implementiertwerden.ZielDie wichtigsten Funktionen desTriebwagens sind das Fahren undBremsen. Eine Besonderheit desBremsmodus ist die Möglichkeitder Rekuperation. Dabei wird dieelektrische Energie, welche währenddes Bremsens erzeugt wird,nicht mithilfe von Bremswiderständenin Wärme umgewandelt, sondernin die Fahrleitung zurückgespeist.Zusätzlich muss eineVielzahl von speziellen Funktionen,wie das Verhalten beim Durchdreheneiner Achse (ASR) oder derkurzzeitige Verlust der Fahrleitungsspannungverarbeitet werden.stand lässt sich so der gewünschteFahrmodus auswählen. Die Simulationübernimmt die Berechnungder Motorenströme, Zug- undBremskraft sowie der Geschwindigkeitdes Zuges. So kann dasVerhalten des Prototyps im Laborgetestet und verbessert werden.Nach erfolgreichen Laborversuchen,führten wir verschiedeneTestfahrten mit einem TriebwagenABeh 4/4 ll auf dem Depotgeländeder BOB in Zweilütschinen, sowieauf der Doppelspurstrecke durch.Während diesen Tests konnten dieFahr- und Bremsfunktionen erfolgreichgetestet werden.Dominik Eichenbergerd_eichenberger@hotmail.comBOB ABeh 4/4 ll 313RealisierungBevor mit dem Entwickeln derSteuerung begonnen werden konnte,mussten wir uns intensiv in dasFachgebiet der Eisenbahntechnikvertiefen, erst danach wurde mitdem Realisieren begonnen. Damitwir in unserem Labor die Fortschritteder Software auch realistischtesten konnten, entwickelten wireinen Simulator, welcher sich wieder Triebwagen ABeh 4/4 ll verhält.Über ein Bedienpult mit einemFahrschalter analog zum Führer-AusblickIm Rahmen der Thesis konnte eineinheitliches Konzept der Softwareerstellt und erfolgreich getestetwerden. Um die Steuerung allerdingsim alltäglichen Personenverkehrbenutzen zu können, müssennoch zusätzliche Testfahrten mitPersonenwagen durchgeführt, unddiverse Parameter angepasst werden.Zusätzlich muss die Hardwareund Software der Steuerung nochdurch das Bundesamt für Verkehrabgenommen werden.Modernisierung der alten Steuerung102 ti.bfh.ch

BIBEBUVABSc in Elektro- und KommunikationstechnikGECKO4 Logic Analyzer and Pattern GeneratorDigitaltechnik / Betreuer: Prof. Dr. Theo KluterExperte: Felix KunzHeutzutage gewinnen FPGAs in digitalen Schaltkreisen immer mehr an Bedeutung. Sie erlauben vielseitigeund flexible Anwendungen im Bereich von Echtzeit-Datenverarbeitung oder von System-on-Chip-Design.Der GECKO4 ist eine FPGA-Plattform, die eine Umgebung für FPGA-basierte Entwicklungen zur Verfügungstellt. Eine anwendungsspezifische Schaltung wird auf einem Zusatzmodul für den GECKO4 realisiert. Damitkann der GECKO4 in beliebige Anwendungen eingebettet werden und das FPGA als zentrales SteuerundVerarbeitungselement eingesetzt werden.Chasper Buchlichasper.buchli@gmail.comMotivationLogic Analyzer werden für dieÜberprüfung und die Analyse vondigitalen Schaltungen aller Art verwendet.Sie erlauben eine umfangreicheÜberwachung von digitalenSignalen, wie sie heutein nahezu allen elektronischenSchaltungen vorkommen. Für dieÜberprüfung einer Schaltung istes oftmals nötig, diese mit Signalenanzuregen. Pattern Generatorenbilden jeweils einen Teil einesLogic Analyzers und ermöglichendie Erzeugung und die Ausgabevon solchen Anrege-Signalen.AuftragFür den GECKO4 wird eine Schaltungentwickelt, die es erlaubt ihnals PC-gekoppelter Logic Analyzermit integriertem Pattern Generatoreinzusetzen. Die GECKO4Logic Analyzer-Schaltung bildetdie Schnittstelle zwischen der Verarbeitungslogikund der zu testendenSchaltung. Die Aufgabe derSchaltung ist, die Signale der Prüflingsschaltungfür eine Erfassungund Verarbeitung aufzubereiten,beziehungsweise Anrege-Signalean die Schaltung auszugeben.RealisierungDie entwickelte Schaltung weist16 Eingangskanäle für den LogicAnalyzer und 8 Ausgangskanälefür den Pattern Generator auf. Nebenden logischen ZuständenHigh und Low, ermöglicht dieSchaltung auch die Erkennungdes hochohmigen Zustands einerSignalleitung.Aufgrund der vielen Bauteile unddem beschränkten Platzverhältnissen,erwies sich die Realisationder Schaltung als eine echte Herausforderung.Die fabrizierte Leiterplattewurde erfolgreich bestücktund ein Stück weit inBetrieb genommen. Für diese Aufgabewurde ein FPGA-Design entwickeltum das Board konfigurierenzu können.AusblickUm den GECKO4 Logic Analyzerals solchen einsetzen zu können,wird zunächst ein FPGA-Designfür den GECKO4 benötigt, das dieSignale vom Logic Analyzer-Boarderfasst. Die erfassten Daten müssendann über USB zum PC geschicktwerden, an dem eine Benutzeranwendungdie Signaledarstellt. Diese Anwendung wirdzudem die Bedienung des GE-CKO4 Logic Analyzers ermöglichen.Eine interessante Möglichkeit fürdie Anwendung des Logic Analyzersist, das System mit einemLogik-Simulationsprogramm zukoppeln und auf diese Weise dieSimulationen mit bestehenderHardware zu kombinieren.GECKO4 Logic Analyzer - Board (54mm x 85.5mm)104 ti.bfh.ch

BSc in Elektro- und KommunikationstechnikBIBEBUVADigitaler VHS-VideodemodulatorDigitale Signalverarbeitung / Betreuer: Prof. Dr. Rolf VogtExperten: Martin Zehnder, Hugo ZieglerProjektpartner: Hochschule der Künste, BernNebst Bild und Ton stellt Film in unserer modernen Gesellschaft ein wichtiger Teil in unserer Kulturlandschaftdar. Kunstmuseen und Fernsehstationen halten daher grosse Filmarchive mit Aufzeichnungen von künstlerischemoder informativem Charakter. Solche Aufnahmen sind auf Videokassetten gespeichert, welche nunein kritisches Alter erreichen. In unserer Bachelor-Thesis haben wir ein System entwickelt, welches aufgrundseines besonderen Konzepts – verglichen mit herkömmlichen Lösungen – mehr Flexibilität bei der Digitalisierungvon Videobändern bietet.AusgangslageAls Träger des Films dienenBänder, welche in Videokassettenaufgerollt sind. Diese Bänderbe stehen meist aus einem Kunststoffträgermit magnetischer Beschichtung.Diese Bänder habeneine beschränkte Lebensdauer,welche nun bereits erreicht istoder bald erreicht sein wird.Um Filmaufzeichnungen für dieZukunft zu archivieren, werden dieBänder abgespielt und digitalisiert.Dabei wird bei heutigenTransfers das Videosignal mittelsoriginaler analoger Elektronik ausgelesenund abgespeichert. DieProblematik dabei ist, dass diealten Abspielgeräte justiert werdenmüssen und sehr unterhaltsintensivsind. Eine Justierung mitalten Videobändern ist aber teilweisenicht mehr möglich, da einigeBänder heutzutage nur nochein einziges Mal abgespielt werdenkönnen. Das Bandmaterial istqualitativ derart degradiert, dasssich die Rückseitenbeschichtungteilweise löst und an den Videoköpfenhaften bleibt. Dies führt zueinem grösseren Abstand zwischenVideokopf und Band, wassich in der Bild- und Tonqualitätniederschlägt.Für diese Bachelor-Thesis arbeitetenwir eng mit Flo Kaufmann,Hochschule der Künste Bern, zusammen.Er ist dort im Bereich derVideorestaurierung tätig. Als Experteder analogen Videotechnik,war er unser Ansprechpartner fürFragen aus diesem Bereich.RealisierungDurch das direkte Abgreifen desmodulierten Signals am Videokopfkann die analoge Signalkette erspartund das Nachjustieren derAbspielgeräte ausgelassen werden.Am Videokopf wird das Signalabgetastet und danach gefiltert,digital demoduliert sowie alsPAL-Signal abgespeichert. DasPAL-Signal liegt normalerweise amAusgang eines Videorekordersvor. Aus den gespeicherten Datenstellen wir das Bild dar und speichernes in einem digitalen Videoformatab. Die gesamte Verarbeitungskettesowie ein Resultat derAufzeichnung sind auf den Grafikenersichtlich.Mit diesem System ist es momentanmöglich, einen Film auf einerVHS-Kassette in Graustufen zudigitalisieren.AusblickDas realisierte System ist herkömmlichenSystemen qualitativnoch unterlegen. Wichtige Punkteeiner Weiterentwicklung sind dieVerbesserung des Rauschabstandes,das Erreichen einer stabilenSynchronisation des Bildes (horizontalund vertikal) sowie die Digitalisierungder Farbinformationen.Da das abgetastete Video in Formvon Rohdaten vorliegt, ist es möglich,beliebige Korrekturen undNachbearbeitungen am Signal zurealisieren. Dabei ist es im Vergleichzu analogen Geräten nichtnötig, dies in Echtzeit durchzuführen.So können Vorteile in Handhabungund Qualität erreichtwerden.Samuel Kreuzersamuel.kreuzer@gmail.comChristoph Bühlmannbuehlmann.christoph@gmail.comEinzelbild einer digitalisierten AufnahmeSystemübersicht der Aufzeichnungti.bfh.ch105

BIBEBUVABSc in Elektro- und KommunikationstechnikUrban Pedestrian NavigationNavigationstechnik / Betreuer: Prof. Peter RaemyExperte: Armin BlumSeit vielen Jahren leistet das GPS-System gute Dienste in der Navigation, doch in urbanen Gebieten oderin Gebäuden funktioniert das GPS-System nicht zuverlässig. Durch Reflexionen und schlechten Signalempfangkann die Position erheblich von der tatsächlichen Position abweichen oder gänzlich fehlen. Seit kurzemsind günstige und kleine Trägheitssensoren erhältlich. Mit Hilfe dieser Sensoren wird ein Navigationssystementwickelt, welches ohne GPS auskommt.Lukas Bühlmannbuehlmannl@gmx.chSandro Burnsandro.burn88@gmail.comAlle Beschleunigungen und Drehungenwerden gemessen unddurch Integration wird die Positionermittelt. Die Messwerte der Beschleunigungs-und Drehsensorenwerden in der Entwicklungsphaseper Bluetooth zu einem Computergesendet. Dort wird mit Hilfe einesStrapdown-Algorithmus’ und derSchritterkennung der zurückgelegteWeg ermittelt. Schliesslich wirddie Bewegung grafisch dargestellt.AusgangslageIn der vorangegangenen Projektarbeitwurde der Strapdown-Algorithmusanalysiert und optimiert.Weil ein neuer, höher auflösenderSensor verwendet wird, waren Anpassungenin den Berechnungenerforderlich. Zudem musste dieGenauigkeit des Algorithmus’ verbessertwerden. Bei einer Trägheitsnavigationvergrössert sichder Fehler proportional zum Quadratder verstrichenen Zeit. Um dieIntegrationszeiten kurz zu halten,wird jeweils nur ein Schritt gemessenund die einzelnen Schritte werdenaufsummiert.RealisierungDer Strapdown-Algorithmus wurdeuntersucht und auf den neuenSensor eingestellt. Es wurde eineautomatische Kalibrierung, eineLageerkennung und eine Schritterkennungentwickelt. Die Kalibrierungdient dazu, die vorherrschendenUmwelteinflüsse zu erfassen.Die Lageerkennung ermittelt ausden drei Accelerometern die Lagewährend des Starts. Somit mussnicht mehr darauf geachtet werden,dass der Sensor aus einerhorizontalen Lage gestartet wird.Durch das Auf-Integrieren entstehenDrifts. Je länger man integriert,umso grösser wird dieser Fehler.Durch die Schritterkennung könnenwir die Integrationszeit auf einenSchritt beschränken. BeimAbsetzen des Fusses steht derSchuh kurz still. Dies nutzen wir,um die Geschwindigkeit zurückzusetzenund die Lagewinkel neu zuberechnen. Der Algorithmus wurdein Simulink programmiert. Um unserProgramm genau zu analysieren,wurde eine Java-Applikationentwickelt, welche die berechnetenWerte in 3D darstellt. So kann zujedem Zeitpunkt die Position unddie Lage des Sensors betrachtetwerden.Wir können mit dem Sensorund unserem Simulink-ProgrammSchritte auf einige Zentimeter genauerfassen. In der Horizontalensprechen wir von 5 – 10 cm, in derVertikalen kann die Abweichungje nach Sensor und Kalibrierung10 – 15 cm betragen.AusblickIm nächsten Schritt wird eine neueHardware entwickelt, welche zusätzlicheinen Kompass enthält.Die neue Hardware enthält zudemeinen schnelleren Prozessor, umhöhere und genauere Abtastratenzu erzielen. Mit einem Kompasskann die Richtung bestimmt undsomit die Genauigkeit der Navigationerhöht werden. Dann wird esmöglich sein, den zurückgelegtenWeg in «Realtime» auf der Karte zuvisualisieren.Die Sensoren sind mittlerweile soklein, dass wir sie bei den Versuchen ineinem Schuh unterbringen konnten.Flussdiagramm des Strapdown-Algorithmus’,dient zur Berechnung derPosition und Lage.Visualisierungsmöglichkeiten,Java-Applikation und Android-App mitGoogle Maps.106 ti.bfh.ch

BSc in Elektro- und KommunikationstechnikBIBEBUVAEreigniserkennung mittels KörperschallAkustik / Betreuer: Prof. Peter RaemyExperte: Armin BlumProjektpartner: Cab Engineering GmbH, KriessernAls Körperschall wird Schall bezeichnet, welcher sich in Festkörpern ausbreitet. Körperschallanalyse wirdseit Jahren erfolgreich z. B. zur Früherkennung von Schäden an Maschinenteilen eingesetzt. Kleinste mechanischeSchäden wie Haarrisse oder Abnützungen zeigen sich im Frequenzspektrum lange bevor grössereSchäden auftreten. Der Industriepartner möchte dieses Prinzip auch zum Erkennen von Diebstählenund Einbrüchen anwenden.AusgangslageDa während der Bachelor Thesiskein geeignetes Objekt für Messungenzur Verfügung steht, wird alsModell ein altes Kippfenster verwendet.Der Öffnungsvorgang einesKippfensters hat vergleichbareEigenschaften mit jenem des Original-Objekts.Die Aufgabe bestehtnun darin, das Öffnen dieses Kippfensterszuverlässig zu erkennen.RealisierungMesssystemDer Systemaufbau des Messsystemsist in Abbildung 1 dargestellt,der Körperschallsensor bestehtaus einer Piezofolie, die mittelsdoppelseitigem Klebeband auf derFensterscheibe befestigt wird. Erwandelt Körperschallwellen inelektrische Signale um, welche anschliessendverstärkt und gefiltertwerden. Die Analog/Digital-Wandlungerfolgt mit der im PC integriertenSoundkarte. Die Signalanalysewird anschliessend mit Matlab(Mathematikprogramm für numerischeBerechnungen) durchgeführt.EreigniserkennungDas Prinzip der Ereigniserkennungist in Abbildung 2 illustriert. Grundsätzlichgliedert sich der Vorgangin eine Lern- und Arbeitsphase. Inder Lernphase (Abbildung 2 oben)werden 40 Öffnungsvorgänge aufgenommenund mit der Fast FourierTransformation (FFT) in ihreSpektralanteile zerlegt, anschliessendwird durch Überlagerungder einzelnen Frequenzspektrenein Referenzspektrum erzeugt.Dieser Prozess muss nur einmal,bei einem neuen Messobjekt, ausgeführtwerden. In der Arbeitsphasewird das Messsignal des Vorgangs(öffnen, schliessen, etc.)eingelesen und ein Messspektrumerzeugt. Durch Korrelation von Referenz-und Messspektrum resultiertein Wert zwischen 0 und 1,welcher die Ähnlichkeit der beidenSpektren und damit die Ähnlichkeitder Signale ausdrückt. Eine,aus Erfahrungswerten festgelegte,Schwelle entscheidet, ob dasMesssignal dem Referenzspektrumzugeordnet werden kann undsomit dem gesuchten ÖffnungsvorgangentsprichtAusblickEs konnte gezeigt werden, dassdie Ereigniserkennung des Öffnungsvorgangs(Modell Kippfenster)realisierbar ist, dies gilt alsGrundlage für weitere Entwicklungen.Die Ereigniserkennung wirdmomentan noch auf dem PCdurchgeführt, später soll diese miteinem batteriebetriebenen Kleinsystemerfolgen. Dazu müssenallerdings die in Matlab entwickelten/verwendetenAlgorithmen aufein Mikroprozessorsystem übertragenwerden.Gion Andri Clalünagionandri.claluena@bluewin.chAbb. 1: Systemaufbau MesssystemAbb. 2: Funktionsprinzip der Ereigniserkennungti.bfh.ch107

BIBEBUVABSc en Électricité et systèmes de communicationSurveillance de chiens de protectionTélémétrie par le réseau mobile / Directeur de thèse: Prof. Claude BrielmannExpert: Prof. Jean-Philippe NicoletPartenaires du projet: OFEV/HESA, Berne/ZollikofenL’association pour la protection des troupeaux souhaiterait réintroduire le chien de protection pour la surveillancedes troupeaux de vaches ou de moutons, en particulier la nuit. Actuellement, la loi n’autorise pasde laisser des chiens dans la nature sans surveillance. L’Office Fédéral de l’Environnement (OFEV - BAFU)est prêt à contribuer au développement d’un dispositif électronique de surveillance pour évaluer l’efficacitéd’une surveillance électronique. Le mandat a été confié à la HESB.Gabriel Da Silva Cardosogaby_cardoso7@hotmail.comLuis Filipe Silva Costafilipe_costa3@hotmail.comIntroductionLa surveillance et la localisation deschiens de protection des troupeauxfont l’objet d’une attention particulièrede la part de l’OFEV. En effet,le loup ayant été réintroduit enSuisse, une surveillance plus accruedes troupeaux est nécessaire.Le développement du dispositifélectronique en question, à implémentersur le collier du chien, permettraità son propriétaire de lelocaliser à n’importe quel momenten temps réel et de visualiser l’historiquede ses déplacements. Enoutre, le recueil d’informations supplémentairestels que l’activité etles aboiements du chien permettraità la Haute Ecole d’Agronomiede Zollikofen (HESA) de mener desétudes comportementales. Lorsdes dix semaines précédant lemémoire du Bachelor, nous avonsdéveloppé le hardware du systèmeembarqué et établi les spécificationsdu système avec nos mandataires.Le mémoire de Bachelorcomprend le développement dulogiciel du système embarqué, ainsique le développement d’applicationsclient et serveur.FonctionnalitésLe système embarqué est munid’un module combiné GSM/GPS,d’un système de détection d’aboiements,d’un accéléromètre ainsique d’un microcontrôleur. Il fonctionneselon deux modes de surveillance: le mode «Watch» et lemode «Live». Le premier proposeune surveillance avec des paramètresvariables telles que la fréquenced’acquisition des donnéesGPS et la fréquence de remontéedes données au serveur. De plus, àl’aide de la carte géographique disponiblesur l’application client, unou plusieurs périmètres de surveillancesont configurables. L’utilisateursélectionne les différentesalarmes SMS qu’il désire recevoiret une fois les nouveaux paramètresconfigurés, les nouvellesconfigurations sont transmises à unserveur sur lequel est connecté unmodule GSM qui enverra un SMSde configuration au système embarqué.Finalement, le mode «Live»permet de visualiser sur l’applicationcartographique les déplacementsdu chien en temps réel pendantune durée de 60 secondes.Système intelligent etconsommation d’énergieL’un des grands défis de ce projetest de minimiser la consommationen courant à l’aide d’un systèmeintelligent et de garantir une autonomiemaximale. En effet, la présenced’un accéléromètre permetde détecter les périodes d’activitéset d’inactivités du chien et ainsi defaire entrer le système dans unmode basse consommation. Enoutre, la quantité de données transmisespar GPRS sur le serveur estréduite au strict nécessaire en supprimantles données redondantesRésultatsLa réalisation du projet a abouti àun système prêt à être testé enconditions réelles sur un chien etgarantissant une autonomiemoyenne en usage standard deplus de 40 jours avec une batteriede 6.75Ah.Schéma fonctionnel108 ti.bfh.ch

Elektro- und KommunikationstechnikBIBEBUVASolaranlage HüttengrabenElektrische Energietechnik / Betreuer: Prof. Urs MuntwylerExperte: Dr. Rudolf MinderProjektpartner: Baugenossenschaft Zurlinden, ZürichDie Baugenossenschaft Zurlinden aus Zürich plant die Wohnüberbauung Hüttengraben 2-16. Damit dieGebäude den Grundsätzen des SIA-Lehrpfads 2000 Watt-Gesellschaft entsprechen, muss pro Haus einePhotovoltaikanlage installiert werden, welche 9500 Kilowattstunden pro Jahr erzeugt.AusgangslageDie 8 Häuser haben sehr komplexeFormen mit 2 unterschiedlichenDachniveaus. DiverseDachdurchdringungen und ein2500 Millimeter hoher Liftschachtmachen einen grossen Teil derDachfläche nicht nutzbar. Da nur2 dieser Gebäude identisch sind,müssen bei jeder Variante 7 verschiedeneDachformen betrachtetwerden.Aufgabe und ResultateIn der Bachelor Thesis wurden 3unterschiedliche Varianten erarbeitet.Die Module wurden auf denDächern den Verschattungsverhältnissenentsprechend optimalangeordnet. Es wurde ein Verkabelungskonzeptmit Wechselrichter-Verschaltungerstellt. EineErtrags- und Wirtschaftlichkeitsrechnungwurde durchgeführt. ProAusrichtungsvariante gibt es nocheinzelne Optionen mit unterschiedlichenVerschaltungen undWechselrichtern (WR).Die Variante 1, Südausrichtung,wird mit kristallinen Zellen und 3Wechselrichterkonfigurationenbeschrieben. Mit dem Fronius IGPlus 35-Wechselrichter (WR) istdie Amortisationszeit am längsten.Beim PIKO 10.1-WR mit 3 MPP-Trackern sind die Installationskostentief. Mit den 3 StecaGrid 3600-WR ist der Wirkungsgrad sehrhoch.Auch bei der zweiten Variante,Ost- Westausrichtung, kommenkristalline Zellen und unterschiedlicheWR zum Einsatz. Bei der Optionmit dem Fronius IG 30-WRwird der grösste Jahresenergieertragerzeugt.Die Variante 3, Ausrichtung amDachrand, ist sehr unkonventionell.Auf den 8 Gebäuden gibt es13–15 verschiedene Ausrichtungen.Es wurden 3 Optionen angewendet,jedoch scheiterten alle.Diese Variante wird nicht empfohlen.Nach dem Beschrieb der einzelnenVarianten wurde eine Bewertungdurchgeführt, bei der alleOptionen miteinander verglichenwurden. In Einbezug der unterschiedlichenEinflussfaktoren wieKosten, Verschaltung usw. wurdedie Ost- Westausrichtung mit dengalvanisch getrennten Fronius IG30-WR gewählt. Sie erzeugt ammeisten Jahresenergie mit11 084 kWh bei Installationskostenvon 42 890.40 Schweizer Franken.Die Anlage ist nach 10 Jahren gewinnbringendamotisiert undbringt nach 25 Jahren einen Erlösvon 92 845 Fr. pro Haus ein.FazitDer Ertrag von mindestens9500 kWh konnte mit der Südwieauch mit der Ost- West-Ausrichtungmit kristallinen Solarmodulenerreicht werden. DieAusrichtung am Dachrand derSolarmodule ist nicht empfehlenswert.Michael Diethelmdiethelmmichael@bluewin.chÜberbauung Hüttengraben, Südausrichtungti.bfh.ch109

BIBEBUVABSc in Elektro- und KommunikationstechnikRealisierung eines DVB-S2 CodersInformations- und Kommunikationstechnologien / Betreuer: Prof. Dr. Rolf VogtExperten: Hugo Ziegler, Martin ZehnderProjektpartner: ENKOM INVENTIS AG, GümligenIn nicht anderweitig versorgten Gebieten stellt der Internetzugriff via Satellit die einzige Möglichkeit dar,«online» zu sein. Zu diesem Zweck sieht der Standard für das digitale Fernsehen, «Digital Video Broad castingvia satellite, second generation» (DVB-S2), einen Daten-Rückkanal via Satellit vor. In dieser Bachelor-Thesiswurde anhand des DVB-Standards ein Signalgenerator/Simulator entwickelt, welcher es erlaubt, ein idealesSatellitensignal zu erzeugen, mit welchem später professionelle Empfänger getestet werden können.Marco Dubachmarco-dubach@bluewin.ch079 723 91 29Cyril Zwahlenc_m_a_i_l@hotmail.comZielUnser Projektpartner möchte innaher Zukunft einen professionellenDVB-S2 Empfänger entwickeln.Dieser soll vor Ort dieEmpfangsqualität messen. Im Gegensatzzu herkömmlichen Messeinrichtungensoll nicht nur eineLeistungsmessung erfolgen. DerEmpfänger muss auch in der Lagesein, das Signal korrekt zu demodulierenum die Bitfehlerrate zuermitteln. Für dessen Realisierungwird zu Testzwecken ein Modulatorbenötigt, welcher das Symbolim Basisband korrekt simuliert.In dieser Bachelor Thesis soll einvollwertiger DVB-S2 Simulatorentwickelt werden. Die dazu erzeugteSoftware soll im AnschlussHardware ansteuern, welche dasphysikalische Signal generiert.Anhand dieses Signalmodulatorswird unser Projektpartner in derLage sein, einen Empfänger zuentwickeln, welcher nicht nur eineLeistungsmessung durchführt,sondern auch ein Signal korrektdecodiert.VorgehenMit Hilfe des genormten Standardsfür digitales Fernsehenwurde in einem ersten Schritt dieThematik kennen gelernt. Anschliessendwurde ein geeigneterSignalgenerator ausgewählt, welcherdie Spezifikationen des internationalenStandards erfüllt. Einwichtiges Kriterium bei der Auswahlwar die hohe Bandbreite, mitder komplexe Signale gesendetwerden. Als besondere Herausforderunggalt der Umgang mit denhohen Datenraten.Damit ein korrekt moduliertes Signalgewährleistet werden kann,wurden ein Signalmodulator, sowieein Signaldemodulator jeweilsvon einem Studenten entwickelt.Dadurch war es möglich, das SystemSchritt für Schritt zu simulierenund auf Fehler zu prüfen. Folglichwurde aus der Simulation desModulators eine Software erzeugt,welche die Signaldaten dem Signalgeneratorzuführt.ResultatWir konnten erfolgreich einen Modulatorund einen Demodulator fürDVB-S2 Signale entwickeln. Dankunserer Vorgehensweise, konntenwir das System auf dessen korrekteFunktionalität prüfen. Die Softwarewurde mit Erfolg aus derSimulation gebildet. Es wurde einSignalgenerator ausgewählt, welcherunseren Anforderungen gerechtwird. Tests haben bestätigt,dass dieser die Signale mit dergeforderten Bandbreite erzeugenkann und somit für unser Systemgeeignet ist.Simulation des SystemsBlockschaltbild der DVB-S2 Technologie110 ti.bfh.ch

BSc in Elektro- und KommunikationstechnikBIBEBUVAFührerstand-Simulator für das Albula-MuseumEisenbahntechnik / Betreuer: Prof. Dr. Hansjürg RohrerExperte: René BuserProjektpartner: Bahnmuseum Albula, BergünAm 1./2. Juni 2012 wurde das Bahnmuseum Albula in Bergün eröffnet. Für das Museum wurde im Rahmendieser Bachelor-Thesis ein Fahrsimulator für eine Krokodillokomotive Ge6/6 sowie ein Bremssimulator entwickelt.Der Fahrsimulator befindet sich direkt in der Lokomotive, welche vor dem Museum steht und wirdmittels der originalen Führerstandelemente bedient. Der Bremssimulator steht den Besuchern im Innern desMuseums zur Verfügung. Die Erfassung der Hardwarekomponenten sowie die Programmierung der SPS-Steuerung waren die Hauptbestandteile dieser Arbeit.AusgangslageZiel war es, einen Fahrsimulatoreiner Ge6/6 zu realisieren. Bei dieserLokomotive handelt es sich umeine Krokodillok aus dem Jahr1922. Der Simulator befindet sichdirekt im Führerstand und obwohldie Lokomotive nicht mehr fahrtüchtigist, soll sie so weit wiemöglich im Originalzustand belassenwerden. Sie befindet sich vordem Bahnmuseum Albula inBergün und ist gleichzeitig eineder Attraktionen dieses Museums.Ebenfalls Teil dieser Arbeit ist dieRealisation eines Bremssimulators,welcher sich im Innern desMuseums befindet.Eine der Aufgaben war es, dieHardwarekomponenten elektrischzu erfassen. Weiter wurde eineSPS-Steuerung eingesetzt, um dieerhaltenen Signale zu verarbeitenoder Elemente anzusteuern. DieSPS dient gleichzeitig als Schnittstellezwischen der Hardware undder Software, welche auf einemWindows- PC abläuft.RealisierungZu Beginn der Arbeit wurde derFahrkontroller ausgebaut undnach Biel geschickt. Im Laborwurde nach geeigneten Lösungenfür die Erfassung der Fahrstufensowie der Positionen für den Pantoschalter(Stromabnehmer) undden Wendeschalter gesucht. Fürbeide Schalter fiel die Entscheidungauf Hallsensoren. Diese sindpreiswert, zuverlässig und könnendirekt auf die digitalen Eingängeder SPS geführt werden. Auch beiden Fahrstufen wurde nach einerkontaktlosen Variante gesucht.Schliesslich wurde ein Lineargebereingesetzt, der ebenfalls nachdem Hallprinzip funktioniert. Gespiesenmit einer 24V-Spannungliefert er ein analoges Signal zwischen0 und 5V. Somit kann auchdieses Signal ohne Probleme aufeinen analogen Eingang der SPSgeführt werden.Alle weiteren Komponenten warenbereits elektrisch erfasst oder eswaren weitere Sensoren vom ProjektpartnerSysEngineer vorinstalliertworden.Mit den Ausgängen der SPS wurdenfolgende Komponenten angesteuert:Der EC- Motor (elektrischkommutierter Motor), welcher denoriginal Tacho antreibt, die Anzeigenfür diverse Volt- und Amperemeter,diverse Relais für 230V-Verbraucher oder für Lampen, diemit 24V betrieben werden.Die Simulationssoftware Locsimwurde von unserem DozentenHerr Dr. Hansjürg Rohrer realisiert.Die Kommunikation vom PC zurSPS erfolgt über eine RS232-Schnittstelle.Kevin Eggenkevin.eggen@sunrise.chAlain Felderfelderala@gmail.comResultate und AusblickSowohl der Fahrsimulator der Lokomotiveals auch der Bremssimulatorkonnten während der Bachelor-Thesisin Betrieb genommenwerden. In einer weiteren Etappesind Erweiterungen bezüglich derVakuumbremse geplant, welcheim Moment noch nicht berücksichtigtwurde.Krokodillok vor dem BahnmuseumFührerstand mit Simulatorti.bfh.ch111

BIBEBUVABSc en Électricité et systèmes de communicationGateway for Home Automation SystemsDomotique / Directeur de thèse: Prof. Claude Brielmann, Prof. Peter AeschimannExpert: Jean-Philippe NicoletPartenaires de projet: Biviator AG, MöringenL’installation d’un système domotique post construction peut être gênante et onéreuse avec des câblesspéciaux qui traînent dans toute la maison. Les systèmes de réhabilitation sont essentiellement financéspar de riches propriétaires pour leur appartement au centre ville ou leur résidence secondaire.Afin de tirer profit du potentiel de marché, les fabricants de domotique devraient développer des systèmeset des composants qui font appel à des protocoles de communication sans fil. Ces systèmes devraient êtreà basse tension, fiables et avoir une forte compatibilité.Mohammed FonsecaBoukhalatfobomo1985@gmail.comIntroductionLe mot domotique, contractiondu mot domus (latin: domicile) etdu suffixe tique (en rapport avecl’électronique et l’informatique) estl’ensemble des techniques utiliséesdans les bâtiments (immotique)et plus particulièrement lesmaisons individuelles, visant àapporter des fonctions de:– sécurité (alarmes, caméras IP etautres équipements de télésurveillance),– confort (configuration de scénarios,mobilité des commandes),– gestion d’énergie (automatisationdu chauffage et de la climatisation),– communication (gestion à distance,commande par voix).digitalSTROM (dS) est un systèmedomotique qui communiqueen mode courant porteur en ligneavec les appareils électriques reliésau réseau 230V au travers decomposants-passerelles. dS estintéressant du fait qu’aucun busdédié ne doit être installé. Ce systèmepossède un serveur qui communiqueavec les appareils électriqueet avec le réseau informatiquevia TCP/IP. Il permet de visualiserla consommation d’énergie desappareils et de les gérer depuisinternet.EnOcean (EnO) est un ensemblede produits communiquant par fréquenceradio. La particularité deces produits est qu’ils intègrentdes éléments qui captent l’énergieambiante et permettent à un circuittransmetteur d’envoyer des messagesradio à une station placéejusqu’à 30 m en intérieur ou 200 mà l’extérieur. L’avantage des produitsEnOcean est qu’il ne faut pasles alimenter avec des batteries.ButsLes buts de mon travail ont été de1. étudier les deux technologies,2. développer, en Java, les deuxinterfaces de communicationavec le PC,3. réaliser une passerelle pourfaire interagir leurs composantsensemble.DéroulementPour commencer par étudier lesdeux standards à différent niveaud’abstraction, afin de comprendreleurs protocoles respectifs et leursrègles de communication.Ces connaissances m’ont ensuitepermis de développer deux interfacesde communications sousforme d’API avec un GUI facilitantla lecture et l’écriture dans lesdeux domaines.Pour finir, j’ai pu réaliser une légèreapplication me permettant d’interagirentre les domaines, en créantdes couples d’action-réaction (parexemple Lampe1 de dS est commandéepar Switch2 de Eno).RésultatL’interopérabilités de ces deuxstandards est désormais possiblegrâce aux interfaces de communicationet à la passerelle. Les interfacespeuvent être facilement intégréesdans d’autres projets.ConclusionÉtablir des passerelles entres protocolesdomotique ouvre des voixvers de nouvelles fonctionnalités.Aussi, le fait de pouvoir faire interagirdes produits de différentfabricant permettra de réduire leprix d’une installation domotique.Il s’agit là, sans aucun doute,d’un domaine à fort potentiel d’innovation.Système digitalSTROMComposants EnOceanConcept de passerelle digitalSTROM-EnoCean112 ti.bfh.ch

BSc in Elektro- und KommunikationstechnikBIBEBUVADirect Sequence Spread Spectrum DemonstrationsanlageICT / Betreuer: Prof. Alfred KaufmannExperte: Hans ZahndDirect Sequence Spread Spectrum ist ein Bandspreizverfahren, das seine Anwendung in der Telekommunikationsbranchefindet. Mit diesem Verfahren ist es möglich, mehreren Benutzern gleichzeitig das Übertragenvon Daten über ein breites Spektrum zu erlauben. Seine Code Division Multiple Access (CDMA)Eigenschaften machen sich UMTS- und GPS-Systeme zu Nutzen. In dieser Bachelor-Thesis wurde eineeinfache Demonstrationsanlage für die Berner Fachhochschule für Technik und Informatik entwickelt undrealisiert, die das Prinzip des Direct Sequence Spread Spectrum veranschaulicht.AusgangslageIm Jahr 2007 wurde bereits eineDiplomarbeit von S. Riemer überdas Thema «Spread SpectrumEmpfänger für Demonstrationen»verfasst. Diese Arbeit, respektivedie Demonstrationsanlage wurdewährend der Projektstudie in ihrerFunktion, als auch in der rein diskretaufgebauten Hardwarelösunghinterfragt. Daraus erfolgte einmodernisiertes Konzept, das auseinem Spartan 3E EvaluationsBoard (Xilinx) und einem HF-Boardbestand, dass das Funktionsprinzipeines DSSS-Systems dem Benutzerveranschaulicht.ZielsetzungDas erarbeitete Konzept sollte soumgesetzt werden, dass dem Benutzerder Demonstrationsanlageein übersichtliches Human MachineInterface und mehrere Verifikationspunktezur Verfügung stehen.Aus diesem Grund sollen mehrereSpreiz-Code Arten in das Designimplementiert werden, damit derBenutzer die Möglichkeit hat, derenUnterschiede und Eigenschaftenim Spektrum zu verifizieren.Des Weiteren soll der Benutzer mitder Demonstrationsanlage eineÜbertragungsdistanz von 5 Meterim freien Raum überwinden können.RealisierungIm Laufe der Bachelor Thesis erkannteman, dass die auf demSpartan 3E verbauten AD- undDA-Converter nicht den Anforderungenfür ein DSSS-Systemgenügten. Daraus entstand einerneuertes Konzept für die Demonstrationsanlage,bestehendaus dem Spartan 3E Board, einemIO-Converter, der die Signale Digital-Analogund Analog-Digitalwandelt, und einem HF-Board,dass die vom IO-Converter quantisiertenSignale in einem höherenFrequenzband abstrahlen undwieder empfangen kann.Bei der Realisierung wurde derSendepfad der Direct SequenceSpread Spectrum Demonstrationsanlagepriorisiert behandelt.Verifikation / AusblickMit dem realisierten DSSS-Systemkann ein Direct Sequence SpreadSpectrum Signal abgestrahlt undauf der 5 Meter abgesetztenGegenstation wieder empfangenwerden. Dem Benutzer der Demonstrationsanlagewerden zahlreicheVerifikationspunkte und einhandliches Human Machine Interfacefür die Parameterwahl zurVerfügung gestellt.Das System kann in einem weiterenSchritt durch ein Userdaten-Interface (RS232, USB) sowiedurch ein verbessertes digitalesBasisbandfilter oder mit einerMessfunktion im FPGA erweitertwerden. Durch diese zusätzlichenFeatures wird die Anschaulichkeiteines Direct Sequence SpreadSpectrum Signals nochmals gesteigert.Thomas Gerbergoos@postmail.ch+41 79 322 91 65Direct Sequence Spread Spectrum Demonstrationsanlageti.bfh.ch113

BIBEBUVABSc in Elektro- und KommunikationstechnikAutomated Softwaremetric for Embedded SoftwareSoftwaremetrik / Betreuer: Prof. Dr. Elham FirouziExperte: Luca HaabProjektpartner: Keymile AG, BernIn grösseren Firmen werden diverse Management Tools zur Analyse und Überwachung der Softwarequalitäteingesetzt. Die dazu verwendeten repräsentativen Werte der aktuellen Qualität werden durch diverseSoftwaremetriken erhoben, die teils einen Ursprung in den 70er Jahren finden. Durch die kontinuierlichenRückmeldungen der Metriken hilft es den Softwareentwicklern und deren verantwortlichen Leitern, einenÜberblick über die vorzufindende Qualität zu verschaffen. Ein möglicher Nutzen einer hohen Qualität ist dieRisikominimierung und die Kostensenkung bei Fehlerkorrekturen.Nathanaël Grundernathanael.grunder@me.comAusgangslageKEYMILE ist einer der führendenAnbieter von Datenübertragungssystemenfür Betreiber von Telekommunikationsnetzen.Kunden inüber 100 Ländern vertrauen im Bereichvon Multi-Service-Zugangsplattformen,sowie spezifischenLösungen dieser Produkte. ZumFunktionieren der einzelnen Produktewird eine Vielzahl an Embedded-Softwarelösungenbenötigt,die kontinuierlich mit neuen Featuresausgestattet werden. Bei denbestehenden Softwarekomponentenist zudem einen Instandhaltungsaufwanderforderlich.Durch das starke Anwachsen derAnzahl von spezifischen Softwareproduktenist der Überblicküber deren Qualität für die Managerbis auf Stufe des Entwicklers zunehmendschwieriger zu erlangen.Die notwendigen Informationenwerden bis zum heutigen Zeitpunktvon Hand zusammengetragen undaufbereitet. Die Ergebnisse dienendann bei einem Code Review alsGrundlage zur Entscheidung dergenaueren Betrachtung konkreterSoftwarekomponenten. Doch dasZusammentragen und das Aufbereitender Informationen nimmt immermehr Zeit in Anspruch und solldeshalb in einem Automationsprozesserledigt werden.matisierten Erhebung der Softwarequalität.Diese soll in einemweiteren Schritt die gewonnenenDaten durch eine standardisierteForm in dem zentralen Datenpoolablegen. Zum Darstellen dieser Datenwird ein web basiertes Interfacebenutzt.Der gesamte Analyseprozess soll inder Zukunft einfach erweiterbarsein, um mit mehreren Inputquellenarbeiten zu können. Dies gilt auchbei den benutzten Analyse Toolsund dem Webinterface.VorgehenDas Vorgehen kann in drei Untergebieteaufgeteilt werden. Die erstePhase beinhaltet eine State-of-the-Art Analyse des gewünschten Systems(Metrictool & Grafik Interface)und betrachtet die unterschiedlichenexistierenden Lösungsansätze.Hier kommen kommerzielle Lösungsansätze,sowie Open SourceTools in die engere Auswahl undwerden mit einer Nutzwertanalysebeurteilt.Ein weiterer wichtiger Abschnitt beinhaltetdie Evaluation der Tools fürdie nachfolgende Implementierung.Die Evaluation wird auf Grundder gewonnenen Erkenntnisse derdurchgeführten State-of-the-Art gemachtund hat direkten Einfluss aufdie letzte Phase der Realisation.Im letzten Schritt wird der Automationsprozessals Basissystem mitder Benutzung eines Metriktoolsimplementiert. Da es sich dabei umeinen Standard für ein weiterführendesSystem handelt, wird der Generierungeins guten Designs vielWert beigemessen. Die anschliessendeDarstellung als Webpagewird weniger Gewicht gegeben,dient jedoch als Komplettierung desSystems.ZieleDas Hauptziel galt dem Aufbaueneiner Grundinfrastruktur zur auto-Schematische Darstellung des Systems für die automatisierte Qualitätsanalyse.114 ti.bfh.ch

BSc in Elektro- und KommunikationstechnikBIBEBUVALautsprecherlokalisierung eines E-puck RobotersRobotik / Betreuer: Prof. Dr. Josef Götte, Prof. Dr. Björn JensenExperte: Felix KunzProjektpartner: GCtronic, LuganoEine der zentralen Fragen der mobilen Robotik ist die Bestimmung des Standorts. Die Antwort auf die Frage:«Wo bin ich?» erscheint so offensichtlich und ist doch der wichtigste Bestandteil für die Planung dermeisten Roboteraufgaben. Sei es eine einfache Wegplanung oder die Erfüllung komplexer Missionen. DieStandortsbestimmung (Lokalisierung) kann im Allgemeinen mit einer Vielzahl von Sensoren erreicht werden.AusgangslageDer E-puck ist ein kleiner Roboterfür die Bildung an Universitätenund Hochschulen. Er wurde an derEPF-Lausanne entwickelt. Der E-puck ist ausgerüstet mit 3 Mikrophonen,die eine Schallwellenaufnahmeermöglichen. Ziel dieserArbeit ist es, den Standort desE-pucks durch die Lautsprechersignalemit den roboterintegriertenMikrophonen zu bestimmen. Inder Umgebung werden Lautsprecheran bestimmten Orten plaziert,die definierte Signale ausstrahlen.Von der Messung derLaufzeitunterschiede wird danneine erste Positionsschätzung ermittelt.Mit einer Reihe von Positionsschätzungenwird dann diekonkrete Position ermittelt. Ausserdemsoll die Positionswahrscheinlichkeitgraphisch dargestelltwerden.VorgehensweiseZuerst wurde ein mathematischesModell der Lokalisierung erstellt.Das Modell beschreibt die kreisförmigeAusbreitung der Schallwellen.Um das Modell zu testen,wurde eine Nachbildung der E-puck Signale theoretisch erzeugtund ausgewertet. Dann wurde dasModell mit den reellen Datennochmals ausgewertet. Es wurdenbestimmte Methoden eingesetztum die reellen Daten zu verbessern.Es wurde als nächstes dieMarkov-Lokalisierung eingesetzt,um die Position des E-pucks zubestimmen, da sie eine Positionswahrscheinlichkeiterzeugt. DieMarkov-Lokalisierung unterteiltden Bewegungsraum des Robotersin eine bestimmte Anzahl vonZellen. Die Laufzeitunterschiedepro Lautsprecher mit bekannterAusrichtung einer jeden Zelle wurdenberechnet und in einer Dateigespeichert. Die reell ausgemessenenDaten wurden dann vonden berechneten Daten abgezogen.Durch die entstandenen Ergebnissekonnte dann ein 3D Fehlerbilderstellt werden. Die Fehlerwurden mit einer Gaussverteilungbearbeitet um eine Positionswahrscheinlichkeitzu ermitteln.ResultateDie theoretische Nachbildung derSignale hat gezeigt, dass es möglichist die genaue Position desRoboters zu bestimmen. In derpraktischen Umsetzung waren dieErgebnisse jedoch zu ungenau.Aber man konnte den Winkel zuden Lautsprechern bestimmen,und daraus dann doch noch dieungefähre Position des Robotersableiten. Durch die Markov-Lokalisierungkonnte dann die Positionsschätzungnoch verbessertwerden.Simone Guscettisimone.guscetti@gmail.comE-puck Roboter3D Fehlerdarstellungti.bfh.ch115

BIBEBUVABSc in Elektro- und KommunikationstechnikUniverselles Prüfsystem für SPS von SelectronMechatronik / Betreuer: Prof. Markus MoserExperte: Felix KunzProjektpartner: Selectron Systems AG, LyssEs wurde ein universelles Prüfsystem entwickelt, das die Funktion von CPUs der Firma Selectron SystemsAG sowie deren Erweiterungsmodule prüft. Durch die Verifizierung der korrekten Kommunikation übersämtliche Schnittstellen wird eine automatisierte Prüfung realisiert. Die Bedienung des Systems erfolgt voneinem Notebook aus, welches mithilfe einer Prüfbox mit dem Prüfling kommuniziert.Philipp Gyselgyselph@gmail.comRaphael Schertenleibtraceur90@pgmail.chAusgangslageGeräte der Produktefamilie MASder Firma Selectron kommen zurReparatur und weisen häufig keineDefekte auf. Die Fehler liegenvielfach beim Kunden: falscheVerdrahtung, Sensoren, Aktorendefekt, SW-Fehler und dergleichen.Die Fehlereingrenzung sollteschnell und einfach schon beimKunden oder beim WareneingangSelectron möglich sein, daherkommt der Wunsch nach einemuniversellen Prüfgerät. Im Rahmender Studienarbeit 1 und 2 wurdendie Steuerungssysteme der FirmaSelectron analysiert, das Prüfgerätekonzepterarbeitet und diesesin einem Pflichtenheft definiert.ZielsetzungDer Hardware-Aufbau der Prüfboxist zu realisieren. Weiter soll derPrüfablauf genau definiert undeine passende Anleitung für denAnwender geschrieben werden.Zudem wird ein Programm mit einemGUI geschrieben, um demAnwender eine einfache Bedienungzu ermöglichen.Realisierung HardwareDer Aufbau der Prüfbox setzt sichaus Speisungsmodulen, einerCPU und einigen Erweiterungsmodulenzusammen. Die CPU alsHerzstück des Aufbaus dient alsmultifunktioneller Adapter zwischendem Notebook und demPrüfling; über sie wird kommuniziert.Die Erweiterungsmodulewurden entweder als Erweiterungsgarantverbaut oder werdenzum Erzeugen von Prüfsignalenfür die I/O-Module verwendet.Realisierung SoftwareDer Prüfablauf wird durch einC++-Programm gesteuert, welchesauf einem Notebook läuft.Dieses nutzt ein Software-Tool derSelectron, mit dem einfach mit derPrüfbox kommuniziert werdenkann. Durch Einloggen auf einerCPU via Prüfbox kann die korrekteKommunikation verifiziert werden.Um ein Erweiterungsmodul zu testen,wird eine Applikation auf dieCPU geladen. Diese definiert dasVerhalten der CPU. Um einen Eingangzu testen, wird der Prüflingmit einem Ausgang der Prüfboxverbunden. So sendet die Prüfboxein Signal zum Prüfling, der aufdieses Antwortet. Analog verhältes sich für die Prüfung von Ausgängen.AusblickDas Prüfsystem wurde bewusstmodular aufgebaut. So ist gewährleistet,dass das System inspäteren Projekten weiterentwickeltwerden kann. Das Programmbesitzt noch kein GUI. Ausserdemsollte das Programm auf demNotebook so erweitert werden,dass auch analogen Erweiterungsmodulegetestet werdenkönnen. Ausserdem sollte esmöglich sein, den C-Bus undL-Bus einer CPU zu testen. DieseBusse werden verwendet, um zusätzlicheModule mit der CPU zuverbinden.Innenaufbau der Prüfbox116 ti.bfh.ch

BSc in Elektro- und KommunikationstechnikBIBEBUVALinearmotorgetriebenes Pick & PlaceMechatronik / Betreuer: Prof. Max FelserExperte: Josef Meyer Ericsson, Franz Oebels Weiss GmbHProjektpartner: Weiss GmbH, Buchen / DeutschlandIn der Automatisierungstechnik steigt die Zahl der Anwendungen, bei denen Bauteile sehr schnell gehandhabtwerden müssen, stetig an. Damit stösst man in der Automation an die Grenzen pneumatischer Handhabungsmodule.Der Trend zu höherer Dynamik erfordert vermehrt den Einsatz permanentmagneterregterLinearmotoren. Diese Arbeit stellt einerseits die Grundlagen der Linearmotortechnik vor. Andererseits sinddie Motoren einer Pick & Place- Einheit berechnet, modelliert und anschliessend ausgemessen worden.AusgangslageDie lineare Antriebstechnik ist invielen Bereichen der Industrie anzutreffen.Beispielsweise werdenin der AutomatisierungstechnikWerkstücke auf Palletten abgelegt,Bauteile umgesetzt oder inWerkzeugmaschinen den Schlitten.Herkömmliche Lösungen sindin oftmals mit Servomotoren angetrieben.Die Drehbewegungwird über Kugelgewindespindelnoder Zahnriemen in lineare Bewegungentransformiert. Das Bedürfnisnach immer kürzerenZykluszeiten in der Automatisierungstechnikverlangt nach dynamischerenAntriebskonzepten.LinearmotortechnikDie Pick & Place-Einheit integriertin einem kompakten Modul zweidirektangetriebene, freiprogrammierbareLinearmotorachsen. DieKonzentration auf wenige Bauteileschliesst das Vergiessen der Spulenpaketein das Grundgehäusemit ein. Deshalb unterscheidetsich die Bauform von herkömmlichenLinearmotorachsen. DiePick & Place Einheit kommt weltweitüberall dort zum Einsatz, wodynamische Positionierungsaufgabenbei hohem Maschinenausstossauf engem Raum gefordertist. In der Praxis werden bis zu120 Zyklen pro Minute erreicht.Haupteinsatzgebiete dieser Einheitsind etwa die Montage vonElektronikkomponenten für Haushalt-und Automobilindustrie, inder Uhren- und Spielwarenherstellungoder in der Medizintechnik.RealisierungFür die Pick & Place-Einheit ist einSimulink-Modell erstellt worden.Zur Abbildung des Modells inMatlab sind die Systemgleichungeneines Linearmotors hergeleitetund dokumentiert worden. DieLinearmotorachse ist in drei Teilbereicheaufgeteilt. Der elektrischeTeil beinhaltet die Spulen zurGenerierung des Magnetfelds. Dermagnetische Bereich überträgtdie im Magnetfeld vorhandeneEnergie in eine lineare Kraftkomponente.Die entstehende Kraftwiederum beschleunigt ein mechanischgekoppeltes System.Anschliessend an die Erstellungdes Modells wurden die Kräfteund Ströme der Motoren berechnet.Auf einem massiven Stahlunterbausind diverse Messungenzur Verifikation der Motordatendurchgeführt. Die Abweichungenvon Theorie und Praxis sind detailliertund nachvollziehbar dokumentiert.AusblickDie Linearmotortechnologie wirdaufgrund ihres hohen Wirkungsgradesin Zukunft deutlich an Bedeutunggewinnen. Die höhereDynamik, flexiblere Handhabungund energieeffizienter Betrieb sinddie ausschlagegebenden Faktoren,dass die pneumatischenHandhabungsmodule in Zukunftschwer zu finden sind.Thomas Hesstom.h@gmx.ch+41 79 610 15 83ti.bfh.ch117

BIBEBUVABSc in Elektro- und KommunikationstechnikPV-Anlage Firma Loosli AG WyssachenPhotovoltaik / Prof. Urs MuntwylerExperte: Thomas SchottProjektpartner: Loosli AG, WyssachenEine Photovoltaik-Anlage ist die optimale Investition für Privatpersonen und Firmen. Nebst einem finanziellenAnreiz, besticht der Betrieb einer PV-Anlage auch mit der Tatsache, dass sie einfach auf jedermannsDach montiert werden kann. Die gesellschaftlichen und politischen Trends deuten immer mehr in Richtungerneuerbare Energie. Die Firma Loosli AG in Wyssachen ist interessiert, eine notwendige Dachsanierungmit der Produktion von Solarstrom zu kombinieren.Urs Hoferu_hofer1410@bluewin.chAndreas Vitellia.vitelli@gmx.chAusgangslageDie Firma Loosli & Co. AG in Wyssachenplant, die Überdachungihrer Produktionshalle zu sanieren(Bild 1). Die Idee ist, die Dachhautso zu konzipieren, dass einerseitspassives Licht in die Halle eindringenkann und andererseits Energiemittels Photovoltaik-Zellen erzeugtwird. Darüber hinaus soll sichergestelltsein, dass auch im Falle starkenSchneefalls kein Wasser in dieGebäudehülle eindringt, was momentannicht der Fall ist. Sollte essich aus wirtschaftlichen Gründenaufdrängen, könnte sogar einebauliche Veränderung der gesamtenDachkonstruktion vorgenommenwerden.Ziel der ArbeitWährend der Projektstudie wurdenverschiedene Aufdach- undIndach-Varianten analysiert. Eszeigte sich, dass die Aufdach-Variantemit monokristallinen ModulenNU-R250J5 von Sharp für dieGebäude am besten geeignet ist.Aufbauend auf dieser Variante galtes während der Bachelor-Thesisabzuwägen, ob es sich lohnenwürde, eine nachgeführte PV-Flächeauf den Firsten der Produktionshallenzu installieren und dieDachfenster entsprechend sinnvollanzuordnen. Zudem sollten dieVerschaltung, die Kabelführung,die Netzanbindung, sowie die Vermarktungder erzeugten Energiedetailliert behandelt werden.Resultate und AusblickMit Hilfe der Software PVSyst wurdenfür die gewählte Variante zahlreicheSimulationen durchgeführt.Einerseits, weil noch ein zusätzlichesHochregallager (Bild 2) dazugekommenist und andererseits,weil für die Einteilung der Dachfenstermehrere Varianten in Fragekommen. Zu diesem Zweck wurdeder gesamte Gebäudekomplex derFirma Loosli AG in 3D nachgebildet(Bild 3). Somit konnte der Sonnengangsimuliert und anhand derNahverschattungseffekte der jeweiligeEnergieertrag ermittelt werden.Als Resultat stellte sich heraus,dass eine nachgeführte PV-Flächeauf den beiden Firsten nur dannsinnvoll ist, wenn die Investitionskostender dafür benötigtenKonstruktion nicht mehr als280’000 Franken betragen.Die Variante 1 (Aufdach, monokristallinohne Nachführung und Dachfensterbeidseitig) erwies sich amRentabelsten. Sie weist eine Generatornennleistungvon 352 kW aufund erzeugt pro Jahr ca. 320 MWh.Mit einem KEV-Satz von 23.9 Rp./kWh (Annahme 2013) und einer Eigenkapitalverzinsungvon 2% resultierteine Amortisationszeit von18 Jahren. Mittels Investitionskostenvon 806’346 Franken kann dadurchnach 25 Jahren ein Überschussvon 406’708 Frankenerwirtschaftet werden. Die Anlagewirft auch nach diesen 25 Jahrenauf unbestimmte Zeit noch einenGewinn ab.Bild 1 Ansicht DachBild 2 Areal der Firma Loosli & Co. AGBild 3 Animierte Geländeansicht118 ti.bfh.ch

BSc in Elektro- und KommunikationstechnikBIBEBUVAXML/SOAP Webservice für einen MicrocontrollerICT / Betreuer: Peter AeschimannExperte: Mario GiacomettoDie Aufgabe dieser Bachelorthesis ist die Entwicklung einer Anwendung auf einem Mikrocontroller, welcheüber das XML/SOAP-Protokoll Daten austauschen kann. Es wurde ein Messsystem entwickelt, welchesMesswerte von verschiedenen Sensoren erfasst und über den Webservice verfügbar macht. Dieses Messsystemkann ausserdem so konfiguriert werden, dass es selbstständig Daten erfasst und auf einer SD-Karte abspeichert. Diese Daten lassen sich anschliessend ebenfalls über den Webservice herunterladen.MotivationHeute ist fast alles vernetzt. Jedochsind nicht ganz alle technischenGeräte in unserer Umgebungvernetzt. Das Internet jedochwächst und es werden immermehr Endgeräte angebunden. DasInternet von morgen ist das Internetder Dinge. Im Internet vonMorgen hat sogar der Kühlschrankeine Internetanbindung und bestelltFehlendes selbstständignach.Damit diese Vorstellung vom Internetüberhaupt umgesetzt werdenkann, braucht es standardisierteSchnittstellen, welche es ermöglichen,dass die Geräte untereinanderInformationen austauschenkönnen. Eine solche Schnittstelleist das XML/SOAP-Protokoll, welchesden Datenaustausch zwischenComputern ermöglicht. Beidieser Art von Datenaustauschspricht man von sogenanntenWebservices. Solche Webservicessind für Computer in etwadasselbe wie Websites für Menschen.Das Projekt «XML/SOAP-Webservicefür einen Mikrocontroller» istals Machbarkeitsstudie oder Technologieprojektaufzufassen. Dasoben beschriebene Zukunftsszenariowird erst umsetzbar, wennComputer im kleinen Format, odereben Mikrocontroller, fähig sindüber die heute standardisiertenSchnittstellen (wie XML/SOAP) zukommunizieren.UmsetzungDer Webservice läuft auf einemAVR32-Mikrocontroller von Atmel.Darauf kommt das EchtzeitbetriebssystemFreeRTOS zum Einsatz,welches mit dem lwIP-Stackerweitert wurde. Der lwIP-Stackermöglicht es dem Mikrocontrollerüber die Ethernet-Schnittstelle zukommunizieren. Der erste Schrittzur erfolgreichen Umsetzung wardie Portierung der gSOAP-Library.Diese wird benötigt, damit derMikrocontroller über das XML/SOAP-Protokoll kommunizierenkann und somit einen Webserviceanbieten kann. Nachdem diesegrundlegenden Funktionen integriertwaren, ging es darum eineBeispielanwendung zu realisieren.Die Anwendung, welche in dieserBachelorthesis umgesetzt wird,konnte selbstständig erarbeitetwerden. Es wurde ein Messsystementwickelt, welches es ermöglichtverschiedene Sensoren auszulesenund deren Messwerte überden Webservice abzufragen. Dasentwickelte Testprogramm stelltdie Messwerte anschliessend aufdem PC dar. Das Messsystemkann ausserdem so konfiguriertwerden, dass es selbstständig Datenerfasst und auf einer SD-Karteabspeichert. Diese Daten lassensich anschliessend ebenfalls überden Webservice herunterladen.Christoph Hoferhofer.christoph@gmail.comTestclient beim Messen von Temperatur und relativer LuftfeuchtigkeitAufbau des Systemsti.bfh.ch119

BIBEBUVABSc in Elektro- und KommunikationstechnikPCI-Express für BanknotenleserTechnische Informatik / Betreuer: Prof. Roland BrunExperte: Mario GiacomettoProjektpartner: CI Tech Components AG, BurgdorfDie Firma CI Tech Components plant den Einsatz von PCI-Express in ihren Banknotenprüfgeräten. Währendder Bachelorthesis wurde für diese Firma ein Funktionsmuster erstellt. Dieses liest die Daten von einemSensor der Firma aus und sendet sie via PCI-Express an einen PC. Dort werden sie mit einer Java-Applikationvisualisiert. Diese Arbeit wurde mittels eines PCIe-Entwicklungs-Kits von Lattice Semiconductorserstellt.Stefan Hubachershubacher@swissonline.chPCI-ExpressPCI-Express (PCIe) ist seit mehrerenJahren die Standard-Schnittstellefür Erweiterungskarten inPCs. Gegenüber seinem VorgängerPCI bietet PCIe höhere Übertragungsratenund eine grössereFlexibilität beim Platzbedarf. DieDaten werden auf einer oder mehrerenseriellen Leitungen übertragen.AusgangslageUm eine PCIe-Verbindung herzustellenwurde ein PCIe-Entwicklungsboardmit einem FPGA beschafft.Dieses soll von einemSensor des Auftraggebers die Datenauslesen und via PCIe an denPC senden. Die Aufgabe bestanddarin, das FPGA so zu programmieren,dass es die Daten vomSensor ausliest und diese über diePCIe-Verbindung zu einem Windows-PCsendet. Die transferiertenDaten sollen dann mit einerApplikation visualisiert werden.DesignDie Datenübertragung vom FPGAin den Arbeitsspeicher des PCswird mit der DMA-Technik durchgeführt.Eine Java-Applikation aufdem PC reserviert im ArbeitsspeicherPlatz für die Sensordaten undfordert diese dann an. Mittels einesTreibers wird ein DMA-Controllerim FPGA programmiert. DerDMA-Controller liest danach dieDaten vom Sensor aus undschreibt sie via PCIe in den reserviertenPlatz im Arbeitsspeicherdes PCs. Die Java-Applikationkann anschliessend die Daten lesenund visualisieren.RealisierungAls Grundlage für die Implementationdiente ein Demo-Projekt vonLattice. Die PCIe-Funktionalitätund der DMA-Controller sind mitIP-Cores von Lattice realisiertworden. Es wurde ein VHDL-Modulerstellt, das die Daten vomSensor abfragt und dem DMA-Controller zur Verfügung stellt. Aufder anderen Seite des DMA-Controllerswurde ein Modul erstellt,welches Pakete für die PCIe-Verbindunggeneriert. Auf der PC-Seite wurde der Kernel-Treiber desDemo-Projektes angepasst, damitder DMA-Controller richtig programmiertwird. Für die Visualisierungwurde eine Java-Applikationerstellt, welche die Sensordatenentweder als Text oder als Balkendiagrammanzeigt.VerifikationUm die Funktionalität zu verifizierenwurden bei der Implementationalle erstellten VHDL-Module miteiner Testbench getestet. Das Gesamtsystemwurde mit einem Sensorgetestet, welcher ein festesDatenmuster liefert. Zudem wirdim FPGA jedem Datenblock vomSensor ein Zählerwert hinzugefügt.Damit kann die Java-Applikationtesten, ob alle Datenblöckeempfangen wurden.AusblickDas Design kann nun dank desprogrammierbaren DMA-Controllersrelativ leicht erweitert werden.Denkbar wäre zum Beispiel, dassmehrere Sensorzeilen auf einmalübertragen werden. So hätte maneine Art Bild von den Sensordaten.Vereinfachtes DesignPCIe-Karte mit Sensor und Java-GUI120 ti.bfh.ch

BSc in Elektro- und KommunikationstechnikBIBEBUVAFASST Power Based Signal DetectorICT / Betreuer: Prof. Dr. Rolf Vogt, Andreas ZutterExperten: Martin Zehnder, Hugo ZieglerProjektpartner: PLATH AG, BernInternationale Grossanlässe wie beispielsweise das World Economic Forum (WEF) stellen höchste Anforderungenan die Sicherheit für Beteiligte und Unbeteiligte. Während der Luftraum sehr gut gegen Sabotageangriffevon bemannten Flugzeugen geschützt ist, ist der Schutz vor ferngesteuerten Flugobjekten nochungenügend. Um die Sicherheit vor solchen Objekten zu erhöhen, besteht die Idee, diese Fernsteuersignalezu erkennen, allenfalls zu stören oder im besten Fall deren Steuerung zu übernehmen, um die Flugobjektekontrolliert weitab der Gefährdungszone landen zu lassen.AusgangslageDa die Übertragungsprotokolle derFernbedienungen herstellerabhängigsind, wurde entschieden, sichauf die neueste Technologie desHerstellers FutabaTM, einer dergrössten Fernsteuerungsherstellerauf dem Markt, zu konzentrieren.FASST (Futaba Advanced SpreadSpectrum Technology) ist die neuesteÜbertragungstechnologie vonFutabaTM, welche im 2.4 GHz ISM-Band operiert und die Daten gespreiztmit einer Frequenzsprungtechnologieüberträgt. Das Zieldieser Arbeit war es, das Funksignaleiner Fernsteuerung des HerstellersFutabaTM zu erkennen und aufzuzeichnen.Die Technologie FASST istein frequenzhüpfendes System undverwendet 36 verschiedene Sprungsequenzenmit jeweils 36 Frequenzkanälen.Die Sprungsequenzen,sowie die Spreizcodes der zusätzlichenSpreizung sind unbekannt undwerden vom Hersteller nicht bekanntgegeben.RealisierungDas System wird auf einer USRP(Universal Software Radio Peripheral)(Abb. 2) des Herstellers Ettusrealisiert und vom Computer ausgesteuert. Durch eine Leistungsdetektionim internen FPGA wird erkannt,wann auf einem FrequenzkanalLeistung und somit ein gültigesSignal vorhanden ist. Für die Bedienungdes Systems über eine Eingabekonsole,wurde ein MicroblazeProzessorkern im FPGA eingebettet.Weitere Aufgaben des Microblazesind die Ansteuerung des LO(Lokaloszillator) und die Implementierungder Algorithmen zum Aufzeichnenund Erkennen der Sprungsequenzen.Dieser Softcore verfügtüber genügend Rechenleistung fürzukünftige Erweiterungen von Algorithmenzur Erkennung von Funksignalenanderer Fernsteuerungshersteller.Der Betrieb des Systems wird in dreiverschiedene Modi unterteilt. Dererste Modus dient zum Aufzeichnender 36 verschiedenen Sprungsequenzen.Dies wird vorgängigdurch die Verwendung des Systemsmit einer Referenzfernbedienungdurchgeführt. Die aufgezeichnetenSprungsequenzen werden in einerTabelle abgespeichert. Der zweiteModus dient dazu, ein FASST-Signalanhand der nun bekannten Sprungsequenzenzu erkennen. Im drittenModus wird der erkannten Sprungsequenzgefolgt und die Daten desSignals aufgezeichnet. Diese Datenwerden anschliessend über GigabitEthernet an den PC gesendet umdort weiterverarbeitet zu werden.Eine Übersicht des Systems ist inAbbildung 1 zu sehen.AusblickEs konnte gezeigt werden, dass esmöglich ist, ein Funksignal einerFernbedienung des Herstellers FutabaTManhand seiner Leistung zuerkennen. Ein Konzept zur Aufzeichnung,Erkennung und Verfolgungeiner Frequenzsprungsequenz wurdeentwickelt und teilweise implementiert.Es wurde ein System entwickelt,in welchem die erarbeitetenAlgorithmen implementiert werdenkönnen. Zudem ist das System erweiterbar.Michael Huldihuldimi@hotmail.comMarco Tannertanner.marco@bluewin.chAbb.1: Blockschaltbild des SystemsAbb.2: USRP N210ti.bfh.ch121

BIBEBUVABSc in Elektro- und KommunikationstechnikPV-Fassade Hochhaus Leimbachstrasse 215Photovoltaik / Betreuer: Prof. Urs MuntwylerExperte: Thomas SchottProjektpartner: Baugenossenschaft Zurlinden, ZürichIn Zürich Leimbach werden von der Baugenossenschaft Zurlinden (BGZ) zwei 60 m Hochhäuser kernsaniert.Bei beiden Hochhäusern wird eine Photovoltaik-Anlage in alle vier Fassaden integriert. Die Sanierungsarbeitenfür die Sihlweidstrasse 1 wurden im Februar 2012 abgeschlossen. Das Nachbargebäude an derLeimbachstrasse 215 wird ab Mitte 2012 kernsaniert. Bei der Planung der Photovoltaik-Anlage an derFassade der Leimbachstrasse 215 sollen die Erkenntnisse der Sihlweidstrasse 1 weitergeführt und die neueSimulationssoftware DDS-CAD PV eingesetzt werden.Jürg Jäggij.jaeggi@gmx.netSamuel Schaads.schaad@ggs.chHochhaus Leimbachstrasse 215(DDS-CAD PV)AusgangslageIn der Schweiz werden Photovoltaik-Anlagenheute vorwiegendauf Gebäudedächern installiert.Bei Hochhäusern steht die nutzbareDachfläche jedoch in einemschlechten Verhältnis zur gesamtenGebäudeoberfläche. Um dieseoptimal auszunutzen, werden diePV-Module direkt in die Fassadeintegriert. An der Fassade derSihl weidstrasse 1, welche in derBachelor Thesis 2011 geplantwurde, konnten so 1’062 Moduleverbaut werden. Im Verlauf desTages wird das Hochhaus Leimbachstrasse215 durch die HochhäuserSihlweidstrasse 1 undLeimbachstrasse 210 verschattet.Durch die Gebäudeform treten imBereich der Balkone zudem Teilbeschattungenauf. Da bereitsgeringe Teilbeschattungen derModule einen massiven Leistungseinbruchbewirken, stellendiese eine grosse Herausforderungan das Anlagekonzept dar.ForderungenZiel der Bachelor Thesis ist es, einVerschaltungsprinzip zu entwickeln,welches den örtlichen, baulichenund finanziellen Gegebenheitenoptimal angepasst ist. Miteiner anschliessenden Wirtschaftlichkeitsrechnungsoll gezeigt werden,mit welchem Gewinn dieBaugenossenschaft Zurlindennach 25 Betriebsjahren rechnenkann. Desweiteren soll ein Datalogger-Konzeptausgearbeitetwerden, welches eine lückenloseÜberwachung der PV-Anlage ermöglicht.UmsetzungDas Hochhaus Leimbachstrasse215 wurde mit der neuen 3D-SimulationssoftwareDDS-CAD PVsimuliert. Das Gebäude konnte mitHilfe der vorhandenen Pläne detailliertgezeichnet werden. Um dieVerschattungen durch die Nachbargebäudezu berücksichtigen,wurde von den beiden HochhäuserSihlweidstrasse 1 und Leimbachstrasse210 ebenfalls ein Modellerstellt. Mit der SoftwareDDS-CAD PV ist es möglich, dieSchattenwürfe der Balkone undder benachbarten Hochhäuser zusimulieren. Dadurch konnte ermitteltwerden, welche Module aufGrund von Verschattung nicht aneinen Wechselrichter angeschlossenwerden können.Resultate und AusblickTrotz der zwei zusätzlichen Stockwerkekönnen an der Leimbachstrasse215 wegen zusätzlicherBalkone nur 1’006 Dünnschicht-Module montiert werden. AufWunsch des Vertreters der BaugenossenschaftZurlinden, HerrnStefan Kälin, wurde das Verschaltungskonzeptim Vergleich zur Sihlweidstrasse1 weiter optimiert.Um den Ertrag der Nordfassadezu optimieren, wurden die zweiWechselrichter vom Typ Fronius IGPlus 35 um mehr als 400% unterdimensioniert.Zudem wurde dasProblem mit den «White-Spots» inKauf genommen, da diese nurschwer sichtbar sind. Somit könnenan der Leimbachstrasse 215total 987 Module angeschlossenwerden. Dies entspricht einer Generator-Nennleistungvon 126.336kWp und einem jährlichen Energieertragvon rund 61 MWh. Soentsteht an der Leimbachstrasse215 die grösste umlaufende Solarfassadeder Welt.122 ti.bfh.ch

BSc in Elektro- und KommunikationstechnikBIBEBUVAWirelessHART Netzwerk für Performance AnalysenElektro- und Kommunikationstechnik / Betreuer: Prof. Max FelserExperte: Michael BückelProjektpartner: Endress + Hauser Process Solutions AG, Reinach BLUm die Prozessautomatisierung einer Anlage zu überwachen und optimieren, benötigt man oft Prozessdatendie an entfernt gelegenen oder schwer zugänglichen Messpunkten gemessen werden. Mit WirelessHARTkann eine drahtlose Anbindung an die Prozesssteuerung realisiert werden. WirelessHART-Geräte kommunizierenmiteinander in einem Maschennetzwerk, welches sich selbständig organisiert und die Übertragungim Fehlerfall durch alternative Wege sicherstellt.Ausgangslage und AufgabenstellungEndress + Hauser Process SolutionsAG bietet ihren Kunden einesolche WirelessHART-Lösung an.Durch die unterschiedlichen Anwendungsfälleist es notwendigdie WirelessHART-Produkte ständigden Bedürfnissen der Kundenanzupassen und weiterzuentwickeln.Für die Produktetests werdendie WirelessHART-Netzwerkein einer Laborumgebung aufgebaut.Wegen den beschränktenPlatzverhältnissen würde sich dasNetzwerk sternförmig ausprägen.Für Tests ist dies jedoch nicht immergewünscht. Gezieltes ausschliessenvon einzelnen Kommunikationspfadenmuss dannmöglich sein. Die Route von einemGerät zum anderen sollte dannüber bestimme Repeater führen.Automatisierung ist gerade beiTests, die über einen längerenZeitraum dauern, ein grosses Thema.Eine geeignete Lösung sollaufzeigen, wie man Tests bei WirelessHART-Produktendurchführenund automatisieren kann.Mit einem Beispieltest soll dasWire lessHART-Netzwerk analysiertwerden.RealisierungDer Einbau von Dämpfungsgliedernund eine Abschirmung durcheinen metallenen Schrank reduziertedie Empfangsleistung stark.Mit einer geeigneten Positionierungder einzelnen WirelessHART-Geräte konnten dann die Feineinstellungenvorgenommen werden.In einer Applikation wurde dasHART-Protokoll zum Versendenvon Kommandos implementiert.Die Kommunikation mit dem WirelessHART-Gatewayerfolgteüber die Ethernet-Schnittstelleund einer UDP/IP-Verbindung.ResultatDie gezielte Dämpfung reduziertedie Sende- beziehungsweiseEmpfangsreichweite. EinzelneKommunikationspfade konnten,gegenüber einem normalen Betriebder WirelessHART-Geräte,verhindert werden. Die Möglichkeiteneine beliebige Topologieauszuprägen sind jedoch sehr beschränkt.Eine Route über einenRepeater zu führen ist ohne Problemerealisierbar. Werden längerePfade benötigt, wird es je nachUmgebung kompliziert. Für dieTests ist das Ergebniss jedochausreichend.Mit der erstellten Applikationkonnte eine automatisierte Laufzeitmessungam WirelessHART-Netzwerk durchgeführt werden.Für die Auswertung ist es möglich,die erfassten Messdaten abzuspeichern.Die Applikation kann zueinem späteren Zeitpunkt an andereTestfälle angepasst werden.Claudio Kälinc-kaelin@bluewin.chBeispiel für ein WirelessHART Netzwerkti.bfh.ch123

BIBEBUVABSc in Elektro- und KommunikationstechnikDemodulator für TETRAICT / Betreuer: Prof. Rolf Vetter, Prof. Alfred KaufmannExperte: Dipl. Ing. Hans ZahndDiese Arbeit befasst sich mit den Möglichkeiten mit SystemVue automatisch VHDL Code zu generieren.Damit lassen sich Field Programmable Gate Arrays, wie sie heute zu tausenden in Kommunikationsgerätenverbaut sind, sehr einfach programmieren. SystemVue von Agilent Technologies ist eine Entwicklungsumgebung,in der sich komplexe Kommunikationssysteme entwickeln und simulieren lassen. Die Handhabungder Software und die Qualität des implementierten Systems wird anhand des Projekts Demodulator fürTETRA untersucht.Stefan Lenz+41 76 442 85 85TETRATerrestrial Trunked Radio (TETRA)beschreibt einen Standard für dendigitalen Bündelfunk. Das daraufbasierende Funknetz ist zellularaufgebaut und wird grösstenteilslokal verwendet. Solche Systemeermöglichen Sprach- und Datenkommunikation.Die Idee dahinterist, die analogen Funknetze, welchez.B. von Feuerwehren oderBetrieben des öffentlichen Verkehrsverwendet werden, durchdigitale abzulösen. Der Vorteil derdigitalen Funknetze besteht darin,dass sie die Spektrumseffizienzerhöhen und zusätzliche Funktionenzur Verfügung stellen.DemodulatorDie Funktion eines Demodulatorsist, das empfangene Signal in dieserWeise aufzubereiten, dass diegesendeten Daten zurückgewonnenund dann am Ausgang verschiedenenAnwendungen zurVerfügung gestellt werden können.Der Demodulator besteht auszwei Teilsystemen, dem DigitalDown Converter und der Symbolrückgewinnung.Diese Systemewerden ihrerseits wiederum inFunktionsblöcke unterteilt. MitSystemVue werden diese danneinzeln entwickelt, simuliert, imField Programmable Gate Arrayimplementiert und getestet. Sinddie Teilsysteme in ihrer Funktionverifiziert, werden sie zum GesamtsystemDemodulator zusammengefügt.ImplementierungsprozessNach dem Design und der Simulationeines Funktionsblocks generiertSystemVue die VHDL Dateien.In der herstellerspezifischenEntwicklungsumgebung ISE vonXilinx werden sie in einem Projektzusammengeführt und kompiliert.Die generierte Programmierungsdateikonfiguriert das Field ProgrammableGate Array nach denVorgaben des Funktionsblocks.TestDie Implementierungsumgebungbesteht aus einem Analog DigitalConverter, dem Spartan-3A DSPKit mit dem Field ProgrammableGate Array von Xilinx und demAnalog Digital Converter. Mit einerErweiterung der Implementierungsumgebungdurch einenSignalgenerator und Messinstrumentelassen sich die im Field ProgrammableGate Array implementiertenFunktionsblöcke testenund mit den Simulationsergebnissenvon SystemVue vergleichen.FazitSystemVue eignet sich grundsätzlichfür die automatische Implementierung.Die Effizienz des Implementierungsprozesslässt sichsteigern. Dennoch benötigt dieAnwendung der grafischen Entwicklungsumgebungviel Übungund Knowhow, da die Dokumentationminimal ist. Durch die Automatisierunggeht teilweise dieTransparenz des Prozess verloren.Trotzdem sind Systeme dieser Artkomfortabel in der Bedienung undzukunftsweisend.Abb. 1: Automatische Implementierung von der grafischen Oberfläche direkt aufdie Implementierungsumgebung124 ti.bfh.ch

BSc in Elektro- und KommunikationstechnikBIBEBUVAH2-Brennstoffzellen-LadegerätEnergietechnologien / Betreuer: Prof. Michael HöckelExperte: Dr. Marco SantisAus dem Blickwinkel der Wirkungsgradberechnung betrachtet, sind DCDC-Wandler in Brennstoffzellen-Batterie-Systemen die kritischen Elemente. Kann diese Komponente weggelassen werden, lässt sich derWirkungsgrad des Gesamtsystems um bis zu 10 % steigern. Zusätzlich trägt der Wegfall des Wandlers zurKostenreduktion des Brennstoffzellensystems bei.im Rahmen dieser Arbeit wird ein marktnahes System aufgebaut, mit welchem die Direkt-Parallelschaltungdemonstriert werden kann.AusgangslageDie BFH hat in Zusammenarbeitmit der CEKA ein luftgekühltesPEM- Brennstoffzellensystem mitdem Produktnamen IHPoS für denLeistungsbereich von 300 – 1500 Wentwickelt. Bis dato ist jedes gebauteSystem mit einem DCDC-Wandler zwischen Brennstoffzellen-Stackund Batterie versehenworden. Diese Wandler sind nichtnur teuer, sie vermindern auch denWirkungsgrad des Gesamtsystemesund tragen zu dessen Komplexitätbei. In der vorliegendenArbeit ist die Machbarkeit einerDirektschaltung ohne Wandlerdargelegt. Als Anwendung ist einLadegerät für Bleibatterien imCampingbereich vorgesehen.LösungsansätzeDa sich bei vorgängigen Simulationenzeigte, dass es sich alsschwierig erweisen würde, diebeiden Redox-Systeme Brennstoffzelleund Batterie, im vorliegendenFall handelt es sich bei derBatterie um einen Bleiakkumulator,in den für beide Systeme optimalenParametern zu bewegen, isteine zweistufige Lösung angedachtworden. Die Batterie und dieBrennstoffzelle sind über einenDCDC-Wandler miteinander verbunden,welcher mittels einer Relaisschaltungumgangen werdenkann. Diese Auslegung erlaubt es,die Systeme sicher hoch zu fahrenund bei passenden Parametern(gleich hohe Spannungsniveaus)auf Direktbetrieb umzuschalten.RealisierungUm eine genügende Anzahl aussagekräftigeMessungen zu erhaltenund das System Brennstoffzelle – Batterie besser unterKontrolle halten zu können, startetedie Arbeit mit einem Testaufbauim Brennstoffzellenlabor derBFH. Unter Berücksichtignung derAuswertungen aus den Messreihenwurde in einem weiterenSchritt ein Funktionsmuster aufgebaut.Neben der Direktschaltungist auch eine neuartige Variante fürden DCDC-Wandler in die Arbeiteingeflossen. Durch die ähnlichkeitim elektrischen Verhalten derBrennstoffzelle mit einer Solar zellekam als Wandler ein Solar-Ladereglerzum Einsatz. Dieser elaubtees den Fokus auf die Regelung derGasflüsse für die Brennstoffzelleim Direktbetrieb zu legen.AusblickEs zeigte sich, dass die Einhaltungder Betriebsgrenzen der beidenRedox-Systeme erhöhte Anforderungenan die Regelung stellen.Die realisierte Variante mit stromabhängigerLuftzufuhr stellt nureinen ersten Schritt in eine neueArt der Prozesskontrolle bei PEM-Brennstoffzellen dar.Bevor aber weitere Arbeit in dieseRichtung investiert wird, muss derGewinn an Wirkungsgrad gegendie erschwertere Regelbarkeit abgewogenwerden.Daniel LüdiLUD@gmx.chUmgehung DCDC-WandlerIn Transportbox integriertes Funktionsmusterti.bfh.ch125

BIBEBUVABSc in Elektro- und KommunikationstechnikMehrkanal-Datenlogger mit EreignisdetektionTechnische Informatik / Betreuer: Peter AeschimannExperte: Mario GiacomettoHeute werden in vielen Bereichen massenhaft Daten erfasst. Von Temperatur bis Vibration werden verschiedensteGrössen gemessen. Die meisten dieser Daten werden nie analysiert und belegen nur Speicherplatz.Sinnvoller ist es, die Daten zu analysieren bevor sie abgespeichert werden. Durch die Datenanalyse ist einSystem in der Lage zu entscheiden, welche Daten für eine spätere Auswertung benötigt werden und somitabgespeichert werden müssen. In dieser Bachelor-Thesis wird ein Datenlogger entwickelt, der Daten erfasst,diese analysiert, und gegebenenfalls auf einer SD-Karte abspeichert.Felix Mosimannfelix_mosimann@bluewin.chAusgangslageSpeziell in der Vibrationsüberwachungnimmt die Nachfrage nacheffizienten Systemen laufend zu.Die Verkehrsbelastung und dieVerdichtung der Überbauungenunserer Zentren nehmen zu. Deshalbwird die Belastung durch Vibrationenimmer mehr zum Thema.Heute gibt es Systeme aufdem Markt, die eine Überwachungenvon Gebäuden zulassen. Diesebasieren aber nicht auf aktuellenTechnologien und sind nicht inder Lage, bestehende Kommunikationsnetzezu nutzen. Die Installationwird durch die benötigteVerkabelung sehr aufwändig.Vibration und andere physikalischeGrössen müssen über langeZeiträume erfasst werden, deshalbist es wichtig, dass die Datenbereits bei der Erfassung analysiertwerden. Nur so ist eine effizienteÜberwachung realisierbar.ZielsetzungIn dieser Bachelor-Thesis sollendie Softwaremodule Datenerfassung,Datenverrechnung und Datenspeicherungeines Datenloggersentwickelt werden. DieIntegration des Systems soll aufeinem CortexM3-Mikrokontrollererfolgen und auf dem EchtzeitbetriebssystemFreeRTOS aufbauen.So wird sichergestellt, dass dasSystem später durch einen Webserverund zusätzliche Funktionenerweitert werden kann.DatenauswertungDie erfassten Daten werden aufdem Mikrokontroller analysiertund wenn erforderlich abgespeichert.Auf dem System werdenzwei Auswertungen gemacht. DieHintergrunddaten werden laufenderfasst. Sie beinhalten Maximalwerteeiner Beobachtungsperiode.Ist zum Beispiel ein Intervallvon einer Sekunde eingestellt,wird jede Sekunde das Maximumdes jeweiligen Kanals abgelegt.Bei der Vordergrund-Datenerfassungwerden bei einem detektiertenEvent die Rohdaten rund umdieses Event abgespeichert. WeilRohdaten gespeichert werdenmüssen, die vor dem Event auftreten,benötigt das System einenBuffer.RealisierungDer Datenlogger basiert auf zweiEvaluierungsboards. Die analogenDaten werden mit einem integrierten8-Kanal-AD-Wandler (ADS1178von Texas Instruments) erfasstund über eine SPI-Schnittstellean den Mikrokontroller übertragen.Der Mikrokontroller (NXP-LPC1768) empfängt die Daten undwertet diese gemäss den genanntenVerfahren aus. Unter dem Einsatzeiner externen Bibliothekwerden die Daten auf einer FATformatiertenMicroSD-Karte abgelegt.Es wurden verschiedene Bibliothekengeprüft und dieeffizienteste ausgewählt. Gesteuertund kontrolliert wird der Datenloggerüber eine RS232-Schnittstelle.Diese Implementierungerreicht eine Samplerate von5kHz. Für jedes Sample werden8 Kanäle mit einer Auflösung von16 Bit erfasst.AusblickDie erarbeiteten Softwaremodulebilden die Basis eines praxistauglichenDatenloggers. Um diesesZiel zu erreichen, müssen zusätzlicheKommunikationsfunktionenund eine applikationsspezifischeHardware entwickelt werden. Zudemmuss die Stabilität undRobustheit des Systems weitergeprüft und verbessert werden.Schematischer Aufbau des Datenloggers126 ti.bfh.ch

BSc in Elektro- und KommunikationstechnikBIBEBUVASchallpegel-Messgerät zur Überwachung nach SLVEventtechnik / Betreuer: Prof. Dr. Elham FirouziExperte: Boris LeisiIn der Schweiz verlangt der Gesetzgeber bei Veranstaltungen mit einem Schallpegel von mehr als 96dBAeine elektronische Überwachung der Lautstärke. Bei Veranstaltungen mit 100dBA, die länger als drei Stundendauern, wird eine Aufzeichnung verlangt.In dieser Bachelor Thesis wurde ein Lösungsweg erarbeitetund ein Prototyp entwickelt, der den Anforderungen nach SLV entspricht. Nebst dem protokollieren desSchalldruckpegels bietet unser Gerät die Möglichkeit per Ethernet-Schnittstelle auf die Momentanwertezurück zu greifen, wie auch Einstellungen vorzunehmen.EntwicklungWährend der Projektarbeit 2 wurdenzu unserer ProblemstellungTests auf dem Eval-board von KeilMCBSTM32C gemacht. Dazuwurden erste Funktionen geschrieben.Um diese nicht wiederzu verwerfen wurde die Architekturdes Boards von Keil übernommenund unseren Anforderungenangepasst und weiterentwickelt.So kam zum Prozessor, dem Audiocodecund der Ethernet-Schnittstelle ein anderes Display,ein Realtime-clock und eine analogeSchaltung, die ein Rosarauschengeneriert, hinzu. Zur3.3-VSpeisespannung der CPUund der 2.5-Volt des Codecs, kamnoch eine 5-Volt Span-nung fürden analogen Schaltungsteil dazu.Haupttätigkeit im Softwareteil dieserBachelor Thesis war die Inbetriebnahmedereinzelnen Schnittstellen.Neben der Implementationder I2C-Schnittstelle um mitdemRealtimeclock und dem Codec zukommunizieren wurde auch dasI2S-Protokoll in Betrieb genommen,um Daten vom Codec zuempfangen. Um den Anforderungengerecht zu werden, wurde einRTOS Konzept erstellt, das bei derWeiterentwicklung des Produktseingesetzt wird.BedienkonzeptAm Veranstaltungsort wird unserMessgerät mit der Beschallungsanlageper XLRBuchse verbunden.Danach wird im Menü «Kalibrieren»angewählt wobei dasGerät nun über die Anlage dasRosarauschen ausgibt. Der Anwendersucht nun im Saal denlautesten Ort. Der aktuelle Schallpegelwird dabei am Display angezeigt.Wurde der lauteste Ortgefunden, wird dieser Pegel perKnopfdruck festgehalten. Nunkann das Gerät an den späterenEinsatzort gebracht werden undper erneutem Knopfdruck der Offsetgesetzt werden. Nun rechnetdas Gerät immer zum einfallendenSchallpegel den Offset dazu undzeigt so den Schallpegel am lautestenOrt im Saal.Während der Veranstaltung kannsich der Anwender mit der mitgeliefertenSoftware auf das Geräteinwählen und bekommt nebstden Werten wie Langzeitequivalentschallpegel(Leq), Momentanschallpegel(LA) und Maximalschallpegel(LAmax) auch eineSpektralanalyse auf dem Bildschirmdes Laptops zu sehen. Mitdieser Software ist es auch möglichmehre Geräte von einem zentralenOrt aus gleichzeitig zu überwachen.Nach der Veranstaltung könnenmit Hilfe der Software die Protokolldateienheruntergeladen werden.Die Remotesoftware ermöglichtauch das ändern vonEinstellungen. So können zumBeispiel Werte wie Name, IP oderAufzeichnungsort via Softwaregeändert werden.Alessio Piazzaapiazza@solnet.chAngel Javier Rodriguezdel Rioa.rodri@gmx.chti.bfh.ch127

BIBEBUVABSc in Elektro- und KommunikationstechnikMerging UnitInformatik / Betreuer: Prof. Roland BrunExperte: Mario GiacomettoIn Hochspannungsanlagen werden die Spannungen und Ströme heutzutage digital erfasst und zusammenüber ein Bussystem übertragen. Dabei ist eine Merging Unit dafür verantwortlich, diese Spannungen undStröme abzutasten, zusammenzufassen und über eine definierte Schnittstelle zu versenden. Ein Prototypeiner solchen Merging Unit wurde in dieser Bachelorthesis auf Basis eines FPGAs entwickelt, um möglichsthohe Abtastraten zu erreichen.Theo Reichenbachtheo.r@sunrise.chSandro SteffenAusgangslageDie Berner Fachhochschule hatschon einmal eine Merging Unitauf Basis eines Mikrocontrollersentwickelt. Diese ist in der Lage,50Hz-Signale pro Periode 80 Malabzutasten. Da aber der Trend gegenimmer höhere Abtastratengeht, stösst dieses System an seineGrenzen. Deshalb wurde entschieden,in Rahmen dieser Bachelorarbeitein System mit einemFPGA zu entwickeln. Dabei wardas Ziel, die Signale pro Periode256 Mal abzutasten.RealisierungZu Beginn der Arbeit wurde eindetailliertes Konzept erstellt unddie Aufgabe in verschiedene Teilsystemezerlegt, mit dem Ziel, diesedann unabhängig voneinanderentwickeln und implementieren zukönnen. Nachdem das Design dereinzelnen Komponenten erstelltwurde, ging es an die Umsetzung.Es wurde eine Merging Unit miteinem FPGA-Starterkit entwickelt,welche mehrere Spannungssignalegleichzeitig über Analog-Digital-Wandler mit einer definierten Abtastrateeinliest. Der genaueZeitpunkt der Abtastung kann beiBedarf auch auf ein externes Referenzsignalsynchronisiert werden.Weiterhin ist auch ein Modulzum Kalibrieren der Analog-Digital-Wandlerimplementiert, um Offset-und Verstärkungsfehler deranalogen Eingangsstufe zu eliminieren.Die eingelesenen Wertewerden dann über eine Ethernet-Schnittstelle mit einem Protokollnach IEC 61850 gesendet.Damit das System vom PC ausüber eine serielle Schnittstellekonfiguriert werden kann, wurdeein Softcore eingesetzt. Ein Softcoreist im Prinzip ein Bauplan eineskleinen Mikrocontrollers, welcherzusätzlich in das FPGAgeladen werden kann.ResultatEs wurde ein funktionsfähigesSystem entwickelt, welches allewesentlichen Funktionen besitzt.Es hat sich auch gezeigt, dass einFPGA für eine solche Anwendungbestens geeignet ist. Es sind auchnoch genügend Reserven vorhanden,um die Abtastrate noch einmaldeutlich zu steigern. Das Projektkann so auf jeden Fallweitergeführt werden.sandro.steffen@gmail.comFPGA-Board128 ti.bfh.ch

BSc in Elektro- und KommunikationstechnikBIBEBUVADrahtloses Messsystem für PhotoplethysmographieICT, Signalverarbeitung / Betreuer: Prof. Dr. Rolf VetterExperte: Jean-Marc KollerIn Extremsportarten, wie zum Beispiel dem Bergsteigen, ist das frühzeitige Erkennen von Höhenkrankheitenwichtig. Dazu wird das nicht invasive Pulsoxymetrie-Verfahren angewendet, um die Sauerstoffsättigung imBlut sowie den Puls zu messen. Das Problem dieses Messverfahrens ist die Störanfälligkeit durch das Umgebungslichtsowie durch abrupte Bewegungen. In der vorliegenden Arbeit ging es darum, ein Messsystemzu entwickeln, welches ermöglichen soll, verschiedene Verfahren zur Verbesserung der Störfestigkeit entwickelnund testen zu können.EinleitungDie Pulsoxymetrie, auch Photoplethysmographiegenannt, ist ein Verfahrenzur nicht invasiven Ermittlungder arteriellen Sauerstoffsättigung.Dabei wird die Lichtabsorption bzw.die Lichtremission beim Durchleuchtender Haut gemessen. Dazuwerden zwei LEDs mit verschiedenenWellenlängen, bevorzugt imroten und infraroten Bereich, angewendet.Die Messung erfasst dabeidas durchströmende Blut. Gemessenwird an einem leicht zugänglichenKörperteil, vorzugsweise aneinem Finger oder am Ohrläppchen.Neben der Sauerstoffsättigungkann damit auch der Puls gemessenwerden. Diese Technik zur Messungder Sauerstoffsättigung wurdebereits 1972 entwickelt und realisiert.Sie ist im Rettungsdienst, inder Anästhesie und auf IntensivstationenTeil des Standardmonitoringdes Patienten.Dazu gehören unter anderem diePulslänge, die Signalform und dieFrequenz. Dabei müssen die Auswirkungender veränderten Parameterauf die Messdaten ersichtlichwerden.Laborprototyp MesssystemFazitDas Ergebnis der Bachelor-Thesisist eine funktionierende, rauscharmeHardware sowie die dazugehörendeSoftware. Das Pulsoxymetrie-Signalkann eingelesenund auf dem PC dargestellt werden.Zudem können die Parameterzur Ansteuerung des Sensors geändertund deren Auswirkungenauf dem PC mitverfolgt werden.Das entstandene Gerät ist somiteine gute Grundlage, um dasMessverfahren optimieren zu können.Damit können verschiedeneModulationsverfahren, wie zumBeispiel das Bandspreizverfahrenimplementiert und ausgetestetwerden. Des Weiteren soll manden Prototyp als Schulungsobjektgebrauchen können.Pulsoxymetrie-SensorThomas Rothenfluhthomas.rothenfluh@sunrise.chJonas Schildjonas_schild@bluewin.chRealisierungUnser Auftrag war, ein Laborprototypzu entwickeln, der die Dateneines gekauften Pulsoxymetrie-Sensors auswerten kann. DieserLaborprototyp besteht aus einerHardware, bei dem ein rauscharmesDesign wichtig war. DieMessdaten sollen anschliessendauf dem PC in einer Java Applikationvisualisiert werden. Man solldabei auch die Ansteuerung derLEDs des Sensors mit dem Programmbeeinflussen können.Pulsoxymetrie-Signalti.bfh.ch129

BIBEBUVABSc in Elektro- und KommunikationstechnikKlangaufwertung mit digitaler SignalverarbeitungTechnische Informatik und ICT / Betreuer: Prof. Dr. Daniel von Grünigen, Ivo OeschExperte: Peter RichliDie Anwendung der digitalen Signalverarbeitung in der Audiotechnik ist heutzutage weit verbreitet.Aus persönlicher Motivation ist die Aufgabe entstanden, ein DSV-Echtzeitsystem zu entwickeln, das einMikrofonsignal mit einem Multibandfilter aufwertet. Diese Aufwertung hat zum Zweck, das Klangvolumeneiner Bassdrum zu verbessern. Die Anforderungen an das System sind primär durch die Ansprüche desMusikers gegeben. Das Resultat dieser Arbeit ist ein funktionstüchtiger Prototyp, der dank standardisierterSchnittstelle Anwendung in der Audiotechnik findet.Lukas Röthlisbergerluk.roethlisberger@gmail.comAusgangslageDie Aufgabe, ein Schlagzeug miteiner Lautsprecheranlage zu verstärken,bringt diverse Schwierigkeitenmit sich. Es brauchtspezielle Mikrofone für die Instrumentenabnahme,sowie eine geeigneteSignalverarbeitung, umden gewünschten Klang zu erzeugen.Ich habe mir die Aufgabe gestellt,den Prototypen eines DSV-Echzeitsystems zu entwickeln,welcher für den Live-Einsatz aufder Bühne geeignet ist. Der Prototypist speziell auf die Bassdrum(grosse Pauke) ausgelegt unddient dazu, das Mikrofonsignal soaufzuwerten, dass ein möglichstkompakter, druckvoller Klang entsteht.VorgehenUm die Anforderungen an dieHardware des Prototyps abzuklären,war zunächst eine genaueAnalyse notwendig. Es galt hauptsächlichzwei Aspekte zu beachten.Erstens, die Definition derSignalverarbeitung. Dazu gehörtein erster Linie eine Signalanalyse,um herauszufinden, welche Frequenzanteileim Mikrofonsignalvorhanden sind und wie diese zuinterpretieren sind. Zweitens, dieAlgorithmen der Signalverarbeitung.Es mussten geeignete Filterstrukturengefunden werden, dieeinerseits einfach zu parametrisierensind und anderseits die geforderteSignalverarbeitung ermöglichen.Für diesen Prozess hat sichMATLAB als ein sehr nützlichesWerkzeug erwiesen. Als möglicheKandidaten für die Signalverarbeitungkamen das Peak-Filter, sowiedas Frequenzabtastfilter in Frage.Durchgesetzt hat sich das Frequenzabtastfilter,das im Gegensatzzum Peak-Filter einen linearenPhasengang aufweist undnicht rekursiv ist. Es entstand eineinfaches MATLAB-GUI zur Simulationdes Frequenzabtastfilters,um die richtige Filterordnung undAbtastfrequenz herauszufinden.Bei der Implementation der Signalverarbeitungkonnte für einigeAufgaben auf die TMS320C55xDSP Library von Texas Instrumentszurückgegriffen werden.AufbauDas Herzstück des Prototypenbildet das TMDX5505EZDSP DevelopmentTool von Texas Instruments.Sämtliche Systemressourcen,wie Benutzerschnittstelle,Audio-Codec und Audio-Schnittstellensind über eine Erweiterungsplatinemit dem DevelopmentTool verbunden. Um denPrototyp vor mechanischen Belastungenzu schützen, wurde er inein stabiles Aluminium-Profilgehäuseeingebaut. Die Integrationin ein bestehendes System, z. B.eine PA-Anlage erfolgt über einestandardisierte Schnittstelle.ResultatDie Erkenntnisse der Signalanalyseund Filterevaluation liefertendas notwendige Wissen, um diegewünschte Signalverarbeitungauf dem Signalprozessor zu implementieren.Das Ergebnis ist einbenutzerfreundlicher Prototyp, derauf seinen ersten erfolgreichenEinsatz wartet.Prototyp130 ti.bfh.ch

BSc in Elektro- und KommunikationstechnikBIBEBUVAMonitoring der Lebensräume von ReptilienTechnische Informatik, Elektronik, ICT, Mechatronik / Betreuer: Prof. Roger WeberExperte: Dominique ReneveyProjektpartner: Dr.phil.nat. Ulrich Hofer, Naturhistorisches Museum, 3005 BernDie Überwachung und Erforschung von Reptilien ist sehr zeit-, personal- und kostenintensiv, denn bisherwurde auf aufwändige Stichproben zurückgegriffen. Biologen sind daran interessiert, diese Arbeiten zuautomatisieren. Dazu sollen Reptilien mit RFID-Transpondern markiert werden, und ein System aus Antennenund Lesegeräten soll die Tiere in definierten Gebieten erfassen. Die Identifikationsnummer, die Zeit undder Ort werden zur Auswertung zentral abgespeichert. In der Bachelor-Thesis wurde nun ein erster Prototypeines solchen Systems realisiert und erfolgreich getestet.VorbereitungBevor das System realisiert werdenkonnte, mussten eine Reihe von Herausforderungengemeistert werden.Die grösste davon bestanddarin, ein geeignetes Lesegerät mitAntenne zu evaluieren, denn dievom Biologen geforderten Erfassungsdimensionensind für RFID-Anwendungen eher unüblich. Sosollen mehrere 5m lange Linienüberwacht werden, doch Antennenin diesen Dimensionen gibt es nicht.Daher musste selber eine Antenneentwickelt werden, welche dieseAnforderungen erfüllt. Dies konntein einer Projektarbeit im Herbstsemester2012 erfolgreich abgeschlossenwerden. Auch ein leistungsfähigesLesegerät wurdeevaluiert und getestet. Danachmusste in der Projektstudie ein Konzeptfür das System entwickelt werden.Dieses Konzept ist in der Bachelor-Thesisumgesetzt worden.RealisierungIn einem Zweierteam entstand einmodular aufgebauter Prototyp,welcher vier Antennen hat und aufzehn Antennen erweiterbar ist. DieArbeit wurde von den Teammitgliedernin Hardware und Softwareaufgeteilt. Tobias Rüetschiwar für die Software zuständig, diedie Aufgabe hat, das System zusteuern. Sie ist auf dem BetriebssystemfreeRTOS aufgebaut. Fürdie Hardware war Marcel Ryserzuständig. Sie besteht aus denvier RFID-Lesegeräten mit Antennen,einem Mikrokontroller-Boardfür die Steuerung, einem GSM-Modem zur Datenübertragungund Systemüberwachung sowieder Energieversorgung. Letztereerwies sich als weiterer Knackpunkt,da die RFID-Leser sehr vielEnergie konsumieren. Nur Dankneuster Akkutechnologien war esmöglich, die geforderte Autonomiedauervon vier Tagen zu erreichen.Es wird dabei auf die Lithium-Eisenphosphat-Technologiegesetzt, wobei der Akkumulatorbei einem Gewicht von 25 kg über2000 Wh Energie speichert. Optionalkann ein Photovoltaik-Modulals Energiequelle angeschlossenwerden, wobei bei sonnigem Wetterschon ein 100-Wp-Modul ausreicht,um das System komplett zuversorgen.ErgebnisDas System konnte ohne grössereProbleme realisiert werden, undwurde bereits in einem Testgebieteingesetzt. Es zeigte sich, dassdie markierten Tiere erfasst werdenkönnen. Somit wurde dasHauptziel, zu zeigen, dass das erarbeiteteKonzept funktioniert, erreicht.Da das System erst einPrototyp ist, gibt es noch Verbesserungspotential.Ob die Hardwareden zum Teil schwierigenUmweltbedingungen (Hitze, Kälte,Feuchtigkeit, EMV) standhält wirdsich erst nach längeren Tests zeigen.Tobias Daniel RüetschiMarcel Rysermarcelryser@gmx.chAusblickDa die ersten Tests erfolgreich waren,soll das Projekt nach der Bachelor-Thesisweitergeführt werden.Laut Auftraggeber ist das Interessean solchen Systemen gross, und esstehen zwei weitere Systeme fürFrühling 2013 in Aussicht.Schematische Darstellung des Systemsti.bfh.ch131

BIBEBUVABSc in Elektro- und KommunikationstechnikFLIM-CAMKrebsforschung / Betreuer: Prof. Dr. Theo KluterExperte: Felix KunzProjektpartner: EPFL/François Powolny, LausanneSeit einiger Zeit gibt es neue Wege, Tumore im Körper zu erkennen. Einer dieser Wege ist mittels der fluoreszierendenEigenschaft von Indocyaningrün (ICG). Auf dem Markt sind schon etliche Modelle für dieseAnwendung erhältlich. Diese lassen sich aber nur ausserhalb des Körpers verwenden. Es gibt noch keineSonde, welche als Operationswerkzeug in den Körper eingeführt werden kann. Um diese Lücke zu schliessen,wurde das Projekt «Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy»-Camera, kurz FLIM-Cam, ins Lebengerufen.Remo Schläppiremoschlaeppi@gmail.comAusgangslageIn der Krebsforschung der ÉcolePolytechnique Fédérale de Lausanne(EPFL) wird zurzeit eineSonde zur Krebsdetektion entwickelt.Mithilfe der fluoreszierendenEigenschaft von Indocyaningrün(ICG) kann das schadhafte Gewebemarkiert werden. Ein Near-Infrared(NIR) Laserpuls regt das ICGan. Die anschliessende Fluoreszenzhat eine exponentielle Charakteristik.So ergibt sich eineZeitkonstante, welche je nachFettgehalt und Gewebe anders ist.ZielsetzungUm eine Operationssonde zu entwickeln,welche diese Zeitkonstantenmessen kann und in ein Bildumsetzt, musste erst ein Prototypentwickelt werden. Dieser wurdeanschliessend für die weitere Forschungsarbeitverwendet. Die letzteVersion dieses Prototyps istfehlerhaft. Zudem existieren nocheinige reproduzierbare Messfehler,welche durch die Hardware in derKamera entstehen. Ziel ist es, dieMessfehler zu dokumentieren undanschliessend zu beheben. Zudemmüssen diverse kleine HardwareundSoftwarefehler gesucht undkorrigiert werden.RealisierungDie Arbeit besteht aus zwei Teilen.Der Erste befasst sich mit der Ausmessungder Verzögerungsglieder,welche zur Messung der Zeitkonstanteverwendet werden. DieVerzögerung, welche während derMessung inkrementiert werdenmuss, weist nicht-lineare Inkrementierungsschritteauf. DieserEffekt wurde während der Arbeiteruiert und genauer analysiert.Der zweite Teil befasst sich mitdem Debugging des neusten Prototyps.Dieser hat mehrere Fehler,welche einen Betrieb verunmöglichen.Probleme in der Speisung,Fehler in der Programmierung undweiteres wurden behoben. Zudemwurde ein Schalter implementiert,welche einen Modus-Wechsel fürdie Programmierung oder den Betriebder Kamera ermöglichen.AusblickDer neuste Prototyp funktioniertnun vollständig und kann frei programmiertwerden. Der Weg fürdas Folgeprojekt, welches sich mitder Miniaturisierung beschäftigt,ist nun geebnet. Die Voraussetzungensind gegeben, die FLIM-Cam als Prototyp zu reproduzierenund so mit der Entwicklungder Sonde zu beginnen.Detektion von TumorenMessprinzip der FLIM-Cam132 ti.bfh.ch

BSc in Elektro- und KommunikationstechnikBIBEBUVA«Pandan» Pilot-Projekt CO2-freie TropeninselPhotovoltaik / Betreuer: Prof. Urs MuntwylerExperte: Thomas SchottProjektpartner: Dreifels AG , 4450 SissachEin philippinisches Tauch-Resort soll dank Schweizer Hightech Engineering und der Arbeit von zwei BFH-Studenten energieneutral werden. Dabei können neue, wegweisende Erkenntnisse für einen nachhaltigenTourismus und den globalen Klimaschutz gewonnen werden. Durch eine Kombination aus Photovoltaik undeinem Batteriespeichersystem wird ein Energieversorgungssystem verwirklicht, das ohne fossile Brenn stoffeauskommt. Im Rahmen der Bachelor Arbeit soll ein konkretes Konzept für ein realisierbares System er arbeitetwerden.AusgangslageDas Pandan Island Resort liegt aufder gleichnamigen Insel in denPhilippinen. Die Insel besitzt keinenAnschluss ans öffentlicheStromnetz. Das Resort ist aber aufelektrische Energie angewiesen,da die Tauchflaschen mit einemKompressor aufgefüllt werdenmüssen. Auch Licht und Ladestationenfür Laptops sollen den Besuchernund Mitarbeitern des Resortszur Verfügung stehen. Bisjetzt wurde die benötigte Energiemit Dieselgeneratoren produziert.Diese Generatoren sollen durcheine nachhaltige und CO2-freieEnergieproduktion mit Photovoltaikersetzt werden. Das Besonderean unserem System ist, dass wir«Second-Use»- Akkus von gebrauchtenGo-Karts verwenden.Der Vorteil davon ist, dass die benütztenAkkumulatoren nach einerAufbereitungsphase weiter verwendetwerden können und dieAkkumulatoren sozusagen recyceltwerden.Ziel der ArbeitIm Rahmen der Bachelor Thesiswird ein konkretes Verschaltungskonzeptvon der PV-Anlage überAkkus und Leistungselektronik biszum elektrischen Verbraucher aufgezeigtund im Labor getestet.Damit auf allfällige Fehler und Ausfällebei den Akkus reagiert werdenkann, wird ein Konzept für dieBatterieüberwachung erstellt. Ausserdemerstellen wir eine kompletteKostenrechnung unterBerücksichtigung der PunkteTransport, Unterhalt und Beschaffungaller Komponenten. Das Projektsoll soweit geplant werden,das ein ausführungsreifes Konzeptvorliegt.ZusammenarbeitFür das Projekt «CO2-freie Tropeninsel»arbeitet die BFH zusammenmit dem Engineering-UnternehmenDreifels AG in Sissach undden Besitzern des Pandan IslandResorts. Die Dreifels AG stellthocheffiziente LiFePO4-Batterienher, welche für die Energiespeicherungverwendet werden. DieBesitzer des Resorts unterstützendas Projekt mit Informationen zuden Anforderungen ans Versorgungssystemund mit ihren Landes-und Klimakenntnissen.ResultatAls Resultat der Arbeit ist ein Verschaltungskonzeptmit einer komplettenMaterialliste für die Installationentstanden. Mit einer18.4kWp-Photovoltaik-Anlagewird die von den Verbrauchern benötigteEnergie hergestellt. Einmodernes Inselwechselrichtersystemvon der Firma SMA erstellt einWechselspannungsnetz und speichertdie überschüssige Energiein den Lithium-Eisenphosphat-Batterien. Mit einem SicherungsundBlitzschutzkonzept wird dasSystem vor Blitzeinschlägen undKurzschlüssen geschützt. DieKosten für die ganze Anlage wurdenanhand der Materialliste undden schweizerischen Preisen fürdie Komponenten berechnet. DieAnlage ist auf ihre Lebensdauerbetrachtet etwa dreimal so teuerwie die Energieproduktion mit Dieselgeneratoren.Der Grund für einesolche Investition ist zudem nichtnur der Wirtschaftliche Aspekt,sondern auch der ÖkologischeAspekt. Mit einem energieneutralenCO2 freiem Resort könnte mander Vorreiter und ein Vorbild fürweitere nachhaltige TourismusProjekte werden.Blockschaltbild der InselanlageManuel Sommerle_maenu@hotmail.comStefan Zürcherst.cruz@bluewin.chti.bfh.ch133

BIBEBUVABSc in Elektro- und KommunikationstechnikStromversorgungskonzept für das Dorf RichigenElektro- & Kommunikationstechnik / Betreuer: Prof. Michael HöckelExperte: Christian MüllerProjektpartner: Licht und Kraft Genossenschaft Richigen, RichigenDie Licht und Kraft Genossenschaft Richigen (LKR) baut und unterhält das Stromnetz im Dorf Richigen. Sietätigt den Stromeinkauf und verkauft ihn weiter an ihre Kunden im eigenen Netz. Heute wird der Strom zu100% bei der BKW beschafft. Die LKR möchte wissen, inwieweit eine hauptsächlich regenerative Stromproduktionim eigenen Netz möglich ist und welche finanziellen Auswirkungen diese auf ihre Jahresbilanzhat. Neben der Prüfung der Wirtschaftlichkeit von verschiedenen Stromerzeugungsanlagen untersuchtdiese Arbeit auch deren technischen Auswirkungen auf das Niederspannungsnetz.Andreas Stauba.staub@gmx.chZur Überprüfung der Spannungsqualitätwurde das Netz mit den Erzeugernmittels Sofware modelliert.Aktuelle SituationAnhand von Messungen an verschiedenenStandorten im Netzwurden die Lastgänge von Verbrauchergruppenvisualisiert. Zudemkonnte eine Analyse derSpannungsqualität gemacht werden.Der Lastgang im Netz vonRichigen an einem «normalen»Wochentag liegt im Mittel um-120kW. Speziell sind die extremhohen Leistungsspitzen um 22:00,00:00 und 03:00 Uhr. Richigen istinteressiert ob eine Versorgung imInselbetrieb möglich ist. Wenn dieseNachtspitzen nicht gebrochenwerden können, muss eine Anlageinstalliert werden, welche für diesemaximalen Leistungen dimensioniertist. Das ist nicht sinnvoll.Wenn die Nachtspitzen gebrochenwerden, kann man eine viel kleinereAnlage einsetzen. Mit immermehr elektronischen Verbrauchernim Netz leidet die Spannungsqualität.Elektronische Gerätehaben keine sinusförmigeStromaufnahme, was zu einer zusätzlichenBelastung von Netz undVerbraucheranlagen führt. Es könnenSpannungseinbrüche aufgrundvon stark schwankendenLasten und deshalb zu sichtbarflackerndem Licht führen. DieQualität der Spannung im Netz derLKR jedoch ist sehr hoch. An keinender ausgewerteten Stellenhaben die Werte während derMessperioden die erlaubtenGrenzwerte überschritten.Analyse von ProduktionsanlagenDie analysierten Erzeugungsanlagensind: Heizungen welchezusätzlich Strom erzeugen, sogenannteWKK-Anlagen, Biogas -anlagen, Photovoltaik Anlagenund Windturbinen. Alle sind aufihre Wirtschaftlichkeit geprüftworden.Mögliche EigenproduktionEine grosse Biogasanlage würdeeinen Inselbetrieb von Richigenermöglichen. Wenn die Nachtspitzengebrochen werden, ist die benötigteLeistung der LKR über einigeWochen im Sommer nichthöher als 230kW. Mit einer 250kWBiogasanlage könnte bei Netzunterbruchdas eigene Netz versorgtwerden.NetzauswirkungenEnergieerzeuger haben einen Einflussauf die Qualität der Spannungim Netz. Die von der Norm definierteSpannungstoleranz wird, beispielsweisebei der Einspeisung der250kW Biogasanlage auf die Niederspannungsebeneund schwacherLast im Netz überschritten. Esmüssen vorgängig Massnahmenergriffen werden die das verhindern.FazitMehr als 3000 Grossvieheinheitenund anfallendes Grüngut in einemUmkreis von wenigen Kilometernund ein nahe gelegener Lebensmittelverarbeiter,machen denStandort Richigen zu einem geeignetenfür die Betreibung einerBiogasanlage. Trotzdem könnendie Stromgestehungskosten einerBiogasanlage nicht mit den tiefenEnergiepreisen der BKW mithalten.Doch mit der KostendeckendenEinspeisevergütung (KEV) istein Betrieb rentabel. Mit dem Erhaltder KEV Zahlung gehört dererzeugte Strom der Allgemeinheitund somit muss der Strom wiebisher von der höheren Netzebenebezogen werden. Diese Studiezeigt, dass es mit den analysiertenErzeugungsanlagen für das DorfRichigen keine Möglichkeit gibtauch nur annähernd zu marktüblichenPreisen Strom zu produzieren.134 ti.bfh.ch

BSc in Elektro- und KommunikationstechnikBIBEBUVALEBE-Anlagen BethlehemPhotovoltaik / Betreuer: Prof. Urs MuntwylerExperte: Thomas SchottProjektpartner: SolarCenter Muntwyler AG, 3052 ZollikofenDer Lehrerverband Bern (LEBE) startete im Frühjahr 2011 das Projekt «schulEnergie». Ziel dieses Projektesist es, auf Schulhausdächern mit Schüler eine Photovoltaik-Anlage zu installieren. Parallel dazu soll dieThematik der erneuerbaren Energien in den Unterricht integriert werden. Die BFH-TI moderiert dieses Projektauf fachlicher Ebene und hilft bei der Realisierung von Anlagen. In einem Bewerbungsverfahren konntensich interessierte Schulen anmelden. Für eine ausgewählte, die Schulanlage Bethlehem, soll in dieserBachelor Thesis die Anlagenplanung realisiert werden.Ziel der ArbeitIm Rahmen dieser Thesis soll untersuchtwerden, auf welchem deracht Gebäude des SchularealsBethlehem sich die Inbetriebnahmeeiner PV-Anlage am meistenlohnt. Bezüglich der energetischenAusbeute werden sämtlicheAnlagen mit PVSyst simuliert. Beijeder PV-Anlage werden folgende17 Kriterien untersucht:-Dachneigung [°]-Ausrichtung [°]-Nennleistung [kWp]-Ertrag [kWh/Jahr]-Performance Ratio [%]-Anlagekosten [CHF]-CHF/Wp-CHF/kWh-Gefahr durch Dachlawine-kWh/kWp/Jahr-Rentabilität-Sichtbarkeit-Beteiligung der Schüler-DC-seitige Verkabelung-Netzimpedanz-Wechselrichterplatzierung-Platzierung des DisplaysAuf sämtichen Dächern wurde jeweilseine Variante mit SharpNUR250(J5) PV-Modulen, DelSolarD6M250B3A PV-Modulen undSanyo HIT-N240SE10 PV-Modulen.Bei den Wechselrichtern wurdedie MT-Serie von SolarMaxverwendet.ResultatDas Haus Nr. 111 erzielte die bestenErgenisse. Als weitere optimaleStandorte bieten sich sowohldie beiden Flachdächer (Ost,West) an, als auch das GebäudeNr. 103. Es hat sich gezeigt, dassmit den Sharp und den DelSolarModulen jeweils mehr Geiwinn erzieltwerden kann als mit den SanyoModulen. Beim Haus Nr. 111,auf welchem sich ein Süd-Dachbefindet, liesse sich mit den Del-Solar Modulen eine Generatorleistungvon 26.25 kWp installieren,was jährlich einen Gewinn vonrund 3300 CHF ermöglichen würde.AusblickMit dieser Arbeit wurde aufgezeigt,wo und wie eine oder mehrerePV-Anlagen installiert werdenkönnten. Es liegt nun im Ermessender LEBE, bezüglich der Realisierungeinen Entscheid zu treffen.Manuel Stäubliman_staeubli@gmx.chSchulareal BethlehemLageplan Schulanlage Bethlehemti.bfh.ch135

BIBEBUVABSc in Elektro- und KommunikationstechnikRegeleinheit für IndustrieumgebungTechnik und Informatik / Betreuer: Prof. Dr. Elham FirouziExperte: Michael AndereggProjektpartner: Fasnacht AG, WorbDer Wunsch nach preiswerten Regeleinheiten in der Druckindustrie nimmt stetig zu. Trotzdem sollte dieBedienerfreundlichkeit und Leistung gewährleistet sein.Zusammen mit der Fasnacht AG entwickelte die BFH Biel eine «Low Cost» Regeleinheit, welche als Alternativezu einer bereits Bestehenden angeboten werden kann.Anstelle der Ein-/Ausgabe über Taster und LCD erfolgt die Konfiguration des Gerätes über eine, auf der SDKarte abgespeicherte, Konfigurationsdatei.Mathias StuckiFabian ZobristAusgangslageDas Unternehmen Fasnacht AGvertreibt seit geraumer Zeit die RegeleinheitMP5, welche in derDruckindustrie genutzt wird. Dieseist mit zahlreichen Funktionenausgerüstet. Ausserdem könnenKonfigurationseinstellungen direktam MP5 selber vorgenommenwerden. Da für viele Kunden dasMP5 bereits zu viele Funktionenbietet, hat die Fasnacht AG entschieden,eine preiswertere Varianteanzubieten. Die Funktionalitätdieser MP5 MiniMe Regeleinheitsoll aufs Wesentlichste reduziertwerden.RealisierungDas Ziel bei der Realisierung war,dass auch das billigere MP5 Mini-Me Board über den Anwenderkonfiguriert werden kann. Dafürmusste ein Konzept gefundenwerden. Anstelle des Displays undder Taster ist beim MP5 MiniMeeine Konfigurationsdatei auf einerSD Karte abgelegt. Diese Dateiwird mittels dem, von uns eingesetzten,STM32F207 Mikrocontrollereingelesen und verwaltet.Sie kann vom Anwender angepasstwerden. Falls falsche Eingabengetätigt werden, wird automatischein Logfile angelegt, wodiese ersichtlich sind. Mit der, vonKeil zur Verfügung gestellten, Librarywurden die nötigen «Low Level»Treiber geschrieben. Zudembefindet sich auf dem MP5 MiniMeneben der Benutzer-SD Karte eineweitere Speicherkarte, auf welcherein Backup der Konfigurationsdateiund anderen Systemdatenerstellt wird. Die gesamteSoftware wurde mittels Echtzeitbetriebssystemrealisiert.AusblickDie Fasnacht AG wird diese Regeleinheitnoch für ihre Anwendunganpassen müssen. Dabei kann aufdie bereits vorhandene Softwaredes MP5 Boards zurückgegriffenund mit unserer erweitert werden.Fertig bestückter MP5 MiniMe Print136 ti.bfh.ch

BSc in Elektro- und KommunikationstechnikBIBEBUVAFingerprint Hardware-AlgorithmBiometrie / Betreuer: Prof. Dr. Marcel JacometExperte: Felix KunzBiometrische Authentifikation hat in den letzten Jahren einen grossen Aufschwung erlebt. Die technischenFortschritte erlauben es, die biometrischen Features immer effizienter und mit genügend guter Qualitätaufzunehmen. Dabei ist der Fingerabdruckt das am häufigsten verwendete biometrische Merkmal.Augangslage:Mobile Anwendungen verlangennach kostengünstigen und energiesparendenSensoren. Die neustenGenerationen von Fingerprintsensorensind sowohl kleiner wie auchenergiesparender als die heutigenSensoren. Der Nachteil von ihnenist, dass eine aufwändige Bildrekonstruktionbenötigt wird. DieseSweep Sensoren werden von denHerstellern mit energiehungrigenBegleitchips verkauft, welche dasBild rekonstruieren.Zielsetzung:Ziel ist es diese günstigen Sensorenohne die Nachteile desBegleitchips einzusetzen. Dafürwurde in einer Masterthesis einRekonstruktionsalgorithmus entwickelt.Dieser Algorithmus wurdebis jetzt mit einem synthetischenFingerprintmodell getestet. Dernächste Schritt besteht nun ausder Anbindung eines Sensors anden Algorithmus an. Als Sensorwird ein 192×2 Pixel Sensor, welcherdie Pixel Kapazitiv aufnimmt,verwendet.Realisierung:Weil diese Sensoren mit den Begleitchipsverkauft werden, werdenkeine technischen Informationenzum Sensor veröffentlicht. Umtrotzdem die benötigten Informationenzu gewinnen, wurde einEvaluation Kit mit dem Sensor undseinem Begleitchip in Betrieb genommen.Auf dem Evaluation Kitwurde danach die Kommunikationzwischen dem Begleitchip unddem Sensor abgefangen und analysiert.Nachdem alle benötigten Informationenzusammengetragen wurden,konnte der Sensor betriebenwerden. Der Sensor wurde an dieEntwicklungsplattform Gecko4an gebunden und das entwickelteHardware System auf einem Spartan3FPGA implementiert. Die Rekonstruktionläuft in MatLab, dasGecko4 dient vorerst als Interfacezwischen Sensor und PC.Ausblick:Als nächstes wird es im Projektdarum gehen, den Rekosntruktionsalgorithmuszu testen, optimierenund danach in das FPGAzu implementieren. Sobald derSensor mit dem Rekonstruktionsalgorithmusautonom einwandfreifunktioniert, lässt sich daran einkomplettes Authentifizierungssystemanbinden.Caspar Trittibachctrittibach@gmail.comVom Sensor aufgenommener Fingerprint.ti.bfh.ch137

BIBEBUVABSc in Elektro- und KommunikationstechnikPositionsbestimmung von LautsprechernTechnische Informatik / Betreuer: Prof. Dr. Urs Brugger, Prof. Ivo OeschProjektpartner: ARTORG Center, BernIn einer Richtungshöranlage werden die Positionen der Lautsprecher mittels der Microsoft Kinect bestimmt.Dazu wird ein Referenzaufbau benötigt, von dem die Positionen der Lautsprecher als Soll-Positionen abgespeichertwerden. Danach können die Lautsprecher nach einer Verschiebung jederzeit wieder an ihreursprüngliche Position gebracht werden. Dieses differenzielle Messverfahren ermöglicht reproduzierbareRichtungshörtests selbst mit einem wiederhergestellten Messaufbau.Daniel WälchliAuftraggeber für diese BachelorThesis ist das «ARTORG Centerfor Biomedical Engineering Research»der Universität Bern. DasARTORG-Center verfügt über eineRichtungshöranlage, mit der audiologischeSchallfeld-Experimentedurchgeführt werden. Die Anlagebesteht aus zwölf kreisförmigangeordneten Lautsprechern,welche über eine Soundkarte voneinem Computer angesteuert werden.Diese Einrichtung ermöglichtdas Durchführen von Richtungshörtestsbei Patienten und gesundenProbanden.Um bei den Richtungshörtestsmöglichst genaue Resultate zu erzielen,ist es wichtig, dass dieLautsprecher genau im Raum positioniertsind. Diese Position sollnun mit Hilfe der Microsoft Kinectüberprüft werden. Die Lautsprechersollen im Bild erkannt und diePosition berechnet werden. DieKinect wird in der Richtungshöranlagebereits zur Gestenerkennungverwendet. Damit kann dievom Probanden angezeigte Richtungder von ihm wahrgenommenenSchallquelle erfasst werden.Während der Analyse wurde dieAuflösung der Kinect-Sensoreneingehend untersucht. Es wurdenebenfalls verschiedene Objektefür den Einsatz als Marker geprüft.Die Verwendung eines Markers istnotwendig, da die Oberflächender Lautsprecher für die Erkennungmit dem Tiefensensor derKinect nicht geeignet sind. DieWahl für den Marker fiel schliesslichauf eine weisse Styropor kugel.Das Zentrum der Kugel wird imRGB-Bild mittels digitaler Bildverarbeitungerkannt. Mit den bestimmtenKoordinaten kann anschliessenddie Distanzinformationdes entsprechenden Punktesaus dem Tiefensensor der Kinectgelesen werden. Somit wird diePosition der Kugel in einem dreidimensionalenKoordinatensystembestimmt. Bei dem genanntenVorgehen wurde aus zeitlichenGründen auf die Kalibrierung derKamerasystemparameter verzichtet.Deshalb wurde die Positionsbestimmungmit einem differenziellenMessverfahren implementiert.Die entwickelte Positionsbestimmungs-Applikationermöglicht,dass der Messaufbau abgeräumtund mit einfachen Mitteln schnellwieder aufgebaut werden kann.Damit werden reproduzierbareRichtungshörtests selbst mit einemwiederhergestellten Messaufbaumöglich. Die Genauigkeit derPositionsbestimmung der Lautsprecherliegt parallel zum Sensorbei ± 7 mm, bei der Bestimmungder Distanz zum Sensor liegt dieGenauigkeit bei ± 15 mm.Microsoft KinectRichtungshöranlage138 ti.bfh.ch

BSc in Elektro- und KommunikationstechnikBIBEBUVALeistungsendstufe für kapazitive LastenMechatronik / Betreuer: Prof. Markus MoserExperte: Felix KunzIm Rahmen eines Projektes mit der EPFL (École polytechnique fédérale de Lausanne) haben wir einenPrototyp einer Breitband-Leistungsendstufe für die Ansteuerung stark kapazitiver Lasten, speziell piezokeramischeAktuatoren, entwickelt. Beim Betrieb in einem engen Frequenzbereich kann der kapazitive Blindstromdurch eine angepasste Induktivität kompensiert werden. Dies ist bei einer Breitbandendstufe nichtumsetzbar, deshalb wurde eine für den Breitbandbetrieb optimierte Endstufen-Topologie eingesetzt.AusgangslageFür ein Projekt, bei welchem dieEPFL für die piezokeramischenAktuatoren zuständig ist, entwickeltenwir eine Leistungsendstufe,welche es ermöglicht, erstensstark kapazitive Lasten anzusteuernund zweitens die volle Leistungüber eine möglichst grosseBandbreite mit kleinen Verlustenabzugeben.SchaltungsentwicklungBereits in den vorhergehendenSemesterarbeiten haben wir unstiefgreifend mit verschiedenenEndstufen-Topologien beschäftigtund ein Funktionsmuster einer eigenenSchaltung verwirklicht. Ausden Erkenntnissen des Funktionsmustershaben wir unsere Schaltungweiterentwickelt und einenPrototypen erstellt.RegelungDer Prototyp besitzt einen 32 BitARM Mikrocontroller der Frequenzund Spannung entsprechend derangeschlossenen Last selbständigregeln kann. Ein CPLD (ComplexProgrammable Logic Device)erzeugt das Pulsmuster für dieAnsteuerung der Leistungshalbleiter.Messgrössen, die der Mikrocontrollerverarbeitet, sind dieSpannung an der Last und deraufgenommene Strom der Endstufe.Der Datenaustausch zwischenMikrocontroller und CPLDerfolgt via SPI-Schnittstelle. Einspezielles Pulsmuster für die Ansteuerungder Endstufe führt zueiner optimale Kurvenform überder Last und erlaubt minimale Verlustein der EndstufeSteuerungDie gesamte Schaltung kann vorerstmit einem handelsüblichenComputer, später dann mit einemBediengerät gesteuert werden.Die Kommunikation zur Schaltungerfolgt via CAN-Bus. Dem Anwenderstehen die Möglichkeiten offen,die Schaltung ein- oder auszuschaltenund Frequenz, Leistungund Lasttyp zu wählen. Die Speisespannungwird vorerst externgeliefert.AusblickDie Speisung mit galvanischerTrennung, die Netzfilterung unddas Bediengerät muss noch eingebundenwerden. Das Programmauf dem Mikrocontroller kann mitweiteren Funktionalitäten erweitertwerden. Wenn die Aktuatoren vonder EPFL zur Verfügung stehen,müssen Messungen durchgeführtund der Regelalgorithmus optimiertwerden. Um noch höhereLeistungen zu erzielen, kann einParallelschalten von mehrerenEndstufen in Betracht gezogenund implementiert werden.Cedric WeberWMCedric@yahoo.deStefan Weyeneths.weyeneth85@gmx.chti.bfh.ch139

BSc in InformatikBSc en InformatiqueBSc in Computer Science

BIBEBUVABSc in InformatikKassandra – A Firefox Security Demonstration Add-OnIT Security / Betreuer: Dr. Emmanuel BenoistExperte: Armin BlumAnhand einer Erweiterung, eines sogenannten Add-Ons, konnten wir diverse Schwachstellen im Design desFirefox Browser aufdecken. Wir waren in der Lage, bestehende Sitzungen (Ebay, Gmail…) zu übernehmen,die Tastaturschläge des Benutzers aufzuzeichnen, Passwortfelder zur Laufzeit zu manipulieren und privateDateien auf dem Laufwerk auszuspähen. Verschiedene Viren- und Internetscanner waren nicht in der Lage,Kassandra zu entdecken. Ein weiteres Highlight ist das Verstecken und Auslesen von geheimen Nachrichtenin Bildern auf Google+.Petar Aleksandrovicpetar.aleksandrovic@gmail.comStephan BergerFirefox und seine ErweiterungenDer Web-Browser nimmt in unserervernetzten Gesellschaft einen immergrösseren Stellenwert ein, unddieser Trend wird sich mit den fortschreitendentechnischen Möglichkeitennoch einmal vergrössern.Die Version 1.0 von Firefox wurdeEnde 2004 veröffentlicht, und seitdemkonnte der quelloffene Browserseinen Marktanteil auf gut25 Prozent ausbauen, dies nichtzuletzt wegen seinen Erweiterungen,den sogenannten Add-Ons,deren Sicherheit wir uns in dieserBachelor-Thesis gewidmet haben.Der Fuchs im SchafspelzEin Benutzer, so unerfahren er auchsein mag, würde sich kein Add-Oninstallieren, wenn er auf den erstenBlick sehen würde, dass es seinePasswörter und Login-Datenstehlen würde. Deshalb haben wirein sogenanntes Overlay programmiert,das dem Benutzer die aktuellenAngebote der DetailhandelsketteDenner anzeigt. AufKnopfdruck erscheint dann unserDenner Promotions – Das Overlayfür Kassandrarichtiges Add-On namens Kassandra(Seherin und Tochter desTrojanischen Königs Priamos, diedie Trojaner vor der List der Griechenwarnte). Wir haben unsereArbeit so benannt, weil wir uns wiedie Griechen einer List bedienen,um den Benutzer dazu zu bewegen,unsere Erweiterungen zu installieren.Der Hauptbereich von KassandraEin Add-On, viele MöglichkeitenNachdem sich ein Benutzer Kassandrainstalliert hat (über Social-Engineering oder über einen anderenKanal) stehen uns folgendeMöglichkeiten offen, um persönlicheund private Daten des Userauszuspionieren sowie ihn auffalsche Seiten zu leiten:– Keylogging – Aufzeichnen derTastaturschläge inklusive Screenshotder besuchten Seite– Redirection – Fernsteuern auffremde Seiten– Session Hijacking – Übernahmeeiner laufenden Sitzung (Ebay,Ricardo, GMail…)– Server Socket – Verbindung perTelnet auf den Rechner des Benutzers(Lesen / Schreiben vonDateien auf der Festplatte, Verändernder Lesezeichen, Durchsuchendes Verlaufes…)– DOM Manipulation – Ersetzenvon Formularen und auslesenvon gespeicherten Passwörtern– Spoofing – Weiterleitung auf einenanderen Server und Täuschungdes Benutzers, damit ersich bei einer fremden Seite anmeldet(GMail / Yahoo Mail)– Kryptographie – VerschlüsselteDateien zur Laufzeit in ein Objektmit lauffähigem Code umwandelnzur Täuschung vonMalware-ScannernDas letzte Feature von Kassandrakönnte z. B. von Regimegegnernin unterdrückten Ländern verwendetwerden:– Steganographie – Das Versteckenvon geheimen Nachrichtenin Bildern auf Google+Unter dem RadarVerschiedene Tests mit Viren- undInternetscannern von namhaftenAnbietern verliefen positiv in demSinne, dass Kassandra unentdecktgeblieben ist, und zwar beiallen oben vorgestellten Funktionen.Dies zeigt deutlich, dass imHinblick auf die Sicherheit vonBrowsern noch eine Menge Potentialvorhanden ist, um den Benutzerndie grösstmögliche Sicherheitgewährleisten zu können.142 ti.bfh.ch

BSc in InformatikBIBEBUVASuisseID ‹CAS as a VM›IT-Security / Betreuer: Prof. Gerhard HassensteinExperte: Prof. Dr. Andreas SpichigerDer ‹CAS as a VM› ist eine als virtuelle Maschine konzipierte und lizenzfreie Implementation des ClaimAssertion Services. Dieses System bildet in der SuisseID-Welt eine Art Auskunftsdienst für beliebig konfigurierbareInformationen aus verschiedenen internen LDAP- und MySQL-Datenquellen über einen auf demCAS registrierten Benutzer. Diese Informationen lassen sich, ausschliesslich mit der aktiven Zustimmungdes jeweiligen Benutzers, von jedem SP (Service Provider) signiert und somit beglaubigt abrufen.AusgangslageMit der SuisseID existiert seit demFrühling 2010, lanciert durch dasStaatssekretariat für Wirtschaft(SECO), die erste standardisierteMethode, um eine Person elektronischsicher zu authentifizieren.Weiter lassen sich damit eine kleineAnzahl von Informationen, welcheklassischerweise auch in einemPass abgedruckt sind, über diesesSystem abrufen. Diese sogenanntenCore-Attribute werden von derBasis-Infrastruktur, den IdPs (IdentityProvider), in signierter und somitbeglaubigter Form dem Benutzerzur Verfügung gestellt.Damit der SuisseID-Welt zusätzliche,zu den durch die IdPs geliefertenbegrenzten, Informationenzugänglich gemacht werden können,wurde der CAS als Konzeptdurch die Arbeitsgruppe der SuisseIDausgearbeitet.ZielsetzungDamit die einzelnen Firmen undVerbände, welche Informationenüber Benutzer anbieten wollen,einen CAS kostengünstig und einfachbei sich einbinden können,soll mit diesem Projekt ein lizenzfreierund durch den jeweiligenAdministrator parametrierbarerCAS entwickelt werden. Der CASsoll zudem direkt als vollständiglauffähige virtuelle Maschine zumkostenlosen Download angebotenwerden, damit das ganze Systemdirekt in die bestehende Umgebungeingebunden und konfiguriertwerden kann.UmsetzungUm das Konzept als kostenlosesSystem umzusetzen wurden alsBetriebssystem CentOS und alsApplikationsserver GlassFish gewählt.Aufbauend auf diese Grundlagewurde der CAS gemässSpezifikation und Konzept alsWebanwendung implementiert.Zusammen mit der Administrationsanwendung,ist es dem Administratordes Systems möglich,eine beliebige Anzahl an Datenquellen(zurzeit LDAP-Verzeichnisdiensteund MySQL-Datenbanken)an den CAS anzubinden. Basierendauf diesem Datenbestandkann er einzelne Attribute dieserDatenquellen unter einem eindeutigenNamen der SuisseID-Weltzum Abrufen anbieten. Optionallassen sich die Ausgabewerte derAttribute anhand von Übersetzungsregelnvor der Ausgabe abändern.Um den Dienst nutzen zu können,muss der Benutzer zuerst mit seinerSuisseID-Nummer und internemBenutzernamen vom Administratorauf dem CAS registriertwerden. Zudem muss jeder dieserEinträge vom jeweiligen Benutzerzusammen mit seiner SuisseIDund seinem internen Passwortvalidiert werden. Damit ist sichergestellt,dass jegliche Daten nuran den eigentlichen Benutzer ausgegebenwerden.Florian Bänzigersuisseid@sysdev.infoInteraktion des Benutzers mit dem SP und dem CAS mit dessen unterstütztenDatenquellenti.bfh.ch143

BIBEBUVABSc in InformatikInformation Lifecycle Management for Oracle ERPWeb and Business Applications / Betreuer: Prof. Dr. Arno SchmidhauserExperte: Andreas DürstelerProjektpartner: Emmi Schweiz AG, OstermundigenDas Thema Information Lifecycle Management (ILM) ist in aller Munde, wird jedoch in den meisten Firmennoch sehr stiefmütterlich behandelt. Viele Unternehmen setzen bisweilen die Prioritäten der IT andernorts.Die vorliegende Thesis hat sich dieser Thematik bei der Emmi Schweiz AG für das ERP System angenommen.Da auf dem Markt bisher keine optimale Archivlösung existiert, welche eine Anbindung an das ERP Systembietet, wurde eine Insellösung implementiert. So konnten auf der Datenbankebene mit eleganten Technologien,alte Daten, in eine Archivumgebung verschoben werden.Marc Baumannm.bumae@bluewin.chAusgangslageDie Emmi Schweiz AG hat 2005ein Enterprise Resource Planning(ERP) System eingeführt. DieHauptfunktionsbereiche sind dieMaterialbewirtschaftung, der Verkauf,sowie das Finanz- und Rechnungswesen.Bis heute ist derDatenbestand des ERP Systemsauf mehr als 2TiB gewachsen, waseinem durchschnittlichen Wachstumvon 350GiB pro Jahr entspricht.Bezüglich InformationLifecycle Management (ILM) wurdebis anhin nichts unternommen.Momentan befinden sich sämtlicheDaten auf gleich teurem Speicherplatz.Dies betrifft sowohlaktuelle Daten, welche täglich eingesetztwerden, als auch alte Daten,die vom System nur äusserstselten oder gar nicht mehr verwendetwerden. Bei ständigemWachstum der Daten steigen ausserdemdie Backup und folglichauch die Recovery Zeiten an.chen die Anforderungen an eineArchivierung definiert.Darauf folgend wurden einigeOracle Datenbank Technologiengetestet, welche als möglicheKandidaten für die Umsetzung derArchivierung in Frage kamen:– Online Redefinition (DBMS_RE-DEFINITION)– Partitioning– Compression– Transportable Tablespace– Fine-Grained Access Control(FGAC)Aus einer Kombination der obenstehendenTechnologien konnteeine äusserst effiziente und Compliance-sichere Methode entworfenwerden, um einzelne Tabellenzu archivieren.Nach dem Aufbau eines Testsystems,wurde das beschriebeneVerfahren in der Implementierungsphasefür die beiden grösstenTabellen umgesetzt.Es folgten abschliessende Testsder wichtigsten ERP Programme,welche auf den beiden Tabellenbasieren.ErgebnisseIm Ergebnis erweist sich dieseMethode als sehr rentabel. Dankder Archivierung von Daten dauertz.B. eine Abfrage, welche bisherüber fünf Stunden benötigte,heute nur noch 30 Minuten.Ausserdem konnte der Datenbestandder Primären Datenbankvon 2.1TiB um 600GiB auf 1.5TiBreduziert werden. Aus diesem undweiteren Gründen konnten dieSpeicherkosten um über 60 % gesenktwerden.VorgehenZuerst wurden das ERP System,sowie die Oracle Datenbank analysiert.Sowohl die Analyse, als auchdie spätere Umsetzung, wurden aufeiner Kopie der produktiven Datenbankdurchgeführt. Bei der Datenanalysehat sich herausgestellt,dass die grössten fünf Tabellen inkl.deren Indizes über 60 % des Gesamtspeicherplatzesbelegen.Im Anschluss wurden zusammenmit den Business Verantwortli-Datenwachstum ERP System144 ti.bfh.ch

BSc in InformatikBIBEBUVAElektronisches Flugbuch für Hängegleiter-PilotenWeb and Business Applications / Betreuer: Marcel PfahrerExperte: Dr. Federico FlueckigerDie meisten Gleitschirm- sowie Delta-Piloten führen selbständig ein Flugbuch, welches als persönlicherNachweis von Flugstunden resp. Flugerfahrung dient. Nur wenige Piloten benützen dafür moderne Hilfs mittelwie den Computer oder das Smartphone und führen das Flugbuch weiterhin auf Papier. Diese Bachelor-Thesis zeigt wie ein zukünftiges, elektronisches Flugbuch in Form einer Web-Applikation umgesetzt werdenkann.Das Ziel dieser Bachelorarbeit istes, eine ebenbürtige, elektronischeAlternative zum papiergebundenenFlugbuch zu erstellen.Dabei bietet das elektronischeFlugbuch sämtliche Funktionalitätenwie die bisherige Lösung, wiedas Auflisten sämtlicher Flüge,Darstellen der totalen Flugdaueroder die Möglichkeit, persönlicheBemerkungen an einen Flug hinzuzufügen.Ausserdem wird dem Piloten durchdie technischen Möglichkeiten einMehrwert geboten, wie das automatischeAddieren der Flugstunden,einer Übersichtskarte mit dergrafischen Darstellung sämtlicherFlugbewegungen sowie detailliertenStatistiken als Infografiken.Damit das elektronische Flugbuchauf diversen Endgeräten wieDesktop-Computer, Notebooks,Tablets oder Smartphones benutztwerden kann, wurde es alsWeb-Applikation umgesetzt undnutzt offene Standards wie HTTP,HTML5, CSS3, JavaScript usw.Die Web-Applikation selbst basiertauf dem ASP.NET MVC3 Frameworkvon Microsoft in Verbindungmit einer MSSQL-Datenbank undläuft auf einem Windows 2008Server.Die Kernkomponente der Applikationist ein Parser für IGC-Protokolldateien.Viele Piloten benutzenheutzutage Fluginstrumente miteinem integrierten GPS-Modul,welche den gesamten Flugverlaufaufzeichnen und in eine IGC-Dateispeichern. Die Web-Applikation istnun in der Lage, diese Dateienauszulesen und die Flugroute grafischauf einer Karte darzustellen.Insbesondere bei längeren Flügenwerden diese Dateien sehr umfangreichund mit den eingesetztenTechnologien ist es unmöglich,mehrere Flüge auf einer Übersichtskartedarzustellen ohne dasses zu langen Ladezeiten kommt.Deshalb komprimiert die Web-Applikation mit Hilfe des Douglas-Peucker-Algorithmus die Flugroutendynamisch auf die gewünschteDetailstufe.Weiter verwendet die Web-Applikationfrei verfügbare Informationenzu rund 4500 Start- und Landeplätzeaus der ganzen Welt underspart dem Benutzer somit dasErfassen von bekannten Fluggebieten.Mittels einer fortgeschrittenenSuchfunktion, welche auchRechtschreibefehler ignoriert, hatder Benutzer jederzeit Zugriff aufdiese Gebiete und sieht Statistikensämtlicher Flugbewegungen in diesemGebiet. Auf einem Smartphonekann sich der Benutzer unterwegsdie nächstgelegenen Fluggebietedarstellen lassen und erhält nützlicheDetailinformationen.David Baumgartnerbaumgartner.david@me.comKen BlumÜbersichtskarte aller BenutzerDetailansicht eines Fluges mit FlugrouteFlugstatistikenti.bfh.ch145

BIBEBUVABSc in InformatikSicheres und effizientes E-VotingIT-Security / Betreuer: Prof. Dr. Rolf Haenni, Prof. Dr. Eric DubuisExperte: Prof. Dr. Andreas SpichigerDie sichere Durchführung von elektronischen Abstimmungen ist eine der herausforderndsten Anwendungenkryptografischer Protokolle. Ein im Jahr 2005 entworfenes E-Voting-Protokoll hat unter anderem die Eigenschaft,dass der Wähler nicht erpresst werden kann. Das Protokoll besitzt allerdings auch eine markanteEinschränkung bei der Stimmenauszählung. Aus diesem Grund wurden an der BFH mehrere optimierteVersionen entwickelt, welche sich diesem Problem annehmen. Der Auftrag lautete, ein Prototyp der neustenVariante zu entwickeln, um die Praktikabilität des Protokolls aufzuzeigen.David Bergerdave.berger@hispeed.chRolf Lindermail@liro.chDie weltweite Verbreitung des Internetseröffnet unter anderemauch neue Möglichkeiten bei derInteraktion zwischen Bürger undStaat. Mittlerweile beteiligen sichin der Schweiz 13 Kantone anPilotprojekten zum Thema E-Voting.Im Bereich von elektronischen Abstimmungenbestehen Anforderungen,welche weit über die vonanderen, sicherheitskritischen Internetanwendungenwie z. B. E-Banking oder E-Shopping hinausgehen. So muss bei E-Voting nichtnur sichergestellt werden, dass essich bei Wähler und Wahlbehördeum die korrekten Parteien handelt.Die Auszählung der Stimmenmuss transparent und für jedermannnachvollziehbar sein, darfjedoch keinen Aufschluss darübergeben, wer wie abgestimmt hat.Zusätzlich darf der Wähler nichterpressbar sein: Einem Betrügersoll es nicht möglich sein, einenWähler dazu zu zwingen, auf einebestimmte Art und Weise zu stimmen,nicht an der Wahl teilzunehmenoder gar seinen Stimmausweiszu veröffentlichen. DieseEigenschaft wird als «CoercionResistance» bezeichnet.Das E-Voting-Protokoll von Juelset al. (2005) entspricht dem neustenStand der Technik und lieferteine Lösung für die geforderte«Coercion Resistance». Das Protokollbesitzt allerdings eine gravierendeEinschränkung: Die fürdie Stimmenauszählung benötigteZeit wächst quadratisch mit derAnzahl Stimmen. Bereits ab einervergleichsweise kleinen Anzahlvon Stimmen dauert die Auszählungso mehrere Stunden, was inder Praxis nicht praktikabel ist. DieE-Voting-Gruppe der Berner Fachhochschulehat mehrere Variantenentwickelt, welche sich diesemProblem annehmen.Der Auftrag dieser Bachelor Thesislautete, einen Prototyp derneusten Protokollvariante zuentwickeln. Die Spezifikation wardabei so effizient wie möglichzu implementieren. An gewissenStellen wurden Vereinfachungenerlaubt. Das Hauptziel der Implementationbestand in einerProof-of-Concept-Studie, welchedie Praktikabilität des Protokollsunter realen Umständen aufzeigensollte.Entwickelt wurde eine auf JavaRMI basierende Client-/Server-Applikation mit verschiedenenRollen. Der Fokus bestand dabeiin der Stimmenauszählung. DieApplikation beinhaltet Implementationender Konzepte «ElGamal-Verschlüsselung», «Zero-Knowledge-Beweise»,«ReencryptionMix-Network» und «verteilte Berechnungund Entschlüsselung».Neben einer interaktiven Stimmabgabewurde eine Simulation einerAbstimmung entwickelt, umAussagen über die Leistungsfähigkeitdes Protokolls machen zukönnen. Dabei konnte der lineareZeitverlauf der Stimmenauszählungerfolgreich unter Beweis gestelltwerden.146 ti.bfh.ch

BSc in InformatikBIBEBUVAKryptonIT Passwort ManagerMobile Computing und Web Applications / Betreuer: Reto König, Dr. Bernhard AnrigExperte: Dr. René BachEin grosser Nachteil bestehender Passwort Manager ist, dass diese «challenging» sind. Dadurch sind sieangreifbar. Basierend auf einer neu entwickelten kryptographischen Methode wurden zwei PasswortManager umgesetzt: Eine interaktive und grafische Lernkomponente, um die Grundlagen der Methode zuvermitteln, und eine benutzerorientierte Applikation, um die Verwendung der Methode in der Praxis zuerforschen.ProblemstellungDiese Arbeit befasst sich mit derUmsetzung einer kryptographischenMethode mit dem NamenKryptonIT. Die Methode soll alsGrundlage für einen Passwort Managerdienen. Der praktische Einsatzder Methode ist weitgehendunerforscht. Aus diesem Grundsollen zwei Umsetzungen («Proofof Concepts») erstellt werden: EineUmsetzung, welche in der Lehreeingesetzt werden kann, um dieGrundlagen und Funktionsweisegrafisch zu vermitteln; eine weitereUmsetzung, mit welcher dieVerwendung aus der Sicht einesBenutzers untersucht werdenkann. Bei der «Benutzersicht» sollzusätzlich die Verwendung vonKontext-bezogenen Daten (z. B.ein Wifi-Netzwerk) als Eingabenbetrachtet werden, welche in einemmodernen Smartphone zurVerfügung stehen. Um einenPasswort-Speicher sowohl in dererklärenden Sicht, als auch in derBenutzersicht untersuchen zukönnen, soll ein Austausch einesChiffrates zwischen den beidenApplikationen möglich sein.LösungEs wurden zwei Applikationen umgesetzt.Eine Mobile Applikationauf der Basis von Android undeine Web Applikation mit GoogleWeb Toolkit (GWT). Diese Technologienwurden gewählt, da dieUmsetzung der KryptonIT Methodeals Java Bibliothek bereits zurVerfügung stand.Mit der Android Applikation könnenneue Chiffrate erstellt, gespeichertund abgefragt werden. AlsEingaben für die Abfrage wurdenText, der Inhalt eines QR-Barcodes,eine Wifi-Adresse und eineKompass-Himmelsrichtung umgesetzt.Für den Austausch von Chiffratenwurden Import- und Export-Funktionen realisiert.Mit der GWT Applikation könnenebenfalls neue Chiffrate erstellt,gespeichert, und abgefragt werden.Als Eingaben für die Abfragewurde ausschliesslich Text umgesetzt,da eine Web Applikationkeine Sensoren zur Verfügung hat.Bei der Erstellung und beim Abfrageneines Chiffrates wird dem Benutzerzusätzlich eine grafischeVisualisierung und ein Informationsbereichangezeigt. Diese beidenBereiche zeigen dem Benutzerdie Resultate der Berechnungenwährend der einzelnen Erstellungs-und Abfrage-Schritte einesChiffrates auf. Des Weiteren hatman die Möglichkeit, ein Chiffratzu importieren oder exportieren.SchlussfolgerungDurch grafische Untersuchungenmit der Web Applikation konntegezeigt werden, dass die ursprünglicheingesetzten Hash-Methoden(z. B. SHA1) für die Verwendungungeeignet sind. Deshalb musstedie Umsetzung der KryptonIT Methodemit einer zusätzlichen Hash-Funktion erweitert werden.Sowohl für die Android, sowieauch die GWT Applikation konntenwie gewünscht umgesetzt werden.Somit stehen die Resultatedieser Arbeit einerseits für dieLehre, andererseits für weitere Untersuchungender Usability undSicherheit der KryptonIT Methodezur Verfügung.Louis BernathJan Thomas LiechtiKryptonIT Android Passwort ManagerKryptonIT GWT Passwort Managerti.bfh.ch147

BIBEBUVABSc in InformatikNeuaufbau Herzsicher.chWeb and Business Applications / Betreuer: Prof. Marcel PfahrerExperte: Mathis MaruggProjektpartner: Erich Grossniklaus, Herzsicher.ch, GysensteinStellen Sie sich vor, neben Ihnen erleidet jemand einen Herzstillstand. Was tun Sie? Notruf alarmieren undCPR. – CPR hat jedoch nur eine 7% Chance, jemanden erfolgreich zu reanimieren, Defibrillatoren (AEDs)haben eine 30% Chance. Doch wo findet man den nächsten AED? Hier kommt HERZSICHER.CH ins Spiel!Diese Plattform zeigt Ihnen die Standorte der nächstbesten Defibrillatoren an. – Herzsicher.ch bietet eineWebseite und einen Web Service, bei welchem ein Benutzer den Standort und Verfügbarkeit seiner AEDseintragen und verwalten kann, die dann auf einer Karte dargestellt werden.Patric BlunschiJan StohlerAuftragFür unsere Bachelor Thesis wurdenwir von Erich Grossniklaus, Projektinitiantder Webseite herzsicher.ch, beauftragt, die HerzsicherPlattform zu erweitern. Die Webseiteexistiert bereits, ist jedochtechnisch veraltet, so dass wir diePlattform von Grund auf neu konzipierenmussten. Dies hatte denVorteil, dass wir die neuestenTechnologien verwenden konnten.Da nicht nur eine Webseite, sondernauch andere Applikationenwie z. B. eine Smartphone Appoder Ressource Management Systemevon Firmen auf die Datenbankzugreifen können müssen, wird diePlattform als Web Service realisiert.Ein Web Service bietet Schnittstellengegen aussen an, über welchedie Funktionen der Plattform aufgerufenwerden können.Weiterer Inhalt der Bachelor Thesiswar es, die aktuelle Webseitemit den bestehenden und einigenzusätzlichen Funktionen neu umzusetzen.Basis umgesetzt, welcher für Aufrufedie Standard HTTP Operationen(GET, POST, PUT, DELETE)verwendet. Daten werden dabei inXML verpackt und via HTTP übergeben.Für die Webseite entschieden wiruns für die aktuellste Version des.NET MVC 3 Frameworks, währenddie Daten in einer MS SQLDatenbank gespeichert werden.Die Anbindung an die Datenbankvon Seiten Web Service erfolgt viadem ADO.NET Entity Framework,durch welches die Tabellen als Objekteim Code dargestellt werden.Web ServiceDer Web Service offeriert eine Vielzahlan Funktionen zum Abfragen,Erstellen, Ändern und Löschen vonDefibrillatoren, Standorten, Benutzernund Firmen. Zur Authentifizierungmit dem Web Service wird miteinem zufällig generierten Tokengearbeitet, welches zeitlich beschränktund dem eingeloggtenBenutzer zugewiesen ist.WebseiteDie Webseite verfügt über keineeigene Verbindung zur Datenbank,sondern verwendet dazu dieSchnittstellen des Web Services.Sie hat jedoch Zugriff auf einigeexklusive Funktionen des WebServices, wie zum Beispiel dasErstellen eines Benutzeraccounts.Nebst der Möglichkeit für den Benutzerseine Defibrillatoren, derenStandorte, seine Benutzerdatenund Firma zu verwalten, bietet sieBesuchern eine Liste der Defibrillatorenund die Darstellung derStandorte übersichtlich auf einerGoogle Map, inklusive aller notwendigenInformationen.AusblickDa die Bachelor Thesis ein Neuaufbauder Herzsicher Plattformist, bietet sie nun genug moderne,technische Möglichkeiten zur einfachenWeiterentwicklung, wiezum Beispiel für eine SmartphoneApplikation und erweiterte Funktionalitäten.TechnologienWir entschieden uns bei der Umsetzungfür Microsoft .NET alsTechnologie, einerseits aus persönlichemInteresse und andererseitsweil .NET mittlerweile sehrausgereift ist und viele unterstützendeFrameworks und Templatesbeinhaltet.So wurde der Web Service alsRESTful Web Service mit WCF alsWebseite mit Defi-Darstellung auf Google Maps148 ti.bfh.ch

BSc in InformatikBIBEBUVATouch – Zusammentreffen mobiler Geräte erkennenMobile Computing / Betreuer: Reto König, Claude FuhrerExperte: Armin BlumIn dieser Arbeit wird ein Framework für mobile Endgeräte (Android) entwickelt, welches das räumliche undzeitliche Zusammentreffen zweier mobiler Endgeräte Benutzer registrieren kann, ohne dabei auf Benutzerinteraktionenangewiesen zu sein. Ziel des Systems ist es, mit Hilfe der verfügbaren Sensoren jene Teilnehmerin Echtzeit zu identifizieren, welche sich zeitgleich räumlich in unmittelbarer Nähe aufhalten. DasFramework soll dabei möglichst schonend mit den vorhandenen Energie-Ressourcen umgehen.AusgangslageBeim Projekt Where’s George?(www.wheresgeorge.com) könnenMenschen überall auf der Welt DollarNoten und deren aktuellerStandort eintragen. Ab einem zweitenEintrag derselben Note sprichtman von einem Hit. Die Menschenkönnen so ihre einmal eingetragenenBanknoten und deren Standortjederzeit verfolgen. Diese Idee sollauf eine mobile Applikation mit Androidumgesetzt werden. Es soll einFramework entwickelt werden, welchesdas Zusammentreffen vonMenschen, ohne Einwirken der Benutzer,erkennt und es als Hit zentralhinterlegt. Als Beweis desFrameworks wird die Beispielapplikation«Mobile Epidemiology» entwickelt,um das Wohlbefinden derTeilnehmer auf einer Skala von 1–10zu messen und miteinander in Verbindungzu bringen.LösungsansatzIn regelmässigen Abständen übermitteltdas mobile Gerät die aktuellePosition an einen Applikationsserver.Dieser prüft, ob sichandere Benutzer in potentiellerNähe (< 1km) befinden und startetfür jeden gefundenen Benutzereinen neuen «Touch»-Prozess. ProProzess übermitteln jeweils diezwei involvierten Mobiltelefone ihrengenauen Standort anhand vonGPS und den sichtbaren WifiNetzwerken. Wenn der Applikationsservererkennt, dass sich diebeiden Benutzer sehr nahe sind(< 40 m oder mind. 1 gleichesWLAN sichtbar) wird auf eine direkteSichtbarkeit überprüft. Dazusoll bei beiden Geräten Bluetoothaktiviert und eine Suche nachsichtbaren Geräten gemacht werden.«Sehen» sich die beiden Geräte,hat ein Zusammentreffenstattgefunden und es wird ein Hitin der Datenbank eingetragen. Dadie Suche mit Bluetooth nicht mitallen Android Versionen möglichist, wird als Alternative der eingebauteWifi-Hotspot verwendet, mitwelchem ein Smartphone ein eigenesWLAN erstellen kann. Wiebei Bluetooth kann auf die Sichtbarkeitdes Netzwerkes überprüftwerden.Der Applikationsserver besteht auseinem Webserver mit verschiedenenSchnittstellen, welche überHTTP Anfragen angesprochen werdenkönnen. Die übertragenen Datenwerden in einem JSON zusammengefasstund an die definiertenSchnittstellen übermittelt. Die Datenübertragungvom Applikationsserveran das mobile Gerät wirdüber Push Nachrichten (Cloud 2Device Messages) gemacht.ProblemeDas grösste Problem war die Internetkonnektivitätder mobilenGeräte. Bis es zu einem Hit kommt,müssen immer wieder Daten übertragenwerden, welche leiderdurch fehlende Internetverbindungennicht immer an den Applikationsserverübermittelt wurden. Indiesem Fall wird ein Prozess abgebrochenund es kann somit keinHit erzeugt werden.Kevin-Dave Brechbühlmail@aquasonic.chKomponenten- und SchnittstellenübersichtAusblickDas Framework ist noch in der Betaversion,jedoch wurde seineFunktionsweise bewiesen. Eskönnen weitere Anwendungen aufdem Framework aufgebaut, beliebigeDaten zur Auswertung gespeichertund diese mit einzelnenBenutzern in Verbindung gebrachtwerden.ti.bfh.ch149

BIBEBUVABSc in InformatikPfadsuche in dreidimensionalen virtuellen WeltenInformatik / Betreuer: Dr. Jürgen EckerleExperte: Han van der KleijDas Finden eines Pfades in einer virtuellen Umgebung ist ein Problem, welches in der Informatik sehr häufigvorkommt. Es gibt kaum noch ein Spiel, welches heutzutage ohne Pfadfindung auskommt. Bei der Betrachtungeines solchen Suchverfahrens spielt das Gelände eine entscheidende Rolle. So ist beispielsweiseeine Bewegung wie das Erklimmen eines Hügels bedeutend teurer als das Fortbewegen auf einer flachenStrasse. Wir haben untersucht, wie ein solches Verfahren an ein dreidimensionales Terrain angepasst werdenkann.Damian Breugaston1@gmx.chRaffael GottardiAngelo SeilerTerrain der berner Altstadt mit Basenund AgentenKommandozentrale des SpielsKomplexes Terrain mit verschiedenenGeländetypenAusgangslageDie Effizienz solcher Pfadsuchverfahrenist natürlich eng an einegeeignete Repräsentation derräumlichen und topologischen Eigenschaftendieser Welten gekoppelt.In einer Vorarbeit wurde einegeeignete Terrainrepräsentationgefunden, welche verwendet werdenkonnte, jedoch in einigen bedeutendenPunkten angepasstwerden musste. Es galt, aus denTerraindaten einen Graphen zu erstellen,auf dem sowohl eine Pfadsuchedurchgeführt als auch dieerrechnete Bewegung beschriebenwerden kann. Weiter sollte eineinfaches Spiel als proof of conceptfür die gefundene Lösungentwickelt werden.ZielEin beliebiges Terrain, in dem sicheiner oder mehrere Agenten fortbewegen,sollte zunächst eingelesenwerden können. Anschliessendsollte unser Programmeinen optimalen Pfad berechnen,das ist ein Pfad mit kürzester Reisezeitunter der Berücksichtigungvon Steigung, Untergrund undWasser, sowie den Fähigkeitendes Agenten. Dazu wird aus denTerraindaten ein Netz von zusammenhängendenKnoten erstellt,welches alle traversierbaren Wegebeinhaltet.Aufbauend darauf wird ein Spielfür 2 Spieler entwickelt, welchesdie zuvor gefundenen Lösungsansätzeimplementiert und veranschaulicht.Die Bewegungen derAgenten im Gelände sollen dabeiplausibel visualisiert werden.UmsetzungDiese Arbeit wurde in Java unterVerwendung von Java 3D erstellt.Für die Pfadsuche konnte der bekannteAlgorithmus A* (sprich: A-Stern) so angepasst werden, dassdieser auch in dreidimensionalenWelten funktioniert. Dazu wurdeein Gitter von Knoten erstellt, wobeijeder Knoten jeweils 8 Nachbarnhat. Die Daten zu Entfernungund Steigung zu den Nachbarnwerden vor Spielbeginn vorausberechnet,so dass die Agentenschnell die benötigten Informationenzur Pfadsuche verfügbar haben.Derselbe Pfad kann für jedenAgenten je nach Terraincharakteristikaunterschiedliche Werte liefernund wird deshalb nur dannberechnet, wenn er benötigt wird.ResultateDie Pfadfindung konnte wie gewünschtumgesetzt werden unddank geeigneter Optimierung läuftdie Suche auch auf grossen Landkartenunter einer Sekunde ab.Das Spiel wurde für zwei Spielerausgelegt und kann mit beliebigenLandkarten gespielt werden. JederSpieler besitzt zu Beginn einigeBasen, aus welchen er Agentenzu gegnerische Stützpunkte aussendenkann. Sind genügendAgenten an einem Ziel angekommen,so wird diese Basis eingenommen.Die Interaktion beschränktsich auf die Konfigurationder involvierten Agenten und dieWahl derer Ziele. Trotz dieser Einfachheitwurde ein actionreichesSpiel entwickelt, welches dieMöglichkeiten der Pfadfindung imTerrain gut aufzeigt.150 ti.bfh.ch

BSc in InformatikBIBEBUVASpielimplementation auf einem TabletComputer Perception and Virtual Reality / Betreuer: Prof. Dr. Bernhard AnrigExperte: Armin BlumProjektpartner: kittgeneration.com, GenfDie Genfer Firma kittgeneration.com entwickelt Lernsoftware für junge Menschen und interessiert sich fürdie Auswertung von psychologischen Eigenschaften bei den Benutzern. Zur Förderung des räumlichenDenkens möchte die Firma ein Spiel in 3D entwickeln lassen, bei dem die Aktionen des Spielers protokolliertund später ausgewertet werden können.Die Bachelor Thesis umfasste die gesamte Planung und Entwicklung dieses Spiels. Dabei wurde eine Script-Schnittstelle erstellt, welche ein dynamisches Verwalten der Spielszene durch die Auftraggeberin ermöglicht.Hauptmenü des SpielsDamit die Firma kittgeneration.com die Lernkurve des Menschenbei der Entwicklung vom räumlichenVorstellungsvermögen besserverstehen und analysierenkann, soll ein Spiel in 3D zur Protokollierungund Messung allerSpieleraktionen entwickelt werden.Dieses Spiel soll auf einemAndroid-Tablet lauffähig sein, umeinerseits eine spielerisch interessanteAtmosphäre zu bieten undandererseits um die Interaktionsweisedes Spiels durch das Rotierendes Tablets zu erweitern.Da zum Zeitpunkt der Entwicklungnoch keine freie native Game-Enginefür Android empfohlen wurde,sind alle Spielkomponenten eigenständigmit Hilfe von diversen Librariesentwickelt worden.Als Basis des Spiels wird die nativeC/C++ Umgebung von Androidgenutzt, um eine direkte Kommunikationmit der OpenGL ES 2.0Schnittstelle zu ermöglichen. DieVorteile der nativen Umgebungzeigen sich besonders bei der effizientenVerarbeitung von Berechnungen,aber auch dank der Verwendungvon effizienten OpenGLBefehlen.Das Spiel erlaubt das Laden von.3ds Modellen und kann Anima tionenanzeigen. Dank einer PhysikEngine werden Kollisionen des Spielersmit der Spielszene erkannt, einRaycasting erlaubt dabei das Erkennenvon Gegenständen. Zusätzlichwurde eine Audio ausgabe sowie dieUnterstützung von Schriftarten implementiert.Das gesamte Spiel lässt sich durcheine Script-Schnittstelle in LUAsteuern. Dabei wird eine bidirektionaleKommunikation vonSpiel Script und Script Spielermöglicht. Dies ist besonders fürden Auftraggeber wichtig, da dieserdie Szene für psychologische Zweckemit geringem Aufwand anpassenkann.Da Tablets auf einer ARM-Architekturbasieren, mussten die verwendetenLibraries teilweise inihrer Funktionalität erweitert werden,um erstens ein Crosscompilingfür ARM zu erlauben und zweitensum eine Verwendung derFunktionen in Android zu ermöglichen.Das Spiel profitiert von wiederholendenMatrizenoperationenund weiteren Berechnungen desNEON-Befehlssatzes.Aufgrund der sehr begrenzten Rechenkapazitätwurde zusätzlichspezielle Aufmerksamkeit der Optimierungvon Rendercode undShader gewidmet.Die für das Spiel verwendeten Grafikenund Modelle wurden von derAuftraggeberin zur Verfügung gestellt.Florian Bühlmannf.buehlmann@gmail.comIn-Game ScreenshotAnsicht des Pfadesti.bfh.ch151

BIBEBUVABSc in InformatikmyIdP ExtensionIT-Security / Betreuerin: Dr. Annett Laube-RosenpflanzerExperte: Dr. Andreas SpichigerIm Bereich E-Government und allgemein bei Webanwendungen hat sich herausgestellt, dass die redundanteDateneingabe in verschiedene Systeme für den Benutzer ein wesentliches Erschwernis darstellt. Durchdie Realisierung des myIdP Prototyps im SuisseID Umfeld, steht dem Benutzer nun eine persönliche Ab lage,in der er seine signierten Daten aufbewahren kann, zur Verfügung. Nachdem er seine Daten erstmals eingegebenhat, stehen diese nach seiner Freigabe in allen Applikationen mit myIdP-Unterstützung zur Verfügung.Eine wiederholte Eingabe der Daten bleibt ihm nun dank dem myIdP Dienst erspart.Marcel BühlmannMatthias JekerAusgangslageDie SuisseID ist der erste standardisierteelektronische Identitätsnachweisder Schweiz und garantiert mitihrem relativ aufwendigen Validierungsprozess,dass die elektronischeIdentität eindeutig einer natürlichenPerson zugeordnet wird.Durch die Einbindung sogenannterClaims können Daten eines Benutzersbestätigt und beglaubigt werden.Ein Prototyp, welcher die Ablageund spätere Wiederverwendungdieser Claims ermöglicht, wurde ineiner früheren Bachelor-Thesis erarbeitetund vorgestellt. Mit diesemsteht nun eine anpassungsfähigeLösung bereit, welche von den ServiceProvidern genutzt werdenkann.Persönliche Attribute (z. B. Adresse),die auf einem Client mit myIdP-Unterstützungeingetragen werden,können von diesem validiert, zertifiziertund anschliessend als signierteSAML 2.0 Assertion an die myIdPWebapp versendet werden. Dabeiist es möglich, dass ein Client diezuvor gespeicherten Attribute zueinem späteren Zeitpunkt als SAML2.0 Assertion abfragen und weiterverwendenkann.ZielsetzungDie aktuelle Implementierung solldurch einige weitere Funktionalitätenerweitert werden. Es stehen momentannur zwei Attributtypen fürdie Abfrage bereit, weitere sollenflexibel, in Form von XML SchemaDefinitionen, via Import integriertwerden können. Dafür soll eine neueKomponente «myIdP Admin» erstelltwerden.Im Gegensatz zur SuisseID CoreInfrastruktur und deren Attributtypenbesteht zum myIdP kein definiertesVertrauensverhältnis, deshalbsoll ein Qualitätsmodellimplementiert werden, damit ServiceProvider die Vertrauenswürdigkeitder erhaltenen Claims überprüfenkönnen. Zusätzlich bietet eineneue Claim-Proxy Variante demService Provider die Möglichkeit, dieQualität selbst zu berechnen. Dazuwerden ihm vom myIdP Dienst allebenötigten Informationen geliefert.Des Weiteren soll man im myIdPDienst einstellen können, dass nurRequests von registrierten ServiceProvidern bearbeitet werden. Dasselbegilt auch für Claim Provider.Ein Registrationsportal (für die Provider)und eine Verwaltung (für denmyIdP Administrator) soll realisiertwerden.UmsetzungDer Prototyp des myIdP Diensteswurde als Java-Applikation implementiert.Zur Umsetzung wurdenneuste Technologien wie z. B.Spring, RichFaces und Querydslverwendet. Im myIdP Service undClient wurde ein Qualitätsmodul eingebaut,welches einfach erweitertund abgeändert werden kann. Dieneue myIdP Admin Komponentestellt das User Interface für die Verwaltungder Attributtypen und derProvider zur Verfügung. In dieserkönnen flexibel neue Attributtypenimportiert werden. Bestimmte Providerkönnen zugelassen oder gesperrtwerden. Dem Administratorstehen deren Zertifikat sowie dieMetadaten zum Download bereit.Alle umgesetzten Anpassungensind abwärtskompatibel. Die Registrationkann ein- und ausgeschaltetwerden. Die Berechnung der Qualitäterfolgt nur auf Anfrage des ServiceProviders. Um diese im SAMLResponse mitzuschicken wurde dasSuisseID Schema erweitert.myIdP Systemübersicht mit Interaktionenzwischen den einzelnen KomponentenBenutzeroberfläche des myIdP-AdminDienstes (Attributtyp-Verwaltung)152 ti.bfh.ch

BSc in InformatikBIBEBUVAVSD – Social Network ServicesWeb and Business Applications / Betreuer: Prof. Marcel PfahrerExperte: Prof. Dr. Andreas SpichigerVirtual Skeleton Database (VSD) ist ein Informationssystem, welches für die Bildverarbeitung im Bereich derbiomedizinischen Forschung die Verwaltung und Verteilung der umfangreichen Bilddaten unterstützt.Auf der bisherigen Plattform fehlte den Forschern die Möglichkeit, Erkenntnisse und Resultate zur Qualitätder Daten festzuhalten.Durch unsere Social Media-Erweiterungen soll der Missstand der fehlenden Komponenten behoben undso den Forschergruppen die Möglichkeit zum Informationsaustausch geboten werden.AnforderungenDie Web-Applikation Virtual SkeletonDatabase (VSD) dient der Verwaltungvon medizinischen Abbildungenund Modellen des Skeletts.Dabei geht es einerseits darum,dass für die Bildung von Modellen(z. B. Statistical Shape Models) diebenötigten Input-Daten (MRI- undCT-Scans sowie Röntgenbilder) inausreichender Menge und Qualitätverfügbar sind. Andererseits sollenauch die entstehenden Resultateverwaltet und teilweise auch anderenForschergruppen zur Verfügunggestellt werden können.Ziel dieser Bachelor-Thesis wardie Integration von Social Media-Funktionalitäten in die bestehendeVSD-Plattform.Den Forschern soll die Möglichkeitgeboten werden, ihre Arbeiten mitder ganzen Community zu teilen,Segmentation eines Schädelsum auch Feedback in Form einerDiskussion zu erhalten.Vorgehen und RealisierungAusgehend von den Anforderungenwurden ein Pflichtenheft sowieein Kriterienkatalog ausgearbeitet.Aus der systematischenAnalyse wurden Modelle, welcheschlussendlich zum Design derLösung führten, erstellt. Durch unseragiles Projektvorgehen konnteauch während der Entwicklung,direkt auf veränderte Anforderungendes Kunden eingegangenwerden.Eingesetzte TechnologienBei der VSD-Plattform werden dieMicrosoft Technologien .NETFramework 4.0 und ASP.NET MVCin der Version 3 eingesetzt. Aufgrunddieser Technologien wurdemit Visual Studio 2010 gearbeitet.Um eine möglichst hohe Benutzerfreundlichkeitzu erlangen, kamzur Gestaltung des Webinterfacesvorwiegend jQuery zum Einsatz.Zudem konnte durch den Einsatzder AJAX-Technologie die Wartezeitvon Datenabfragen, währendder Interaktion des Benutzers mitdem Interface, gering gehaltenwerden.ResultatDie entwickelten Social Media-Funktionalitäten bieten den Forscherneine Vielzahl von Möglichkeiten.Jeder Benutzer kannpersönliche Erkenntnisse oderallgemeine Informationen zu einemBild erfassen. Mittels einerRating-Funktionalität zu vorhandenenObjekten wird das Auffindenvon qualitativ hochstehendenDaten erleichtert.Zum gegenseitigen Austauschzwischen den Forschern wurdeein Forum entwickelt und in diebestehende Plattform integriert.Es kann eine freie sowie eine mitObjekt-Daten verknüpfte Diskussiongeführt werden. Bei verknüpftenDiskussionen sind die objektbezogenenInformationen undAbbildungen direkt ersichtlich.Durch diese nützlichen Werkzeugewird den Forschern die täglicheArbeit erleichtert. Wir sind überzeugt,dass diese Funktionalitätenin naher Zukunft rege genutzt werden.Simon Burkardsimon.burkard@gmx.chFlorian Künziflorian.kuenzi@gmail.comti.bfh.ch153

BSc in InformatikBIBEBUVASoapAnalyzerIT Security / Betreuer: Prof. Dr. Eric DubuisExperte: Andreas DürstelerVertraulichkeit und Integrität von Daten sind unverzichtbar geworden. Auch im Umfeld von Webdienstenkommen diese Sicherheitsziele zum Tragen, indem Teile von Nachrichten verschlüsselt oder digital signiertwerden. Für eine rasche Webdienst-Entwicklung stehen Werkzeuge zur Verfügung bei denen die Sicherheitlediglich konfiguriert werden muss. Dies hat zur Folge, dass der Inhalt der SOAP-Nachrichten unlesbar istund die Entwicklerin oder der Entwickler das genaue Vorgehen der Verschlüsselung und der Signaturgenerierungnicht mehr zu kennen braucht.Die Applikation SoapAnalyzer hilftden Studierenden die Hintergründeder einzelnen Konfigurationsschrittenachzuvollziehen und zuverstehen, was die Entwicklungsumgebungim Hintergrund macht.Mit ihr können verschlüsselte Inhaltevon SOAP-Nachrichten entschlüsseltund Signaturen überprüftwerden. Diese Vorgängewerden Schritt für Schritt zumbesseren Verständnis dargestellt.AusgangslageDas SOAP-Protokoll ist ein aufXML basiertes Nachrichtenformat.Durch die vom W3C vorgeschlagenenSecurity-Erweiterungenkönnen Vertraulichkeit und Integritätbei der Übertragung erreichtwerden.Aktuelle Entwicklungsumgebungen(z. B. NetBeans IDE) unterstützenEntwicklerinnen und Entwicklerbei der Implementation derWeb Services soweit, dass siedie Sicherheit beim Web Servicelediglich konfigurieren müssen.Der technische Hintergrund undsomit das Verständnis dafür, wasder Web Server konkret macht(welche Verschlüsselung und/oderSignaturmethode verwendet wird),bleibt weitgehend verborgen.Ziel der ThesisIn dieser Bachelor-Arbeit galt eseine interaktive Applikation zu entwickeln,welche die von einemWeb Service generierten SOAP-Nachricht entschlüsselt und derenSicherheitsaspekte (Vertraulichkeitund Integrität) sichtbar macht.RealisierungDa die potenziellen Benutzer unterschiedlicheBetriebssysteme imEinsatz haben, ist es äusserstwichtig, dass die Applikation plattformunabhängigläuft. Daher wurdedas Programm in Java 6 geschrieben.Um die Benutzerfreundlichkeit zusteigern und weitere Darstellungsmöglichkeitenzu erhalten, wurdeneben einem Command Line-Interfaceauch eine grafische Benutzeroberflächeimplementiert.Bedingt durch die Tatsache, dassder Web Service Security- Standardkeine abschliessende Aufzählungder Verschlüsse lungsbzw.Signiermöglichkeiten aufweist,muss die Applikation eineeinfache Möglichkeit für zukünftigeErweiterung anbieten. Dieswurde mittels eines Plugin-Systemsrealisiert.Urs DixThomas SchmidGrafische BenutzeroberflächeCommand Line Interfaceti.bfh.ch155

BIBEBUVABSc in InformatikIdentity Management SystemIT-Security / Betreuer: Prof. Dr. Eric DubuisExperte: Dr. Igor MetzEine föderative Zugangslösung für externe Personen soll unter Berücksichtigung realer Gegebenheiten undAnforderungen des Bundes untersucht werden. Dem Stand und Trends im Identity Management folgendwurde ein Lösungskonzept nach dem Vorbild von SWITCHaai gewählt, das technisch auf SAML und Shibbolethbasiert. Anhand des Anwendungsfalls «Internetcafé beim VBS» wurde ein architektonischer Durchstichrealisiert und dokumentiert. Es konnte gezeigt werden, dass sich mit relativ geringem Aufwand ein organisationsübergreifendesIdentity Management aufbauen und flexibel erweitern lässt.Lea Fabienne DolderAusgangslageIn der Studie werden Stand undTrends im Identity Managementuntersucht, wie die Vision der öffentlichenHand sowie der Bedarfseitens Wirtschaft und Privatpersonen.Es hat sich gezeigt, dasssich beim Bund noch kein übergreifendesLösungskonzept abzeichnet.Weiter hat die Analyseergeben, dass der föderative Ansatzbeim Identity Managementein gangbarer Weg sein kann, dersich mit der Föderation SWIT-CHaai im universitären Umfelddurchgesetzt und gut bewährthat. Das nähere Studium ihrer organisatorischenund technischenLösung hat ergeben, dass sicheine Kopie dieser Lösung nachdenselben Prinzipien und Standardsauch für Bundesämter odergrössere Firmen realisieren liesse.Anwendungsfall InternetcaféIm VBS werden ca. 200 InternetcaféArbeitsplätze in der ganzenSchweiz verteilt betrieben. Einneuer Bundesratsbeschluss fordert,dass der Internetzugang nurnoch mit einer persönlichen Identitätgewährt werden darf. Nachdem föderativen Ansatz von SWIT-CHaai für die organisationsübergreifendeAuthentifizierung undAutorisierung von Benutzern wirdgezeigt, wie ein technisches undorganisatorisches Lösungskonzeptaussehen könnte, das dieneuen Auflagen für Gäste beimZugang zum Internet erfüllt undbei dem parallel auch der Zugangfür interne Mitarbeitende mitSmartcard möglich ist.Technisches LösungskonzeptFür die technische Umsetzung desAnwendungsfalls wird eine Lösungsarchitekturvorgeschlagen,die auf SAML und Shibboleth basiert.Mit der Implementierung dereinzelnen Komponenten auf einervirtuellen Umgebung wurde dasKonzept in den wichtigsten Ausprägungenals «Proof of Concept»realisiert und dessen Tauglichkeitverifiziert.Organisatorisches LösungskonzeptDie prozessuale, organisatorischeLösung von SWITCHaai basiertauf einem einfachen und klarenRegelwerk über Rechte, Pflichtenund Verhalten der Mitglieder in derFöderation, das die Basis für dasnötige Vertrauensverhältnis unterAuthentifizierungsplattform für den AnwendungsfallInternetcafé VBS mit föderativem Ansatzallen Parteien bildet. Organisation,Steuerungsgremien und Regelwerksind im Internet veröffentlicht.Es wird in der Studie dargelegt,wie diese Lösung auf dieinterne Situation beim VBS übertragenwerden könnte.ErgebnisDas Ergebnis der Studie gibt einentragfähigen Rahmen, mit dem dasProjekt Internetcafé VBS ohnenennenswerte Risiken umgesetztwerden kann. Die technische Lösungsarchitekturist im Innern undgegen aussen flexibel erweiterbar.Je stärker sich die organisatorischeUmsetzung an die Vorlagevon SWITCHaai anlehnt und diesandere ebenso tun, umso leichterlassen sich Föderationsinseln zugrösseren Föderationen zusammenschliessen.Technisch müsstees möglich sein, SuisseID für dieIdentifikation einzusetzen, wennsie sich als helvetischen Standarddurchsetzt.156 ti.bfh.ch

BSc in InformatikBIBEBUVAmyIDP - der personalisierte Attribute-DienstWeb and Business Applications / Betreuer: Prof. Dr. Annett Laube-RosenpflanzerExperte: Prof. Dr. Andreas SpichigerIm Bereich E-Government und allgemein bei Webanwendungen hat sich herausgestellt, dass die redundanteEingabe von Daten in verschiedene Systeme für den Benutzer eine wesentliche Erschwernis darstellt. Durchden Einsatz des myIDP-Dienstes in Kombination mit einer SuisseID, erhält der Benutzer eine persönlicheAblage, in der er seine signierten Daten aufbewahren kann. Nachdem er seine Daten erstmals eingegebenhat, stehen diese nach seiner Freigabe in allen Applikationen mit myIDP-Unterstützung zur Verfügung. Einewiederholte Eingabe der Daten bleibt ihm nun dank dem myIDP-Dienst erspart.AusgangslageDie SuisseID ist der erste standardisierteelektronische Identitätsnachweisder Schweiz und garantiertmit ihrem relativ aufwendigenValidierungsprozess, dass dieelektronische Identität eindeutigeiner natürlichen Person zugeordnetwird. Durch die Einbindungsogenannter Claims können Dateneines Benutzers bestätigt und beglaubigtwerden. Eine Ablage dieserClaims zur späteren Wiederverwendungwar bis anhin nichtmöglich und soll nun mit demmyIDP-Dienst zur Verfügung gestelltwerden.ZielsetzungPersönliche Attribute (z. B. Email,Adresse), die auf einem Client mitmyIDP-Unterstützung (z. B. voneiner Behörde oder einem Webshop)eingetragen wurden, sollenvon diesem validiert, zertifiziertund anschliessend als signierteSAML 2.0 Assertion an die myIDP-Webapp versendet werden. Dabeisoll es möglich sein, dass derselbeoder ein anderer Client, diezuvor gespeicherten Attribute zueinem späteren Zeitpunkt, als signierteSAML 2.0 Assertion abfragenund weiterverwenden kann.Im Rahmen unserer BachelorThesis soll auf Basis der zuvor erstelltenSpezifikation ein Prototypdes myIDP-Dienstes implementiertund in eine SuisseID-Testumgebungintegriert werden.UmsetzungDer Prototyp des myIDP-Diensteswurde als Java-Applikation implementiert.Zur Umsetzung wurdenneuste Technologien wie z. B.Spring, RichFaces und Querydslverwendet. Die myIDP-Webapp (2)sowie die myIDP-Clients (1) und (4)verlangen die zertifikatbasierteAuthentifizierung mittels SuisseID.Nach Erfassung eines Attributesim myIDP-Client (1), wird diesesals signierte SAML 2.0 Assertionan die myIDP-Webapp (2) versendetund dort in der Inbox gespeichert.Dabei sind sowohl Singlevalue-Attribute(z. B. Email) wieauch Multivalue-Attribute (z. B.Adresse) möglich. Zur Abfrage derAttribute aus der myIDP-Webapp(2) kommt der myIDP-Service (3)zum Tragen. Als Basis für dieWebapplikation und den Servicedient eine API (5), die als zentraleKomponente alle Services zur Verfügungstellt, um die im myIDP-Dienst anfallenden Daten zu verwalten.David EhrlerRuth ImwinkelriedSystemübersicht myIDP mit Interaktionen zwischen deninternen KomponentenBenutzeroberfläche myIDP-Webapp mit Inboxti.bfh.ch157

BIBEBUVABSc in InformatikRagnarok Game Client RenewalComputer Perception and Virtual Reality / Betreuer: Prof. Urs KünzlerExperte: Walter Eich3D Multiplayer Online Rollenspiele (Stichwort: MMORPG) erfreuen sich heut zu Tage einer grossen Beliebtheit.Dabei werden jährlich neue Titel veröffentlicht, die dank günstiger und leistungsstarker Hardware inder Lage sind, Welten immer realistischer darzustellen.In dieser Bachelorarbeit wurde die Re-Implementation des in die Jahre gekommenen Online Rollenspiels«Ragnarok Online» realisiert.Matthäus EismontZielDas Ziel dieser Bachelor Thesisbestand aus zwei Teilen. Zunächstsollte eine Applikation (Client) implementiertwerden, mit der esmöglich ist über eine Netzwerk-Verbindung mit mehreren Spielernin einer virtuellen Welt zu interagieren.«Ragnarok Online» wurdedabei als Grundlage gewählt. Dader Quellcode dieses Spiels nichtoffen ist, mussten alle notwendigenInformationen (Netzwerk-Protokoll,geometrische Darstellungvon Objekten) mit dem ReverseEngineering Verfahren manuell ermitteltwerden. Im zweiten Teilsollte die visuelle Darstellung mitmodernen Rendering Techniken(insbesondere dem Einsatz vonGPU Shadern) ergänzt werden.UmsetzungDer Client wurde vollständig in derProgrammiersprache C++ entwickelt.Als Rendering Engine kamOgre3D zum Einsatz. Boost.Asiostellte darüber hinaus eine Schnittstellezur Kommunikation zwischendem Clienten und einemServer dar. Für die korrekte Funktionalitätwar es notwendig sichmit diversen Algorithmen vertrautzu machen. Dazu gehören zumBeispiel die Pfadsuche und dieKollisionsdetektion. Die Dateistrukturendes originalen Clientenwurden mit Hilfe von DebuggingTools analysiert, in dem auf AssemblerEbene der Programmverlaufdes originalen Clientenuntersucht wurde. Mit den so gewonnenenInformationen konnteauch die geometrische Darstellungvon Spielobjekten originalgetreurealisiert werden.ErgebnisseIm Rahmen dieser Bachelor Thesiskonnte ein Grundgerüst implementiertwerden,auf dessen Grundlage es möglichist den originalen Clienten vollständigzu ersetzen.Alle für diesen Zweck notwendigenInformationen konnten ermitteltund durch vielseitiges Testenbestätigt werden. Dadurch ist esnun möglich eine Netzwerk-Verbindungmit einem offiziellenSpiel-Server aufzubauen. Sowohlder neue, als auch der alte Clientkönnen zur gleichen Zeit und aufdem gleichen Server miteinanderinteragieren. Durch den Einsatzeines Bump Mapping Shaderswurde die Darstellung gegenüberdem originalen Clienten deutlichverbessert.158 ti.bfh.ch

BSc in InformatikBIBEBUVACAVE CockpitComputer Perception and Virtual Reality (CPVR) / Betreuer: Prof. Urs Künzler, Michael LuggenExperte: Yves PetitpierreIn dem seit einigen Jahren von der Forschungsgruppe Computer Perception & Virtual Reality betriebenenVier-Wand Cave Automatic Virtual Environment (CAVE), sind nebst der stereoskopischen Projektion zahlreicheweitere Systeme integriert. Bis heute war die Inbetriebnahme und die Einstellung der Systeme aufwändigund nur mit eingeschränktem Bedienkomfort möglich. Das Projekt hat zum Ziel die Steuerung unddie Konfiguration dieser Geräte in einer Bedienoberfläche zusammenzuführen. Das CAVE Cockpit bietetnun ein ansprechendes Web User Interface für diverse Einstellungen.AusgangslageUm einen möglichst hohen Realitätsgradim CAVE zu erreichenwerden acht Projektoren für diedreidimensionale virtuelle Weltverwendet. Eine 3D-Audiowiedergabe,ein System zur haptischenWahrnehmung und ein Trackingsystemsorgen für ein komplexesNetzwerk von Geräten. Für einevereinfachte Bedienung werdenüber das Ethernet gesteuerteStromschienen und ein DVI-Switch eingesetzt. Die Konfigurationist jedoch nur über unterschiedlicheSoftware mit zum Teilsehr kleinem Komfort möglich.ZieleDie Steuerung und die Konfigurationsoll nun über das CAVE Cockpiterfolgen. Um die Geräte voneiner zentralen grafischen Benutzerschnittstelleanzusprechen sollein Framework entwickelt werden,welches auch eine Einbindung zukünftigerGeräte erlaubt. Die Ideeist es pro System ein kleiner Webserverzu betreiben, welcher gemässdem Architekturstil REST(Representational State Transfer)über HTTP angesprochen wird.Eine dynamische Webseite mit JavaScriptsoll eine intuitive Bedienungermöglichen.UmsetzungDie Aufgabe erfordert Software-Implementierung auf drei Ebenen(Layer). Auf dem Layer 1 wirdpro Gerät über eine verfügbareSchnittstelle (SNMP, RS232) odereine bestehende API eine Konfigurationssoftwareerstellt.Der Layer 2 umfasst verschiedeneServer. Die Verbindung von einerURL (Internetadresse) zu einerGeräteeigenschaft ist Teil desArchitekturstils REST. Diese Eigenschafterlaubt jeweils verschiedenenOperationen für denZugriff. So kann z. B. der Status/Wert abgefragt oder neu gesetztwerden. Dies passiert über dasbekannte und bewährte InternetprotokollHTTP. Dazu wurde einkleiner flexibler Webserver mitC++ erweitert.Die JavaScript-KlassenbibliothekJQuery und das plugin JQuery UI,waren bei der Umsetzung derWebsite genau das Richtige. DerLayer 3 soll die verschiedenenREST-Webserver über HTTP-Request-Methodenansprechen.JQuery UI bietet einige Bedienelementeund Interaktionen für dieWebseitenerstellung.FazitIn diesem Projekt konnte gezeigtwerden, dass die sehr flexible Architekturfunktioniert und einigeGeräte können bereits über alleEbenen hinweg aus dem Browserkonfiguriert werden. Die Integrationweiterer Geräte kann erfolgen.Lorenz EmmeneggerÜbersicht der Systeme im CAVE und das CAVE Cockpitti.bfh.ch159

BIBEBUVABSc in InformatikPolizon – WS-Policy EditorIT Security / Betreuer: Prof. Dr. Eric DubuisExperte: Andreas DürstelerWeb Services wie SOAP verwenden Beschreibungssprachen um ihre Dienste und Schnittstellen zu spezifizieren.Ein mögliches Element dieser Beschreibung ist eine WS-Policy (Web Sercives Policy).Eine Policy enthält diverse Regeln, wie Client und Server sich zu verhalten haben. Eine Policy kann ein sehrkomplexes Regelwerk darstellen: Ein logisches Konstrukt von Mindestanforderungen, optionalen und alternativenRegeln.Ziel ist ein grafischer Editor, der den Anwender bei der Erstellung einer Policy aktiv unterstützt.Adrian FahrerDie PolicyPolicies werden in XML modelliert.Die einzelnen Regeln, Assertionsgenannt, werden dabei über logischeOperatoren verknüpft. Solässt sich ein komplexes Regelwerkerstellen: «Ich will eine synchroneVerschlüsselung oder eineasynchrone, aber dann mit einemToken. In beiden Fällen will ich abereine Signatur.»Policies lassen sich in Policies verschachteln,lassen sich referenzierenund eine Assertion kann selbsteine Policy enthalten um die eigenenParameter als Regelwerk abbildenzu können. Client und Serverhandeln dann eine definitiveKonfiguration aus, die keine derRegeln verletzt.Der EditorDas Ziel ist ein grafischer Editor,der eine einfache Bearbeitung einerPolicy zulässt. Der Editor selbstbenötigt eine gewisse Intelligenz:– Er muss die Policy und ihre Assertionsvalidieren können. JedeAssertion hat ihre eigene Spezifikation.– Er muss dem Benutzer eineaktive Hilfestellung bieten. Dazugehören Vorschläge, was aneiner bestimmten Stelle alleseingefügt werden darf, Beschreibungenzu den Assertions undWeb-Links zu deren Spezifikationen.Die Spezifikationen der Assertionssind sehr offen. Neue Standardskönnen nicht nur neue Assertionsdefinieren, sondern auch bestehendeerweitern. Durch ein Plug-inSystem soll sich der Editor erweiternlassen, um neue Assertions«kennen zu lernen».Das Plug-in SystemEin Plug-in kann dem Editor beliebigviele Assertions bekannt machen.Der Editor kann gleichzeitigmehrere Plug-ins geladen haben.Um den offenen Standards gerechtzu werden, kann ein Plug-in Teileeines anderen Plug-ins übersteuern.Ein Plug-in kann auch einfachnur neue Assertions definieren.Polizon während der Bearbeitung einer PolicyDas Plug-in im Plug-inEigentlich müsste für jedes neueSet an Assertions ein neues Plug-inin Java, der Entwicklungssprachedes Editors, programmiert werden.Diesem Umstand wird entgegengewirkt,indem der Editor bereitsmit einem flexiblen Plug-in ausgeliefertwird. In diesem sind die unterstütztenAssertions nicht hartkodiert; das Plug-in liest die Assertionsaus XML-Dateien ein und erzeugtanhand derer die Assertionsfür den Editor.Das Plug-in hat seine eigene Spezifikation,wie eine Assertion beschriebenwerden muss, um danngeparsed und als Assertion in denEditor geladen zu werden. Diese istso gehalten, dass es sehr einfachist eine neue Assertion zu definieren.So können neue Assertions alsXML Plug-in erstellt werden. DieJava Plug-in Schnittstelle ist somitnur noch nötig, wenn ein Standardeine Assertion definieren würde,die zu komplex wäre, um dass siesich im XML Plug-in eigenen Dialektbeschreiben lassen würde.160 ti.bfh.ch

BSc in InformatikBIBEBUVAxComData-AnywhereMobile Computing / Betreuer: Claude FuhrerExperte: Pierre-Yves VoirolProjektpartner: Logic Park AG, Winterhaltenstrasse 14A, 3627 Heimberg, www.logicpark.chMaschinen bieten oft mehr Daten an, als tatsächlich aufgezeichnet und ausgewertet werden. Diese Datenkönnen mit der Android-App xComData-Anywhere direkt von einem mobilen Gerät aus der Maschine ausgelesenund dargestellt werden. Zur Darstellung stehen einige Arten von Diagrammen sowie eine Liste mitNamen-Wert-Paaren zur Verfügung. Je nach Infrastruktur ist es somit möglich, dass ein Produktionsleiterseine Fabrikationshalle von jedem beliebigen Standort aus überwachen kann.AusgangslageDie xComData-Suite ist ein umfassendesProdukte-Portfolio derFirma Logic Park AG zur Erfassungund Auswertung von Produktionsdaten.Diese Werkzeuge ermöglicheneine Optimierung der Fabrikationsprozesse.Im Rahmen einerDiplomarbeit, soll dieses Portfoliodurch eine Android-Anwendungerweitert werden, damit die Auswertungenauch unterwegs vonjedem Internet-Zugangspunkt vorgenommenwerden können.Cogent-DataHubOPC ist eine standardisierte Software-Schnittstelle,welche die Daten,wie z. B. Temperatur oderDrehzahl, von unterschiedlichenMaschinen-Steuerungen (SPS) mitderen hersteller-spezifischen Protokollen,in einem einheitlichenFormat anbieten kann. DieserStandard wird in der Industrie ofteingesetzt, die direkte Kommunikationmit einem mobilen Gerät istjedoch durch dessen Aufbau unmöglich.Der Cogent-DataHub benutztdeshalb ein einfaches netzwerkfähigesProtokoll, welches die Datenvon der OPC-Schnittstelle imNetzwerk zur Verfügung stellt.Dieser DataHub soll nun alsGrundlage dienen, um die Maschinen-Datenvom Smartphone zulesen und auszuwerten.Maximale FlexibilitätDie Anwendungsfälle der Softwareunterscheiden sich primär durchderen zwei Hauptbenutzer. Einerseitssind das Personen wie Fabrikationsleiter– also solche, welchemöglichst zeitnahe Daten vonder Maschine benötigen – undandererseits Personen aus demBusiness-Umfeld – also solche,welche an aufbereiteten Daten zurOptimierung ganzer Maschinenparksund Fabrikationsstandorteinteressiert sind. Damit die beidenAnsprüche abgedeckt werdenkönnen, benötigt die Software unterschiedlicheDatenquellen. Fürdie Live-Daten wird primär derCogent-DataHub verwendet. Dieaufbereiteten Daten werden dagegendurch Datenbanken oderWebservices angeboten. Die Softwareist also in der Lage verschiedeneArten von Daten aus unterschiedlichenQuellen einzulesen.Individuelle KonfigurationDie Software ermöglicht es, eineeinfache Konfiguration vorzunehmen.Dazu kann eine Datei eingelesenwerden, welche die Einstellungenzu den Ansichten, sowieder Herkunft der Daten beinhaltetund für die Anwendung übernimmt.So ist es möglich, für jedeAnwendung eine Voreinstellunganzulegen, sodass der Benutzersie schnell und einfach ladenkann.Simon FlachsbartVerteilung der MaschinendatenAufgezeichneter Temperaturverlaufti.bfh.ch161

BIBEBUVABSc in InformatikKinect Integration in den BFH CAVEComputer Perception and Virtual Reality / Betreuer: Prof. Urs KünzlerExperte: Jean-Jacques JaquierDer von Microsoft in Zusammenarbeit mit Primesense entwickelte Kinect Game Controller ermöglicht durchseinen Tiefensensor die Erfassung von Körperhaltung und Bewegungen eines Benutzers.Ziel der Arbeit war es, die Grundlagen zur Nutzung eines solchen Gerätes innerhalb des CAVE, der VirtualReality-Umgebung des Forschungslabors für «Computer Perception and Virtual Reality», zu schaffen. Dazuwurde die dafür verwendete Software-Umgebung um eine Programmschnittstelle zur Übertragung dererfassten Daten und Analyse von Bewegungsabläufen erweitert.Manuel Frischknechtmanuel.frischknecht@gmail.comApplikationssteuerungmit KinectKinect ist ein multifunktionalesEingabegerät, das eine Kamera,einen Tiefensensor und ein 3D-Mikrofon beinhaltet. Die dazu vonMicrosoft zur Verfügung gestellteSoftware-Umgebung erlaubt einerseitsden Zugriff auf alle vomGerät gelieferten Rohdaten undermöglicht andererseits die Erkennungvon Sprachbefehlen unddie Berechnung eines virtuellen«Skeletts», mit dem die Körperpositioneiner vor der Kamera stehendenPerson im dreidimensionalenRaum beschrieben wird.Anhand dieser Informationen könnenApplikationen bestimmteBewegungsabläufe erkennen undentsprechend auf sie reagieren,was eine Steuerung rein durchGesten ermöglicht.Integration in den CAVEDa die Kinect-Software von Microsoftvergleichsweise hoheLeistungsanforderungen hat, wirddie Berechnung des Benutzerskelettsim CAVE auf einem dediziertenRechner durchgeführt.Hierfür mussten Client- und Serverkomponentenentwickelt werden,die das Übertragen der erfasstenDaten über das lokaleNetzwerk ermöglichen. Das Versendender Kinect-Informationenwurde mit Hilfe von VRPN («VirtualReality Peripheral Network»)erreicht, einer Software-Bibliothek,die speziell für das Weiterleitenvon Eingabedaten an Vir tualReality-Applikationen entwickeltwurde.Nach der Datenübertragung mussder zentrale Applikationsserverdas virtuelle Skelett des Benutzersverarbeiten, damit dessen Bewegungenanalysiert und zur Steuerungeiner Applikation verwendetwerden können. Dazu wurde eineneue Software-Bibliothek geschrieben,die das Erkennen verschiedenerGesten ermöglicht.Diese ist modular aufgebaut underweiterbar gestaltet, um das Erstellenund Nutzen neuer Gestenfür zukünftige Projekte möglichsteinfach zu gestalten.Umsetzung und ResultateDie neuen Software-Komponentenwurden in C++ erstellt unddirekt in das Framework I3D(«Immersive 3D») integriert, daseigens für den BFH CAVE entwickeltwurde. Während der Entwicklungwurde auf einen effizientenEinsatz der vorhandenenBibliotheken und die Möglichkeitzur einfachen und zentralen Konfigurationder einzelnen Modulegeachtet.Die erweiterte Version von I3D ermöglichtnun den praktischen Einsatzeiner Gestensteuerung inCAVE-Applikationen, was mit Hilfeeiner simplen Applikation gezeigtwerden konnte, die eigens zur Demonstrationder neu eingeführtenInteraktionsmöglichkeiten erstelltwurde.Durch die Analyse der von Kinect erzeugten Tiefenbilder ist die Erkennungvon Bewegungsabläufen möglich. Die Abbildung stellt drei Momentaufnahmeneiner horizontalen Wischgeste dar.162 ti.bfh.ch

BSc in InformatikBIBEBUVACMDB based Policy VerifierIT Security / Betreuer: Hansjürg WengerExperte: Andreas DürstelerDie Sicherheit in einem Netzwerk spielt zunehmend eine wichtigere Rolle. Eine Unachtsamkeit kann reichenund sensitive Daten gelangen aus einem Firmennetzwerk in falsche Hände. Die Höhe der Sicherheit legenheute die Firewalls und Servers mit ihren Konfigurationen fest. Doch sind diese genügend sicher konfiguriert?Mit dem CMDB based Policy Verifier wurde ein unabhängiges System entwickelt, welches die Sicherheitauf Basis einer CMDB und mit Hilfe von definierten Policies überprüft. Durchgeführt werden diese Überprüfungenmit dem bekannten Open Source Utility Nmap.AusgangslageMit der Entwicklung des PolicyVerifiers soll ein System erstelltwerden, welches die Einhaltungvon Policies verifizieren kann. Dabeiist das Netzwerkumfeld in einerCMDB abgespeichert, und diePolicies werden an Hand dieserInformationen erstellt. Im Rahmeneiner Analyse wird festgelegt, wiedie CMDB auszusehen hat undwie die Policies definiert werden.Der Policy Verifier soll in der Lagesein, die Überprüfungen automatischoder manuell von mehrerenPunkten in einem Netzwerk auszuführenund die Resultate entsprechenddarzustellen.AufbauDie CMDB enthält Informationenüber die im Netzwerk vorhandenenGeräte sowie deren Dienste.Zusätzlich sind architekturbezogeneAngaben wie Subnetze,VLANs und ZonenbezeichnungenTestumgebungenthalten. Mit diesen Informationenwerden die Policies definiert.Eine Policy gibt die erlaubten oderverbotenen Dienste zwischen einemSender und einem Empfängeran. Technisch ausgedrücktregelt diese den Zugriff auf einenScope. Dieser Scope kann eineeinzelne IP-Adresse sein oder sogaraus mehreren Subnetzen bestehen.Weiter kann der Scopevon einer oder mehreren Prüfsondenaus, sogenannte Proben, verifiziertwerden. Mittels Rules werdendie erlaubten oder verbotenenDienste in der Policy hinterlegt.Das Open Source Utility Nmap ermöglichtschliesslich das Scannendieser Dienste von den Probenund führt auf, ob diese vom Scopeauch angeboten werden.TestumgebungDer entwickelte Policy Verifier wurdeanschliessend in einer dafüraufgebauten Testumgebung eingesetzt.Der Management-Serverstellt dabei den eigentlichen PolicyVerifier dar. Die Proben ermöglichendie Verifikation von mehrerenPunkten im Netzwerk. In der Testumgebungwurden vier verschiedeneZonen mit jeweils einer Probeerstellt und durch eine Firewallgetrennt. Auch der Management-Server kann als Probe eingesetztwerden. Die erlaubte Kommunikationkonnte in Policies festgehaltenund mit dem Policy Verifier aufdessen Einhaltung hin geprüftwerden.Policy VerifierNeben der Überprüfung von Policies,ermöglicht der Policy Verifierauch die Durchführung eines Konsistenz-Checkszwischen der statischenCMDB und dem dynamischenNetzwerkumfeld. GanzeNetzwerkumgebungen und diedazugehörigen Policies könnengrafisch über eine Webseite erstelltund abgebildet werden. Änderungenin Konfigurationen, wiebeispielsweise das Aufschaltenoder Deaktivieren eines neuenDienstes auf einem Server werdenüber den Policy Verifier automatischoder auch durch manuellgestartete Scans sichtbar. In Reportskönnen Details zu diesenScans eingesehen werden. Zusätzlichbietet der Policy Verifierdie Möglichkeit weitere Netzwerkutilitiesüber diese Webseite zunutzen.Marco GfellerGiuliano Pescioti.bfh.ch163

BIBEBUVABSc in InformatikHeterogeneous Mobile Application DevelopmentMobile Applikationsentwicklung / Betreuer: Prof. Dr. Eric DubuisExperte: Dr. Wolfgang Joachim KaltzDer heutige mobile Markt ist innert kürzester Zeit zu einem vielseitigen Individuum herangewachsen. Esexistieren etliche mobile Betriebssysteme, und die Marktsituation ist extrem agil. Stellt sich die Aufgabe,eine neue native App für mehrere Endgeräte zu entwickeln, so ist die Logik mehrmals zu implementieren.Mit dem in dieser Arbeit realisierten Prototyp-Framework wird es nun möglich, eine App einzig durch dasImplementieren einer beschreibenden Sprache auf drei Endgeräten gleichzeitig bereitzustellen.Marco Hochstrassermarco.hochstrasser@ digero.chAusgangslageMehrere Marktplayer haben vielPotential, aber keiner konnte sichbis heute als klarer Marktleaderabheben. So ist die Konkurrenzzwischen den BetriebssystemenAndroid, iOS, WindowsPhone 7und RIM BlackBerry sehr starkund der Markt dementsprechendflexibel. Dies macht es unmöglich,mit einer App und einer einmaligenEntwicklung eine grosse Zielgruppezu erreichen. Stellt sich dieAufgabe, eine neue App zu entwickeln,so gibt verschiedensteMöglichkeiten, um native oderwebbasierte Apps zu realisieren.Für native Applikationen kann mansich früher oder später der Fokussierungauf einen Smartphone-Typnicht entziehen, ohne dass dieanaloge Logik mehrmals implementiertwerden muss. Das führtdazu, dass sich sowohl die initialenEntwicklungskosten wie auch dieBetriebskosten der Apps vervielfachen,wenn mehrere Smartphone-Typen gleichzeitig unterstützt werdensollen.ZielsetzungDas Ziel war einerseits, die heutigeMarktsituation zu analysieren, undandererseits, eine Möglichkeit zureinfachen und schnellen Entwicklungvon nativen Applikationenauf verschiedenartigen Betriebssystemen zu konzipieren. Hierfürwurde ein explorativer Prototypentwickelt.KonzeptDas im Prototyp angewandte Konzeptist die automatische und dynamischeCodeverteilung (OTA,over the air). Die eigentliche Appspielt hierbei nur eine untergeordneteRolle. Sie ist eine Art Skelettauf dem Smartphone, welches zurLaufzeit Code von einem zentralenServer lädt, parst und interpretiert.Damit wird während dem Aufstartender App eine grafische Oberflächemit entsprechender Logikgeneriert.RealisierungDas Framework wurde auf JEE-Basis realisiert und beinhalteteinen Service zur Bereitstellungvon Code, Mimes und weiterenDrittservices (z.B. fürs Lesen vonRSS-Feeds) sowie einen intuitiveAdministration für die einfache Erstellungvon Apps.Die Clientapplikationen wurden inden jeweiligen Programmiersprachender Gerätetypen realisiert(Java SE, Java ME, C#). Die sogenannten Skelettapplikationenenthalten nebst einem Client zurCodebeschaffung, einen Parser,Native App auf drei verschiedenenEndgeräten (Android, Blackberry undWindows Phone 7)Konzept der automatischen und dynamischenCodeverteilungeinen Interpreter sowie einen generischenGUI-Builder.MachbarkeitsnachweisDer Prototyp hat nachgewiesen,dass das gewählte Konzept durchausseine Berechtigung im mobilenMarkt erhalten könnte. EineProblematik stellen unter anderemdie extrem schnellen Releasezyklender Geräte- und Betriebssystemherstellerdar, welche dasFramework jeweils unverzichtbarenTestprozeduren unterstellen.Durch eine intelligente Anwendungund Abkapselung der einzelnenEndgeräte sowie der Verwendungeiner übergeordnetenbeschreibenden Sprache, wird dieImplementierung von Apps für verschiedeneSmartphone Typen extremvereinfacht.164 ti.bfh.ch

BSc in InformatikBIBEBUVAMobile Navigationsunterstützung für sehbeh. Pers.Informatik / Betreuer: Prof. Reto KönigExperte: Dr. Joachim Wolfgang KaltzProjektpartner: Schweiz. Blinden- und Sehbehindertenverband SBV, BernDiese Arbeit befasst sich mit einer Navigationshilfe für sehbehinderte/blinde Personen auf Basis einerSmartphone Applikation mit Android. Wir setzen die Sensorik des Smartphones so in der App ein, dass esmöglich ist, Informationen aus der Umgebung abzurufen. Eine Routenaufzeichnung und ein Modus, der denBenutzer durch die Route führt, muss von der App zielpublikumsgerecht präsentiert werden. Dabei wurdeauch das Problem multilingualer Textausgaben per Text-To-Speech angegangen, sodass Sätze, bestehendaus Wörtern unterschiedlicher Sprachen, von der App korrekt ausgesprochen werden.Problem:Die heutigen Smartphones bieteneine Unzahl von Sensoren mit denenInformationen über die Umgebungabgerufen werden können.Sei es die Position via GPS oderdie Richtung über den Kompass,um nur zwei zu nennen. GrosseBildschirme mit Touchscreenssind mittlerweilen Standard. Geradefür sehbehinderte und blindePersonen ist vor allem die Navigationüber GUIs und die Eingabevon Text auf dem Bildschirm einProblem. Eine Google-Gruppe namens«Eyes free» bietet zwar einebrauchbare Lösung an, die abernicht mit allen Elementen kompatibelist. Doch auch der Outputstellt ein Problem dar, da Smartphonesvor allem für die optischeInformationsübertragung optimiertsind, werden sehbehinderten Personenhier ausgegrenzt. Dahermuss auf die akustische und haptischeEbene umgeschaltet werden.Texte werden vorgelesen,optische Signale durch akustischesund haptisches Feedbackersetzt. Diese Thematiken flossenin diese Arbeit ein und wurden berücksichtigt,um ein brauchbaresNavigationssystem für sehbehindertePersonen zu designen.entwickelt, in welchem einzelneModule einfach austauschbarsind. Dies erlaubt eine einfacheWartung und Weiterentwicklung.Ein Modul, welches Daten liefert,oder ein Userinterface, welchesden Benutzer durch Routen führt,kann jederzeit ersetzt werdenohne die restlichen Module zu ändern.Auf der Basis dieses Frameworkshaben wir eine App entwickelt.Mit dieser ist es möglich,Informationen aus der näherenUmgebung abzurufen, um zumBeispiel Richtung und Distanzzum gewählten Ziel zu erfahren,ebenso die ungefähre Adresse zuder momentanen Position. Dochauch der Kern der Navigationssoftware,ein Modus, welcher denBenutzer auf einer gewähltenRoute führt, wurde implementiert.Schwierigkeit:Bei der Entwicklung dieser Appsollte die Bedienung ein zentralesThema sein. Informationen sollenschnell und einfach zugänglichsein. Dazu wurden mehrere Ideenaufgegriffen und ausgearbeitet.Dabei mussten aber einige verworfenwerden, da Android dienötigen API Schnittstellen nichtbot, andere haben es nur bis zumPrototypen geschafft. Eine Ideekonnte schliesslich in abgeänderterForm integriert werden. Es istnun möglich, mit Gesten von einemModus in einen anderen zuwechseln. Ein weiterer Fokus wardie Informationsübertragung vomGerät zum Benutzer. Auf denmeisten heutigen Geräten, welchemit synthetischer Stimme sprechen,existiert das Problem, dassWörter in einer anderen Spracheals der des Sprachservices, nichtverständlich ausgesprochen werden.Unsere Lösung erkennt dieSprache von Wörtern und schaltetentsprechend die Aussprache derAusgabe um.Fabio Hufschmidfhufi@gmx.chMichael Widmergrizz-ly@gmx.chLösung:Aus einer Idee für eine Navigationshilfefür blinde und sehbehindertePersonen, hat sich im Laufeder Projektarbeit ein Frameworkti.bfh.ch165

BIBEBUVABSc in Computer ScienceFaces Input Validator TesterIT Security / Thesis Advisor: Prof. Dr. Emmanuel BenoistExpert: Dr. Igor MetzFIVT is a code analysis plugin for the popular Java Integrated Development Environment (IDE) NetBeans.The FIVT plugin identifies input tags and their validators in Java Server Faces (JSF 2) applications and teststhe validators for SQL injection and cross-site scripting (XSS) vulnerabilities. Through this analysis, webdevelopers are able to pinpoint otherwise unknown weaknesses in their applications giving them theopportunity to provide more secure interfaces for users of their software.James HulkaContextDespite being known problemssince 1998 and since the birth ofjavascript, respectively, SQL injectionand XSS are both still commonlyoverlooked vulnerabilitiesduring the development of a webapplication. According to the WebApplication Security Consortium’s«Web Hacks Incident Database»,22.6 % of incidents reported aredue to improper input handling,with 20.1 % of total incident attackmethods being SQL injection relatedand 9.4 % being cross-sitescripting related.Thesis ObjectivesThe goal of this thesis was to producea prototype of a plugin thatcan help JSF 2 web developersidentify input validators within theirapplications that have SQL injectionand XSS weaknesses.Thesis RealizationAs JSF 2 deals with xhtml elementsrendered and used by clientbrowsers as well as server sideJava classes, the solution was dividedinto smaller modules performingspecific tasks within thecode analysis.A parser module identifies individualJSF 2 inputs and their validatorswithin the xhtml code of aproject using predefined JSF 2 librarydefinitions. Managed beanclasses are also searched by theparser to map the variable typeslinked to inputs values.Parsed inputs and validators arethen passed to a tester modulewhich identifies unique validators,writing and compiling test classeson the fly. Each test run requires amock JSF 2 context be created inorder to execute the validationmethod of the validator class.Mock contexts are achievedthrough the MyFaces Test Frameworkfrom the Apache Foundation.Were it not possible to create themock context a J2EE containerserver would have to be started inorder to run the tests. In doing thisthe resource usage advantage ofusing static code analysis wouldhave been lost. When the testcases are run they access listscontaining up to date SQL injectionand XSS input values recordinghow many of the values arerejected by each validator.All of the information gathered bythe parser and tester modules isorganized by a control moduleand then passed on to the pluginmodule which handles the interactionwith NetBeans and the user.Through the APIs provided by Net-Beans the plugin module has accessto project information suchas the location of source files aswell as other IDE tools. Throughthis the plugin module is able toprovide direct linkage allowing auser to open a file containing atested input, as well as add a FIVTSQL injection or XSS validator toan input.ConclusionThe realization of the thesis showsgreat promise for the use of staticcode analysis in identifying specificvulnerabilities within J2EEapplications. The particular solutiondeveloped for JSF 2 providesa generalized API that couldbe adapted for other J2EE webframeworks. Beyond input validationtesting, the thesis also uncoveredthe usefulness of a possiblefollowup project involving trackingvariable usage inside the Javaserver side code.Information flow in FIVTAnalysis results list166 ti.bfh.ch

BSc in Computer ScienceBIBEBUVAMEMDroid – an Android tablet frontend for MEMDocComputer Perception and Virtual Reality / Betreuer: Prof. Dr. Emmanuel BenoistExperte: Jean-Jacques JaquierAs in almost every field of modern science, the collection, aggregation and interpretation of data has becomecrucial in the domain of medical studies too. While clinics usually keep their records in closed, customizedsystems the MEMDoc Project of the University of Berne and its partners provides a web based and standardisedplatform. In a medical practice environment the PC browser based, solution works well, in a hospitalhowever medical staff is much more mobile and such a solution is suboptimal. Therefore MEMDroidbrings all the platforms functionality to an Android tablet device.MEMDroidMEMDroid brings the functionalityof the MEMDoc platform to Androidtablet devices. Before a usercan do anything meaningful withthe application it must be loggedin to the underlying webserversand thus to the application. TheMEMDroid application allows usersto add new patients to a studyor to search for already existingones. Once a patient is selectedthe different questionnaires of acertain study are available to theuser. The user can choose whichquestionnaire should be filled outand the application exposes thequestions according to their natureas either simple text fields or moreelaborate alternatives like dropdown lists, radio button groups oreven value range sliders. When theStartscreen of the MEMDroid applicationuser has finished filling out thequestionnaire, the answers can besaved to the server.MEMDocMEMDoc is a platform that standardisesand facilitates the collectionand handling of data for medicalstudies. The application isweb based and is built up on twodifferent web services, the socalled «module» for personal patientdata, which is usually offshoredto the study conductingmedical society. And the so called«server», which is centralised andcontains the medically relevantand anonymised user data. Forinstance MEMDoc is accessedand used by the means of a webbrowser usually running on adesktop pc or a laptop.DetailsBoth the «module» and the «server»expose SOAP-based web services.To log a user in to the systemfirst a session id must beobtained by the server, which isthen sent to the module containingthe user name and passwordwhich in return sends back themodule number, the module sessionid and a signature. By sendingthese with the original serversession id to the server the loginprocess can be completed. Afterlogging in the user data has to bereceived, to be able to determinethe department in which the userworks. This is very important forall the following steps as the departmentaffiliation determineswhich patients can be found anwhat patient data can be enteredinto the system. Before a questionnairecan be dsiplayed a patientmust either be found andselected or a new one must beentered and selected. Each ofthese steps comprises one ormore SOAP web service calls toeither the «module» or the «server»or even both servers. The questionsare displayed with Androidsnative display elements to facilitatethe process of entering the data.By hitting the save button the datawill be sent to the «server» serverand is instantly available for analysispurposes or other users treatingthe same patient.Christoph Ischti.bfh.ch167

BIBEBUVABSc in InformatikWebapplikation zur RessourcenplanungInformatik / Betreuer: Marcel PfahrerExperte: Han van der KleijProjektpartner: Varrin & Müller / Raptus AG, Thun, LyssIn Zusammenarbeit mit zwei Partnerfirmen (Varrin & Müller GmbH, Raptus AG), entstand eine Webapplikationzur Ressourcenplanung in kleinen und mittleren Unternehmen. Die Applikation wurde anhand derAnforderungen beider Partnerfirmen konzipiert und anschliessend basierend auf der ProgrammiersprachePython unter Verwendung des Grok Web Frameworks umgesetzt. Dabei wurde besonderen Wert aufBenutzerfreundlichkeit und Branchenunabhängigkeit gelegt.Simon KäserAnforderungenGrundsätzlich soll die Applikationeine ganzheitliche Ressourcenplanungeines Unternehmens ermöglichen.Dabei soll sie Ressourcenengpässeauto-matisch erkennenund entsprechende Meldungenausgeben. Dabei werden den verschiedenenAufgaben der Projektedie entsprechenden Mitarbeiterzugewiesen und den geschätztenArbeitsaufwand definiert. Anschliessendsoll die Applikationanhand der geplanten Arbeitszeitder Mitarbeiter eine Prognose berechnetwerden, wann ein Projektabgeschlossen wird. Mit Hilfe einertagesaktuellen Prognose, welchedie bereits geleistete Arbeitmiteinbezieht, soll ermöglicht werden,Engpässe zu erkennen undentsprechend darauf zu reagieren.Eine wichtige nicht-funktionaleAnforderung an die Applikationwar die Benutzerfreundlichkeit,die verschiedenen Aufgaben sollenintuitiv, einfach und schnellerledigt werden können.Weitere Anforderungen waren unteranderem:– Branchenunabhängigkeit– Dezentraler Zugriff– Historisierung– Hierarchisches Rechtesystem– Benachrichtigungen– Modularität und Erweiterbarkeit–OpenSourceTechnologienDer Technologieentscheid wurdebasierend auf verschiedenen Anforderungen(OpenSource, Modularitätund Erweiterbarkeit, Plattformunabhängigkeit)und denbestehenden Kenntnissen desStudenten getroffen. Die Basislegt dabei die interpretierte undobjektorientierte ProgrammiersprachePython (python.org). Dienächste Ebene bildet das ZopeToolkit (docs.zope.org/zopetoolkit),welches ver-schiedene generelleModule zur Webapplikationsentwicklungbeinhaltet. Das GrokWeb Framework (grok.zope.org)wurde als abschliessende Ebeneverwendet. Grok basiert auf demZope Toolkit und verbindet dieverschiedenen Module zu einemeinheitlichen Ganzen.ErgebnisIm Laufe der Entwicklung entstandeine erste lauffähige Versionder Webapplikation. Wobei dieseaus verschiedenen, zum Teil vollkommenunabhäng-igen, Modulenbesteht, welche jeweils verschiedeneEinstiegspunkte zur Erweiterungbereitstellen.Sämtliche Module wurden untereiner OpenSource-Lizenz veröffentlichtund können frei verwendetwerden. Mehr Informationenzu der entstandenen Applikationfinden Sie unter:http://horae.raptus.com/docs168 ti.bfh.ch

BSc in InformatikBIBEBUVAMoodle-basiertes KursmanagementsystemWeb and Business Applications / Betreuer: Prof. Dr. Michael RöthlinExperte: Han van der KleijDie Open-Source-Plattform Moodle wird seit mehreren Jahren weltweit von zahlreichen Bildungsinstitu tionenund weiteren professionellen und privaten Organisationen eingesetzt. Moodle verfügt über eine breite Palettean Lern- und Kommunikationswerkzeugen, unterstützt jedoch wichtige Anliegen eines professionellenWeiterbildungsmanagements im Standard nicht. Insbesondere fehlt die Anbindung an kaufmännischeApplikationen wie das in der Schweiz weit verbreitete ERP-System Abacus.AnforderungenDiese Lücken sollten im vorliegendenProjekt nun mithilfe einer gezieltenAnpassung existierenderKomponenten sowie der Entwicklungvon Moodle-Erweiterungenso gefüllt werden, dass sowohlfirmeninterne als auch kommerziellangebotene Kurse administrativeinfach abgewickelt werden können.Die angestrebte Plattform sollteinsbesondere folgende Aufgabenerfüllen:– Erstellung von Zertifikaten: Bestätigungder Teilnahme (nacherfolgter Zahlung) und des erfolgreichabsolvierten Kurses imPDF-Format– Erzeugung von Rechnungen aufBasis der bei der Anmeldungund Einschreibung von Interessentenin Moodle hinterlegtenDaten– Generierung von Exporten fürdie Fakturierung und Debitorenabwicklungin Abacus ERP– Assistierte Freigabe der Kursteilnahme,aufgrund einer imDebitorensystem in Abacus ERPeingegangenen Zahlung– Führung einer automatischenWarteliste bei begrenzter AnzahlKursplätze.UmsetzungAls erstes wurden das Moodle-Grundsystem sowie verschiedeneMoodle-Zusatzkomponenten untersuchtund in die Arbeitsumgebungintegriert. Um die Struktur und Inhalteder an das ERP-System Abacuszu sendenden Daten (Adressdaten,Debitorenstämme, Produktinformationensowie Auftragsdetails) zu bestimmen,wurden die von Abacusspezifizierten XML-Schnittstellenanalysiert und ausgetestet.Anschliessend galt es, aus dengesammelten Angaben möglicheWege zur Abwicklung der Kurseinschreibungzu konzipieren sowieeine optimale Umsetzung der Anbindungdes ERP-Systems zu finden.Die gewählte Lösung beinhaltet einerseits die Verwendung eineseigens entwickelten Moodle-Einschreibe-Plugins und andererseitseinen Datenexport ausMoodle mittels XML-Dateien, welchein Abacus (interaktiv oder automatisiert)importiert und verarbeitetwerden können.Die Freischaltung der Benutzer erfolgtüber ein ebenfalls im Rahmendieses Projektes entwickeltes intuitivesBedienungselement (Moodle-Block-Plugin),welches durchKursverantwortliche und Mitarbeitendeaus der Administration bedientwerden kann.Die entwickelte Software wurdebewusst so gestaltet, dass sie sehreinfach auf spezifische Bedürfnissezugeschnitten und erweitertwerden kann.Die Installation der entwickeltenKomponenten erfolgt über die vonMoodle vorgesehenen Mechanismenzur Plugin-Verwaltung, allebenötigten Software-Komponentenkönnen somit sehr einfach inein laufendes Moodle-System integriertwerden.Nils Lanthemannarchonils@hotmail.comKomponentendiagrammEigenentwicklungErgebnisseDie hier entwickelte Gesamtlösungzeigt, dass auch komplexeund vielseitig einsetzbare Lernplattformenwie Moodle durchVerwendung der eingebauten Erweiterungsmechanismenzuverlässigund sicher mit betrieblichenStandardapplikationen verbundenwerden können.ti.bfh.ch169

BIBEBUVABSc in InformatikMashups (Dashboards) für Umfrage-ErgebnisseInformatik / Betreuer: Prof. Rolf JuferExperte: Walter EichDas Ziel dieser Arbeit ist die visuelle Aufbereitung der Daten aus Unterrichtsevaluationen, welche amDepartement Technik und Informatik der Berner Fachhochschule regelmässig durchgeführt werden. DieMotivation dieser Arbeit leitet sich auf den Entwicklungen der heutigen Informationsgesellschaft ab, in welcheres – mit den verfügbaren elektronischen Hilfsmitteln und deren direkten Informationsfluss zu zentralenDatenbanken – relativ einfach ist Daten zu erheben. Jedoch ist es schwierig diese gewonnene Datenmengeohne entsprechende Datenaufbereitung zu verstehen bzw. korrekt zu interpretieren.Rainer LenglerBeispiel DashboardAusgangslageDie Berner Fachhochschule führteinmal pro Semester eine elektronischeUmfrage durch. Dazu werdenverschiedene Produkte verwendet,unter anderem EvaSys,welches die Umfrage elektronischmit den Studenten durchführt. Derelektronische Fragebogen enthältzwei Duzend Fragen, welche mit«entspricht vollkommen», «entsprichteher», «entspricht nicht»,«entspricht vollkommen nicht» und«keine Angabe» zu beantwortensind. Der Datenrückfluss dieserUmfrage-Evaluation ist die Grundlagedieser Thesis.MotivationDie Idee entspringt aus demWunsch ein geeignetes Instrumentfür die Umfrageergebnisse zu finden,welche einer Datenveredelungbedürfen. Der Rückfluss dieserUmfrageergebnisse – könntenmit einer guten Aufbereitung – derDozierendenschaft und Direktionder BFH wertvolle Informationenliefern.Das Ziel sind Erkennung von Tendenzenund – falls notwendig – dasEinleiten von geeigneten Gegenmassnahmen.Wichtig ist hierbeider Langzeitvergleich mit Datenmehreren Jahren. Liegen aussagekräftigeErgebnisse vor, könnendiese mit den Verantwortlichenfür die Studiengänge besprochenwerden und die Qualität der Vorlesungenverbessert werden.kungen. Die grösste Herausforderungbestand darin, mit den vorhandenenMitteln (Apache, PHP,MySQL, PHPExcel und der VisualisierungssoftwareARIS Mash-Zone) die vorhandenen Daten soaufzubereiten, damit sie in angemessener Weise visualisiert werdenkonnten und eine wirklicheHilfe bei der Erkennung von Tendenzendarstellen. Die in dieserArbeit erstellten Mashups stellenvor allem Prototypen dar, welchein Zukunft weiter ausgebaut werdenkönnen.Beispiel Dashboard Tacho:Stimmung für FachochschuldirektionBeispiel Dashboard mit einerDifferenzauswertung fürAutomobiltechnikRealisierungWährend dieser Arbeit wurden dieMöglichkeiten von Informationsvisualisierungenausführlich analysiert.Es wurden die enormenFortschritte in unserer Informationsgesellschaftim Bezug derDatenaufbereitung-, und Visualisierungbetrachtet, aber auchderen Problematik und Beschrän-170 ti.bfh.ch

BSc in InformatikBIBEBUVA«Circle of Trust» SuisseID SP-CASIT-Security / Betreuer: Gerhard HassensteinExperte: Prof. Dr. Torsten BraunAufgabe dieser Bachelor Thesis war es, eine Lösung zu finden, wie innerhalb der SuisseID Umgebung eineVertrauensbeziehung zwischen Service Providern und Claim Assertion Services hergestellt werden kann.Unsere Lösung sieht vor, dass die Komponenten über eine Verwaltungsstelle Metadaten austauschen undso eine Vertrauensbeziehung herstellen können. Das Konzept wurde anschliessend in einer Pilotumgebungrealisiert.Mit der SuisseID wurde im Maisind für Funktionsnachweise, dieIdee2010 ein standardisierter elektro-darüber hinausgehen, zusätzlicheDie Claim Assertion Infrastructurenischer Identitätsnachweis einge-Funktionsregister (Claim Assertionbasiert technisch auf dem offenenführt, welcher die Möglichkeit zurServices – CAS) notwendig.Standard SAML 2.0 des OASISsicheren, vertrauenswürdigen Authentifikationbietet.MotivationKonsortiums. Dieser Standardsieht vor, den Aufbau von Vertrau-Da für viele Prozesse bei einemDa die CAS externer Anbieterensbeziehungen durch den Aus-Service Provider (SP) ein Identi-nicht Teil der Core Infrastructuretausch von Metadaten zu realisie-tätsnachweis alleine nicht genügt,sind, besteht zwischen SP undren. Im Software Development KitSandro Leoniist es notwendig, dass weitere Ei-CAS kein gegebenes Vertrauens-der SuisseID-Projekt, welchesgenschaftenvertrauenswürdigverhältnis. Diese Vertrauensbezie-Referenzcharakter besitzt, ist dieüberprüft werden können. Solchehung ist aber in vielen Fällen dieVerwendung von Metadaten nochEigenschaften können beispiels-Grundlage dafür, dass ein solchernicht vorgesehen.weise der Beruf (Notar, Arzt, Apo-Dienst überhaupt angeboten, be-Das Konzept sieht vor für den Auf-theker) oder die Mitgliedschaft beiziehungsweise in Anspruch ge-bau von Vertrauensbeziehungeneinem Verein sein. Diese Eigen-nommen werden kann.zwischen CAS und SP SAML Me-schaften nennt man zusammen-Bei einer kleinen Anzahl von CAStadaten zu benutzen, die über einefassend Funktionsnachweise. Da-und SP ist es möglich, Vertrauens-zusätzliche Komponente, der Me-mit ein SP solche Funktionsnach -beziehungen zwischen den Kom-tadata Registry (MDR), ausge-weise anfordern kann, beschreibtponenten bilateral zu regeln. Wirdtauscht werden. Dazu ist vorgese-der SuisseID Standard dazu einedie Infrastruktur aber grösser,hen, dass CAS und SP ihreoffene Infrastruktur, die sogenannteClaim Assertion Infrastructureskaliert diese Methode unzureichend.Der organisatorische undMetadaten an den gemeinsamenVertrauensanker senden könnenTobias Merz(CAI). Diese besteht aus dem Iden-technisch administrative Aufwandund sich damit bei einer Vertrau-tity Provider (IdP), der personenbe-wäre zu gross.ens-Community anmelden. Fürzogene Informationen liefert unddie Vertrauensgemeinschaft, imdie Authentifizierung vornimmt.Konzept «Circle of Trust» genannt,Da der IdP aber nur eine be-müssen bestimmte Regeln gelten.schränkte Auswahl an Core Attri-Diese Regeln werden bei der Re-buten liefern kann (die Daten, diegistrierung bei der MDR manuellauch im Pass vorhanden sind)überprüft. Durch die Delegationder Überprüfung und der Verteilungder Metadaten, skaliert der«Circle of Trust» auch bei einerwachsenden Anzahl von Mitgliederngut. Innerhalb des «Circle ofKevin SchneiderTrust» vertraut jede Komponentejeder anderen, sofern sie ihr nichtexplizit das Vertrauen abspricht.»Übersicht Circle of TrustWorkflow Metadaten Austauschti.bfh.ch171

BIBEBUVABSc en InformatiqueProjet iCREDOIT-Security / Directeur de thèse: Claude FuhrerExpert: Dr. Joachim Wolfgang KaltzPartenaires du projet: armasuisse, ThunDepuis 2006, l’entreprise armasuisse collabore avec l’institut d’intelligence artificielle IDSIA de l’Universitéde la Suisse italienne (Lugano), sur le projet CREDO, un outil d’aide à la décision basé sur les réseaux crédal(credal networks). La coopération entre armasuisse et la BFH-TI à pour but de créer une application dutype proof of concept sur un iPad afin de pouvoir se rendre compte de ce qu’il est possible de réaliser dansce domaine et d’envisager un outil d’aide à la décision encore plus facile d’utilisation.Yoël LuginbühliCREDODepuis 2006, le Département Fédéralde la Défense Suisse, représentépar armasuisse Science &Technologie, collabore avec l’institutd’intelligence artificielle IDSIAde l’Université de Lugano, sur leprojet CREDO. Le projet CREDOa pour but de développer un programmeinformatique offrant unsupport dans les diagnostiquescomplexes ou les problèmes décisionnelsau travers d’un modèlemathématique des connaissancesdisponibles. La coopération entrearmasuisse et la BFH-TI à pour butde créer une application du typeproof of concept sur une tablettetactile afin de pouvoir se rendrecompte de ce qu’il est possible deréaliser dans ce domaine et derendre l’outil d’aide à la décisionencore plus facile d’utilisation.Exemple de graphe construit à l’aide de l’application iCredo.Réseaux CrédalLes réseaux crédal utilisent desconnaissances approximées aulieu de nombres précis. Ce sontdes modèles probabilistes qui ontrecours à des probabilités incertainesappelées intervalles de probabilités.Ils peuvent modéliserdes jugements incomplets et imprécisainsi que des éventuelsconflits d’information. Ils procurentune prévision visuelle sous formede surface estimée qui permet unevisualisation plus humaine durisque avant de prendre une décision.Un réseau crédal est unmodèle graphique probabiliste«state of the art». Ce tout nouveaugenre de modèle utilise des algorithmesperformants basés sur lesderniers développements mathématiquesdes probabilités incertaines.Les variables relevantes auproblème considéré ainsi queleurs dépendances sont représentéesau moyen d’un graphe et lesrelations entre les différentes variablessont estimées au moyen deprobabilités imprécises. Plus spécifiquement,les réseaux crédalsont une généralisation des réseauxBayésiens dans lesquels onutilise des ensembles crédal à laplace de mesures probabilistesprécises.iCREDO – Proof of ConceptLa solution apportée par ce projetde Bachelor permet de simplifierla création et le design d’un réseaucrédal en utilisant les avantagesd’une interface tactile et la simplicitéd’utilisation de l’iPad. Un desbuts principaux a été de rendrel’application la plus «user-friendly»possible tout en garantissant undesign attrayant qui tient comptedes contraintes dues à la taille limitéede l’écran. La solution proposéedans le cadre de ce travailoffre une interface complète quiminimise les éléments graphiques.Grâce à l’absence d’une barred’outils, l’utilisateur dispose d’unesurface de création la plus épuréepossible. Ceci a pu être accomplien utilisant différentes reconnaissancesde gestes liées à des actionsbien précises (ajout, déplacement,édition de noeuds).En tant que proof of concept, iCredomontre qu’il est maintenantpossible d’utiliser un outil d’aide àla décision innovateur sur l’iPad.172 ti.bfh.ch

BSc in InformatikBIBEBUVAMotion Tracking System Integration into CAVEInformatik CPVR / Betreuer: Prof. Urs Künzler, Robert HauckExperte: Andreas DürstelerDie Berner Fachhochschule für Technik und Informatik ist im Besitz eines CAVE (Cave Automatic VirtualEnvironment), einen Raum zur Projektion dreidimensionaler virtueller Realitäten. Bislang wurde für die Berechnungder Bilder die Position des Benutzers nicht berücksichtigt. Diese Projektarbeit hat zum Ziel, einsogenanntes Motion Tracking in die CAVE-Umgebung zu integrieren, damit das Rendering unter Berücksichtigungder Position des Beobachters geschieht.AufgabenstellungUnter Benutzung des im CAVE installiertenoptischen Motion-Tracking-Systemssoll das bestehendeCAVE-Framework so ergänztwerden, dass das Rendering sichanhand der Position des Benutzersin Echtzeit anpasst. Ausserdemsoll ein mit 6 Freiheitsgradenversehenes Eingabegerät zurSteuerung innerhalb der virtuellenUmgebung mit einbezogen werden.Die Entwicklung einer Beispielapplikationzur Demonstrationder Ergebnisse ist Teil des Projekts.UmsetzungMithilfe einer spezialisierten, aufOpen Scene Graph (OSG) basierendenVariante des Virtual-Rea lityPeripheral Network (VRPN), werdendie Daten im Framework empfangen,teilweise aufbereitet undzur weiteren Verwendung an dieverschiedenen Renderingstations,welche für das parallele Rendernverantwortlich sind, verteilt. Ausserdemwird anhand der Positions-und Neigungswerte desHeadtrackers die perspektivischeAnsicht angepasst. Unsere Implementationist flexibel und lässt perKonfigurations-File verschiedeneAnpassungen wie beispielsweisedie Skalierung der Daten ausserhalbdes Programmcodes zu.ModelViewerDer ModelViewer ist eine der beidenvon uns erstellten Demoapplikationen.Er dient dazu, beliebigeOSG-kompatible Modelle zu ladenund im CAVE anzuzeigen. Mit demPPT-Wand hat der Benutzer einvielseitiges Instrument zur intuitivenBedienung der Applikation. Solassen sich die Modelle stufenlosrotieren und skalieren und die Betrachtungsperspektivekann nachBelieben angepasst werden. Dabeikönnen Modelle auch so angezeigtwerden, als würden sie sichdirekt vor dem Benutzer im Raumbefinden. Dank des im ModelViewerebenfalls enthaltenen MotionTracking, entsteht dabei eine Hologramm-ähnlicheIllusion, da dasModell vom Benutzer umrundetund somit aus verschiedenen Perspektivenbetrachtet werden kann.Motion Tracking DemospielDas Demospiel erstellten wir mitdem Ziel einer Applikation, welchedie Effekte des Motion Trackingnicht nur klar sichtbar macht, sonderneinen notwendigen Teil derSteuerung zum Erreichen desSpielziels darstellt. Dazu werdenMünzen so hinter verschiedenenObjekten versteckt, dass sie ausder normalen gemittelten Positionim CAVE nicht gesehen werdenkönnen. Mit der Möglichkeit sichinnerhalb des CAVE zu bewegenund damit die Perspektive aufdie virtuelle Szene zu verändern,lassen sich die Münzen nun erspähenund mithilfe des PPT-Wandeinsammeln. Dieser kann bei anderenSpieleinstellungen wahlweiseauch zum umherbewegen inder virtuellen Welt oder als Taschenlampebei gleichzeitig ausgeschaltetemUmgebungslicht verwendetwerden.Michael MüllerNick Pete Stähliti.bfh.ch173

BIBEBUVABSc in InformatikRoutenplan-Erweiterung für MEZIInformatik / Betreuer: Dr. Bernhard AnrigExperte: Walter EichProjektpartner: Glue Software Engineering AG, BernDie Firma Glue Software Engineering AG hat für BERNMOBIL, RBS und PostAuto eine mobile App, MEZI(Mobile Echt-Zeit Information) für verschiedene Plattformen (iPhone, Android, JavaME, mobile Web) entwickelt.Die Backend-Systeme der beteiligten Transportunternehmen unterstützen kein Routing (Planung/Abfrage einer Reise «Von – Nach»). Damit dennoch ein Routing angeboten werden kann, soll das MEZIBackend System, welches die ganzen Soll- und Ist-Fahrpläne der Transportunternehmen integriert und denClients als Auskunftsservice dient, schrittweise um eine solche Funktion erweitert werden.Pauli WinkelmannClaude NobsLösung:Im Rahmen der Bachelor Thesiswurde eine Applikation entwickelt,die anhand der Sollfahrpläne, welcheim MEZI Backendsystem hinterlegtsind, einen Graph erstellt,in welchem mittels geeignetemAlgorithmus mehrere Routen zwischenzwei Haltestellen gesuchtwerden können. Da die zu entwickelndeSoftware anbieten soll,wie man am schnellsten von Anach B kommt, ist die nutzerfreundlicheAufbereitung dieserInformation sehr wichtig. Dafüreignet sich das Client-/ServerKonzept. Dabei wird unsere Applikationmit den Such-Algorithmenauf einem leistungsstarken Serverbetrieben und mit einem Interfacekann der Client – z. B via Android/iPhone-Gerät – die gewünschteInformation abfragen. Der zusätzlichimplementierte Webservicedient einerseits als Schnittstellezwischen der Applikation und demClient und anderseits für weitereFunktionen z. B als WebClientoder als Test-Umgebung.Problematik:In Verkehrsnetzen optimale Reiseroutenzu bestimmen ist ein alltäglichesProblem. Wurden sie frühermit Hilfe von Karten geplant, ist esheute in der breiten Bevölkerungüblich, Routen mit der Unterstützungvon Rechnern zu optimieren.Ein Ansatz, um die besten Verbindungenin solchen Netzen computerunterstütztzu finden, stammtaus der Graphentheorie. Dazumodelliert man das Netzwerk alsGraphen und berechnet darin denkürzesten Weg. Zur Bestimmungdieses Pfades eignen sich zweibekannte Algorithmen, der Dijkstra-und A*-Algorithmus.Werden diese Algorithmen nichtmodifiziert liefern sie nur ein Resultat.Wie man es von gängigenRoutenplanern kennt, bestimmensie meistens mehrere Routen, z. Bverschiedene Abfahrzeiten. Jenach Anspruch des Reisendenbringt der Algorithmus nicht immerdas gewünschte Resultat –wenn die Route mit minimalemUmsteigen gewünscht wird, anstattdie kürzeste Reisezeit. Derkürzeste Pfad ergibt die frühsteAnkunftszeit am Ziel, aber nichtzwingend, die Route mit der kürzestenReisedauer. Er sagt auchnichts darüber aus, wie bequemdie Fahrt in Bezug auf Wartezeitenund Umsteigen ist. In der Theorieist es wesentlich einfacher auf einemGraphen mit statischen Kantengewichtenden kürzesten Pfadzwischen zwei beliebigen Knotenzu finden, als in einem realen Verkehrsnetz,wo verschiedene andereFaktoren, wie ein Linenwechsel(Umsteigen), Wartezeiten und Reisezeit,mitspielen. Die Herausforderungder Arbeit lag darin, dieThematik zu analisieren um dieProbleme zu erkennen, dann eineLösung zur Optimierung zu finden,so dass der Algorithmus bei jederAbfrage ein optimales Resultatliefert.174 ti.bfh.ch

BSc in InformatikBIBEBUVAStocktakingMobile Computing / Betreuer: Claude FuhrerExperte: Armin BlumDie Erfassung und Dokumentation von materiellem Gut wird oftmals noch von Hand vorgenommen. DieseArbeit soll ein Konzept zeigen, welches es ermöglicht dieses Gut elektronisch zu erfassen und zu dokumentieren.Aufgrund der heutigen Technologien bietet sich ein Ansatz mit portablen Endgeräten, um dieErfassung vor Ort durchführen zu können und die Position mit Hilfe von GPS zu erfassen.MotivationDurch die technische Entwicklungvon Tablet Computern gibt es heuteviele handliche, tragbare Computerdie eine hohe Portabilitätbieten. In diesem Projekt wird anhandeines solchen Tablets unddessen Sensoren ein Projekt realisiert,welches es ermöglicht einInventar von materiellem Gut dassich im Freien befindet aufzustellen.KonzeptEine Android Anwendung die fürdas Tablet «Samsung Galaxy Tab10.1» mit Android 3.1 programmiertwurde, kümmert sich um dieDatenerfassung. Die Basis für dieseAnwendung wurde bereits imModul «Projekt 2» erarbeitet. ImRahmen dieses Projektes wurdediese weiterentwickelt und auf dieBedürfnisse dieses Projektesnoch ein wenig angepasst.Ein Server mit Debian Linux kümmertsich um die Weiterverarbeitungder Daten. Hierfür wurde einServer mit der objektrelationalenDatenbank PostgreSQL und dieErweiterung Postgis für die geografischenDaten gewählt. Eineeigens entwickelte Anwendungempfängt die Daten vom Tabletund fügt diese in die Datenbankein. Für die Visualisierung von Karten,um die Objekte anzuzeigen,wurde das Open Source ProjektGeoserver verwendet welches diefrei zugänglichen OpenStreetMapDaten verwendet um die Karten zuerzeugen. Der Geoserver ist inForm einer «Web Application» fürTomcat verfügbar was praktischist, da so der Tomcat Server auchfür den Zugriff auf die Fotos dienenkann.Weiter wurde eine Client Anwendungrealisiert die es ermöglicht,die Landkarten beim Geoserveranzufragen sowie die Objekte dieerfasst wurden mit dem dazugehörigenFoto anzuzeigen. Es istauch möglich, diese Daten zu verändernund den Standpunkt einesObjektes, einem anderen, bereitsvorhandenen Standpunkt zuzuordnen.GesamtbildFazitDie Separierung der Objekte nurmit Hilfe von der GPS Position, dergeschätzten Entfernung des Benutzerssowie der Ausrichtunggegenüber dem Norden ist nichteffizient genug. Die relative Abweichungvon der GPS Positionierungist alleine schon eine zu grosseHürde um eine verlässliche Angabezu machen. Das Gesamtsystemfunktioniert, jedoch mit derEinschränkung, dass die Objektenicht zu nahe aneinander stehendürfen (>10m) oder das Foto auseinem anderen Winkel zum Objektgemacht werden muss.Christian Pauwelsti.bfh.ch175

BIBEBUVABSc en InformatiqueSwissiVi: PoC for a Novel E-Voting PlatformInformatique / Directeurs de thèse: Prof. Dr. Eric Dubuis, Prof. Dr. Rolf Haenni, Prof. Reto KoenigExpert: Dr. Andreas SpichigerBien qu’il existe aujourd’hui plusieurs protocoles cryptographiques qui satisfont de nombreuses exigencessuggérées pour des systèmes de vote électronique, une interface sûre et facile à utiliser entre le votant etla cryptographie sur un PC ou smartphone potentiellement vulnérable manque toujours à l’appel. Le ResearchInstitute for Security in the Information Society de la HESB a mis en place un nouveau concept de voteélectronique résolvant ce problème. Le but de ce travail de bachelor est de réaliser une démonstration defaisabilité (Proof of Concept, POC) de ce concept.Andrea Pellegriniandreapellegrini12@gmail.comPhilémon von Bergenphilemon.vonbergen@gmail.comLe concept de la HESB en brefLa plateforme sécurisée est un problèmerécurrent dans le domainede l’e-voting. Si le support utilisépour afficher la plateforme est infectépar un malware, la confidentialitéainsi que l’intégrité du vote nepeuvent pas être garanties.Pour éviter ce problème, la HESB adéveloppé un concept mettant enjeu un petit appareil permettant deconfirmer le vote. Cet appareil n’apas de moyen de communicationdirect avec l’ordinateur ou avec internet,et ne peut donc pas êtreinfecté par un malware.Par conséquent, un support infectéaffichant la plateforme peut toujoursmodifier le vote, mais celasera détecté par l’utilisateur lorsqu’ildevra confirmer son choix sur l’appareilde vote.Trois acteurs principaux interviennentdans ce concept: une plateformede vote, l’appareil de votementionné plus haut et une cartede vote personnelle.Aperçu du déroulement d’un voteLa plateforme de vote permet àl’utilisateur de consulter les objetsà voter. Les résultats pouvant êtrechoisis par le votant sont représentéssous forme de codes-barresbidimensionnels.A l’aide de l’appareil de vote, l’utilisateurpeut lire ces codes-barresdont le contenu apparaît sur l’écran.Il doit alors confirmer son choix.La carte de vote permet de vérifierla légitimation de vote, ainsi que derécupérer le vote créé par l’appareilde vote afin de l’envoyer à l’urneélectronique.RéalisationLe travail consiste en deux partiesprincipales. Pour la première, ils’agit de simuler l’appareil et lacarte de vote avec des smartphones.La seconde partie est laréalisation de la plateforme de vote.Celle-ci doit supporter les types devotes suisses (vote, initiative etélections) pour le niveau fédéral, leniveau cantonal et le niveau communal.La simulation de l’appareil et de lacarte de vote a été réalisée surAndroid. L’appareil de vote permetde scanner un code-barres de laplateforme de vote, décode lecontenu du code-barres et l’affichesur l’écran. L’utilisateur confirme levote, puis celui-ci est envoyé ausmartphone simulant la carte.Le fichier enregistré sur la carte devote peut être récupéré sur un ordinateuren y connectant le smartphone.Le vote peut finalement êtrechargé dans l’urne électronique.La plateforme propose une paged’accueil où l’utilisateur peut choisirson canton de résidence. Il doitensuite indiquer sa commune etvoit apparaître une vue d’ensemblede tous les objets pour lesquels ilpeut voter. Une page lui permetalors d’afficher les codes-barrespour les différents objets. Si desélections sont disponibles, une interfacelui permet de choisir uneliste, de la modifier ou de composersa propre liste.Pour utiliser de manière optimale lasurface disponible à l’écran, les différentsobjets sont groupés parniveau (fédéral, cantonal, communal),puis répartis en différents onglets.Le résultat obtenu dans ce travailpropose une implémentation possiblede ce concept et peut êtreutilisé pour le présenter aux personnesintéressées.176 ti.bfh.ch

BIBEBUVABSc in InformatikE-Commerce Web-Applikation – Adventures4FamilyWBA / Betreuer: Prof. Jufer RolfExperte: Dr. Federico FlueckigerE-Commerce gewinnt stetig an Bedeutung in unserer Wirtschaft. Mit dem Erfolg wachsen auch die Anforderungenund Erwartungshaltungen der Nutzer. Es gibt eine Vielzahl von generischen e-Commercelösungen,die bis zu einem gewissen Grad an die Bedürfnisse des jeweiligen Einsatzzwecks angepasst werden können.Viele Shop-Betreiber (wie z. B. LeShop) bevorzugen dennoch Eigenentwicklungen. Solche e-Commercelösungenbestehen meistens aus einem sehr heterogenen technologischen Umfeld und weisen eine äussertsKomplexität auf.Michel ReutelerZiel diese Arbeit ist, eine beispielhaftetechnische Implementierungeiner e-Commercelösung zuschaffen, welche sich die Vorteileaktuellster Technologien zu Nutzenmacht.Über die erstellte e-Commerce Plattform werden Familienausflügevertrieben. DasAngebot kann dynamisch gepflegtund vom Kunden mittels einerVielzahl von Suchkriterien, wiez. B. Region oder Altersempfehlung,durchsucht werden. Ein Produktkann gebucht und mittelsdiverser Zahlungsmethoden auchonline bezahlt werden. Die Bestellungwird mittels in BPMN (BusinessProcess Model and Notation)abgebildeten Geschäftsprozessenverarbeitet.Um die Problemstellungenin möglichst kleine Fragmentezu unterteilen, besteht dieSoftwarearchitektur aus mehrerenSchichten. Die erste Schicht dientzur Abbildung des Domänenmodellsund dessen Relationen. DieseEbene bildet reale Gegenständewie z. B. ein Produkt ab. Zudemsorgt sie für die Persistierung derDaten.Als nächstes folgt dieSchicht zur Abbildung der Geschäftslogik.Diese Ebene definiertdie Regeln welche auf dasDomänenmodell angewandt werdenund stellt sie als Service derdarüber liegenden Schicht zurVerfügung. Des Weiteren übernimmtdiese Schicht die Kommunikationmit Systemen von Drittanbieter.Diedritte Schicht bildet dasBindeglied zwischen Benutzerund Applikation. Sie stellt dem Benutzerdie Geschäftslogik mittelsBenutzeroberfläche zur Verfügung.Beider Auswahl der Technologienund Komponenten wurdedarauf geachtet, dass diese einmöglichst homogenes Umfeld bilden.Dies hat den grossen Vorteil,dass sämtliche Umsetzungen mittelsder Programmiersprache Javagemacht werden konnten. So wurdez. B. sämtliche Datenbankinteraktionenmit Hilfe der Java TechnologieJPA (Java Persistence API)generiert oder alle nötigen Javascriptund HTML Elementedurch das Opensource WebFramework Vaadin generiert.DieDokumentation zur Arbeit erläutertdas Vorgehen in der Entwicklunganhand der eingesetzten Technologiensowie die softwarearchitektonischerSchlüsselstellen undderen Schwierigkeiten.178 ti.bfh.ch

BSc in Computer ScienceBIBEBUVAA Web-Based Multiplayer RTS using GCA*Computer Games, Networking, Artificial Intelligence / Thesis Advisor: Prof. Dr. Jürgen EckerleExpert: Han van der KleijMarkus Roth and Dr. Jürgen Eckerle of the Bernese University of Applied Sciences developed a novelapproach for collaborative pathfinding, named Generalized Collaborative A*. Using this method, a multiplayerReal-Time Strategy game was developed in Microsoft Silverlight to run inside a web browser. Besidesadvanced pathfinding, it offers modern RTS components such as unit types, bases, fog of war, advancedmovement commands and more.A multiplayer real-time strategygame (RTS) involves at least twoplayers competing against eachother by directing their armies, usingstrategy and tactics like generalswould. In these games, theindividual units use artificial intelligencetechniques to act independentlytowards their strategicallyA screenshot of the game, showing theabstract graphical styleA visualization of the three-dimensionalreservation store of thepathfinding algorithmThe conference paper describing thedeveloped algorithm in detailassigned targets. Thus, while aplayer might direct their troops toattack a certain group of opposingforces, the troops maneuver andexchange fire autonomously. Thisenables the player focus their attentionon tactics and strategy,rather than forcing them to controleach of their troops individually.Given that RTS games often useterrain and other features blockingthe movement of troops to makefor a more complex game experience,the troops need advancedpathfinding algorithms to achievetheir goals while not moving in thewrong direction, blocking eachother, or getting stuck on obstacles.Ideally, troops would reactexactly as the player expects themto, while simultaneously strivingfor optimal path sums as groupswhile reaching their potentially individuallyassigned targets. Sincethe user can issue new commandsat any instant, these calculationshave to be done in close to realtime.Since the publishing of thefirst modern RTS game in 1992,efforts have been ongoing to developand improve such pathfindingtechniques.In this thesis, I continue these effortsby designing and implementingan RTS game using the collaborativepathfinding algorithmCGA*, developed by Dr. JürgenEckerle and myself in 2010. Beingimplemented in Microsoft Silverlight,it is the only completely webbased,full-fleshed multiplayerRTS with industry-standard pathfindingcurrently available.Markus Rothmaroth@gmail.comti.bfh.ch179

BIBEBUVABSc in Computer ScienceDelta.js – A Diff and Patch Engine for DOM TreesWeb and Business Applications / Thesis Advisor: Prof. Dr. Olivier BibersteinExpert: Peter MattiDelta.js is a JavaScript framework capable of detecting changes between two versions of a structureddocument. Furthermore it provides methods to apply those changes back to the original document or aslightly modified version thereof. Our implementation runs in any modern web browser as well as on Java-Script based server software like node.js and on the command line. HTML and any XML based documentformats are supported, including SVG.Lorenz SchoriApplication IndependentVersion ControlWhen different authors are workingon the same document, theability to track and manage changesis essential. Existing solutionsoften are tied to the editor application,i.e. the word processor orspreadsheet software. As a consequencethe involved editors areforced to use the same applications.This approach works fine forsmall teams collaborating in amanaged office environment. Butsuch a restriction might result inmajor problems when a workflowrequires integration of third partysystems.In the software industry, distributedteams rely heavily on genericversion control systems, which arecapable of tracking and mergingchanges to source code. Thosesystems work independently ofthe tools and editors used by theprogrammers, as long as thesource code is kept in plain textfiles.Realtime preview when applying a setof changes to an SVG image.Because more and more vendorsare adopting XML as the basis oftheir own file formats, a more genericapproach to change managementof structured documentsindependent of the editor applicationbecomes realistic. The algorithmsimplemented in Delta.jsmay form the basis for a changemanagement system for structureddocuments.Diff and Patch for StructuredDocumentsA number of algorithms suitablefor detecting changes in structureddocuments have been studiedfor this thesis. Based on ourresearch, we›ve chosen XCC (XMLChange Control) recently releasedby Sebastian Rönnau and Uwe M.Berghoff as the starting point forour own implementation. The mainassumptions of the chosen approachare:– Document order is important.– Interesting content is containedwithin leaf-nodes.While we maintained the basicconcepts of the XCC-diff algorithm,our version departs significantlyfrom the original implementationin some parts. As a resultthe runtime of our implementationis easier to predict in some cases.XCC also proposes a file formatsuitable for storing a set of changesinto a file, commonly referred toas a patch. Along with the changedcontent, a context fingerprint representingthe neighborhood ofwhere the change took place inthe original document is recordedin the patch. When a patch ismerged back into the original documentor a modified version thereof,the patching algorithm is capableof verifying and adjusting thelocation of a change by comparingnearby content with the contextfingerprint.In order to demonstrate the capabilitiesof the Delta.js frameworkwe provide a set of browser basedJavaScript applications. Whensupplied with two versions of anXML file, our application computesthe changes between them. Thenthe original source code is displayedand changed parts arehighlighted. For certain file formatslike HTML and SVG a life previewis available where the impact ofindividual changes can be monitoredin realtime.Delta.js is publicly available fromhttp://github.com/znerol/nodedelta180 ti.bfh.ch

BSc in InformatikBIBEBUVAlibKeynect (Kinect-Suite)Informatik / Betreuer: Prof. Roger CattinExperte: Jean-Jacques JaquierDas Ziel dieser Arbeit war, eine Library und eine grafische Oberfläche zu entwickeln, mit der ohne Programmierkenntnissedas Gerät namens «Kinect» von Microsoft vereinfacht angesteuert werden kann. Der Benutzerkann eigene Gesten definieren und diese frei auf Aktion binden. Es sollen mehrere solche Gesten/Aktions-Paare definiert werden können. Die Library erkennt daraufhin, welche Geste vom Benutzer durchgeführtwird, worauf die vordefinierte Aktion ausgeführt wird.Das GerätDas Kinect ist eine Neuentwicklungaus dem Hause Microsoft.Ursprünglich für die XBox 360konzipiert, kann es mittlerweilevon zahlreichen Entwicklungswerkzeugenangesteuert werden.Das Gerät besteht aus einer Farbbildkamera,einem Infrarotsensorund vier Mikrofonen. Des Weiterenkann es per eingebautem Motornach oben oder unten gekipptwerden. Anhand der Infrarotkamerawerden Tiefeninformationenerrechnet, was eine simple Art eines3D-Bildes erlaubt.Die AufgabeDie Aufgabe in diesem Projekt bestanddarin, eine Bibliothek zu implementieren,die es erlaubt, Kinectohne Programmierkenntnisseam PC anzuschliessen und aufrudimentäre Weise benutzen zukönnen. Zwar können herkömmlicheEingabemittel wie Maus undTastatur nicht ersetzt, dafür aberergänzt werden. Die Entwicklungvon Algorithmen, welche Gestenerkennen können, sind ein grosserBestandteil der Arbeit. Ausserdemsoll die Möglichkeit bestehen,Mausklicks und Knopfdrücke zusimulieren. Die Konfiguration alldieser Funktionalitäten soll überein grafisches Interface möglichsein. Zudem soll ein Command-Line Frontend entwickelt werden,um eine Automatisierung zu ermöglichen.Gesten-KonzeptBeide Hände kommen zum Einsatz,der Benutzer kann jedochdefinieren, welche Hand er alsTriggerhand und welche als Gestenhandbenutzen möchte. DieTriggerhand beeinflusst je nachAnzahl ausgestreckten Fingernden Modus, in dem man sich befindet.Mit der Gestenhand könnenBewegungen durchgeführtund damit eine Geste in die Luftgezeichnet werden. Dank der Tiefeninformationwerden hier alledrei räumlichen Achsen (X-, Y-,und Z-Achse) unterstützt. Der Benutzerkann also mit der Gestenhandzum Beispiel den Mauszeigerziehen und nach vornedrücken, um einen Klick auszuführen.Weiter können verschiedeneAktionen gestartet werden, wiezum Beispiel das Öffnen einesVideo-Players, die Änderung derSystemlautstärke oder das Ausführeneines benutzerdefiniertenSkripts.RealisierungDie Software wurde für Linux realisiert.Im Design der Architekturwurde explizit eine Plattformunabhängiglkeitangestrebt. AlsSchnittstelle zur Einbindung vonKinect selber wurde OpenNI verwendet– ein Projekt mit dem Ziel,«natürliche Interaktion» (d. h. ohneSteuergerät) zu fördern.Da die Auflösung des Tiefenbildsnur den Werte einer normalenWebcam entspricht, war es nichtganz einfach, die Anzahl hochgehaltenerFinger herauszufinden.Dank der Tiefeninformation konntezwar der Hintergrund weggerechnetwerden, was das Herausfindender ungefähren Form der gesuchtenHand einwenig erleichterte.Schliesslich wurde ein Algorithmusentwickelt, der den Abstandfür jeden Punkt auf der äusserenKante der Hand errechnet. Da, wodie höchsten Peaks mit einem bestimmtenMaximalwinkel zu findensind, befinden sich die Finger.HandisolationTobias SoltermannGeorge SriranjanSilvan Strübyti.bfh.ch181

BIBEBUVABSc in InformatikPolicy Authoring ToolIT Security / Betreuer: Prof. Gerhard HassensteinExperte: Prof. Dr. Andreas SpichigerProjektpartner: IBM Research – Zurich, RüschlikonDie Sicherheit von IT-Systemen ist heute ein zentrales Thema für jedes Unternehmen. Eines der wichtigstenWerkzeuge ist die Zugriffkontrolle, welche genau definiert und durchsetzt, wer auf welche Daten oderAnwendungen zugreifen darf. Früher war die Systemvielfalt gut überschaubar und meistens reichten dafürbereits die Funktionen, welche in Betriebssystemen integriert waren. In Zeiten von dedizierten Serverfarmenund serviceorientierter Architektur wird die Kontrolle jedoch komplexer. Diese Arbeit beschäftigt sich mitder kollaborativen Administration moderner Zugriffsrichtlinien.Stefan Tockmail@stefantock.chMotivationMit dem XACML-Standard derOASIS (Organization for the Advancementof Structured InformationStandards) wurde einexml-Notation zum Festlegen vonZugriffsrichtlinien definiert. DieserStandard ermöglicht Zugriffskontrollsystemesystemübergreifendzu implementieren und Richtlinienzentral zu verwalten. Bereits seiteiniger Zeit sind Administrationswerkzeugefür die Verwaltung solcherXACML-Strukturen erhältlichund werden auch produktiv eingesetzt.Diese Lösungen bieten jedochkaum Möglichkeiten für diekollaborative Arbeit. In der Praxisist es oft so, dass MitarbeitendeZugriffsrechte benötigen und diesebei vorgesetzten Stellen beantragenmüssen. Diese geben die Anfragewiederum an andere Stellenzur Umsetzung im System weiter.UmsetzungDie Implementation wurde in eineServer- und eine Client-Applikationunterteilt. Der Server basiertauf den Komponenten der JavaPlattform (Enterprise Edition). Fürdie Kommunikation mit dem Clientwird ein RESTful Web Service(JAX-RS) verwendet. Dies ermöglichtden datensparsamen undasymmetrischen Austausch vonInformationen über das HTTP(S)-Protokoll. Der Client basiert aufdem JavaScript Toolkit Dojo undist völlig von der Serverseite losgelöst.Der Client bezieht die nötigenDaten über den erwähntenWeb Service und stellt dem Benutzereine angenehme, grafischeDarstellung zur Verfügung. DieApplikation ist mit allen bekanntenWebbrowsern kompatibel und bietetso einen plattformunabhängigenZugang. Durch den Einsatzdes Web Services wäre es ausserdemmöglich, weitere Clientapplikationenfür spezifische Plattformenwie iOS oder Android zuentwickeln.Mit der Umsetzung des Policy AuthoringTools konnte ein Ansatzveranschaulicht werden, welcherdie kollaborative Definition undAdministration von Zugriffsrichtlinienermöglicht. Die Webapplikationkann nun zur Demonstrationzukünftiger Administrationskonzepteverwendet werden.ZielEs soll eine Webapplikation entwickeltwerden, welche zeigt, wiekollaborative Ansätze im Definierenvon Richtlinien angewendetwerden können. Die beteiligtenAkteure sollen in dieser Applikationneue Zugriffsregeln beantragenkönnen, welche dann in derselbenApplikation von anderen Akteurengenehmigt oder abgelehnt werdenkönnen. Es gilt sich einen Ansatzzu überlegen, welcher diesenProzess festlegt und den korrektenAblauf sicherstellt.Policy Authoring Tool Web-Client182 ti.bfh.ch

BSc en InformatiqueBIBEBUVAMobile Way Inside the BuildingMobile Computing – Indoor Navigation System / Directeur de thèse: Dr. Abdelatif MokeddemExpert: Dr. René Bach / Partenaires du projet: Dr. Mahmoud Bouzelboudjen Université de Neuchâtel,Service informatique et télématique (SITEL), NeuchâtelLe but de ce travail est le développement d’une application mobile pour iPhone dans le domaine de la géolocalisationbidimensionnelle appliquée au rez-de-chaussée du bâtiment de la faculté des sciences del’Université de Neuchâtel (Unimail). Basée sur la position GPS (Global Positioning System) de l’iPhone, surles données issues du système d’information des locaux UniNE, et sur les services géo-web offerts,l’application affiche le chemin entre la position actuelle du mobile et la destination recherchée. La destinationpeut être une salle ou une personne.ApprocheCette thèse s’appuie sur un systèmed’information à référencesspatiales qui contient les plans deslocaux ainsi que les chemins permettantle calcul des itinéraires. Ilinterconnecte plusieurs bases dedonnées qui intègrent de manièredynamique les attributs non spatiaux(noms des collaborateurs etdes étudiants, numéros de téléphone,etc.). De plus, ce systèmecontient deux services géo-web(REST, SOAP, JSON). Le premieroffre des fonctionnalités de recherche,d’interrogation et d’identificationspatiale des attributs. Lesecond permet de calculer lechemin optimal entre deux ou plusieurslocalisations en fonction decontraintes spécifiques. Il utilise latechnologie fournie par ESRI leadermondial dans les système d’informationgéographique. L’architectureinformatique s’appuie surArcGIS Server, ArcSDE (SpatialDatabase Engine), les API ArcGIS.L’ensemble du système d’informationdes locaux UniNE a été développéet mis à ma disposition parle service informatique et télématiquede l’Université de Neuchâtel.Le développement de l’applications’appuie sur des outils logicielsfournis par ESRI et par Apple. Laréalisation de cette application anécessité de nombreuses adaptationsliées à l’évolution de ces nouvellestechnologies.DéfisCette thèse m’a permis de releverplusieurs défis. Le premier consistaità comprendre le système d’informationgéographique, y comprisles systèmes de projection descoordonnées et le GPS. Le secondà apprendre le langage de programmationorienté objet réflexifObjective-C ainsi que l’environnementde développement Xcoded’Apple. Et enfin de me familiariservers les services géo-web. Durantmon travail, j’ai intégré la mise àjour de la version 2.1 de l’API Arc-GIS ainsi que le passage au nouveausystème d’exploitation iOS 5.Cette phase représentait pour moiaussi une chance de rehausser leniveau de difficulté de ce défi.RésultatL’application réalisée affiche lechemin entre la position actuelledu mobile et la destination recherchée.La destination peut être unesalle ou une personne. Si la localisation(GPS, WIFI, etc.) à l’intérieurdu bâtiment est déficiente, lesystème offre la possibilité à l’utilisateurd’indiquer le point de départmanuellement. L’applicationcontient plusieurs fonctionnalitésde recherche et d’identificationdes locaux et des occupants.Tobias VogelSystème d’information locaux UniNE Vue du menu Vue de la fonction de guidageti.bfh.ch183

BIBEBUVABSc in InformatikBluePinMobile Computing / Betreuer: Prof. Reto KönigExperte: Prof. Dr. Torsten BraunMit Google Indoor-Navigation von Google Maps 6.0 ist es nun auch möglich sich in Einkaufszentren vomeigenen Smartphone Navigieren zu lassen…So ertönte es im Verlauf des Jahres 2011 aus den Reihen von Google. Der Gedanke sich mittels unserer«Hosentaschen-PC’s» nicht nur unter freiem Himmel orientieren zu können, ist aber weitaus älter.terführende Arbeiten verwendetwerden.Pascal von DachLokalisierungAls Instrument für die Lokalisierunginnerhalb von Gebäuden könnenmoderne Geräte auf eine Vielzahlvon Sensoren zurückgreifen. Hierbeimacht es Sinn die Sensoren aufGrund Ihrer Reichweite oder Kapazitätin einer spezifischen Reihenfolgeanzusprechen.Vom Groben ins FeineEine mögliche Abfolge der Informationsauswertungwäre zumBeispiel die Nutzung von GPS undGSM ausserhalb von Gebäuden,WiFi- und Bluetooth Signale innerhalbvon Gebäuden und zu guterLetzt Nahfeldkommunikation,Trägheitssensoren und KompassFunktionen für die letztendlicheAusrichtung.RedPin als BasisIm Jahr 2008 gab es eine Masterarbeitder ETH Zürich welche langevor Google die Navigation mittelsder oben genannten KommunikationsschnittstellenGSM, WiFi undBluetooth prüfen sollte. Das Projektmit dem Namen RedPin bildetdie Grundlage dieser Bachelor-Thesis.BluePin als ErweiterungDie Applikation ist als klassischeClient- Serverapplikation ausgelegt,bei welcher ein Android-Clientmit einem mittels JAVA implementiertenServer kommuniziert.Der Client unterscheidet hierbeizwei Modi:Generieren eines elektronischenFingerabdrucks «der eigentlichePin», welcher an den Server übermitteltwird und die Lokalisierungbei welcher der Server dem Clientauf Basis eines zuvor übermitteltenFingerabdrucks seine «geschätzte»Position bekannt gibt.Die Idee für die Thesis lag aber nichtdarin das Projekt RedPin zu erweitern,sondern mittels eines neu definiertenProjekts BluePin die Möglichkeitenvon Bluetooth im Rahmender Positionierung zu prüfen.Hierbei wurde der Fokus nicht aufeine Endlösung gesetzt, sondernvielmehr auf die Machbarkeit alssolches. Es soll bewiesen werden,ob die Verwendung von Bluetoothfür die Positionierung Sinn machtoder nicht.Das Ganze hat somit mehr einenPrototypen Charakter und kannmöglicherweise als Basis für wei-Schwankendes FazitEine zuverlässige und präzise Lokalisierungmittels Bluetooth istunter Verwendung handelsüblicherSmart-Phones zurzeit nurbedingt möglich. Bluetooth stelltzwar eine zuverlässige Schnittstelledar, um auf kurze Distanz einfachDaten auszutauschen, jedochvariiert der beim Empfänger ankommendeSignalpegel derartstark, dass dieser für die Positionierungunerlässliche Faktor nichtzuverlässig genutzt werden kann.Aufbau BluePinPlayer und Recorder184 ti.bfh.ch

BSc en InformatiqueBIBEBUVAImplementation d’un prototype BPMN avec IntalioWeb Business Application / Directeur de thèse: Prof. Rolf JuferExpert: Thomas JäggiLes processus d’entreprises jouent un rôle majeur dans les entreprises aujourd’hui. Car pour être compétitifsur le marché, il faut se doter des processus rigides et efficaces afin de faciliter les transactions etéviter les pertes de temps. C’est la raison pour laquelle la concurrence entre logiciels modelant ces processusest plus que d’actualité. C’est dans cet optique que le choix de tester Intalio|BPM un logicielopen-source qui permet de modeler des processus d’entreprise et des Workflows a été fait. Le processusmodelé va permettre d’automatiser certaines tâches (envoie des emails).But:Le processus qui va être développéaura pour but non pas seulementd’assigner de maniereautomatique des tâches à desutilisateurs qu’on definira aprèsune saisie manuelle par une administrateur,mais aussi de permettrel’envoie et la reception automatiquedes messages (Emails, Notifications)entre administrateur etutilisateurs. Il avait aussi pour butde prendre connaissance du logicielIntalio|BPM qui sert à la modelisationdes processus d’entrepriseset de le tester.Procédé:1. Mettre en place un processuscapable d’envoyer des messages.2. Mettre en place un processuscapable d’assigner des tachesa des utilisateurs.3. Additionner les 2 processuscites plus haut pour en creer unseul et l’ automatiser de tellemaniere qu’ apres un certainnombre de temps, qu’il puisseassigner des tâches à des utilisateurset envover des emails etdes notifications.4. créer et sauvegarder dans lesystème les utilisateurs à qui lestâches seront destinées.5. Tester les résultats après chaquephase importante.par le moyen du logiciel Intalio|BPMtoutes les activites que l’on effectuedans le quotidien et que l’onest obligé de repeter plusieursfois. Mais ce logiciel ne rends pasfacile l’ulisation de sa technologie,par le fait qu’il n y a pas de documentationapproprieés, mais aussipar le fait que les echangesentre utilisateurs et administrateursne sont pas toujours positifsdans la resolution des problemesrencontrés, car plusieurs problemesrestent jusqu’a nos jours sanssolutions.Avantages:En assignant les taches et en envoyantdes messages de manièreautomatique, ce produit va aiderl’administration dans le futur decontroler l’etat des taches qui ontete assignées à certains utilisateurset qui restent en instance.Ceci lui facilitera par ailleurs le travailet lui permettra d’eviter desperte de temps inutiles.LimitesLe processus developé n’est pasconnecté à une base de donneesoù l’on pourrait sauvegarder lesparamètres importants (Noms,emails). Ce qui signifie que l’on estobligé à chaque fois d’entrer cesparamètres. En plus les destinatairesdes emails ne se distinguentpas quand on a plusieurs destinataires,raison pourlaquelle on ferades instance pour chaque destinataire.Jean-Bernard WansiNjengoueResultats:Les resultats de ce travail montrentqu’on peut modeler et automatiserAutomatisation d’un processusti.bfh.ch185

BSc in MaschinentechnikBSc en MécaniqueBSc in Mechanical Engineering

BSc in MaschinentechnikBIBEBUVAVorrichtung zur Bestimmung von ReibungskoeffizientenMaschinentechnik / Betreuer: Dr. Annette KipkaExperte: Dr. Armin HegerDie Bestimmung von Reibungskoeffizienten der Trockenreibung kann sehr aufwändig oder sogar fehlerbehaftetsein. Daher können Literaturangaben von Reibungskoeffizienten für ein und dieselbe Materialpaarungum bis zu 50% voneinander abweichen. Um die Anforderungen an Prüfgenauigkeit und Wirtschaftlichkeitdes Prüf labors der Berner Fachhochschule zu erfüllen, wurde ein Co-Axial-Tribometer entwickelt. Damitkönnen Haft- und Gleitreibungskoeffizienten unterschiedlicher Materialpaarungen ermittelt werden. DieseKennwerte sind wichtig, z. B. für die Durchführung bestimmter Finite-Element-Analysen.FunktionsweiseAbb. 1 zeigt das Co-Axial-Tribometerals Erweiterung der UniversalprüfmaschineZwick Z 100. DieFunktion des Co-Axial-Tribometersberuht auf der Bestimmung derNormal- und Reibkraft, wenn zweiProben gleichen oder unterschiedlichenMaterials gegeneinanderverschoben werden. WesentlichesElement der Vorrichtung ist eineFeder (Federrate: 7. 5 N/mm), mitwelcher die Normalkraftzustellungerfolgt. Die Normalkraft kann ineinem Bereich von 20 bis 120 Neingestellt werden. Der Reibkraftsensordarf in einem Bereich von0,4 bis 100 N belastet werden. Diezu prüfenden Materialien liegen alszylindrische Probekörper vor, vorzugsweisemit einem Durchmesservon 15 mm. Die Positionierung derProben erfolgt durch ein Spannbackensystem.Die Vorschubgeschwindigkeitkann mit der Universalprüfmaschinein einem Bereichvon 0,0005 bis 600 mm/min variiertwerden. Die Auswertung derMesswerte erfolgt mit der Softwareder Universalprüfmaschine.VorgehenDas in der vorangegangen Projektarbeit2 entwickelte Co-Axial-Tribometerwurde im Rahmen derThesis gebaut. Anschliessendwurde seine Messgenauigkeitüberprüft, indem die Reibungskoeffizientenunterschiedlicher Materialpaarungenermittelt und mitLiteraturwerten verglichen wurden.Die Ergebnisse wurden mitHilfe analytischer Verfahren kritischbeurteilt. Die – insgesamtgeringen – Abweichungen zwischenMess- und Literaturwertenkonnten grösstenteils erklärt werden.ErgebnisseDer Vergleich der Messwerte mitden Werten aus der Literatur ergabeine sehr gute Übereinstimmung.Die in der Auswertgrafikbeobachtete Schwankung derReibkraft ist auf geometrische Toleranzendes Tribometers und derPrüfkörper (z. B. Oberflächenunregelmässigkeit)zurückzuführen.Die Sensibilitätsanalyse ergab,dass bei einer niedrigeren Federratedie relative Genauigkeit derMessung auf 1.5% verbessertwerden kann. Bei dieser Genauigkeitwurden die Unsicherheitender beiden Sensoren sowie diegeometrischen Toleranzen berücksichtigt.Damit könnte mitdem Co-Axial-Tribometer eine höhereMessgenauigkeit erzielt werdenals mit dem vergleichbarenMessverfahren nach DIN 53375.Joel Allemannj.allemann62@bluewin.chAbbildung 1 : Co-Axial-Tribometerti.bfh.ch187

BIBEBUVABSc in MaschinentechnikFormdüse zum Drucken von viskosen MaterialienMaschinentechnik / Betreuer: Manfred SchärExperte: Andreas ThülerDas Drucken von hochviskosen Materialien hat eine grosse Bedeutung in der heutigen Technik. Sei es fürdreidimensionale Strukturen im Prototypenbau, Anti-Rutsch-Flächen für Trittbretter oder Dichtungen vonElektronikgehäusen. Bei grossen Stückzahlen ist es wichtig, dass dieser Druckprozess schnell abläuft. Fürgenau solche Anwendungen ist in dieser Arbeit ein Druckverfahren entwickelt worden: Dieses ermöglichtes, einfache geometrische Grundformen wie Linien und Kreise zu drucken.Xaver BandiZielEs gibt bereits ein Verfahren, mitdem Gehäusedichtungen gedrucktwerden, das sogenannteForm-In-Place. Dabei fährt einCNC-Roboter mit einer Dosiereinheitdie Gehäuseform ab unddruckt die Dichtung. Dieser Vorgangist flexibel aber nicht besondersschnell. Mit einem neuenVerfahren sollen ganze Gehäusedichtungeninnerhalb von Sekundengedruckt werden können.Formdüse und DosierungUm die geforderte, kurze Druckzeiteinzuhalten, ist eine eigene Formdüseentwickelt worden. Diese istgenau auf eine Form zugeschnitten.Die Form wird in einem Arbeitsschrittgedruckt. Um die ganzenGeometrien in einem Schrittdrucken zu können, sind verschiedeneDüsenplatten entwickelt undgetestet worden: Düsenplatten mitBohrungen in einer Linie sowie Düsenplattenmit eingeklebten Dosiernadeln.Eine grosse Herausforderung wardie präzise Dosierung. Innerhalbvon weniger als einer Sekunde sollLiniendüseeine genau bestimmte Menge Materialgedruckt werden. Dazu wurden0,5 ml Einwegspritzen in Kombinationmit einem Linear antriebverwendet. Beim Linearantriebhandelt es sich um einen elektrischgeregelten Linearstellzylinder miteiner maximalen Vorschubgeschwindigkeitvon 275 mm/s.ResultateAls Resultat lässt sich festhalten,dass es möglich ist, Linien (l =30 mm) und Kreise (d = 30 mm) ineinem Arbeitsschritt zu drucken.Die besten Resultate lieferte derDruck mit den Düsenplatten miteingeklebten Dosiernadeln. Die Liniensind mit einer gemessenenBreite von 4 mm noch sehr breit.Die Mindestbreite einer Linie istdurch den Abstand der Dosiernadelnzueinander (bei unserer Düsenplatte:3 mm) begrenzt.Gedruckte LinieEine automatische Tropfenablösungvon den Dosiernadeln ist aufgrundder zu niedrigen Dosiergeschwindigkeitnicht möglich. DieTropfen mussten direkt auf einenTräger abgesetzt werden. Dadurchwird die Prozesszeit um einige Sekundenverlängert.FazitEs hat sich gezeigt, dass Linienund Kreise in einem Schritt gedrucktwerden können. Obwohldas Verfahren noch nicht industrielleinsetzbar ist, ist es sehr vielversprechend.Mit den folgendenAnpassungen kann es weiter verbessertwerden.Um die Druckzeit weiter zu reduzieren,wäre es sinnvoll, die Dosiergeschwindigkeitzu erhöhen.So soll eine Tropfenablösung ohneAbsetzen erreicht werden. Notwendigdazu sind eine Düse mitkürzeren Dosiernadeln für wenigerReibungswiderstand sowie eineschnellere, präzise Dosiereinheit.Um dünnere Linien zu drucken,sollten die Dosiernadeln näher beieinanderpositioniert werden. Hierist eine Tropfenablösung in derLuft besonders wichtig: Je näherdie Dosiernadeln beieinander sind,desto wahrscheinlicher bilden sichFlüssigkeits-Rückstände zwischenden Dosiernadeln. VerbleibendesMaterial an den Dosiernadelnmuss minimiert werden, damit dieWiederholgenauigkeit verbessertwird.188 ti.bfh.ch

BSc in MaschinentechnikBIBEBUVALuftaktuator TensairityRegelungstechnik / Betreuer: Prof. Dr. Kenneth HuntExperte: Felix ScheuterProjektpartner: Institute for Rehabilitation and Performance TechnologyDas Strukturkonzept Tensairity hat ein breites Anwendungsgebiet. Neben der statischen Anwendung kanndas Strukturkonzept auch dynamisch als Aktuator eingesetzt werden. Aufgrund des geringen Gewichtseignet sich der Aktuator in der Interaktion mit Menschen oder fragilen Objekten. Mit dem Ziel Tensairity inder Rehabilitationstechnik einzusetzen, wurde in dieser Arbeit das Strukturkonzept an eine Knieortheseangebaut und eine Regelstrategie entworfen und umgesetzt.Tensairity ist eine synergetischeKombination von Stäben, Seilenund einer unter geringen Überdruckstehenden pneumatischenStruktur. Die Last wird von Stäbenund Seilen getragen. Die pneumatischeStruktur trennt das DruckundZugglied räumlich voneinanderund stabilisiert die Stäbegegen Knicken. Bei kleiner werdendemDruck in der pneumatischenStruktur wird das Druckelementnicht mehr gegen Knickengeschützt und der Aktuator kanneine Bewegung ausüben.Häufig entsteht nach Unfällen,Krankheiten oder auch altersbedingteine Schwächung der Beinmuskulatur.Um diese Menschenin der Rehabilitation zu unterstützen,wurde in dieser Arbeit dasStrukturkonzept an eine konfektionierteKnieorthese angebaut undanschliessend der Prototyp analysiertund optimiert. Mit einem ProportionalDruckregelventil wurdeeine Steifigkeitsregelung der Knieortheserealisiert. Um die Ortheseauch im Alltag einzusetzen sindKonzepte für eine mobile Druckluftversorgungerarbeitet undbewertet worden. Aufgrund desgeringen Gewichtes und der Lärmemissionist ein Hochdruckspeicherwie man ihn vom Tauchsportoder vom Atemschutz der Feuerwehrkennt am besten geeignet.Mit Hilfe des Prototyps konntendie Möglichkeiten und das Verbesserungspotenzialdes Strukturkonzeptesals Aktuator aufgezeigtwerden.Tensairity BalkenAdrian BaumgartnerPrototypti.bfh.ch189

BIBEBUVABSc in MaschinentechnikEntwicklung einer FonduezubereitungsanlageProduktentwicklung / Betreuer: Karl-Heinz SelbmannExperte: Andreas ThülerDie Aufgabenstellung dieser Bachelor Thesis beinhaltet die Entwicklung einer Fonduezubereitungsanlagemit sämtlichen Fertigungszeichnungen, Offerten und einer Kostenrechnungen. Die Bestellung und Montageder Anlage erfolgt erst nach dieser Arbeit, wenn die Konstruktion von unserem Industriepartner als tauglichbefunden wird. Somit wird das Kostenrisiko von Änderungs- oder Fehlbestellungskosten einzelner Komponentenvermieden. Im Jahr 2010 wurde in Form einer Bachelor Thesis bereits eine Fonduezubereitungsanlagerealisiert. Auf deren Grundlage soll aufgebaut werden.Dominik BonerArbeiten an der bestehendenFonduezubereitunsanlageBei der bestehenden Fonduezubereitungsanlagebestehen nochungelöste Probleme. Dazu gehört,dass die Vorschubkraft vom ExlarElektrozylinder GSM20 nicht immerausreicht. Auch verbleibt kaltesFondue zwischen zwei Portioniervorgängenin der Transpor t-leitung.Das Problem der fehlenden Vorschubkraftwurde mit Messungender Auspresskräfte vom Fondueaus dem Kessel auf der Zwick-Roell Zug- und Druckmaschineuntersucht. Weiter wurde die Kraftvom Exlar Elektrozylinder GSM20gemessen. Die Folgerung darauswar, dass die Reibungskraft desFondue in der Transportleitung diehohe Kraft verursacht. Die Modifizierungder Transportleitung verkleinertnun die Reibungskräfteund verhindert das Verweilen vonFondueresten in der Leitung.Taster und Potentiometer undnicht mehr via Laptop. Schlussendlicherhält die Maschine einlebensmittelkonformes Gehäuse.Zur neuen Konstruktion wurde ein3D-Aufbau mit allen nötigen Fertigungszeichnungenerstellt. Weiterwurde für die Steuerung ein Pflichtenhefterarbeitet. Darauf wurdenzu allen Komponenten Offerteneingeholt, worauf eine Kostenzusammenstellunggemacht werdenkonnte. Anschliessend erfolgt eineSicherheitsanalyse sowie die Berechnungdes Wirkungsgrades.Das Prinzip der neuen Konstruktionwurde weiter mit Prototypteilenauf der bestehenden Maschinegetestet.Entwicklung der neuen FonduezubereitungsanlageDie neue Fonduezubereitungsanlagebietet einige Verbesserungen.Dazu gehört die Leistungserhöhungdes Erwärmungsprinzips,die Optimierung der Transportleitungund die zusätzliche Caquelonvorwärmung.Die Kesselzufuhrerfolgt ergonomischer viaKlappe auf Brusthöhe. Neu erfolgtdie Steuerung mit drei Schnittstellenin Form von einem Schalter,Fonduezubereitungsanlage190 ti.bfh.ch

BSc in MaschinentechnikBIBEBUVAModularer M-Robot – Gesamtaufbau und KonstruktionProduktentwicklung / Konstruktion / Betreuer: Prof. Walter Güller, Prof. Roland Hungerbühler, Prof.Daniel LanzExperten: Felix Scheuter, Dr. Dietmar KramerEurobot ist ein internationaler Wettkampf zwischen völlig autonomen und mobilen Robotern. Technischorientierte Fachhochschulen, sowie Universitäten nehmen an diesem jährlichen Anlass mit einem der Aufgabeentsprechenden Roboter teil. Allerdings ist die Zeitspanne vom Bekanntwerden der Aufgabenstellungbis zum Wettkampf sehr kurz. Die Entwicklung des Roboters ist somit mit wenig Zeit und grossem Arbeitsaufwandverbunden. Aus diesem Grund entstand die Idee, ein Konzept eines modularen Roboteraufbauszu entwickeln, welches nicht jedes Jahr von Grund auf neu erarbeitet werden muss.AusgangslageAn der Fachhochschule Burgdorfhat sich die Teilnahme an Eurobotetabliert. Allerdings wurde der Roboterimmer von Grund auf neukonzipiert. In den allgemeinen Regelnvon Eurobot werden der Umfangund die Höhe des Robotersals grundlegende Konstruktionsmasseklar definiert und festgelegt.Somit macht es Sinn, einGrundkonzept eines Gesamtaufbausdes Roboters zu entwickeln,welches ein schnelles Anpassenan die gestellte Aufgabe zulässt.Mit M-Robot wurde genau diesesZiel angestrebt. Es sollte ein Roboterentwickelt werden, welchereine bestimmte Getränkedose ineinem entsprechenden Speicherabholt und diese dem Bestellerbringt. Dazu sollte alles Eurobotkonformkonzipiert werden.VorgehenDas Ziel dieser Bachelorthesis wares, den Gesamtaufbau des Roboterssowie den Innenausbau zuentwickeln, wobei der Gesamtaufbaumöglichst einfach und modularanpassbar sein sollte. Die Ausarbeitungeines solchen modularenGesamtaufbaus war stark von deneinzubauenden elektronischenund mechanischen Elementen abhängig,die zur Aufgabenerfüllungim Roboter installiert werdenmussten. Da viele elektronischeKomponenten zu Unterbaugruppenzusammenfassbar waren,wurde auch im Innenausbau einegute Modularität erreicht.Mit einem detaillierten CAD-Modellwurden erste dynamische Berechnungenüber das Verhaltendes gesamten Roboters im Einsatzgemacht. Diese Berechnungenkönnen als Parameter für dieMotoransteuerungen verwendetwerden.ErgebnisAls Resultat dieser Arbeit steht einmodularer, Eurobot-konformerAufbau eines autonomen und mobilenRoboters im Vordergrund,welcher sehr einfach und gut aneine andere Aufgabenstellung anpassbarist.Der gesamte Innenausbau istdank der Bildung von Unterbaugruppenauch modular aufgebaut.Dies fördert neben einer einfachenAnpassbarkeit auch die Übersichtlichkeitder eingebauten Elemente.Der Gesamt- und Innenausbaukann in den nächsten Jahren alsGrundlage für Eurobot verwendetwerden.Simon Bosshardsimonbosshard@hotmail.comModularer M-Robotti.bfh.ch191

BIBEBUVABSc in MaschinentechnikValidierung von CFD-SimulationenTrocknung von Recyclingasphalt / Betreuer: Prof. Dr. Kurt M. GrafExperte: Dr. Tobias KockelProjektpartner: Ammann Schweiz AG, LangenthalDie numerische Simulation physikalischer und chemischer Prozesse gewinnt in der Produktentwicklungimmer mehr an Bedeutung. Sie vermittelt detaillierte Erkenntnisse bezüglich der Vorgänge im betrachtetenSystem. Simulationen basieren stets auf physikalischen Modellen, welche ein reales System beschreiben.Dabei entstehen zwangsläufig Abweichungen von der Realität. Sinnvolle Vereinfachungen der Geometrieund realistische Annahmen für prozessrelevante Parameter gelten als Basis für eine gute Simulation. DieVermessung eines realen Systems liefert Daten für die Validierung von Simulationen.Manuel Brachermanuel.bracher@gmail.comAusgangslage und Motivationder ArbeitDie Firma Ammann mit HauptsitzLangenthal baut Asphaltanlagen fürden weltweiten Strassenbau. Dabeiist die Computational Fluid Dynamics(CFD) Simulation ein wichtigerBestandteil im Entwicklungsprozessvon Komponenten und Baugruppen.Die stetige Weiterentwicklungder numerischen Berechnungsverfahrenrückt die Simulat ion immernäher an die Realität. Asphaltals wichtigstes Material für den Strassenbauist vollständig rezyklierbar.Im Frühling 2012 wurde ein optimiertesSystem («RA100») für die Trocknungvon Recyclingasphalt basierendauf Simulationsergebnissenrealisiert. Nach der Inbetriebnahmewurden Messungen zur Validierungund Optimierung der Simulationensowie zur Verbesserung des Verfahrensgeplant. Das benötigteMesssystem ist im Rahmen der vorgängigenSemesterarbeit «PA2»konzipiert worden. Unter Einwirkungvon hohen Temperaturen und klebrigen,bituminösen Staubpartikelerfasst es prozessrele vante Grössenwie Temperatur, Druck, Massenstrom,Drehzahl und Leistung.UmsetzungDas Messsystem wurde im Laboraufgebaut, kalibriert, getestet undanschliessend auf der Anlage installiert.Eine grafische Benutzeroberflächeermöglicht die Be dienungund Überwachung des autonomenMesssystems vom Leitstand aus.Die LabView-Applikation kann auchfernbedient werden. Während einerdreiwöchigen Messkampagne wurdenDaten aufgezeichnet und imAnschluss auf Plausibilität und Reproduzierbarkeitgeprüft. Der Vergleichzwischen Messergebnissenund Simulation, welche entsprechendder gemessenen Betriebsparameterangepasst wurde, lieferteerste Ergebnisse für die Validierung.Dabei interessierte vor allem dieQualität der Heissgasvermischung.Diese lässt sich durch die Temperaturverteilungunmittelbar vor Eintrittin die Trocknungstrommel beurteilen.An jener Stelle waren insgesamt25 Thermo ele mente über den Messquerschnittverteilt.ErgebnisseDie Temperaturen aus der Simulationwurden mit den Messungen verglichen.Die Simulation weist wärmereund kältere Zonen auf, welcheauch in den Messergebnissen auftreten.Die finite Volumenberechnungsmethodeglättet aufgrund derNumerik die Temperaturgradienten.Daher weist die Simulation tendenzielleine bessere Vermischungsqualitätauf. Qualitativ stimmen dieResultate aus diesem ersten Validierungsdurchlaufgut mit den Messungenüberein und entsprechen denErwartungen. Sie liefern wertvolleHinweise für Änderungen und Verbesserungenin der Simulation. Derausgearbeitete Optimierungsvorschlagumfasst Anpassungen derGeometrie und der Volumenvernetzungim Berech nungsmodell. DieUmsetzung dieser Verbesserungenist bei der Weiterführung des Projektsvorgesehen. Aus den gewonnenenErkenntnissen lassen sichebenfalls Verbesserungsmöglichkeitenfür die Luftführung der Vermischungseinrichtungableiten.Recycling-TrommelSimulationsergebnisse an den Messpunkten192 ti.bfh.ch

BSc in MaschinentechnikBIBEBUVAEliminierung von Federbrüchen an DruckmaschinenDruckmaschinen / Betreuer: Giuliano SoldatiExperte: Felix ScheuterProjektpartner: GIMACO Ingeniur AG für Maschinenbau, BernDie Firma Gimaco Ingenieur AG in Bern konstruiert mechanische Walzenlager für Druckmaschinen. Wegender hohen Belastung kommt es in ca. 1% der Fälle zu Brüchen der beiden Blattfedern des Walzenlagers.In dieser Diplomarbeit ging es darum, mögliche Gründe für die Brüche der Blattfedern zu finden. In derFolge sollte die Blattfeder so optimiert werden, dass Brüche verhindert werden können.AusgangslageDamit in Druckmaschinen derFarbfilm gleichmässig verteilt werdenkann, werden Walzenlagereingesetzt. Diese halten den Anstelldruckder Walzen durch automatischesKorrigieren der Lageder Walzen praktisch konstant.Die Walzenlager bestehen im Wesentlichenaus zwei Blattfedern,welche die nötige Kraft zum Anstellender Walzen erbringen undaus einer Gegenfeder, die zusammenmit einer Verstellvorrichtungdie richtige Einstellung des Anpressdrucksermöglicht. Bei denverwendeten, bereits weiterentwickeltenBlattfedern, ereignen sicheinige wenige Federbrüche. Dader Austausch dieser Federn mitMaschinenstillständen verbundenist, wäre eine nochmalige Verbesserungder Feder wünschenswert.VorgehenMit Erfahrungswerten der FirmaGimaco Ingenieur AG wurde dieBelastung des Walzenlagers undsomit der Blattfeder berechnet.Die auf die Blattfeder des Walzenlagerswirkende Belastung wurdemittels FEM-Analyse an drei Variantender Blattfeder untersucht.Die Härte der Blattfeder wurdemittels Metallographie der Schliffprobeund dem Härtetest nachRockwell-C und Vickers Verfahrengeprüft. Die Härteprobe wurde zuerstmit der ursprünglichen Blattfeder,die lasergeschnitten war,durchgeführt. Als nächstes wurdeeine Blattfeder, die wassergeschnittenwar, auf ihre Härte untersucht.Um zu kontrollieren, obdas richtige Material (Stahl Ck 45oder Ck 75) verwendet wurde,wurde das ZTU-Diagramm eingesetzt.An den wasserstrahl- undlasergeschnittenen Blattfedernwurde zudem eine Zugprobedurchgeführt.Ein weiterer Untersuchungsschrittwaren Messungen der Spannungenmit Dehnungsmessstreifen(DMS). Die Untersuchungen mitden DMS wurden auch mit FEMkontrolliert.Ausserdem wurde berechnet, wieeine 50% schwerere Gummiwalzeeingesetzt werden könnte.ErgebnisseAls Hauptursache für die Brüchewurden Mikrorisse an lasergeschnittenenBlattfedern bestimmt.Blattfeder des mechanischen Walzenlagers (FEM)Die Risse vergrössern sich durchSchwingungen und bei einer anschliessendenGewalteinwirkungkommt es zum Bruch. Mittels Ermüdungsnachweiskonnte bestätigtwerden, dass die blosse Ermüdungdes Materials nicht denGrund für die Brüche darstellt.Die Untersuchungen zeigen, dassWasserstrahlschneiden in Kombinationmit einer geometrischenVerbesserung der Blattfeder, einerVerwendung von Ck75-Stahl undeiner Anlasstemperatur von 400 °Cam vielversprechendsten ist, umBrüche an der Blattfeder zu minimieren.Enver Enrique BuendiaOrozcoti.bfh.ch193

BIBEBUVABSc in MaschinentechnikOptimierung Antrieb StichsägeProdukteentwicklung / Betreuer: Christian KobletExperte: Andreas ThülerProjektpartner: Bosch, Scintilla AG, 4501 SolothurnDie Scintilla AG gehört zum Geschäftsbereich Elektrowerkzeuge der Bosch-Gruppe. Innovative Technik undQualität haben das Unternehmen zu einem führenden Hersteller von Elektrowerkzeugen und Zubehör fürHandwerk, Industrie, Haus und Garten gemacht. Für die Neuentwicklung einer kompakten, hochwertigenPendelhubstichsäge bei der Scintilla AG steht das Getriebe, d.h. die Umsetzung der Dreh- in eine Hubbewegungim Fokus der Optimierungsstudie. Neben der Baugrösse, dem Gewicht und der Schnittqualitätsind weitere Aspekte wie Lärm-, Wärme- und Vibrationsemissionen zu bewerten.Joel Costanjoel.costan@gmail.comAusgangslageIm Rahmen der Projektarbeit 2sind Grundlagen zusammengetragenund erste Lösungskonzepteerstellt worden, wie eine möglichstkompakte Bauweise, geringes dynamischesGewicht und einfacheMontage erreicht werden konnten.Aus den Grundlagen entstand einKonzept für die Führung und Lagerungeiner baugrössen- und optimiertenHubstangenbaugruppe.Bosch Stichsäge GST 140 CE ProfessionalZielDie Optimierung soll hinsichtlichdem Verschleiss (tribologischeParameter), der mechanischenFestigkeit und der effizienten Serienfertigungstattfinden. Die Reibstellensind zu identifizieren, dieGleitwerkstoffpaarungen sind systematischauszuwählen und dieOberflächen beschaffenheit hinsichtlichVerschleiss- und Erwärmungsverhalten(Verlustrechnung)zu untersuchen. Aus den gegebenenZielen ist mit dem Projektpartnerein Konstruktionsvorschlagauszuwählen, zu entwerfen, zudimensionieren und zu detaillieren.Die Herstellung eines Prototypszur Untersuchung der Funktion,der Festigkeit und demVerhalten auf Verschleiss ist zuplanen und wenn möglich auszuführen.Ein Vorschlag für den Testder Baugruppe auf dem Versuchsstandist auszuarbeiten.VorgehenDa es sich in tribologischen Themenmeistens um instationäreSysteme handelt, wie es auch indieser Optimierungsstudie der Fallist, konnte keine Vergleiche überdie Materialpaarungen und denVerschleiss mit dem alten Systembzw. einer bestehenden Pendelhubstichsägeerstellt werden. Dasneue Konzept wurde daher aufBasis der PendelhubstichsägeGST140 konstruiert, welche modifiziertwurde und dadurch möglichstrealitätsnahe Aussagen überdas tribologische System von verschiedenenMaterialpaarungen ineiner Pendelhubstichsäge zu erstellen.Parallel zur Erstellung derTeile für den Versuchsaufbau wurdedas Konzept aus der Projektarbeit2 auf dem CAD verfeinert. DieKomponenten wurden ebenfallsauf ihre Festigkeit und Stabilitätgeprüft. Mit Hilfe des FEM konntendie einzelnen Komponenten hinsichtlichGewicht und Festigkeitoptimiert werden. Bezüglich dereffizienten Serienfertigung fandenanregende und konstruktive Gesprächemit langjährigen internenFachpersonen der Bosch, ScintillaAG statt, welche in die Optimierungder Lösung mit einfloss.LösungAls Teilergebnis ist ein Versuchsaufbau(Modifikation der GST140)konstruiert worden, welcher in derLage ist, verschiedene Materialpaarungenrealitätsgetreu abzutesten.Der erstellte Versuchsplanermöglicht eine effiziente und objektiveBeurteilung. Der Versuchsaufbaukann aus Kapazitätsgründenhinsichtlich der Fertigung erstnach dem Zeitrahmen der Thesisin Betrieb genommen werden.Als konkreter Vorschlag ist einegewichts- baugrössen und hinsichtlichVerschleiss und Reibungoptimierte Lösung entstanden.194 ti.bfh.ch

BSc in MaschinentechnikBIBEBUVAAuslegungstool für KranhubwerkeProduktentwicklung / Betreuer: Prof. Beat SchmiedExperte: Armin HegerProjektpartner: Bachsbort, GmbHDie Überprüfung technischer Anlagen ist ein zentraler Teil einer jeder Revision. Die Firma Bachsbort GmbHführt derartige Überprüfungen für Kranrevisionen durch. Dabei werden veraltete Komponenten im Hubwerkdurch neue ersetzt. Da die Technik seit dem Bau dieser Anlagen gewaltige Fortschritte gemacht hat, habensich die Systemgrenzen einzelner Elemente verändert. Um die wiederkehrenden Berechnungen zu beschleunigenwird ein Simulationstool entwickelt, das auf den aktuellen Regelwerken basiert.AusgangslageTechnische Anlagen werden ständigweiterentwickelt. Einsatzgebietewerden erweitert und dietechnischen Anforderungen nehmenzu. Um den Stand der Technikzu erhalten, werden die Anlagenrevidiert und aufgerüstet. Diebestehenden Krananlagen sindmeist ungenügend dokumentiert.Trotzdem muss aus den zu Beginnspärlichen Informationen letztlicheine fundierte Aussage über dasVerhalten des revidierten Hubwerksgemacht werden. Aus Haftungsgründensind die Sicherheitsbestimmungenstark gestie -gen, daher müssen alle kritischenKomponenten analysiert und gemässden gültigen Regelwerkennachgewiesen werden.Ziel dieser ArbeitEs ist ein modulares Rechenmodellzu definieren, das einfach aufreale Krananlagen adaptierbar ist.Die sicherheitsrelevanten Komponentensind, gemäss den geltendenNormen und Richtlinien, bezüglichFestigkeit zu überprüfen.VorgehenIn der vorangehenden Projektarbeitwurde die Plattform evaluiert,mit der das Tool zu realisieren ist.Die Wahl fiel auf Microsoft Excelkombiniert mit VBA (Visual Basicfor Applications).Anhand der Anforderungslistewird die detaillierte Funktionsstrukturerarbeitet. Diese dientdazu, sämtliche Parameter sichtbarzu machen und den Ablauf derBerechnungen festzulegen. Gestütztauf diese Vorarbeit wird dieProgrammierstruktur erarbeitet.Bevor mit der eigentlichen Programmierungbegonnen werdenkann, sind sämtliche AuslegungsundNachweisberechnungen zusammenzustellenund zu dokumentieren.Dazu wird MathCADverwendet. Für die zugrunde gelegteReferenzanlage können dieVBA-Ergebnisse laufend querverglichenwerden, was das Debuggingwesentlich erleichtert.Zur Absicherung wird die Referenzanlage,soweit die entsprechendenModule vorhanden sind,auch mit dem StandardprogrammKissSoft nachrechnet und die ErgebnisseabgeglichenErgebnisseDas Tool kann sowohl zur Berechnungkompletter Hubwerke vonZweiträger-Brückenkrananlagen,als auch für einzelne Maschinenelemente,wie Welle oder Zahnradpaarungeneingesetzt werden.Überprüft werden alle kritischenElemente (Übersetzungsstufe,Welle und Lagerung). Zusätzlichliefert es für die Wahl von Motor,Notbremse, Kupplung und Getriebedie erforderlichen Hauptparameter.Der modulare Programmaufbauerlaubt jederzeit Erweiterungenbei den zu berechnenden Komponentenund bei den Nachweisen.Andreas Eggerrevidiertes Kranhubwerkti.bfh.ch195

BIBEBUVABSc in MaschinentechnikVorrichtung zur Bestimmung der BiegefestigkeitMaschinentechnik / Betreuerin: Dr. Annette KipkaDie Festigkeitseigenschaften von faserverstärkte Keramik können mit Biegeprüfung bestimmt werden.Abhängig von der Probengeometrie müssen Prüfvorrichtungen mit unterschiedlichen Auflagerabständenverwendet werden. Im Rahmen der vorliegenden Bachelor-Thesis soll die Universalprüfmaschine «ZwickZ100» der Berner Fachhochschule durch eine Vorrichtung zur 4-Punkt-Biegeprüfung ergänzt werden. In derProjektarbeit 2 wurden bereits verschiedene Varianten entworfen und miteinander verglichen. Der Entwurfdieser Arbeit soll ausgearbeitet, produziert und dessen Funktionsfähigkeit aufgezeigt werden.Donat Reto FetzCAD-Model der VorrichtungDer in der Projektarbeit 2 entstandeneEntwurf wurde mit Hilfe vonUGS NX 7 in ein CAD-Model umgesetzt.Besonderes Augenmerkgalt hier den Fertigungstoleranzenund Passungen, welche durch diestrengen Vorgaben der Norm ISOEN 853-3 gefordert wurden. DasNichteinhalten der Vorgaben derNorm, insbesondere bezüglichBeweglichkeit und Parallelität derAuflager, hätte ungenaue oderverfälschte Messergebnisse zurFolge. Da bei einer Biegeprüfungzum Teil grosse Kräfte auf die Konstruktionwirken, wurde diese mitder Finite-Element-Methode aufeventuell entstehende Verformungenund Spannungen hin untersuchtund verbessert. Die gewünschtehohe Genauigkeit sowiedie schwierige Geometrie der Teile,machten eine Herstellung mittelsherkömmlichen Methodenunmöglich. Die Teile wurden daherbei der Firma Ypsomed in Burgdorfmit dem Drahterodierverfahrenhergestellt. Dieses Verfahrengarantiert höchste Genauigkeitund erlaubt hohe Ansprüche andie Oberflächenrauigkeiten.Die Funktionsgenauigkeit der Vorrichtungwurde durch Messungenan mehreren Proben aus faserverstärkterKeramik überprüft. DasProbenmaterial wurde von der FirmaPritzkow Spezialkeramik inStuttgart zur Verfügung gestellt.Es handelt sich dabei um oxidkeramischeFaserverbundwerkstoffe,in denen mineralische Endlosfasernin eine Keramikmatrixeingebunden sind. Pro Materialtypwurden fünf Proben gemessenund die Ergebnisse mit statistischenMethoden ausgewertet. Eszeigte sich, dass die Vorrichtungkeinen Einfluss auf das Messergebnishaben kann, also den Vorgabenentsprechen funktioniert.Ungenauigkeiten in der Konstruktionhätten sich in Form von Abweichungenoder klaren Trendszeigen müssen. Die ermitteltenBiegefestigkeiten wurden mit Angabendes Herstellers verglichen.Hier wurden zum Teil Abweichungenvon bis zu 50% festgestellt.Diese grossen Abweichungenkönnen nicht allein mit den UnterschiedlichenMessverfahren (Hersteller:3-Punkt-Biegeverfahren)erklärt werden.Während der Messungen zeigtesich, dass der Wegeaufnehmerder Messvorrichtung keinebrauchbaren Werte für die Bestimmungder Durchbiegung liefert.Dies hat auf die Bestimmung derBiegefestigkeit keinen Einfluss, dieErmittlung des E-Moduls war dagegennicht möglich. KonstruktiveÄnderungen diesbezüglich konntenleider nicht mehr umgesetztwerden. Jedoch wurden entsprechendeVorschläge und Anregungengemacht und in die Arbeit miteinbezogen.Aufgebaute Vorrichtung196 ti.bfh.ch

BSc in MaschinentechnikBIBEBUVANeuer Versuchsstand für das StrömungslaborVerfahrenstechnik / Betreuer: Prof. Dr. Kurt M. Graf, Prof. Ulrich RettenmundExperte: Dr. Tobias KockelPumpspeicherkraftwerke sind ein wichtiger Pfeiler der Schweizer Energiepolitik. Um solche Anlagen mithoher Effizienz auszulegen, sind umfangreiche Kenntnisse in der Strömungsmechanik notwendig. In einemneuen Versuchsstand sollen die Grundlagen der Strömungsmechanik illustriert und die dazugehörigenProbleme demonstriert werden. Dies ist vor allem die Kavitation (Bilden und implodieren von Dampfblasen),welche Bauteile allmählich wegerodiert.ZielIm Rahmen der Bachelor-Thesissoll ein Versuchsstand «Behältermit Fallrohr» ausgelegt und imStrömungslabor aufgebaut werden.Die Anlage wird als Praktikumseinrichtungfür Studentendes ersten Studienjahres benutzt.Dabei soll die ideale Bernoulligleichungillustriert und angewendetwerden können. Zudem soll eineKavitationsblase visualisiert werden.LösungsfindungErst wurden zur Lösungsfindungverschiedene Konzepte aufgezeigt.Problematisch ist die maximaleHöhe von 8 Meter. VerschiedeneMethoden mit Vakuum -pumpe, Flüssigkeiten mit hohemDampfdruck und Querschnittsverengungzur Kavitationserzeugungwurden untersucht. Das Prinzipder Querschnittsverengung wurdeweiter verfolgt. Die Rohre bestehenaus transparentem PVC.ErgebnisDie Verengung (Ort der Kavitation)erfolgt im mittleren Rohr durcheine Kugel nach dem Einlauf. Inder rechten Fallleitung verdampftund kondensiert das Wasser imdünnen Rohrstück resp. im Diffusor.Das Rohr ist zudem mitSchlauchquetschventil und Durchflussmesserausgestattet.Im linken Fallrohr sind vier Druckmessstelleneingebaut. Um denReibungseinfluss vernachlässigbargering zu halten, befindet sichbeim Auslass eine austauschbareDüse.Eine dazugehörige Laborübungbildet den theoretischen Teil desVersuchsstands.Mittels Umwälzpumpe und Überlaufwird ein konstantes Wasserniveaugarantiert.In weiteren Schritten wird die Anlagebis zum Herbst 2012 gefertigtund montiert.Severin Flischdeluxe_f@msn.comDie Abbildung zeigt den oberen Tankmit den drei Fallrohrenti.bfh.ch197

EnDes – Innovation und Erfahrungaus über 00 ProjektenR 900R 450

BSc in MaschinentechnikBIBEBUVAGreenMix LaserschweissenMaschinentechnik / Betreuer: Prof. Dr. Beat NeuenschwanderExperte: Peter Paul KnobelProjektpartner: Rofin-Lasag AG, ThunDas GreenMix Laserschweissen ist eine Technologie, die von Rofin-Lasag AG, Thun entwickelt wurde mitdem Ziel Kupfer reproduzierbar schweissen zu können. Dabei wird ein Teil der Wellenlänge 1064 nm (IR) zu532 nm (Grün) konvertiert. Bei diesem Verfahren treffen IR und grüne Laserstrahlen zeit- und Ortsgleich aufdas Werkstück. Dadurch wird die Reproduzierbarkeit gegenüber reiner IR-Strahlung, z. B. Nd:YAG, beimSchweissen von Kupfer verbessert, da die Schmelzintensität deutlich verringert wird. Ziel der Arbeit ist dieErforschung der Konversionseffizienz bei hohen mittleren Leistungen (>100 W).Während das Schweissen vonStahl und Chromstahl keine grösserenProbleme für einen Industriellgenutzten Laser darstellt, istdies bei stark reflektierendenWerkstoffen nicht problemlosmöglich. Bei Kupfer werden beiRaumtemperatur und in festemZustand nur ca. 4% der Energieabsorbiert, während der Rest reflektiertwird.Durch das stark ändernde Absorptionsverhaltenentstehen folgendeNachteile:– Fehlende Schweissstellen– Unvorhersehbare Resultate,grosse Variation– Schlechte Reproduzierbarkeit– »Hot Bonds» – SchmelzbadüberhitzungenUm Kupfer dennoch schweissen zukönnen gibt es die Möglichkeit, dieOberfläche des Werkstoffes zu behandeln(z. B. beschichten) oder dieWellenlänge des Strahls zu verändern.Die Oberflächenbehandlungist jedoch aufwändig und teuer.Nd:YAG-Laser (Festkörperlaser)arbeiten mit einer Wellenlänge von1064 nm. Durch Frequenzkonversionkann ein Gemisch aus grünemLicht mit einer Wellenlänge von532 nm und infrarotem Licht generiertwerden. Dieses Gemisch wirdvom Kupfer gut absorbiert und hatgegenüber reinem grünen Lichteine bessere Prozesseffi zienz.Zur Frequenzverdopplung (bzw.der Halbierung der Wellenlänge)wird der IR-Laserstrahl auf einennichtlinearen Kristall fokussiert.Hierbei wird durch einen nichtlinearenProzess ein Teil der infrarotenStrahlung zu Grün konvertiert (5-10%). Es gibt verschiedene Kristalle,mit denen die Frequenzkonversiondurchgeführt werden kann,darunter KTP, KDP, LBO, BBO undweitere. KTP sind Kristalle die fürdie Frequenzkonversion geeigneteEigenschaften (z. B. hoher NichtlinearerEffekt, grosser Akzeptanzwinkel,geringer Walk-off) abertiefere Zerstörschwellen gegenüberandern Kristallen aufweisen.Für eine zuverlässige Auslegungmussten die Strahlqualität (M 2 )und die Polarisation ausgemessen,der Brennpunkt auf dem Kristallermittelt und Versuche zurZerstörschwelle des Kristallsdurchgeführt werden. Die Zerstörschwelledes Kristalls liegt bei10 MW/cm 2 .Bei zunehmender mittlerer Leistungverschlechtert sich dieStrahlqualität des Lasers. Dadurchlässt sich der Strahl wenigergut fokussieren. Der Anteil an grünemLicht nimmt somit ab.Richard Eugen FuchsLinks: Spots mit IR-Licht, Rechts:Spots mit GreenMixGreenMix Laser (Rofin-Lasag SLS GX 1500) mit KonversionsboxLeistungsdichte in Abhängigkeit derBrennweiteti.bfh.ch199

BIBEBUVABSc in MaschinentechnikUltrafine Laser MicroprocessingLasertechnologie / Betreuer: Prof. Beat NeuenschwanderExperte: Peter Paul KnobelWird ein Laserstrahl mit einem Axikon (einer konischen Linse) fokussiert, entsteht ein Besselstrahl. DieserStrahl hat sein Leistungsmaximum im Zentrum. Der Durchmesser dieses Zentrums liegt im Mikrometerbereich.Um dieses Zentrum breiten sich kreisförmig weitere Leistungsspitzen aus, die gegenüber derHauptleistungsspitze schwächer sind. Im Gegensatz zu normalen Lichtstrahlen divergiert der Besselstrahlnicht, das heisst, dieser Strahl ist konstant gleichförmig.Benedict GfellerAusgangslageIn der vorgehenden Projektarbeitwurde der Laboraufbau mit dengesteuerten Achsen realisiert underste Grundversuche mit dem Axikongemacht.ZielDas Ziel dieser Arbeit ist es, dieMöglichkeiten und Grenzen zu erfassen,die sich beim Bearbeitenvon Kupfer und Stahl mit einemaxikonfokussierten Laserstrahl ergeben.Ausserdem müssen dieParameter zur optimalen Bearbeitunggefunden werden.VorgehenMittels eines grünen Laserstrahlsmit einer Wellenlänge von 532 nmkonnten verschiedene Versuchedurchgeführt werden, die unterdem Rasterelektronenmikroskop(REM) und unter dem Lichtmikroskopausgewertet wurden. DieVersuche beinhalten Linien, Löcherund flächige Abtragungen.Die jeweiligen Ergebnisse wurdendann fortlaufend für die nächstenVersuche umgesetzt.ResultateDie Tiefenschärfe des Axikons istenorm. Das Axikon konnte übereine Distanz von 4.5 mm verschobenwerden, ohne dass sich derFokus verändert. Ein vertikalesNachführen der Optik ist deshalbnicht nötig.Das Problem sind die vom Axikonerstellten Ringe um die Hauptleistungsspitze,welche das Materialab einer gewissen Leistung bearbeitetund so den Bearbeitungsbereichvergrössert.Es konnten Löcher und Linien imBereich 1.5 μm erstellt werden.Die erreichbare Tiefe liegt bei diesenGrössenordnungen für Kupferbei 25 μm und für Stahl bei 10 μm.Es konnten quadratische Abtragungenmit Seitenlängen von20 μm und Tiefen von 5 μm erzeugtund die dazu gehörendenoptimalen Parameter gefundenwerden.Flächiger AbtragTiefenschärfe VersuchMikrobohrung200 ti.bfh.ch

BSc in MaschinentechnikBIBEBUVASensorfusion für mobile Robot-NavigationMechatronik / Betreuer: Prof. Walter Güller, Prof. Roland Hungerbühler, Prof. Daniel LanzExperten: Felix Scheuter, Dr. Dietmar KramerRobot ist ein Projekt des Fachbereichs Maschinenbau der Berner Fachhochschule TI. Parallel in sechsThesisarbeiten wird ein mobiler, autonomer Roboter konstruiert, der als Getränkeservierer fungiert und derals Werbeobjekt an Ausstellungen und Messen dienen wird. Der Robot ist modular aufgebaut, sodass er inweiteren Projektarbeiten mit neuen Funktionen ergänzt werden kann.ZielUm zu navigieren, wird der Robotermit drei voneinanderun abhängigen Messsystemen –Ultraschallpositioniersystem, Laserpositioniersystemund Odometrie– ausgerüstet. Die Navi gationsdatender drei Messsystemewerden zu einer Positionsinformationvereint. Auf einem Mikrokontrollererfolgt die Positionsbestimmungfür den Robot. DerMikrokontroller interpretiert undfusioniert die Daten der Messsysteme.Zusätzlich kommuniziert erüber CAN mit den restlichen Modulendes Roboters.RealisierungFür die Informationsfusion wurdeder, nach dem Erfinder benannten,Kalmanfilter gewählt. Der Kalmanfilterist ein Berechnungsalgorithmus,der anhand einesSystemmodells und eines Messmodellszur Schätzung der Systemzuständeverwendet wird. DerAlgorithmus eignet sich für Systemezeitdiskreter Natur. Die Parameterder Sensoren, die in dasFilter einfliessen, wurden durchverschiedene Versuche empirischermittelt und direkt in die Softwareimplementiert.Um die Software modular zu halten,wurde für das Programmierendes Mikrokontrollers – einemLM3S9B92 (ARM Cortex M3-Architektur)– ein Embedded-Echtzeitbetriebssystemverwendet.Das Einlesen der Sensordaten, dieBerechnung der Position sowiedie Kommunikation über CANwurden in selbstständigen Tasksprogrammiert. Die Software lässtsich somit beliebig ergänzen.Ergebnis und AusblickIm Rahmen erster Versuche wurdedie Funktionalität des implementiertenKalmanfilters getestet undnachgewiesen. Durch das Einsetzendes Filters konnten die Unsicherheitender einzelnen Messsystemeum ein Vielfaches minimiertwerden.Für eine noch zuverlässigereNavigation wäre das Einbindenweiterer Positionsbestimmungssysteme,wie zum Beispiel Beschleunigungssensoren,Gyroskopoder sogar Bildverarbeitungmittels Kamera möglich.Adriano GiovanniniSensordatenverarbeitungti.bfh.ch201

BIBEBUVABSc in MaschinentechnikLuftwiderstand einer Garaventa StandseilbahnkabineFluidmechanik / Betreuer: Lukas MoserExperte: Dr. Dietmar KramerProjektpartner: Garaventa AG, GwattBeim Neu- oder Umbau einer Standseilbahn muss der Hersteller nachweisen, dass die Fahrzeuge bei einemvorgegebenen Windstaudruck nicht kippen. Dieser Nachweis muss mit dem in der Norm definierten Beiwertfür Wind, kurz Cw-Wert, geführt werden. Dieser Wert wurde in der Schweiz aufgrund der Normenharmonisierungzur CEN-Norm von 1.3 auf 1.6 erhöht. Das heisst, die Windkraft ist als deutlich grösser anzunehmen.Die Norm lässt aber zu den effektiven Beiwert einer Kabine einzusetzen, falls dieser mit einer Berechnungnachgewiesen werden kann. Diese Berechnung ist das Ziel dieser Thesis.Raphael GrossenbacherAusgangslageIm Rahmen der Projektarbeit 2wurden die Grundlagen für die Simulationenan den Standseilbahnkabinenerarbeitet. Dabei wurdeuntersucht, welchen Einfluss einzelneSimulationsparameter aufdas Ergebnis ausüben. Die Ergebnissewurden mit Theoriewertenverglichen und entsprechend wurdendie Parameter für sämtlicheSimulationen festgelegt. Um eineAbschätzung über die Simulationszeitzu erhalten, wurde einerstes, stark vereinfachtes Standseilbahnkabinenmodellsimuliert.Weiter wurde eine Auswahl getroffen,welche Kabinenmodelle untersuchtwerden sollen.ZieleZiel dieser Thesis ist, den Cw –Wert von Standseilbahnkabinenmittels CFD (computer fluid dynamics)zu ermitteln. Dabei werdendie verschiedenen Parameter undEinflüsse, die auf eine Standseilbahneinwirken, untersucht. Weiterist das Ziel, einen Windkanalversuchvollständig auszulegen. Mitdiesem Versuch sollen die erhaltenenResultate verifiziert werden.VorgehenAls erstes wird der Simulationsaufbaumit dem Standardkabinenmodellentwickelt. Das beinhaltetdie Auslegung der Windkanalgrösseund der Vernetzung. AufGrundlage des Standardkabinenmodellswerden dann verschiedeneAnströmgeschwindigkeiten,Kabinengrössen, Geometrieparameter,Umgebungseinflüsse,Massstäbe und Kabinentypen untersucht.Die Ergebnisse werdenmit der Norm und der Theorie verglichenund eingeordnet.ErgebnisseDie Simulationen zeigen, dass einemittlere Standseilbahnkabine miteiner Länge von 14 m ungefähr einenWiderstandsbeiwert von 1.53aufweist. Bei längeren Kabinenwird maximal ein Wert von ungefähr2.0 erreicht. Der Wert ist dabeikaum abhängig von der angeströmtenWindgeschwindigkeit.Geometrische Details an der Kabinehaben nur einen geringen Einflussauf den Widerstandsbeiwert.Der Wert wird hauptsächlich durchdie Aussenabmessungen vorgegeben.Befindet sich die Kabine inFahrt, so steigt der seitliche Widerstandan und die Kabine kippt eher.Die Untersuchung der Norm ergibt,dass für die verschiedenen Bahntypenunbedingt auch verschiedeneBeiwerte vorgegeben werden müssen.Der Beiwert für Standseilbahnenmuss zusätzlich von der Länge derKabine abhängig gemacht werden.Der Windkanalversuch liegt zurAusführung bereit in der Schublade.Die Auslegung erfolgt für denAWTE Windkanal der RUAG inEmmen. Dieser hat eine Höhe von1.6 m und eine Breite von 2.5 m.Das ausgewählte Kabinenmodellhat einen Massstab von 1 : 10. DieKosten für den Versuch belaufensich auf mindestens 20’000 CHF.Standseilbahn auf Steinviadukt:Strömungslinien, Druck an den OberlächenLängsschnitt CFD-Windkanal:Geschwindigkeits-Skalar202 ti.bfh.ch

BSc in MaschinentechnikBIBEBUVASimulation eines Druckkopfes für leitfähige MedienDrucktechnologie / Betreuer: Manfred Schär, Philip MarmetExperte: Peter Paul KnobelAm Institut für Drucktechnologie wird ein Druckkopf für elektrisch leitfähige Tinten entwickelt. Dieser basiertauf dem Lorentzkraft-Prinzip. Dabei wird die Wechselwirkung eines elektrischen Stromes mit einem Magnetfeldausgenutzt. Die Einsatzgebiete eines solchen Druckkopfs wären vielfältig. Da dieses Prinzip sehrhohe Betriebstemperaturen zulässt, wäre zum Beispiel das Drucken geschmolzener Metalle möglich. Indieser Arbeit ging es darum, die physikalischen Zusammenhänge mittels Simulationen zu untersuchen underste Tests mit einem Funktionsmuster durchzuführen.AusgangslageUnter dem Stichwort «FunctionalPrinting» wird ein zukunftsgerichtetesAnwendungsgebiet der Drucktechnologiezusammengefasst.Heutzutage können damit ganzeelektrische Schaltungen oder 3-dimensionaleObjekte hergestellt werden.Zum Drucken von solchenfunktionalen Strukturen sind oftmalselektrisch leitende Tinten notwendig.Herkömmliche Piezodruckköpfesind dafür nur bedingteinsetzbar. Deshalb entwickelt dasInstitut für Drucktechnologie einenspeziell dafür geeigneten Druckkopf.FunktionsprinzipBei diesem Druckkopf wird die elektrischeLeitfähigkeit der Tinte ausgenutzt,indem ein Strom durch siegeleitet wird. Durch Wechselwirkungenmit einem senkrecht dazuangeordneten Magnetfeld entstehtdie so genannte Lorentzkraft. Sie istdie Grundlage aller Elektromotorenund Generatoren. Im Druckkopf bewirktsie, dass die Tinte ausgestossenwird.VorgehenDas Ziel dieser Arbeit bestand einerseitsim Nachweis der Machbarkeiteines Druckkopfs nach demLorentzkraft-Prinzip und andererseitsim Untersuchen der physikalischenZusammenhänge mittels Simulationenund Vergleichs rechnungen.Als erster Schritt wurdedazu ein Funktionsmuster konstruiert,mit welchem im Verlauf der ArbeitTests und Messungen durchgeführtwerden konnten. Mithilfeder Simulationssoftware ComsolMultiphysics wurden Simulationsmodelleaufgebaut, welche die Effekteaus der Magnetik, Elektronikund Fluidik abbilden. Parallel dazuwurden Vergleichsrechnungen zurVerifikation durchgeführt.ResultateMithilfe gekoppelter Simulationsmodellewurden die physikalischenZusammenhänge simuliert unduntersucht. Die Modelle konnte mittelsVergleichsrechnungen verifiziertwer den. Durch Messungen amFunktionsmuster konnten die Parametermagnetische Flussdichte,Strom, Druck und Volumenstrombestimmt und der Nachweis derFunktionsfähigkeit erbracht werden.Als kostengünstiges Testmediumkam dabei 50%ige Phosphorsäurezum Einsatz. Diese besitzteine gute elektrische Leitfähigkeit.Bei 5-ms-Spannungspulsen von 35V lag der maximal erzeugte Druckan der Düse bei 0.14 bar. Die dosiertenTropfen wiesen ein mittleresVolumen von 0.63 μl auf. Die Abmessungendes Düsenkanals betrugendabei 0.6 mm x 0.6 mm x 10mm. Bei den Messungen wurden anden Elektroden und im Mediumelektrochemische Prozesse wiePolari sation und Gasbildung durchElektro lyse beobachtet, die in denSimulationen noch nicht berücksichtigtwurden. Trotzdem war esmöglich mit den Messungen dieSimulationsmodelle zu validieren.Micha Güdelmicha.guedel@bluewin.chSimulation der TropfenablösungFunktionsmuster des Druckkopfesti.bfh.ch203

BIBEBUVABSc in MaschinentechnikZerspankraftmessung beim FräsenProduktionstechnik / Betreuer: Prof. Fritz K. GüdelExperte: Dr. Dietmar KramerProjektpartner: Fraisa SA, 4512 BellachUm den heutigen Ansprüchen in der spanenden Fertigung gerecht zu werden, braucht es leistungsfähigeProdukte. Bei der Entwicklung dieser Werkzeuge sind Zerspanungsversuche sehr wichtig. Diese sindaber sehr zeit- und kostenintensiv. Die Firma Fraisa SA hat sich eine Mehrkomponenten-Messplattform vonder Firma Kistler AG angeschafft. Damit sollen die Zerspanungsversuche effizienter und aussagekräftigerwerden.Michael Hirschimichael.hirschi@fraisa.comAusgangslageBei den Zerspanungsversuchenwird die Leistungsfähigkeit derWerkzeuge untersucht. DieseStandzeitversuche dauern mehrereWochen und verursachen sehrhohe Materialkosten. Durch denEinsatz der Mehrkomponenten-Messplattform will man diese Versucheoptimieren. Im Rahmendieser Diplomarbeit ging es um dieInbetriebnahme des Systems undder Festlegung von Grundparameternfür die Zerspankraftmessung.In einem weiteren Schritt wurdedie Korrelation zwischen Schnittkraftund Verschleissmarkenbreiteuntersucht.VorgehenDie Mehrkomponenten-Messplattformwurde auf der MikronHPM 600 HD bei der Firma FraisaSA installiert. Dabei musste vorgängigeine Aufspannvorrichtungkonstruiert werden. Diese sollteeine möglichst einfache undschnelle Montage der Kraftmessplattformgewährleisten. Nach dererfolgreichen Installation wurdendie ersten Erfahrungen der Zerspankraftmessunggesammeltund daraus die wichtigsten Grundparameterfestgelegt. Zu diesemZweck stellte man vorgängigspezielle Fräswerkzeuge her. BeimVersuch «Korrelation Schnittkraftund Verschleissmarkenbreite»wurde in regelmässigen Abständenoptische Analysen vorgenommenund dazu die Schnittkrafterfasst.ErgebnisDie Aufspannvorrichtung gewährleisteteine schnelle Montage derKraftmessplattform.Die ersten Analysen der Zerspankraftmessungenergaben, dassman sehr stark limitiert ist bei derWahl des Drehzahlbereiches. Wirddieser Bereich überschrittenkommt es zu Eigenschwingungendes Systems, was eine realistischeMessung verunmöglicht. Dievon mir empfohlenen Grundparameterermöglichen jedoch ein sicheresErfassen der Zerspankraft.Die Standzeitversuche ergaben,dass sich die Schnittkraft trotz ansteigendenVerschleisses amWerkzeug lange konstant verhält.Ist der Verschleiss sehr weit fortgeschritten,kommt es zu einemsprunghaften Anstieg der Zerspankräfte.Weitere Versuche bei der FirmaFraisa SA werden aufzeigen, wieweit Kosteneinsparungen bei denStandzeitversuchen möglich sind,dank der Zerspankraftmessung.Zerspankraftmessung204 ti.bfh.ch

BSc in MaschinentechnikBIBEBUVAVirtuos @ GleasonVirtual Prototyping / Betreuer: Prof. Roland HungerbühlerExperte: Dr. Peter KnobelProjektpartner: Gleason-Pfauter, StudenVirtual Prototyping bezeichnet das Verfahren, Produkte bereits vor ihrer physischen Präsenz auf bestimmteEigenschaften zu prüfen. Der Bereich an Simulationsmöglichkeiten ist breit gefächert von der Strukturanalyseüber die Bearbeitungssimulation bis hin zu Logistikprozessabbildungen.Der Maschinenhersteller Gleason sucht nach dem richtigen Werkzeug, um den Entwicklungsprozess vonVerzahnungsmaschinen um die Komponente Virtual Prototyping zu erweitern.MotivationMaschinenverhaltensmodellekommen in verschiedenen Phasender Maschinenherstellung zumEinsatz. Sie erlauben die Überprüfungder Kinematik auf Kollisionsfreiheitin der Konstruktionsphase.Sie bietet für die Softwareentwicklungsabteilungeine Umgebungzur Implementierung von automatischenAbläufen während der Beschaffungsphase.Die Inbetriebnahmezeitwird durch die zuvorgetestete Kinematik und Softwareverkürzt. Daneben bietetP210LiC Bearbeitungsraum3D-Visualisierung: P210LiC & AutomationP210LiC Bearbeitungsraum in Virtuoseine Maschinensimulation auchSchulungsmöglichkeiten für Mitarbeiterund Kunden.ISG-Stuttgart stellt mit der ingenieursgerechtenPC-Software namensVirtuos ein solches Simulationswerkzeugzur Verfügung.Unterstützt wird die Simulationvon Maschinen und Anlagen, angebundenan reale Steuerungstechnik.In jeder Entwicklungsphasekönnen Steuerungslösungenentwickelt, getestet und in Betriebgenommen werden.AusgangslageGleason verfügt im Werk Studenüber eine CNC Teststeuerung,geeignete CAD-Daten zum Importin Virtuos und einen Rechner mitinstallierter Virtuos-Simulationsumgebung.ErgebnisDie komplette Simulationsumgebungwurde erfolgreich in Betriebgenommen. Danach beganndie Implementierung von Grundfunktionen.Dabei wurden Ungenauigkeitenim Verhalten der Fluidmechanikfestgestellt. Durchdie Entwicklung einer eigenenFluid-Bausteinbibliothek für Virtuoskonnte das Systemverhaltenschliesslich adäquat abgebildetwerden.Die Evaluierung des Gesamtsystemsfand am MaschinentypP210LiC (Abwälzfräsmaschine mitintegrierter Entgratfunktion) statt.Alle manuellen Funktionen könnenauf der virtuellen P210LiCausgeführt werden. Die Testsmit Bearbeitungszyklen warenvielversprechend, konnten abernicht vollumfänglich abgeschlossenwerden.Die Materialfluss-Simulation wurdeerfolgreich umgesetzt. Mit ihrist es möglich, integrierte Automatisierungssystemedurch ausgiebigereTestphasen mit höhererSoftwarequalität auszurüsten.Die Möglichkeit, während derBearbeitung jeden beliebigenBlickwinkel im virtuellen Raum einzunehmen,schafft die Voraussetzungenfür eine visuelle Kollisionsanalyse.Die automatischeKollisionsabfrage kann nur mitzusätzlichem Aufwand und weiterenGeometrievereinfachungenrealisiert werden.FazitVirtual Prototyping lässt sichdurch Virtuos mit vernünftigemAufwand in den Entwicklungsprozessintegrieren und stellt somitein zweckmässiges Werkzeugfür die mechanische Konstruktionsowie die Softwareentwicklungdar. Besonders die Möglichkeitzur Simulation von Materialflüssenerleichtert das Entwickeln vonAutomatisierungsabläufen.Philip George Hoferphofer@gleason.comti.bfh.ch205

BIBEBUVABSc in MaschinentechnikSpannutgeometrie eines HochleistungsfräsersForschung und Entwicklung / Betreuer: Prof. Christian KobletExperte: Andreas ThülerProjektpartner: Fraisa SA, BellachDas Zerspanen von Materialien mit höheren Festigkeiten gewinnt in der heutigen Zeit immer mehr an Bedeutung.Damit das spanabhebende Fräsverfahren auch unter diesen Bedingungen wirtschaftlich bleibt,benötigt es eine ständige Entwicklung der Fräswerkzeuge.In dieser Arbeit galt es, das Spanverhalten in der Spannut zu untersuchen. Mit den gewonnenen Erkenntnissenkonnte die Spannut für einen optimalen Spanfluss sowie Spanauswurf ausgelegt werden. Durch dieNeuauslegung der Spannut sollte eine Leistungssteigerung von 20–30 % erreicht werden.Simon HugiAusgangslageHeute können durch die enormeEntwicklung in den letzten JahrenMaterialien bearbeitet werden, beidenen früher der Fräsprozess keinThema war. Das heutige Fräswerkzeugist mit all den optimiertenMikrogeometrien hoch komplex,bis auf die Spannut, welcheimmer noch nach früheren Annahmenausgelegt ist. Die Firma FraisaSA führte im Dezember 2011zum ersten Mal Werkzeuganalysenmittels einer Hochgeschwindigkeitskameradurch. Dabeikonnte ein enormes Leistungspotentialin der Optimierung derSpannut eruiert werden.VorgehenUm eine vertiefte Basis in der Spanentstehungsowie im Spanflusszu erhalten, startete die Arbeit miteiner erneuten und auf den Spanflussausgelegten Aufnahme desFräsprozesses. Mit 30’000 Bildernpro Sekunde konnte eine Tiefe derAnalyseform erreicht werden diebis jetzt noch nicht vorhandenwar. Die Auswertung der Videoszeigte einen Ansatz der Spanführung,welche die Spannut nur umeinen geringen Prozentsatz ausnützte.Um den genauen Spanflusszu eruieren, kam eine alteMethode der Auswertetechnikzum Einsatz. Mit einem normalenMarker wurde der ganze Fräsereingefärbt. Das Ziel war anhandden Schleifspuren die beim Fräsenentstehen, den genauen Spanflusszu ermitteln. Die Auswertungzeigte eine variable Ausnutzungder Spannut. In der Nähe derStirnfläche benötigt der Span wenigerPlatz als im Bereich der oberenSchneide. Ab einer Höhe vonetwa 5mm beginnt sich der Spanzu öffnen und kringelt nicht mehrso stark wie am Anfang. Durch dieSpananalyse ergaben sich die genauenMasse der benötigtenSpannut. Anhand dieser Erkenntnissekonnte die Spannut neu undoptimiert an den Spanfluss ausgelegtwerden.ErgebnisLeider konnte in der Zeit der Thesisarbeitder entworfene Prototypnicht produziert werden. Dadurchwurde ein Leistungstest hinfällig.Anhand eines Spannungsvergleicheswurde auf eine Leistungssteigerunggeschlossen. Der Vergleichergab eine Zunahme vonüber 20 %. Der rechnerische Vergleichder Festigkeit ergab nichtdas erhoffte Ziel, jedoch sind dabeidie thermischen sowie mechanischenEigenschaften nicht berücksichtigtworden. Die Er kenntnissedieser Arbeit sind trotzdeminnovativ und können die Entwicklungder Fräser beeinflussen.Hochgeschwindigkeitsaufnahme206 ti.bfh.ch

BSc in MaschinentechnikBIBEBUVAReinigungsmechanismus für SensorschutzscheibeMaschinentechnik / Betreuer: Prof. Walter GüllerExperte: Felix ScheuterProjektpartner: GF AgieCharmilles, NidauDie Firma GF AgieCharmilles bietet weltweit führende Werkzeugmaschinen an. Die hoch präzisen Maschinensind mit einem Messgerät ausgestattet, somit besteht die Möglichkeit einer genauen Messung derWerkzeuge. Im Unterschied zur üblichen Ausmessungsmethode, mit Hilfe des Laserverfahrens, wird hiereine optische Kamera verwendet. Die Bilder werden durch eine relativ kleine Schutzscheibe aufgenommen,die jedoch nach einer gewissen Zeit verschmutzt. Deshalb muss die Schutzscheibe von Zeit zu Zeit ausgebautund von Hand gereinigt werden.ZielDas Ziel dieser Bachelor-Thesis istdie Realisierung einer Versuchseinrichtungmit automatischemReinigungssystem der Schutzscheibe,damit diese nicht mehrvon Hand geputzt werden muss.Mit dem Aufbau, soll der Reinigungseffektpraktisch nachgewiesenwerden. Zu entwickeln ist einSchwingsystem mit möglichst hoherGüte, dessen Anregung miteinem kleinen Aktor erfolgt. Dadurchsoll die Selbstreinigung erfolgen.UmsetzungIn der Konzeptphase wurden verschiedeneLösungsansätze für dieLagerung der Scheibe erarbeitet.Mit der FEM-Simulation wurdenmehrere Aufhängungen derSchutzscheibe simuliert und bezüglichSchwingverhalten analysiert.Dabei wurde beachtet, dassdie Frequenz möglichst hoch ist,welche für den Reinigungseffektmitentscheidend ist. Bei dieserhoch dynamischen Applikationwurden die Bauteile auf Ermüdungüberprüft. Weiter wurde ein Vorspanngehäusefür den Aktor entwickelt,da dieser keine Zugkräfteaufnehmen kann. Mit der FEM-Simulation wurde die Steifigkeitdieser Baugruppe berechnet, diefür das Aktorverhalten von Wichtigkeitist. Nebst dem Schwingverhaltenwurde auf die Flexibilität derVersuchsvorrichtung geachtet,damit während der Versuchsphasemöglichst viele Parameter verstelltwerden können.ResultatNach der Fertigung der Teile konntedie Versuchsvorrichtung erfolgreichin Betrieb genommen werden.Mit einem Laservibrometerund einem Spektralanalysatorkonnte das dynamische Verhaltender Versuchsvorrichtung nachgewiesenund mit der Simulationabgeglichen werden. Es wurdenverschiedene Ansätze bei derEinspannung der Sensorschutzscheibeausprobiert. Für eineaus sagekräftige Beurteilung desReini gungseffekts sollen weitereVersuche erfolgen. Mit dieserBachelor-Thesis ist das Prinzip fürdie Anregung der Sensorschutzscheibemittels vorgespanntemAktor erfolgreich nachgewiesenworden. Die, während dieser Arbeit,beschafften Informationenwerden eine spätere Herstellungdes ersten Prototyps erleichtern.Für dessen Fertigstellung wurdenEntwicklungsaufwand, Zeitplanungund die Kosten abgeschätzt.Nikola JanjicVersuchsvorrichtungFrequenzgangti.bfh.ch207

BIBEBUVABSc in MaschinentechnikNeuer luftdurchlässiger VerbundwerkstoffMaschinentechnik / Betreuerin: Dr. Annette KipkaExperte: Dr. Armin HegerProjektpartner: Portec Ltd., AadorfMetapor ® ist ein luftdurchlässiger Verbundwerkstoff und besteht je nach Typ aus einem metallischen odermineralischen Füllmaterial und einem Epoxidharz als Binder. Die porösen Metapor ® -Werkstoffe werden imKunststoffformenbau, in der Vakuumspanntechnik oder in der Luftfilmgleittechnik eingesetzt. Ein neu entwickelterMetapor ® -Typ ist durch seine schwarze Farbe stark lichtabsorbierend und unterscheidet sichdadurch von den bekannten Metapor ® -Typen. In dieser Arbeit werden die Werkstoffeigenschaften undAnwendungsmöglichkeiten dieses neuen Werkstoffes untersucht.Stefan KleinerAusgangslageIn der Vakuumspanntechnik werdendie Werkstücke mittels Unterdrucksauf den porösen Metapor ® -Auflagengleichmässig und verzugsfrei gespannt.Die Bearbeitung der Fertigungsteileerfolgt u.a. mit Laser.Aus der Forderung, die Reflexionder Laserstrahlen durch einen starkabsorbierenden Untergrund zu reduzieren,ist der neue, schwarzeMetapor ® -Werkstoff entstanden.ZielZiel dieser Arbeit ist die Untersuchungder Bearbeitbarkeit und Einsatzmöglichkeitendes schwarzenMetapor ® -Werkstoffes. Dafür müssendie Werkstoffkennwerte undWerkstoffeigenschaften ermitteltwerden. Unterschiedliche Bearbeitungsversuche,mikroskopischeUntersuchungen der Bruchflächesowie eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtungermöglichen es, denWerkstoff zu charakterisieren undseine Anwendungsmöglichkeiten zubeurteilen.Bild 1: 700-fache Vergrösserung der Bruchfläche von «Metapor ® schwarz»DurchführungMit Hilfe entsprechender Werkstoffprüfungenwurden Kennwerte wieBiegefestigkeit, Elastizitätsmodul,Schlagzähigkeit, Härte und elektrischeLeitfähigkeit ermittelt. Einwichtiges Kriterium für den Einsatzeines Werkstoffes ist seine Bearbeitbarkeit.In Fräs- und Sägeversuchenkonnte die mechanische Bearbeitbarkeitgetestet werden. Derneue Werkstoff wurde ausserdemwasserstrahlgeschnitten. In Zusammenarbeitmit dem Institut für angewandteLaser- und Oberflächentechnologiender BFH TI wurdezudem die Oberflächenbearbeitungmit unterschiedlichen Kurzpuls-Laserngeprüft. Ein wichtiger Bestandteilder Untersuchungen waren dieAuswertungen am Rasterelektronenmikroskop(REM). Aus dem Aussehender Bruchfläche kann auf dieBruchart sowie auf die Verbindungvon Binder und Füllstoff geschlossenwerden. Bild 1 zeigt eine REM-Aufnahme der Bruchfläche.ErgebnisDie herausragende Eigenschaftdes verwendeten mineralischenFüllmaterials ist – neben seinerFarbe – seine Härte. Sie kann im«Metapor ® schwarz» nicht vorteilhaftgenutzt werden und machtdie mechanische Bearbeitung desWerkstoffes nahezu unmöglich.Diamantbeschichtete Werkzeugewaren innert Kürze verschlissen.Eine mechanische Feinbearbeitungder Oberfläche ist aufgrundder hohen Härte des Füllmaterialsnicht möglich. Lediglich das Wasserstrahlschneidenhat zu akzeptablenErgebnissen geführt. Diehohe Porosität und die eherschlechte Verbindung zwischenFüllmaterial und Binder sind dieUrsache für die geringen Festigkeitswerte.Die unzureichendenmechanischen Eigenschaften unddie höheren Materialkostenschränken die Einsatzmöglichkeitenvon «Metapor ® schwarz» starkein. Eine Verwendung in der Vakuumspanntechnikist zwar grundsätzlichdenkbar, jedoch verminderndie raue Oberfläche und dieeingeschränkten Bearbeitungsmöglichkeitendas Anwendungspotentialbeträchtlich.208 ti.bfh.ch

BSc in MaschinentechnikBIBEBUVAModule für das Handling von BackblechenProduktentwicklung / Betreuer: Prof. Walter Güller, Prof. Roland HungerbühlerExperte: Felix ScheuterProjektpartner: RONDO Burgdorf AG, BurgdorfDie RONDO Burgdorf AG entwickelt und produziert Maschinen im Bereich Ausrollen, Formen und Füllenvon Teigprodukten. Diese werden am Ende des Prozesses auf ein Backblech abgesetzt. Bis anhin ist je eineArbeitskraft damit beschäftigt, die Backbleche von Hand zuzuführen und wieder zu entnehmen. Diese Arbeitsoll nun durch Handlingmodule vereinfacht werden. Das Ziel der Bachelor Thesis ist der Entwurf einesLademoduls. Das Entlademodul ist dabei in die Überlegungen mit einzubeziehen.AusgangslageDas Speichern von bis zu 15Backblechen soll möglich sein.Das Lademodul stellt, die durcheine Arbeitskraft in einen Speichereingelegten, leeren Backblecheautomatisch der Hauptmaschinezu. Während das Entlademoduldie Backbleche von der Hauptmaschineentnimmt und einem Speicherzuführt.Die Module sollten das Benützenvon möglichst vielen Backblechgrössenund Arten ermöglichen.Die Verwendung der Module ist fürdrei verschiedene Maschinentypenzu ermöglichen. Dabei mussdas Lademodul alle sechs biszehn Sekunden ein Blech zuführenund dies innerhalb einer Sekundeübergeben können. Die vorgängigfestgelegten Bedingungen sind zubeachten und zu ergänzen.Die Erstellung eines Grundkonzeptesfür ein Lademodul erfolgtein einer vorangehenden Arbeit. Beidiesem Konzept besteht der Speicheraus zwei vertikalen Förderbändern,welche die Backblechenach unten fahren. Über weitereKomponenten wird das Blech aufdie Maschine gebracht. Dabei gabes noch diverse Problemstellen.VorgehenIn einem ersten Schritt wurdenVarianten für die Umsetzung desGrundkonzeptes erstellt. Diesedienten als Basis für die Festlegungdes konstruktiven Grundrahmens.Für das Entlademodul warein Konzept zu suchen, welchesmöglichst ähnlich dem Lademodulist. Anschliessend wurde der Prozessablaufuntersucht und optimiert.Hier war besonders auf dieAbstimmung mit der Steuerungder Hauptmaschine zu achten. Inweiteren Schritten ging es um dieAuslegung der Antriebe und derwichtigen Komponenten. Weiterwurden die konstruktiven Aspektegenauer ausgearbeitet.ErgebnisDie Förderbänder, welche alsSpeicher dienen, fördern dieBackbleche nach unten. Dortstösst ein Antrieb das untersteBlech in eine Halterung. Nun löstein Mechanismus die Halterungzum richtigen Zeitpunkt aus undbringt das Backblech auf dieHauptmaschine.Diese Lösung erfüllt die gegebenenBedingungen und hat die Problemstellendes Grundkonzeptesnicht mehr. Der Speicher kannohne grössere Veränderungen fürdas Konzept des Entlademodulsverwendet werden. An einem Kinematikdiagrammsind nun derProzessablauf und die verschiedenenAbhängigkeiten ersichtlich.Der Ablauf wurde auf möglicheStörungen überprüft und entsprechendeMassnahmen vorgesehen.Es zeigte sich, dass es mitder gewählten Lösung möglich ist,die gewünschten zeitlichen Bedingungenzu erreichen. Weiter sinddie Antriebe ausgelegt und es bestehteine konstruktive Basis, aufwelcher der Entwurf fertig gestelltwerden kann.Kevin Köhlti.bfh.ch209

BIBEBUVABSc in MaschinentechnikSchwerölersatz bei Jura CementEnergietechnik / Betreuer: Prof. Beat EngeliExperte: Dr. Rudolf BauerProjektpartner: Jura Cement AG, Wildegg AG / Cornaux NEDie Zementherstellung ist ein äusserst energieintensiver Prozess. Als Energieträger kommen die verschiedenstenBrennstoffe zum Einsatz. Nebst Kohle und alternativen Stoffen wie Altreifen, Kunststoffgranulat,Altöl u. a. wird teilweise immer noch Schweröl eingesetzt. Aus ökonomischen wie ökologischen Gründenmöchte die Firma Jura Cement AG an ihren beiden Produktionsstandorten Wildegg AG und Cornaux NEdas Schweröl vollständig ersetzen. Als Ergebnis dieser Thesisarbeit liegen nun Konzepte zur Umsetzungdieses Projektes vor.Martin KropfSchweröl hat bei Raumtemperatureine Konsistenz vergleichbar mitflüssigem Honig; bei kälteren Temperaturenfliesst es kaum mehr.Um Schweröl überhaupt verpumpenzu können, muss es deshalbauf ca. 60 °C aufgewärmt werden.Heisswasser und Dampf sorgenfür die Temperierung. Um eine effizienteVerbrennung sicherzustellen,wird es sogar auf eine Temperaturvon 130 °C gebracht. DasWasser bzw. der Dampf werden inDampfkesseln befeuert, welchemit Gas und Leichtöl beheizt werden.Insgesamt entspricht derenergetische Aufwand zur Erwärmungdes Schweröls ca. 20% derdarin enthaltenen Energie!In beiden Werken der Jura CementAG dient das Schweröl im Zementofengrundsätzlich zwei Zwecken:einerseits als Brennstoff zur Prozessstabilisierungund andererseitsist es eine wichtige Komponentebeim Anfahren des Ofensnach einer Revision oder längerenProduktionsunterbrüchen. Erstereskann der Fall sein, wenn beispielsweiseaus technischen Gründenkeine Kohle zur Verfügungsteht. In Cornaux verfügen zusätzlichein Gesteinsbrecher und dieRohmehlmühle (nur beim Anfahrendes Ofens) über einen Schwerölbrenner.Deren heisse Abgase dienender Trocknung des Aufgabeguts.Der Jahresbedarf anSchweröl liegt für beide Werke beimehreren hundert Tonnen.Nach Aufnahme des Ist-Zustandesmit den Daten zu Verbrauch, Anlagenund Kosten stand die Erarbeitungverschiedener Konzeptefür den Schwerölersatz an. Fürjeden Verbraucher wurden mehrereVarianten mit den BrennstoffenLeichtöl, Altöl und Erdgas ausgearbeitet.Für den Brecher war zudemdie Nutzung von Prozessabwärmezu untersuchen.Zu den einzelnen Alternativen istgrundsätzlich folgendes zu sagen:– Altöl ist mit Abstand am günstigsten.Da der Markt eher abnehmendist, muss aber für grössereEinkaufsmengen miteinem höheren Preis gerechnetwerden. Aufgrund der schwankendenQualität und der möglichenVerschmutzungen ist vonden Emissionen her gesehennur eine Verbrennung im Zementofenmöglich. Ein Vorteil ist,dass bestehende Schwerölanlagenohne grosse Investitionenumgenutzt werden können.– Leichtöl hat einen sehr hohenund vor allem konstanten Brennwertund eine hohe Verfügbarkeit,ist aber teuer. Es kommtdaher eher als Reservebrennstoffin Frage. Ein weiterer Vorteilsind die in beiden Werkenbereits vorhandenen Leichtöltanks.– Erdgas setzt keine Lagerkapazitätvoraus und ist relativ günstig.Allerdings bestehen werksinternnoch keine Leitungen. Ohneteure Liefergarantie ist zudembesonders in kalten Monatenmit Versorgungsunterbrüchenzu rechnen.– Abluft muss auf einem hohenTemperaturniveau, in grossenMengen und auf kurze Distanzverfügbar sein, um im Prozesswirtschaftlich eingesetzt werdenzu können. In Cornaux sind dieseVoraussetzungen nur bedingterfüllt.Basierend auf den technischenund wirtschaftlichen Bewertungenwurden zusammen mit dem AuftraggeberEmpfehlungen für dasweitere Vorgehen abgegeben.210 ti.bfh.ch

BSc in MaschinentechnikBIBEBUVASimulation Heli LastentransporteDynamik / Betreuer: Prof. Ulrich RettenmundExperte: Dr. Rudolf BauerProjektpartner: Airwork & Heliseilerei GmbH, Küssnacht am RigiImmer wenn an einem Hubschrauber eine Last angehängt werden muss, ist man auf ein Lastseil angewiesen.Die Anforderungen an solche Seile sind hoch, sollten sie doch leicht und trotzdem hochfest sein. Dennein Seilversagen darf unter keinen Umständen eintreten. Um die Kräfte und das Verhalten von neuen Kunstfaserseilenbesser verstehen zu können, sind verschiedene Simulationsprogramme erstellt worden.AusgangslageFür die Lastentransporte kommenverschiedene Seile aus unterschiedlichenMaterialien zum Einsatz.So werden insbesondereverschiedene Kunstfaserseile inunterschiedlichen Flechtarten eingesetzt.Jede Kombination hatnatürlich unterschiedliche VorundNachteile, vor allem in derHaltbarkeit aber auch im Federverhalten.Um die bei den Lastflügenauftretenden Kraftspitzendämpfen zu können, werden sogenannteDämpferseile dazwischengehängt.Die Firma Airwork & HeliseilereiGmbH und andere Firmen habenin diesem und im letzten Jahr vieleMessflüge mit Helikoptern gemacht.Die Kräfte, die bei diesenLast- und Transportflügen in denSeilen auftreten wurden aufgezeichnet.Ein Teil meine Arbeit wares nun diese Messungen auzuwerten.Ziel dieser Bachelorarbeitwar daher Simulationsmodelle fürdas Seilverhalten zu erstellen unddiese anhand der Messdaten zuverifizieren.VorgehenFür die Simulation ist dazu ein Mathcadmodellerstellt worden. Mitdiesem ist es möglich, beliebigdas Seilmodell zu ersetzen. Sokann jede beliebige Kombinationsimuliert werden. Um zusätzlichweitere Seildaten ermitteln zu können,wurde ein einfacher Versuchsstandaufgebaut. Mit diesemkönnen die Parameter eines Seilesgenauer bestimmt werden. Fürweitere Aussagen über das genaueVerhalten des Helikoptersdurfte ich in Berlin bei erneutenMessflügen die Beschleunigungdes Hubschraubers während denMessflügen aufzeichnen.ResultateEs hat sich gezeigt, dass sich dasSystem Helikopter-Last als Feder-Dämpfer-Modell abbilden lässt.Das Seil wirkt dabei als Feder-Dämpfer-Element, dass allerdingsje nach Seiltyp ein nichtlinearesVerhalten aufweist. Die Last undauch der Helikopter sind dabei dieschwingenden Massen des Systems.Auf beide Körper wirkt, wieauf der Abbildung zu sehen dieErdanziehungskraft und die Seilkraft,auf den Hubschrauber zusätzlichdie Auftriebskraft des Rotors.Eine grundsätzliche Schwierig -keit bei der Simulation war, dassdie exakten Anfangsbedingungennicht bekannt waren. Insbesonderefehlte die Information über dieBewegung des Helikopters in derLuft. Dennoch konnten für verschiedeneSeilarten Feder undDämpfungsparameter gefundenwerden, mit denen sich das Seilverhaltennachbilden lässt. Mitden nun detailliert gewonnenenSeilmodellen ist es möglich, dasVerhalten der Seile zu bestimmen.Daraus lassen sich die Seilkräftefür beliebige Kombinationen vorhersagen.Micha Matthias Künzimicha.kuenzi@gmx.chti.bfh.ch211

BIBEBUVABSc in MaschinentechnikModularer M-Robot LasernavigationssystemMechatronik / Betreuer: Prof. Roland Hungerbühler, Prof. Walter Güller, Prof. Daniel LanzExperten: Felix Scheuter, Dr. Dietmar KramerM-Robot ist ein Projekt des Fachbereichs Maschinenbau der Berner Fachhochschule TI. Parallel in sechsThesisarbeiten wird ein mobiler, autonomer Roboter konstruiert, der als Getränkeservierer fungiert und alsWerbeobjekt an Ausstellungen und Messen dienen wird. Der M-Robot ist modular aufgebaut, sodass er inweiteren Projektarbeiten mit neuen Funktionen ergänzt werden kann.Simon Lanzsiousu@gmail.comAusgangslageIm Rahmen von Eurobot (einemRoboterwettbewerb) navigiertendie Roboter von der Berner Fachhoschulebis anhin mehrere Jahremit einem Ultraschallpositionierungssystem.Bei den letztenWettbewerben hat sich herausgestellt,dass dieses Positionierungssystemzum Teil anfällig aufStörgeräusche ist. Zudem ist dieGenauigkeit von diversen Parameternabhängig. Um diese Mängelzu kompensieren, wird ein Lasernavigationssystementwickelt. Ammechanischer AufbauM-Robot wird es eingesetzt undgetestet.Das ZielDer Roboter kann an einer beliebigenStelle auf einem Feld seinePosition und Ausrichtung hinreichendgenau vermessen. Dasneue Lasersystem funktioniert zusammenmit dem bereits entwickeltenUltraschallpositionierungssystemund kompensiert dessenMängel.Ein Mikrocontroller verarbeitet dieDaten und schickt diese via CAN-Bus an den Hauptrechner des Roboters.Das PrinzipDer Laser dreht mit 3–4 Umdrehungenpro Sekunde und scanntdie Umgebung ab. Bei jeder Umdrehungerfasst er die drei amRande angeordneten Reflektoren.Das Lasersystem misst die dreiWinkel zwischen den Reflektorenund berechnet daraus die Positionund Ausrichtung des Roboters.Die Reflektoren sind so codiert,damit sie voneinander unterschiedenwerden können. Das kannzum Beispiel dann von Vorteil sein,wenn ein Reflektor durch irgendeineStörung nicht detektiert werdenkann. Eine Filterung via Softwarewäre zwar auch möglich,aber viel aufwendiger als die Codierungder Reflektoren.Mit einer Simulation ist das ganzeSystem auf die maximal erreichbareGenauigkeit überprüft worden.Dabei hat sich gezeigt, dassim Vergleich zum Ultraschallpositionierungssystemdie Position anden meisten Stellen mit erhöhterGenauigkeit vermessen werdenkann.Das ErgebnisBei idealen Bedingungen ermitteltdas Lasernavigationssystem seinePosition und Ausrichtung auf einemFeld von 2x3m mit einer Genauigkeitvon 5–15mm. Die Kombinationmit dem Ultraschall positionierungssystemfunktioniert.Das Modul kann universell auf einemRoboter platziert und betriebenwerden. Die Kommunikationerfolgt dabei via CAN-Bus.Prinzip des Lasernavigationssystems212 ti.bfh.ch

BSc in MaschinentechnikBIBEBUVALeittechnikkonzept Laufwasserkraftwerk BözingenLeittechnik Hydraulische Kraftwerke / Betreuer: Prof. Beat EngeliExperte: Dr. Rudolf BauerProjektpartner: Kaderli Roland, BKW FMB Energie AG, BernKomplettlösungen für die Umsetzung der Leittechnik für Wasserkraftwerke werden bereits für grössereAnalgen (>10 MW) angeboten. Diese sind für kleinere Anlagen, welche in einem Leistungsbereich von 1–3MW arbeiten, zu teuer. Deshalb soll in dieser Arbeit anhand des Laufwasserkraftwerks Bözingen ein Leittechnikkonzepterstellt werden, welches den Anforderungen der BKW bezüglich Sicherheit, Redundanz undQualität sicher genügt. Zu dem ist abzuklären, wie sich das vorgeschlagene Konzept auch hinsichtlich derKosten gegenüber den Lösungen der Konkurrenz verhält.Das Kraftwerk Bözingen ist einesder ältesten Wasserkraftwerke derSchweiz und wurde 1876 erbaut.Es verfügt über zwei horizontaleFrancis-Turbinen mit je einer max.Leistung von 1.65 MW. Die Durchführungeines Retrofits verlangteine intensive Auseinandersetzungmit der betreffenden Anlage. Alserstes werden alle Teilsysteme(Turbinensystem, Generatorsystemund Schutzsystem) von Bözingenbeschrieben. Die bestehende Anlagekann anschliessend mit anderenAnlagen verglichen werden.Dabei werden die Gerätschaftenauseinander genommen, in einerTabelle aufgelistet und so ausgewertet,dass zwei Umsetzungsvariantenerstellt werden können.Diese werden anschliessend einerFehlereffektanalyse, sowie einerKostenanalyse unterzogen.Die wichtigsten Erkenntnisse:Der ausgewählte definitive Umsetzungsvorschlagsieht vor, dievon der BKW üblich eingesetzteVibrationsüberwachung VM600(CHF 28 600) durch Sensoren derFirma ifm (CHF 1610) zu ersetzen.Die Wahrscheinlichkeit, dassSchäden an der Maschine undinsbesondere in den Lagern auftreten,ist zwar gering, aber dennochvorhanden. Die bei einemSchadensfall zu erwartenden Kostenwürden aber nicht so hochausfallen, wie durch die Geräteeinsparungerzielt wird. Das in derFrancis-Turbine in BözingenRegel eingesetzte Automatisierungsgerätvon Siemens, welcheslediglich zu Steuerungszweckeneingesetzt werden kann, wirddurch einen Industrie PC ersetzt,welcher die Steuerung und die Visualisierungbewerkstelligt. DieAnlage wird so kompakter undgünstiger. Der Spannungsreglersoll zukünftig von der Firma Interplanofferiert werden. Für kleinereAnlagen muss er lediglich in derLage sein, mit einer Blindleistungsregelungzu fahren. ZusätzlicheRegelungsarten, welche derThyne 1 von Andritz (CHF 29 700)ausführen kann, sind nicht notwendig.Deshalb wird mit grössterWahrscheinlichkeit der Spannungsreglervon Interplan kostengünstigerausfallen. Die Offerte istleider noch nicht eingetroffen, sodass hierzu keine genauen Angabenüber den Preis gemacht werdenkönnen. Ansonsten sind die indiesem Vorschlag eingesetztenGeräte von der BKW bereits imEinsatz.Da die BKW die Leittechnik selberanbieten will, möchte sie auch denTurbinenregler selber programmieren.Gegenüber dem üblicheingesetzten TC 1703 von Andritz,wird diese Lösung allerdings biszu ca. CHF 7000 teurer ausfallen.Der Grund liegt am hohen Stundenansatzder BKW FMB EnergieAG. Diese Tatsache macht es derBKW FMB Energie AG schwierig,sich gegenüber der Konkurrenzdurchzusetzen. In der heutigenZeit ist es deshalb schwierig, dasssich die BKW trotz optimalemDienstleistungsangebot, hoherKompetenz, grossem Know-howund enormer Kundenfreundlichkeitgegenüber der Tiefpreispolitikder Konkurrenz durchsetzt.Priska Lienhardti.bfh.ch213

BIBEBUVABSc in MaschinentechnikMobil zur PersonensicherungProduktentwicklung / Betreuer: Dr. Kurt M. GrafExperte: Dr. Tobias KockelZum heutigen Zeitpunkt gibt es für gehunsichere oder gehunfähige Personen nur beschränkt Hilfsmittel,um ihren Alltag zu erleichtern. In den meisten Fällen bestehen nur Produkte, welche einzig einem Zweckdienen. Rollstühle können Patienten befördern, nicht umlagern. Andere Produkte wie ein Rollator sind einfacheHilfsmittel, die jedoch den Benutzern keine Handfreiheit gewähren. Aus diesem Grund soll ein alternativesProdukt entwickelt werden, welches den Benutzern eine Hilfe in mehreren Bereichen des Alltagesdarstellt.Patric MosimannAusgangslageHilfsmittel für Personen, dieschlecht oder nicht mehr gehenkönnen, gibt es zu genüge. VielenLeuten ist damit aber nicht wirklichgeholfen. Ein Krankenhaus ist sehrgut ausgerüstet mit Beförderungsmobilen,Umlagerungseinrichtungenund Gehhilfen. Diese Hilfsmittelsind teuer, brauchen viel Platzund vor allem Hilfspersonal zurBedienung. Aus diesem Grundsind diese Einrichtungen für kleinePersonengruppen oder gar einzelnePersonen nicht geeignet. Diefehlende Vielfältigkeit der einzelnenProdukte ist ebenfalls immerein Thema. Mobile Personenlifterkönnen Patienten lediglich in einBett oder eine Badewanne umlagern.Für einen wirklichen Transportsind sie jedoch nicht geeignet.Das zu entwerfende Mobil zurPersonensicherung soll eine Neuerunghaben, die den vorhandenenProdukten echte Vorteile bietet.VorgehenIm Rahmen der Projektarbeit wurdenanhand der Untersuchungender bestehenden Lösungsvarianteneine umfangreiche Marktanalysedurchgeführt. Es soll ein Mobilentstehen, das spezifisch fürdie Anforderungen von gehunsicherenoder gehunfähigen Personenausgelegt ist. Optimal ist eineLösung, welche eine Erweiterungeines bestehenden Produktes ist.Ein Rollstuhl z. B. ist eine bereitssehr ausgereifte Lösung für denTransport. Schliesslich sind zweiGrundideen entstanden, die weiterverfolgt wurden. Eine Variante istein bestehender Aufrichtrollstuhl,der mit einer Haltevorrichtungausgerüstet ist. Dieses Konzept istfür gehunsichere Personen, dievor dem Mobil gehen können unddabei von möglichen Stürzen gesichertsind. Es ist sozusagen einmobiles Reha-Gerät. Die AndereLösungsvariante ist ein bestehenderMultifunktionsrollstuhl, aufgerüstetmit einer Umlagerungsvorrichtung.Nach weiteren Un -ter suchungen wurde letztere ausgewähltund ausgearbeitet.ErgebnisAls Resultat dieser Arbeit lässtsich eine Lösungsvariante mit spezifischenFertigungsunterlagenfesthalten. Die wichtigsten Berechnungenvon Standfestigkeitdes Mobils bis hin zu der Kinematikvon Elektrozylinder wurdendurchgeführt. Das neu entstandeneMobil hat den Vorteil, dass nebendem Transport von Personendie Umlagerung bewältigt werdenkann. Dabei ist es immer nochkompakt, so dass z. B. ein Lift befahrbarist.MultifunktionsrollstuhlUmlagerungsvorrichtung214 ti.bfh.ch

BSc in MaschinentechnikBIBEBUVAMachbarkeitsabklärung BIN-PICK mit 2D-VisionAutomation / Betreuer: Dipl.-Ing./MBA Christoph StrahmExperte: Dr. Dietmar KramerProjektpartner: FELCO – swiss madeIn der heutigen Industrie muss kostengünstig, flexibel, schnell und effizient produziert werden. Durch dieWiederholgenauigkeit bieten Roboter eine konstante Qualität bei Herstellung und Weiterverarbeitung vonProdukten. Die zahlreichen Einsatzmöglichkeiten können mit Kameras (Vision System) ergänzt werden.Diese übernehmen das «Sehen» des Roboters. Auf Anfrage der Firma FELCO wird in dieser Thesis abgeklärt,ob Gartenscheren als Schüttgut mit 2D-Vision aus einer Kiste gegriffen und vereinzelt werden können.AusgangslageDie Scheren kommen chaotischangeordnet (Schüttgut) in der Kistean und sollen anschliessend mitdem «Griff aus der Kiste» – englischbin-pick – in eine geordneteAblage vereinzelt werden. Die 2D-Kamera kann dabei keine Lagewinkelder Objekte ausmachen.Die Beleuchtung ist bei der Erkennungder Objekte ein wichtigerPunkt. Zur Umsetzung steht einM-10iA Roboter mit der R-30iASteuerung von FANUC bereit. Diesermuss in Betrieb genommenund mit den für den Versuchsaufbaunötigen Effektoren ausgerüstetwerden.ZieleDas Ziel dieser Bachelorthesis isteinen Versuchsaufbau zu konstruierenund umzusetzen. Für die Testsmüssen die relevanten Kriterienbestimmt werden. Anhand dieserTests sollen die Möglichkeiten unddie Grenzen der Machbarkeit aufgezeigtund dokumentiert werden.ArbeitDer Roboter wurde in Betrieb genommenund mit Ventilen bestückt.Ein Versuchstisch und eineAblage für die Scheren wurdenkonstruiert und aufgebaut. Wenndie Scheren vorvereinzelt und flachliegen, erkennt sie die Vision undführt sie in die Ablage. Wenn dieVision nichts erkennt, wischt derRoboter über den Tisch, so dassdie Scheren teilweise vereinzelt,erkannt und gegriffen werden können.Die Tests haben gut gezeigt,dass wenn die Scheren aus derReferenz-Höhe verschoben werden,der Roboter aufgrund derfehlenden Höhenkompensation indie unterliegenden Scheren hineinfährt. Dies bereits bei Abweichungenim mm Bereich. Zur Erkennunghat sich die asymmetrischeForm dieser Scheren als optimalherausgestellt. Die Beleuchtungerfolgte mit einem direkten Auflichteiner Lampe, wobei die Belichtungbei den Versuchen in der Kiste miteinem Schirm als Diffusor bessereErgebnisse erbracht hat.FazitDie Grenzen des Systems sindmit vorliegendem Versuchsaufbauschnell erreicht. Eine wirtschaftlicheUmsetzung des Bin-Pick-Prozesseswar in dieser Arbeit nichtauszumachen. Damit die Umsetzungmit 2D möglich ist, müsstezusätzlich ein Lasersystem integriertwerden, welches die Lage derScheren erkennt. Ein Näherungssensorwäre eine weitere Möglichkeitdie ausgetestet werden könnte.Die Zeit reichte jedoch imRahmen dieser Bachelorarbeitnicht mehr aus.Reto Simon Müllerresimue@hotmail.comVersuchsaufbau für MachbarkeitsabklärungKiste mit Schüttgut (Scheren)ti.bfh.ch215

BIBEBUVABSc in MaschinentechnikModularer M-Robot Handling und SicherheitstüreMaschinenbau / Betreuer: Prof. Walter Güller, Prof. Daniel Lanz, Prof. Roland HungerbühlerExperten: Dr. Dietmar Kramer, Felix ScheuterM-Robot ist ein Projekt des Fachbereichs Maschinenbau der Berner Fachhochschule TI. Parallel in sechsThesisarbeiten wird ein mobiler, autonomer Roboter konstruiert, der als Getränkeservierer fungiert und derals Werbeobjekt an Ausstellungen und Messen dienen wird. Der M-Robot ist modular aufgebaut, sodasser in weiteren Projektarbeiten mit neuen Funktionen ergänzt werden kann.Martin MumenthalerAufgabenstellungFür den M-Robot ist ein geeignetesDosenhandling zu entwickeln.Der Roboter soll an einem Dosenspendereine Dose nehmen undauf ein Podest zu stellen. DasHandling soll dabei von einer automatischenSicherheitstüre verschlossenund alles im Stauraumdes Roboters montiert werden.Weiter ist eine geeignete Schnittstellezum Dosenspender zu entwerfen.Sämtliche Komponentensind dabei als eine Baugruppe mitdem Roboter zu verbindenRealisierungDie grösste Herausforderung warder Platz im Roboter. Die Konstruktionam CAD musste immerwieder angepasst werden. AmAnfang stellte sich heraus, dasskeine käuflichen Linearachsenverwendet werden konnten. Siemussten daher von Grund auf entworfenund entwickelt werden. DieSchnittstelle zum Dosenspenderwurde zur nächsten Herausforderung,da hier ein Übergang zu einernoch nicht existierenden Maschinegeschaffen werden musste.Später wurde bekannt, dass nochweniger Raum für das Handlingzur Verfügung stand, da die Steuerungzwingend mehr brauchteund die Aussenabmessungennicht verändert werden durften.Zu guter Letzt war da noch dieTüre. Diese muss sich um 180°drehen beim Öffnen, muss aberam Anfang gerade aus der Konturherausfahren. Hier wurden einigeVersuche mit Kartonmodellen gemacht,bis eine funktionierendeund einfache Lösung gefundenwurde.Alles in allem lässt sich meineThesisarbeit wie ein Kreislaufbeschreiben: Analysieren des Problems,Entwerfen und Durchdenkenvon Lösungsvarianten undschliesslich Realisieren als Konstruktion.Dieser Kreis hat sich gedreht,bis jedes noch so kleineProblem sauber gelöst werdenkonnte.Ergebnis und AusblickIm Rahmen dieser Thesisarbeitkonnten sämtliche Fertigungsunterlagenwie Zeichnungen undStücklisten erstellt und alle zusätzlichenBauteile beschafft werden.Nun müssen alle Fertigungsteilehergestellt und anschliessendmontiert werden. Danach folgtnoch die Inbetriebnahme und dieImplementierung in den M-Robot.Handling mit Sicherheitstüre216 ti.bfh.ch

BSc in MaschinentechnikBIBEBUVAProduktionsanlage für FutterproteineVerfahrenstechnik / Prof. Dr. Kurt M. GrafExperte: Dr. Tobias KockelProjektpartner: Dr. agr. Andreas StamerAufgrund des immer grösser werdenden Bedarfs an Futterproteinen für die Fisch- und Nutztierzucht undinfolge des auch darin begründeten stetigen Anstiegs des Fischmehlpreises, ist die Suche nach Alternativenein Bestreben vieler Forschungsinstitute und Tierfutterhersteller geworden. Eine der vielversprechendstenLösungen ist die Verwendung von Larven der «Black Soldier Fly, BSF» (Hermetia illucens). Das Mehl, welchesaus den sogenannten Präpuppen hergestellt werden kann, weisst Fett- und Aminosäuremuster auf, dieideal für die Tierernährung sind.AusgangslageEine Herstellung von Fliegenlarvenmehlim grösseren Massstabgibt es bisher noch nicht. In Zusammenarbeitmit dem Institut fürbiologischen Landbau (FiBL) wurdenan der BFH bereits mehrereProjekt- und Bachelorarbeitendurchgeführt, die sich mit demBau verschiedener Anlagenbestandteilebeschäftigten.Vorgängige Arbeiten befasstensich mit der Prozessbeschreibung,Suche nach geeignetenAufzuchtsystemen, sowie der theoretischenEntwicklung einer Befütterungsvorrichtung.Eine Kostenabschätzungzeigte, dass diezuletzt entworfene Anlage nichtrentabel betrieben werden kann.Besonders im Bereich der Befütterungsautomationkonnte Verbesserungspotentialaufgedecktwerden.ArbeitNeue Erkenntnisse aus der Versuchsanlagein Frick dienten dertheoretischen Auslegung einerneuen Pilotanlage, welche einenDurchsatz von bis zu 1000 kgFuttersubstrat pro Tag erlaubenwürde.Um Rentabilität zu erreichen wurdeein neues Konzept für die Produktionerarbeitet. Bereiche derAufzuchttechnik der verschiedenenLarvenstadien wurden überarbeitetund optimiert.Eine genaue Beschreibung desProduktionsprozesses wurde vorgenommenund die Befütterungsmaschineanhand eines neu erstelltenPflichtenhefts theoretischentwickelt. Weitere Bestandteileder Anlage wurden ebenfalls entworfenund zusammen mit einerneuen Kostenrechnung die Wirtschaftlichkeitder erarbeiteten Gesamtlösungvalidiert. Für eineGrossanlage wurde das neu entwickelteProduktionskonzept aufmögliche Skalierungseffekte hinuntersucht.ResultatDie neu entwickelte Beschickungsmaschinefunktioniert vollautomatisch,was zu grossen ZeitundLohneinsparungen führt.Für den Hauptfunktionsteil der Beschickungsmaschinekonnten zeitigKonstruktionspläne erstellt undverschiedene Bauteile besorgtwerden. Der Bau des Funktionsmusterswurde jedoch aufgrundvon Engpässen bei der Fertigungnicht mehr durchgeführt.Für eine mögliche Grossanlagewurden Adaptionslösungen erarbeitet.Die Larvenaufzucht sollte nun aufgrunddes neuen Anlagenkonzeptsrentabel betrieben werdenkönnen.Felix Münsterti.bfh.ch217

BIBEBUVABSc in MaschinentechnikDieselmotorenprüfstand (BMW M57Tü2)Energietechnik / Betreuer: Prof. Beat EngeliExperte: Dr. Rudolf BauerDie technische Weiterentwicklung von Dieselmotoren hat in den letzten Jahren enorme Fortschritte gemacht.Hauptsächlich hinsichtlich Kraftentfaltung, Laufruhe, Kraftstoffverbrauch und Abgasemissionen sind dieHersteller gefordert, neue, noch bessere Motoren zu entwickeln. Im Rahmen der Bachelor-Thesis wird derneu aufgebaute BMW-Dieselmotorenprüfstand für ausgedehnte Fahrprogramme bereitgestellt.Pascal Peterpascal154@bluewin.chAusgangslageDie Berner Fachhochschule betreibteinen modernen Dieselmotorauf einem Prüfstand. Beim vorhandenenMotor handelt es sich umeinen Sechszylinder-Dieselmotorvon BMW, welcher die strengstenAbgasnormen (EURO 6, gültig ab01.09.2014) erfüllt. Somit gehörtdieser Motor zu den sauberstenAggregaten unserer Zeit.Erreicht werden diese tiefen Emissionswertedurch innermotorischeMassnahmen und ein SCR-Abgasnachbehandlungssystem(SelectiveCatalytic Reduction). Das SCR-System wandelt die giftigen Stickoxide(NOx) mit Hilfe von Ammoniak(NH3) in unschädlichen Stickstoff(N2) und Wasser (H2O) um.Im Rahmen der Projektarbeit 2wurde der mechanische Betriebdes Motors gesichert und dasSCR-System in Betrieb genommen.Dabei zeigte sich, dass dienach EURO 6 geltenden NOx-Emissionen überschritten werden.Insbesondere die stark erhöhtenNOx-Emissionen und der hoheKraftstoffverbrauch waren auf fällig.erbringen, dass der Motor dieEURO 6 Abgasnormen erfüllt.ErgebnisNach intensiver Fehlersuche wurdeder Grund für die hohen NOx-Emissionen und den hohen Kraftstoffverbrauchgefunden. DerLuftmassenmesser wurde werkseitigfalsch angeschlossen. Darumgenerierte die Motorsteuerungeinen Ersatzwert und der Motorlief im Notbetrieb.Da der vom Vorgängermotor verbautePlattenwärmetauscher (zumAbführen der Motorkühlwasserwärme)überdimensioniert war,wurde eine Energiebilanz des Motorsvorgenommen. Anschliessendkonnte ein neuer Wärmetauscherausgelegt und eingebautwerden. Ein Thermostatventil regeltdie Wärmetauscherkühlleistungund somit indirekt auch dieMotortemperatur. Zur Erfassungdes Kühlwasservolumenstromswurde ein magnetisch-induktiverDurchflusssensor verbaut. DieKühlwassertemperaturen werdenmit zwei PT100-Sensoren gemessen.Damit lässt sich die abgeführteWärmeleistung bestimmen.Die Typenzulassung erfolgt bei heutigenFahrzeugen mit dem neueneuropäischen Fahrzyklus (NEFZ).Darum wurde der NEFZ programmiert,ausgetestet und anschliessendverbessert. Erste Fahrversuchezeigten, dass der Kraft stoffverbrauchund die CO2-Emissionenden Herstelleran gaben entsprechen.Zusätzlich können die Auswirkungender Fahrweise auf denKraftstoffverbrauch mit den beidenFahrzyklen Eco und Sport aufgezeigtwerden. Die Abgasemissionen(HC, CO, NOx, Partikel) werden mitdem neu beschafften Abgasmessgerätvon Bosch gemessen.Ferner wurde Arbeit in das Messdatenerfassungssysteminvestiert.Es wurde ein Excelprogramm inVBA entwickelt. Dieses Programmdient zur Darstellung der einzelnenMesswerte und führt Berechnungendurch.ZielZiel dieser Thesisarbeit ist es, denvorhandenen Prüfstand für ausgedehnteFahrprogramme bereitzustellen.Hierfür sind geeigneteFahrzyklen zu programmieren, einMotorkühlsystem auszulegen undein Abgasmessgerät zu beschaffen.Zusätzlich ist der Nachweis zuBMW-Dieselmotorenprüfstand218 ti.bfh.ch

BSc in MaschinentechnikBIBEBUVAModulare Antriebseinheit für M-RobotMechatronik / Betreuer: Prof. Roland Hungerbühler, Prof. Daniel Lanz, Prof. Walter GüllerExperten: Felix Scheuter, Dr. Dietmar KramerWarum ist die Modularität in der Industrie wichtig? Was bedeutet modular? Die Antwort ist einfach! Das Radsoll nicht immer neu erfunden werden. Durch das Baukastensystem ist man auf dem Markt konkurrenzfähig.M-Robot ist ein Projekt des Fachbereiches Maschinentechnik an der Berner Fachhochschule TI. Es soll einautonomer, mobiler Roboter in sechs zeitgleichen Thesisarbeiten zum Getränkeservieren für die Tech-Days2012 entstehen. Selbstverständlich ist der Aufbau des Antriebes modular zu erstellen, um in weiteren Projektendas System verfeinern zu können.ZielZu entwickeln ist ein Roboterantriebmit gegebener Radanordnung,womit das Fahren einer Kurvemöglich ist. Hierbei ist eszwingend, dass beide Räder mitunterschiedlicher Geschwindigkeitdrehen. Die Antriebseinheit bestehtaus Schrittmotoren mit denentsprechenden Steuerungen vonder Firma Nanotec. Die übergeordneteKommunikation mit demMikrocontroller soll via CAN-Buserfolgen. Die Software ist mitder Entwicklungsumgebung Coo-Cox für den Stellaris-Kit EKS-LM3S9B92 von Texas Instrumentszu implementieren. Zur Programmierungdes Regelungskreises istmit dem Real-time BetriebssystemCoOS von CooCox zu arbeiten.UmsetzungMobile Roboter müssen häufig genaueBahnen fahren. Um dies zuermöglichen, braucht es ein raffiniertesGrundkonzept der Regelung.Der Controller muss fähigsein, Soll-Geschwindigkeiten fürdie Antriebsräder zu empfangen,um mit Hilfe der Motorensteuerungenden Regelungskreis zu schliessen.Eine übergeordnete Steuerung(z. B. Industrie PC) muss viaCAN-Bus ein Geschwindigkeitsprofilauf beide Räder schicken.Damit der Roboter seine geplanteBahn abfährt, vergleicht der Controllerseine Soll- und Istgeschwindigkeit.Bei Abweichungen werdendie Räder einzeln beschleunigtoder verzögert. Die Stellgrössewird an die Motorensteuerung alsFrequenzsignal übergeben. Somitlässt sich je nach Gelände, Oberflächenunebenheiten,Schlupf derRäder oder Lasten auf dem Roboterdie Geschwindigkeit beiderRäder regeln.ResultatDie Antriebsplattform ist aufgebautund ausgetestet. Der Roboterkann sich uneingeschränkt bewegen.Sogar eine elegante Kurvenfahrtist mit diesem Antrieb möglich.Antonio PrinceKurvenfahrt des M-Robotersti.bfh.ch219

BIBEBUVABSc in MaschinentechnikDemonstrationsmodell Y-TischMechatronik / Betreuer: Prof. Ulrich RettenmundExperte: Andreas ThülerDie Dynamischen Anforderungen an moderne Fertigungsmaschinen nehmen stetig zu, um immer kürzereFertigungszeiten bei zunehmender Bauteilkomplexität zu erreichen. Hersteller von Fertigungsmaschinensind deshalb gezwungen, nach neuen Lösungen zu suchen. Die Firma Liechti in Langnau hat deshalb einneues Funktionsprinzip eines Positioniersystems patentieren lassen. Bis heute existiert kein Prototyp einesMaschinentisches mit diesem Konzept. In dieser Bachelorthesis soll deshalb ein Demonstrationsmodell zuTestzwecken konstruiert werden.Martin Reutelerreuti-tinu@hotmail.comFunktionsprinzipDer Y-Tisch funktioniert nach demPrinzip einer sogenannten Parallelkinematik.Das bedeutet, dassalle Antriebe direkt «parallel» aufden Maschinentisch zugreifen.Der Vorteil eines solchen Systemsist die geringe bewegte Masse,weil nur die Plattform verschobenwird und alle Motoren fest installiertsind. Nachteilig wirkt sich jedochder grosse Platzbedarf, imVerhältnis zum geringen Bewegungsbereich,aus.In dieser Arbeit sind an der Plattformdrei sternförmig angeordneteLinearführungen montiert, weshalbdie Positioniervorrichtung Y-Tisch genannt wird. Durch diePositionierung der Führungswagenauf einer Kreisbahn kann sichPlattform in X-Y-Richtung bewegenund um die Z-Achse rotieren.Zielsetzung und AusgangslageIm ersten Entwurf des Y-Tischessorgen drei Torquemotoren für diePositionierung der Führungswagenauf der Kreisbahn. Diese Varianteist aber aufgrund der Torquemotorensehr teuer und wurdenicht gebaut. Anstatt das ProjektY-Tisch aufzugeben, soll ein neues,günstiges Konzept ausgearbeitetwerden. Hierbei bringen dreiServomotoren der Firma Beckhoff,anstelle der Torquemotoren, dieAntriebsleistung auf. Ein Zahnriemengetriebeüberträgt das Drehmomentauf drei ineinander gelagerteHohlwellen. Drei Dreharmeverbinden die Führungswagen derLinearführungen mit den Hohlwellen.Dieses System ist für die Positionierungder Führungswagenauf einer Rundführung verantwortlich.Diese Rundführung definiertdie Form und Genauigkeit derKreisbahn und nimmt die Gewichtskräfteauf. Trotz der günstigerenHerstellungskosten soll dasSystem eine Beschleunigung von2g erreichen können.ErgebnisDurch systematische Berechnungender zu erwartenden Kräfteliessen sich die Antriebskomponentenauslegen. So reduziert sichdie Motorengrösse auf ein Minimum.Die Analyse der Kräfte erlaubtes, zusätzlich die Getriebe,Riemen und Wellen auszulegen.Als Ergebnis entstand eine kompletteKonstruktion des Y-Tisches.Die Konstruktion zeigte dieSchwachpunkte des Funktionsprizipsauf. Es ist sehr schwierig,drei Punkte zuverlässig und robustauf einer Kreisbahn zu bewegen.Darum ist es wichtig, den Kraftflussund die Belastungen sorgfältigzu analysieren. Die begrenzendenElemente sind hierbei dieDreharme und Drehlager. Für denEinsatz des Y-Tisches in einer Fertigungsmaschinemüssten dortneue Lösungen entwickelt werden.Eine erste Kostenschätzungergab, dass der Tisch in der Herstellungca. CHF 24’000.– kostenwürde. Erst nach der Thesis wirdder Y-Tisch hergestellt werden.CAD-Modell des Y-Tischs220 ti.bfh.ch

MaschinentechnikBIBEBUVAStrahlcharakterisierung an einer GlasfaserLasertechnonogie / Betreuer: Prof. Dr. Valerio Romano, Dr. Andreas BurnExperte: Peter Paul KnobelModerne Glasfasern werden mehr und mehr eingesetzt, um den Strahlentransport vom Laserstrahl erzeugendenResonator zum Werkstück zu gewährleisten. Dabei sind drei Charakteristiken der Glasfasern sehrfür die Qualität der Übertragung entscheidend. Die Positions- und Richtungsstabilität haben einen Einflussauf mögliche Maßhaltigkeit von Laser bearbeiteten Werkstücken. Die Beugungsmasszahl ist mass gebendfür die Fokusierbarkeit eines Strahls.AusgangslageGrundlage der Arbeit war einTestaufbau für Glasfasern, welchermit zwei CDD Kameras einNah- und Fernfeld abbildete. Dieeingesetzten, optischen Bestandteilewaren nicht für die Anwendungoptimiert und es bestandkein benutzerfreundliches Userinterface.Die Programmierung fürdie Auswertung der Daten mussteüberarbeitet werden.ZieleZiel war der Aufbau eines Messgeräts,welches drei der Hauptcharakteristikeneiner Glasfaserbestimmen kann und dabei ohnebewegliche Teile auskommt. Dabeiwurde der bestehende Aufbau soweit optimiert, dass die Positionsstabilität,die Richtungsstabilitätsowie die Beugungsmasszahl ermitteltwerden können. Die Softwarewurde angepasst, damit dieMessung über ein Interface durchgeführtwerden kann.Zum Einsatz kommt, in der Implementierung,die Berechnungsvorgabeder ISO-Norm 11670 für diePositions- undRichtungsstabilität.Die Beugungsmasszahl basiertauf der ISO-Norm 11146 und wurdeauch gemäss den darin enthaltenenFormeln umgesetzt.ErgebnisseDie Richtungs- und Positionsstabilitätenlassen sich einwandfreibestimmen. Die Beugungsmasszahlhingegen ist sehr heikel. Bereitsgeringes Streulicht hat, meistbei Spezialfasern, eine starke verzerrungder Resultate zur Folge.Die Auswertung der Strahldurchmesserfunktioniert dadurch nichteinwandfrei. Das Problem liegt zueinem grossen Teil an den Fasern,welche auch Licht im Claddingtransportieren.Das Ergebnis ist ein handlichesGerät mit einer guten benutzerfreundlichenBedieneroberfläche,welches zwei von drei Aufgabengut bewältigt. Eine zusätzlicheÜberarbeitung des Programmteilszur Berechnung der Beugungsmasszahlist für die zuverlässigeMessung von Spezialfasern notwendig.Jonas RohrerKomplettes MessgerätInterner Aufbauti.bfh.ch221

BIBEBUVABSc in MaschinentechnikReinigungssystem für Ink Jet-DruckköpfeMechatronik / Betreuer: Karl-Heinz SelbmannExperte: Felix ScheuterProjektpartner: Polytype SA, FribourgWährend langen Druckperioden lagert sich Tinte am Druckkopf ab, dies beeinträchtigt die Druckqualität.Um eine hohe Druckqualität zu gewährleisten, müssen die Druckköpfe ab und zu gereinigt werden. EineReinigung der Druckköpfe ist auch nach längerer Druckpause, bei Farbwechsel und vor der Einlagerungder Druckköpfe notwendig. Damit der Drucker grössere Aufträge selbständig und ohne Personal erledigenkann, ist ein automatisches und kontaktloses Reinigungssystem zu entwickelnBastian Rothbaschi87@hotmail.comAusgangslage:In einer vorherigen Projektarbeitwurde bereits ein kontaktlosesReinigungssystem entwickelt. DieLebensdauer des Druckkopfeswird durch eine kontaktlose Reinigungerhöht, da keine Krafteinwirkungam Druckkopf entsteht.Nach der Reinigung sollte derDruckkopf wieder einwandfreiDrucken.Ziel:Das in der Projektarbeit ausgewählteKonzept ist in der Thesisarbeitauszuarbeiten. Mit Versuchensoll die Reinigungsfunktionnachgewiesen, bewertet und optimiertwerden. Das Reinigungssystemist an einem Grossformatdruckerder Firma Polytypeaufzubauen und in Betrieb zu nehmen,somit kann das System auchauf die Eignung im industriellenUmfeld getestet werden.Umsetzung:Am Anfang der Arbeit wurden allebenötigten Teile konstruiert. Währendder Fertigungsdauer der Teile,konnte der Drucker eingerichtetwerden. Nach der Inbetriebnahmedes Druckers und des Reinigungssystems,folgten die ersten Versuche.Zuerst beschränkten sich dieVersuche auf das Sprühen desReinigungsmittels. Mit einer Highspeedkamerawurde das Sprühverhaltenvon verschiedenen Düsen,Schlitz- und Lochdüsen, beiunterschiedlichem Sprühdruckund Sprühdauer, aufgezeichnetund ausgewertet. Mit diesen Versuchenwurden die Sprühbedingungenausgewählt: Düse, Sprühdauerund Sprühdruck.Die Reinigung wird mit einem Testdruckausgewertet, vor und nachder Reinigung wird dasselbe MusterGedruckt. Dadurch ist der Erfolgder Reinigung optisch guterkennbar. Das Reinigungsergebniskonnte durch ändern verschiedenerParameter kontinuierlichverbessert werden. Bei leichterenVerschmutzungen funktioniert dasReinigungssystem recht gut. Istder Druckkopf stärker verschmutzt,z. B. wenn über Nachtnicht gedruckt wird, reicht die Reinigungnicht mehr aus. Aus diesemGrund sollte das Reinigungsergebniskontrolliert werden. Fürden Einsatz ohne personelle Überwachungmüsste das Reinigungssystemoptimiert werden. Mit einerIntegrierten Kamera könnte dasReinigungsergebnis kontrolliertund bei unbefriedigendem Ergebnisweitere Reinigungsschritte eingeleitetwerden. Damit wäre einekomplett automatische Reinigungmöglich.Tropfenbildung vor der ReinigungTropfenbildung nach der Reinigung222 ti.bfh.ch

MaschinentechnikBIBEBUVAKonzepterstellung eines Sägeblatt-SpannsystemsMaschinenbau / Betreuer: Christian KobletExperte: Armin HegerProjektpartner: Scintilla AG, 4501 SolothurnDie Robert Bosch GmbH gehört zu den führenden Anbietern von Elektrowerkzeugen in den BereichenIndustrie, Haus und Garten. Eines der angebotenen Geräte ist die Säbelsäge, welche vor allem von Fachprofisfür grobe Arbeiten eingesetzt wird. Ein wesentlicher Bestandteil dieser Maschine ist das Spannsystem,wobei das Versagen dieses, die häufigste Ursache für den Ausfall der Säbelsäge darstellt. In Zusammenarbeitmit der Scintilla AG, einer Tochtergesellschaft der Bosch-Gruppe, sollte ein neuartiges Konzept zumEinspannen des ½"-Universalschaftes, passend für die GSA 1300 PCE, entwickelt werden.AusgangslageIn der Projektarbeit 2 wurdenbestehende Spannsysteme vonBosch sowie anderer erfolgreicherMitbewerber wie auch die Anwendungenund Einsatzgebiete derSäbelsägen analysiert. Weiter wurdenalle Einflüsse auf die Maschine,insbesondere die einwirkendenKräfte ermittelt. Anhand der aufgenommenenDaten wurden dannmehrere Konzepte von möglichenneuen Spannsystemen angefertigt.Nach einer Grobauslegungder drei besten Entwürfe und unterBerücksichtigung von technischensowie wirtschaftlichen Kriterien,wurde dasjenige mit dem bestenPotenzial ermittelt. Dieses dienteals Grundlage und sollte in der Bachelorthesisausgelegt und ausdetailliertwerden.VorgehenDer Rohentwurf aus der Projektarbeit2 wurde zunächst ins CADübertragen und bezüglich Montageund Funktion optimiert. Man definierteBelastungsgrenzfälle, wonachdie Konstruktion mittelsFEM-Analyse auf ihre Festigkeituntersucht und angepasst wurde.Das Spannsystem wurde dannnoch an die gewählten Fertigungsverfahrenadaptiert und für dieseoptimiert. Mittels Kosten-, MassenundToleranzrechnungen brachteman das entwickelte Spannsystemdann noch in Relation mit den bestehendenSystemen.ErgebnisIn dieser Bachelorthesis wurde einSpannsystem entwickelt, welchesden hohen Anforderungen vonBosch entspricht und die gesetztenZiele der Thesis erfüllt. Es isteine Lösung entstanden, welchedas Sägeblatt über seitlich geführteBacken, flächenpressend, einspanntund über einen separatenStift sichert. Die Besonderheit beidiesem System liegt aber in derAnsteuerung dieser Elemente.Diese werden nämlich über eineDrehhülse mit unterschiedlichenKurvensteigungen bedient. Dadurch,dass der Sicherungsstiftautonom verfährt, erhält man einenkürzeren Bedienweg als beiden bisherigen Spannsystemen,was sich direkt in der Baugrösseniederschlägt. Weiter konntedurch geometrische Anpassungender Spannbacken, dem allgemeinbekannten Problem des Sägeblattschaftbruchesentgegengewirktwerden.(Das entwickelte Spannsystembefindet sich in der Abklärung zurPatentanmeldung und darf deshalb,aus Geheimhaltungsgründen,hier nicht abgebildet werden.)Gino Andrea Rovittig.rovitti@hotmail.chBosch GSA 1300 PCE Professionalti.bfh.ch223

BIBEBUVABSc in MaschinentechnikZuführsystem zu Raquette-SpaltmaschineZuführungsbau / Betreuer: Prof. Heinrich SchwarzenbachExperte: Andreas ThülerProjektpartner: ETA SA, 2540 GrenchenIn der Uhrwerkfabrik ETA SA in Grenchen werden Werkkomponenten gestanzt, wärme- und oberflächenbehandelt.Einige Teile werden zudem einer Spaltoperation unterzogen. Die Teilezuführung für den Aufspaltvorgangerfolgt mit einer betriebseigenen Vorrichtung. Am Rand eines Vibrationswendelförderers werdendie Teile zur Übergabe an die Stanzmaschine mit Unterdruck positioniert. Dieses System läuft heute nichtzufriedenstellend und führt zu zahlreichen Produktionsunterbrüchen. Im Rahmen dieser Bachelor Thesiswurde ein Vibrationswendelföderer konzipiert, welcher ein stabiler Prozess ermöglicht.Christian SchallerAusgangslageIn der vorangehenden Projektarbeit2 wurden die marktüblichenSysteme analysiert und bewertet.Zusätzliche wurden Eigenkonzeptekonzipiert und diese auf ihreRealisierung geprüft. Das favorisierteKonzept soll nun in Formeiner Prototyplösung, welche dieProzessstabilität des Zuführensder Teile zur Spaltmaschine gewährleistet,realisiert werden.Vorgehen/FunktionEs zeigt sich, dass sich die Auswahlfür das optimale Lösungsprinzipnur mit empirischen Wertenermitteln lässt. Das Bewertender ausgewählten Lösungsvariantenerfolgte somit parallel zu derenUmsetzung nach dem trial anderror Prinzip. Somit konnten diejeweiligen Teillösungsprinzipiennach den jeweiligen Versuchenrealistisch bewertet werden. Eswurden mechanische Sortierelementeund pneumatische Vorrichtungenkonzipiert, welche die korrekteLageposition der Teile beimVerlassen des Vibrationswendelförderessicherstellen. Das Detektierender Teile erfolgt in der PickZone der linearen Endschiene desFörderers. Das Erfassen wird mittelseines Vakuumsensors getätigt.Von der Pick Zone werden dieTeile über einen UNIMEC Ladermittels Vakuum abgenommen undzur Spaltvorrichtung befördert.Das Testen des Vibrationswendelfördererserfolgte auf der betriebsinternenTestanlage. Auf dieserkonnten sämtliche Zyklen derverschiedenen Arbeitsschrittegetestet werden. Diese Ergebnissekonnten somit unter denselbenBedingungen ermittelt werden,wie diese auch in der Produktionvorherrschen. Die dazu benötigteBeckhoff Steuerung wurde geschriebenund getestet. Der Verlaufdes Arbeitsverhaltens ist nachden internen Vorgaben in einemProtokoll für das Arbeitsverhaltenbeurteilt und dokumentiert.ResultatIm Rahmen der Bachelor Thesiskonnte ein Vibrationswendelfördererkonzipiert, realisiert und getestetwerden, welcher das geforderteBearbeitungsvolumen von25Stk./min erfüllt. Somit kann dasnach Anforderungsliste geforderteBearbeitungsvolumen im gefordertenZeitrahmen abgearbeitetwerden. Die Dokumentation enthältalle fertigungsrelevanten Informationen.224 ti.bfh.ch

MaschinentechnikBIBEBUVALeckage- und VerbindungsprüfungEnergietechnik / Betreuer: Prof. Beat Engeli, Dr. Martin TreiberExperte: Dr. Rudolf BauerProjektpartner: Alstom (Schweiz), BirrZur Weiterentwicklung Ihrer Grossgasturbinen betreibt die Firma Alstom ein Testzentrum. Sensoren messenwährend dem Betrieb die Parameter in der Turbine. Zu den wichtigsten erfassten Daten gehört der Druck.Die Drucksensoren befinden sich nicht direkt in der Turbine. Vom Ort der Messung führt immer eine Leitungzu den Sensoren. Diese Leitung kann aus mehreren Teilstücken bestehen und zusammengesetzt 30 Meterlang sein. Das entwickelte Gerät stellt sicher, dass die Leitung dicht ist und auf den richtigen Sensor führt.AusgangslageIn mehreren vorhergehenden Projektarbeitenist ein Gerät entstanden,das die Druckleitungen mitStickstoff füllt und den Druck inder Leitung aufzeichnet. Das Gerätschliesst an die Leitung an derStelle an, wo diese aus dem Turbinengehäuseaustritt. Am anderenEnde der Leitung zeichnen diefest installierten Sensoren denDruck auf. Bei der Übernahme derArbeit, war das Gerät bereits inder Lage einen Verschaltungstestdurchzuführen. Das heisst festzustellen,ob für die angeschlosseneLeitung der richtige, fest installierteDrucksensor einen Druckanstiegregistriert. Zudem konntedas Programm bereits den Druckabfallaufzeichnen und dokumentieren.Jedoch war das Gerät nochnicht voll einsatzfähig, weil die interneLeckage noch zu gross warund das steuernde Programmnoch keine genaue Auswertungdurchführt.ZielDas Ziel dieser Thesisarbeit ist es,das bereits existierende Gerät zuverbessern. Ein Fokus liegt dabeiin der Minimierung der Leckage,die das Prüfgerät hat. Mehrerenoch nicht umgesetzte Funktionensollen die Steuerung ergänzen.Zum Beispiel soll das Programmnach möglichst kurzer Zeit und mithoher Zuverlässigkeit bestimmen,ob die Leitung dicht genug ist.Weiter soll das Gerät Gewicht verlierenund an Kompaktheit gewinnen.UmsetzungIm ersten Teil der Arbeit ist mitMessungen bestimmt worden, wiesich der Druck in der Leitung nachdem Füllvorgang verhält. Die Messungenerfolgten mit verschiedenenLeitungslängen, Leitungsmaterialienund auf mehrerenDruckniveaus. Es ist nachweisbar,dass der Druck sich in den erstenSekunden aufgrund von Temperangleichungennoch verändert.Die Kenntnisse über diese Effektehelfen, die Messung nach möglichstkurzer Zeit abzuschliessen.In einem weiteren Schritt erfolgtenÄnderungen an der Architekturdes Gerätes. Die Anzahl der eingebautenVentile ist kleiner als zuvorund ein Teil der alten, durchMagnetspulen betätigten Ventile,ist mit pneumatisch angetriebenenVentilen einer höheren Dichtigkeitsklasseersetzt. Die Leckagenahm aufgrund der Umbauarbeitenab und liegt jetzt auf einemakzeptablen Niveau. Die pneumatischenVentile erwärmen, im Gegensatzzu den vorher eingesetztenMagnetventilen, die Luft nichtund führen zu keiner Verfälschungder Messung. Das Gewicht desGerätes reduzierte sich leicht. AmEnde der Arbeit sind Ideen entstanden,die das Gewicht weiterreduzieren könnten.Simon Schärsimon-schaer@bluewin.chti.bfh.ch225

BIBEBUVABSc in MaschinentechnikAnbauraum Stelzentraktor OhardProduktentwicklung / Betreuer: Prof. Christian KobletExperte: Dr. Armin HegerProjektpartner: Hinterland International AG, 6152 HüswilDie Hinterland International AG entwickelt, produziert und vertreibt Geräteträger für Sonderkulturen. Gegenwärtigwird mit dem Ohard ein Spezialtraktor für den Weinbau entwickelt. Der Ohard ermöglicht demBenutzer zwischen den Reben zu fahren. Durch hydraulische Stützen kann er sich unterschiedlichen Hangneigungenanpassen. Um verschiedene Bodenbearbeitungen durchzuführen, wurde im Rahmen dieserBachelor-Thesis ein System entwickelt, welches am Traktor angebaut werden kann.Michael Schorischori.m@bluewin.chAusgangslageIn einer vorangegangenen Projektarbeitwurden die Rahmenbedingungenfür die Bachelor-Thesisfestgelegt. Um die Arbeitsgeräte amTraktor anzubauen, sollte ein Geräteträgerentwickelt werden, welchermit dem Ohard gekoppelt werdenkann. Durch die enge Zusammenarbeitmit der Hinterland InternationalAG wurde eine praxisgerechteKonstruktion gewährleistet.Vorgehen/FunktionDa die Anbaugeräte vorwiegend derBodenbearbeitung dienen und dieRebenabstände im Weinbau meiststark variieren, musste eine Vorrichtungkonstruiert werden, welcheeine Breitenverstellung ermöglicht.Um die Bearbeitungstiefe einzustellenund eine Strassenfahrt zu ermöglichen,wurde zusätzlich einHubsystem entwickelt. Die Breitenverstellungerfolgt über zwei Verschiebeeinheiten.In diesen sindDer OhardKomplettes Systemjeweils zwei Zahnstangen gegenüberliegendangeordnet. Durch einenHydraulikmotor, welcher dieZahnräder antreibt, werden dieZahnstangen gegeneinander verschoben.Die beiden Verschiebeeinheitensind über eine Kette miteinanderverbunden. So ist nur einHydraulikmotor notwendig und einVerkanten der Profile wird vermieden.Das Hubsystem wird an denTrägern des Traktors befestigt. DieHöhenverstellung erfolgt über eineParallelführung mit zwei Zylindern.Dadurch, dass die beiden Hubsystemseitenmiteinander verbundensind, wird ein paralleler Hub gewährleistet.Damit der Geräteträgerdemontierbar ist, wurde ein geeignetesKoppelsystem entwickelt. AmHubsystem befinden sich dazuSchlitzplatten und Lochplatten.Über drei Bolzen, welche sich amGeräteträger befinden, wird die Verbindunghergestellt. Damit sich derGeräteträger den unterschiedlichenGeländen anpassen kann, ist er umseine Hauptachse schwenkbar gelagert.Die Bodenanpassung erfolgtüber Tasträder. Da die einzelnenArbeitsgeräte unterschiedlicheKräfte verursachen, wurden diverseTabellen mit den auftretenden Bodenbearbeitungskräftenerstellt.Der Benutzer muss somit selberentscheiden, welche Gerätekombinationenzulässig sind, damit dieBauteile nicht überlastet werden.ResultatIn der Bachelor-Thesis wurde dieGrundlage für den Bau eines Prototypsgelegt. Anhand der erstelltenCAD-Daten können die Fertigungszeichnungenfür die Bauteile erstelltwerden. Die Dokumentation beinhaltetalle fertigungsrelevanten Informationen.226 ti.bfh.ch

BSc in MaschinentechnikBIBEBUVAAntrieb zu progressiver FahrzeuglenkungMechatronik / Betreuer: Prof. Roland HungerbühlerExperte: Dr. Dietmar KramerProjektpartner: Inevotec GmbH, AegertenDie Sicherheit im Strassenverkehr gewinnt zunehmend an Bedeutung. Wir sind dafür verantwortlich undmüssen dazu beitragen, Unfälle zu verhindern. Eine progressive Fahrzeuglenkung kann die Sicherheit imStrassenverkehr erhöht. Die heutigen Autolenkungen sind so gebaut, dass sie einen Kompromiss zwischenKomfort und Lenkkraft darstellen. Das Konzept für eine progressive Autolenkung, die jeglichen Komfort füralle Fahrerinnen und Fahrer bietet, dabei keine Kompromisse bei der Lenkkraft eingeht und zudem nochdie Sicherheit im Strassenverkehr erhöht, ist das Thema dieser Thesis.ZielEine neue Grundidee einer Fahrzeuglenkungmit frei programmierbarerÜbersetzung ist im Rahmeneiner Thesis umzusetzen. Dazu istein Funktionsmuster als Labormodellzu konzipieren und aufzubauen.Das Labormodell setzthinterlegte Übersetzungen mitProgression umsetzen um. Damitkann der Fahrbetrieb in einemFahrzeug simuliert werden.GrenzenDas Labormodell zeigt die Grenzender Progressivität auf und gibteinen Vergleich zu den heutigenLenksystemen. Das Funktionsmusterwird das Fahrgefühl in einemFahrzeug nicht wiedergebenkönnen.ResultatDas Labormodell erfüllt die gefordertenAnsprüche. Messungenmittels Messlenkrad und Wegsensorhaben gezeigt, dass die Funktionalitätund Machbarkeit derneuen Lenkung umsetzbar ist. DieKonstruktion gibt eine feinfühligehaptische Rückmeldung an denLenker.Daniel Schranzschranz@gmx.chProgressive Lenkübersetzungti.bfh.ch227

BIBEBUVABSc in MaschinentechnikTriSha Neigetechnik und SteuerungMaschinentechnik / Betreuer: Prof. Dr. Kenneth J. HuntExperte: Dr. Rudolf BauerProjektpartner: Institute for Rehabilitation and Performance TechnologyAufgrund des enormen Anstiegs des weltweiten CO2-Ausstosses und einer drohenden Verknappung vonfossilen Brennstoffen, erhalten Transportmittel wie elektrisch unterstützte Fahrräder immer grössere Bedeutung.Diese bieten eine hervorragende Alternative im Nahverkehr und besitzen vielfältige Einsatzmöglichkeiten.Diese Möglichkeiten sollten auch älteren Leuten oder Personen mit Gleichgewichtsproblemenzur Verfügung stehen.Christian SiegenthalerAusgangslageZum Transportieren von kleinenLasten oder Einkäufen sind vieleLeute schon auf kurzen Streckenauf ein Auto angewiesen. Sie könnendies Aufgrund von körperlichenEinschränkungen nicht miteinem Fahrrad oder zu Fuss erledigen.Auf Grund dieser Erkenntnisseentstand die Idee ein elektrischBetriebenes Dreirad mit einerspeziellen Neigetechnik zu entwickeln.In mehreren vorangehendenProjektarbeiten wurde amIRPT (Institut for Rehabilitation anPerformance Technology) derBFH-TI ein Prototyp für ein solchesDreirad erstellt. Dieser konnte bereitsausgiebig getestet werden,wobei einige Mängel in der Benutzungerkannt wurden, welche nunbehoben werden müssen.ZielDie Hauptaufgaben dieser Diplomarbeitwaren, die Neigetechnikdes Versuchsaufbaus zu überarbeitenund diesen zudem mit einemleistungsstärkeren Antriebauszurüsten. Der Generator, welcherfür die Energierückgewinnungzuständig war, soll durcheinen regulierbaren Motor ersetztwerden. Zudem musste auch diebestehende Geschwindigkeitsregulierung,welche über die Trittfrequenzgesteuert wird, an den neuenAntriebsaufbau angepasstwerden.VorgehenNach erhalten der Zielvorgabewurde als erstes ausgiebig recherchiert,wie die Probleme der bestehendenNeigetechnik behobenwerden könnten. Nach diesen Recherchenwurden verschiedeneKonzepte erstellt und miteinanderverglichen. Das Konzept mit demgrössten Potenzial, in welchem dieFederung mit Gasdruckfedern realisiertund zusätzlich eine flexibleRadaufhängung vorgesehen wird,wurde anschliessend konstruktivausgearbeitet und am Prototypumgesetzt. Gleichzeitig wurdenneue Komponenten für den Antriebausgelegt. Nach dem Umbauenund Testen der Neigetechnikund einigen kleinerenNachbearbeitungen, wurde dieAntriebseinheit umgebaut. NachAbschluss der Montagearbeitenwurden als letztes noch die Elektronikund die Programmierungdes Mikrocontrollers angepasst.Für die Neuimplementierung derRegelung fehlte jedoch die Zeit.ErgebnisseWie gewünscht konnte die Neigetechnikoptimiert werden. Durchden Einbau von Gasdruckfedernund einer flexiblen Radaufhängungwird ein angenehmes Fahrgefühlerreicht. Auch der Umbauder Antriebseinheit war ein Erfolg,da mit dem Dreirad nun auch grössereSteigungen problemlosüberwunden werden können. DieRegelung des Drehmomentes anden Pedalen konnte realisiert werden,ist jedoch noch verbesserungswürdig.Auch im Bereich derGeschwindigkeitsregelung ist sichernoch viel Potential vorhanden.Das Dreirad lässt sich aberrelativ gut mit den bestehendenEinstellungen fahren.CAD- Entwurf TriSha228 ti.bfh.ch

BSc in MaschinentechnikBIBEBUVAEntwicklung einer elektrischen QuerpresseinheitMechatronik / Betreuer: Markus ZimmermannExperte: Peter KnobelProjektpartner: Osterwalder AG, LyssSind präzise und hochkomplexe Bauteile in hohen Stückzahlen gefordert, so können diese mittels Pulverpressenwirtschaftlich hergestellt werden. Der aktuelle Trend in der Pulvermetallurgie distanziert sich vonhydraulischen Antrieben und geht hin zu Elektroantrieben. Die stark tiefere Leistungsdichte von Elektroantriebenstellt die Hersteller von Pulverpressen vor grosse Herausforderungen. Bei gleichbleibendemBauraum müssen Pressen entwickelt werden, welche die gewohnt hohe Produktionsleistung und Qualitätsicherstellen.ProblemstellungDie Osterwalder AG in Lyss entwickeltund fabriziert Pulverpressen.Für das Herstellen von Sinterteilenmit Hinterschneidungenoder Querlöchern benötigt dieMaschine zusätzliche Module, die90° zur Hauptpressrichtung angeordnetsind. Diese sogenanntenQuerpressmodule werden heutehydraulisch betrieben. Aufgrundvon neuen, rein elektrischen Pulverpressenentstand das Bedürfnis,die Querpresseinheit ebenfallselektrisch zu betreiben. Die Notwendigkeiteines Aggregats entfälltdadurch. Zudem ist die Regelungder Elektromotoren um einVielfaches besser als die eineshydraulischen Antriebs.QuerpressmodulZielsetzungZiel war es, eine elektrisch betriebeneQuerpresseinheit zu entwickeln,welche die bisherige hydraulischeLösung ersetzt. ImRahmen der Bachelorthesis wurdenverschiedene Konzepte verglichenund weiterentwickelt. Dievielversprechendste Variante wurdedanach ausgewählt und detailliert.ErgebnisDie ausgearbeitete Variante derQuerpresseinheit übersetzt dieKraft mittels Hebelgelenk auf eineSpindel. Angetrieben wird dieSpindel über einen Schrittmotor.Dank dem exponentiellen Übersetzungsverhältnisist die Einheitfähig, auf kleinstem Raum hoheKräfte zu erzeugen und dennochdie hohen Verfahrgeschwindigkeitenbereitzustellen.Der erarbeitete Entwurf erfüllt bisauf wenige Einschränkungen alleAnforderungen. Der modulare Aufbauder Querpresseinheit erlaubtes, die Anzahl an Achsen frei zu Michael Sollbergerdefinieren. Die Einheit kann eine michael_sollberger@hotmail.comLängsverschiebung bei gleichzeitigerQuerverschiebung ausführen.Dies war mit dem bisherigenModul nicht möglich. Die Lagerstellenund Führungen sind so gewählt,dass sie die Regelung minimalbeeinträchtigen. Erreichtwurde dies, indem ein kleinstmöglicherUnterschied zwischen HaftundGleitreibung sowie eine möglichstspielfreie Übersetzungangestrebt wurde. Mit dem eingesetztenSchrittmotor können Positionenim Mikrometerbereich angefahrenwerden. Aufgelöst wirdder Presshub über ein Längenmesssystemdirekt am Stempelhalter.Die Produktionskostenkonnten gegenüber dem hydraulischenModul um 1000 CHF gesenktwerden. Grund dafür ist derhohe Anteil an Ankaufsteilen.Trotz einer durchschnittlich fünfmaltieferen Leistungsdichte derElektrik gegenüber der Hydraulik,konnte eine kompakte und funktionsfähigeQuerpresseinheit entwickeltwerden, die in die Pulverpresseeingebaut werden kann.ti.bfh.ch229

BIBEBUVABSc in MaschinentechnikOptimierung eines HydrozyklonesMaschinentechnik / Betreuer: Lukas MoserExperte: Dr. Tobias KockelFür das Projekt greenCarb werden seit einigen Jahren an der Berner Fachhochschule Anlagen entwickelt,welche Biomasse mittels hydrothermaler Karbonisation (HTC) oder Pyrolyse in Kohle umwandeln. Als Produktaus dem HTC-Reaktor entsteht ein Kohleschlamm. Nach einer Filterung, die das Grobgut abtrennt,erhält man eine Suspension aus Wasser und feinsten Kohlepartikeln. Um diese Partikel abzuscheidenwurde eine Versuchsanlage mit einem Hydrozyklon gebaut. Die Abscheideleistung dieser soll mittels Simulationenverbessert werden.Nils TrachselDer Hydrozyklon gehört zu denFliehkraftabscheidern und wirdindustriell eingesetzt um Feststoffpartikelaus Suspensionen abzuscheiden.Durch den tangentialenEinlauf wird das Aufgabegut ineinem abwärtsgerichteten Wirbelin den konischen Teil geleitet. Inder Verengung des Querschnittswird Fluid nach innen verdrängtwo sich ein zweiter, aufwärtsgerichteterWirbel bildet, der durchden Oberlauf austritt. Durch die inden Wirbeln auftretenden Fliehkräftebewegen sich Partikel zurZyklonwand und werden durchden Unterlauf ausgetragen. DieGeometrie und Betriebsparameterwie Druckabfall oder Volumenstrombeeinflussen dabei Kennwertewie die Grösse der kleinstenabgeschiedenen Partikel und dieMassenverteilung.Die aus dem HTC-Verfahren entstehendeSuspension wurde bisherentweder direkt der Kanalisationzugeführt oder noch gelagert.Mit Hilfe eines Hydrozyklons sollder Anteil an Feststoff im Wassererhöht werden, um eine Trocknungrentabel zu machen.suspension liegt. Um aufwändigeUmbauten und Versuchsreihen zuvermeiden, soll der Trennvorgangdurch numerische Strömungssimulation(CFD) simuliert und optimiertwerden.Die Strömungszustände in einemZyklon sind sehr komplex und instationär,um dies korrekt abzubildenwird mit Turbulenzmodellenhöherer Ordnung (LES) in Zeitschrittensimuliert. Der Rechenaufwandund die Berechnungszeitwerden dadurch sehr gross. DieStrömungen reagieren sehr sensibelauf Veränderungen der Randbedingungen,genaue Ergebnissesind nur mit genauen Vorgabenerreichbar.Um die Ergebnisse mit Messungenüberprüfen zu können, wurdenmit einer ProbesuspensionVersuchsreihen durchgeführt andenen die Betriebsparameter undPartikelverteilungen ermittelt wurden.Die Drücke und Volumenströmeder kontinuierlichen Phasekonnten validiert werden. Der Abscheidevorgangder Partikel unddie Grössenverteilungen werdenvom angewendeten Diskretphasenmodellaber nicht korrekt dargestellt.Durch die Erfahrungen aus denSimulationen und dem Vergleichmit Mess- und Literaturdaten wurdedie gesamte Anlage überarbeitet.Änderungen an den Armaturenführten bereits mit derbestehenden Anlage zu erheblichenVerbesserungen. Mit dengemachten Konstruktionverschlägenzur optimierung der Geometriewird ein zweites Funktionsmusterhergestellt. Dieses sollzusammen mit einer neuen Pumpedie einen grösseren Einsatzbereichermöglicht als Grundlage fürweitere Optimierungen dienen.Porträt fDie Geometrie des Versuchszykloneswurde mit empirisch ermitteltenFormeln aus der Literaturausgelegt. Eine erste Versuchsreihezeigte, dass die Feststoffkonzentrationam Unterlauf nurunwesentlich über der Aufgabe-230 ti.bfh.ch

BSc in MaschinentechnikBIBEBUVAEntgratung von gesinterten KeramikspritzgussteilenProduktentwicklung / Betreuer: Dipl. Ing. Giuliano SoldatiExperte: Felix ScheuterProjektpartner: SPT, LyssDie SPT Roth-Gruppe fertigt in Lyss, in den USA und in Asien mit dem Verfahren des MikrospritzgiessensPräzisionswerkzeuge sowie andere komplexe Teile in technischer Keramik.Die Feinkeramik liefert heutzutage erstklassige Lösungen für schwierige technische Herausforderungen, diemit herkömmlichen Werkstoffen nicht erreicht werden können. Dank der guten Reproduzierbarkeit derFertigungsprozesse können Teile aus diesem vielseitigen Werkstoffe auf wirtschaftliche Weise in komplexerFormen und in grossen Mengen hergestellt werden.AusgangslageDie Produktion von Präzisionswerkzeugenin Keramik stellt hoheAnforderungen an die Qualität. Teilemit optischen Auffälligkeiten, wieKratzer, Graten, Einschlüssen oderAbplatzungen werden vom Kundennicht akzeptiert. Dies machtzum Teil auch bei einem Verfahrenwie dem Spritzgiessen gewisseNacharbeitsprozesse notwendig.Ein regelmässig auftretender Fehlerbei gespritzten Teilen sind Gratean der Trennebene. Sie werdendurch zunehmenden Werkzeugverschleissin der Serienfertigungbegünstigt. Nach dem Sinternbleiben dadurch feine und vonHand meist leicht zu entfernendeSchwimmhäute zurück. Da dasmanuelle Entfernen dieses Fehlershöchst unwirtschaftlich ist und dieheute eingesetzten maschinellenMethoden bei Teilen mit sehr kleinenGeometrien nicht genügendeffizient sind und filigrane Teile sogarbeschädigt können, wird nachgeeigneten Alternativen gesucht.ZielZiel dieser Thesisarbeit war es,einen Prozess zu entwickeln, mitwelchem Grate und Schwimmhäutean gesinterten Keramikteilenbeliebiger Geometrie wirtschaftlichentfernt werden können. Derneue Entgratungsprozess deckteine grosse Vielfalt der Keramikteileab und ist so ausgelegt,dass eine Automation der Anlagein einem nächsten Schritt realisiertwerden kann. Die wirtschaftlichsteund technisch beste Lösung wirdanschliessend dem Kunden präsentiertUmsetzungFür die auf den Kunden ausgerichteteLösung, wurden aufgrund vonAnalysen zwei Bearbeitungsprozessedefiniert. Mit den verschiedenenProzessen wurden praktischeTests durchgeführt. DieResultate wurden analysiert undausgewertet.ErgebnisMehrere Testdurchgänge zeigen,dass die beiden gewählten Entgratungsprozessedie Erwartungendes Kunden vollumfänglicherfüllen.Der eine Prozess überzeugt miteiner optimalen Entgratung derSpritzgussteile ohne Oberflächenverletzungund Kontamination mitMetall oder Ähnlichem. Der Prozessist einfach zu bedienen undkostengünstig. Die Grate werdenmechanisch entfernt.Der andere Prozess besticht mitseiner Einfachheit. Die Grate undSchwimmhäute werden durchthermische und chemische Einflüsseentfernt.Um die Wirtschaftlichkeit der Prozessebeurteilen zu können wurdeeine Investitionsrechnung durchgeführt.Am Ende wurde der Firma SPTeine Lösung präsentiert, die diegestellten Anforderungen technischwie auch wirtschaftlich ambesten erfüllt.Winh Truongwinh.truong@gmx.netAnsicht Zahnbracket ohne Grat undSchwimmhautVorderansicht ZahnbracketZahnbracket mit Grat und Schwimmhautti.bfh.ch231

BIBEBUVABSc in MaschinentechnikEntwicklung einer TrainingsplattformProduktentwicklung / Betreuer: Prof. Dr. Kenneth J. HuntExperte: Dr. Rudolf BauerProjektpartner: Institut für Rehabilitation und Leistungstechnologie, BFH TI BurgdorfUm sich gezielt zu bewegen, braucht der Mensch viele verschiedene Fähigkeiten. Selbst einfache Bewegungenkönnen nur durch ein Zusammenspiel von kognitiven, konditionellen und koordinativen Fähigkeitengeschehen. Diese Fähigkeiten sind trainierbar und hängen stark von den körperlichen Voraussetzungen ab.Im Verlauf einer Rehabilitation müssen die verlorenen Fähigkeiten wieder trainiert werden. Vibrationstrainingund Gleichgewichtsübungen haben in der Rehabilitation von Verletzungen der unteren Extremitäten einenhohen Stellenwert erlangt.Rolf von Ballmoosrolfvonballmoos@bluewin.chAusgangslageDie Bewegungsabläufe im Körpersind oft viel komplexer, als sich dasviele von uns vorstellen können. DerMensch braucht viele Fähigkeiten,um eine gezielte Bewegung auszuführen.Diese Bewegungen geschehenbei gesunden Menschen meistunbewusst. Bei Verletzungen könnenplötzlich einfachste Tätigkeitennicht mehr ausgeführt werden. Sinddabei Bänder und Gelenke betroffen,welche für die Stabilisation desKörpers zuständig sind, kann dasverheerende Folgen haben. DieseVerletzungen werden meist durchOperationen und anschliessendePhysiotherapie kuriert. Die Physiotherapiekann sich je nach Verletzungüber mehrere Monate hinziehen.Um diese Zeit zu verkürzenund die kognitiven, konditionellenund koordinativen Fähigkeitenschneller wieder zu erlangen, wirdvermehrt auf Vibrations- undGleichgewichtstraining gesetzt.UmsetzungDas ausgewählte Konzept basiertauf dem Kippen der Standplatteüber zwei, um 90 Grad versetzteAchsen. Die Standplatte wirddurch zwei Motoren via Kurbelzapfenund Stössel in Schwingungversetzt. Die beiden Motoren, sowiedie Lagerungen und Stösselhalterungenbefinden sich auf einerArt Gondel, welche im innerenRahmen aufgehängt ist. DieseAufhängung ermöglicht das Kippenüber die erste Achse. Der Innenrahmenwird in einem weiterenRahmen gelagert. So erfolgt dasKippen über die zweite Achse. Ander Standplatte befinden sich diebeiden Stössel, welche beim Zusammenbaudirekt auf den Kurbelzapfenzu liegen kommen. Umdie Sicherheit der Anwender zugewährleisten, musste die Trainingsplattformmit Schutzblechenund Abdeckungen versehen werden.ErgebnisAls Resultat entstand ein Trainingsgerät,welches eine Vibrationsplattformmit einer Gleichgewichtsübungkombiniert. DieTrainingsfrequenzen können direktüber die Drehzahl der Motoren gesteuertwerden. Die Motoren könnensynchron, wie auch gegengleichdrehend betrieben werden.Das Trainingsgerät bietet die Möglichkeitstochastische Schwingungenzu erzeugen, was nur bei wenigenProdukten auf dem Markt zufinden ist. Die verschiedenen Artenvon Vibrationen haben unterschiedlicheEinflüsse auf die Effizienzdes Trainings. Die Amplitudeder Schwingung beträgt 10 Millimeterund die maximale Frequenz75 Hz. Der Schwierigkeitsgrad derGleichgewichtsübung kann übereinen Verstellmechanismus demKönnen des Benutzers angepasstwerden.232 ti.bfh.ch

BSc in MaschinentechnikBIBEBUVAAusknöpfen von NietverbindungenMaschinentechnik / Betreuer: Beat SchmiedExperte: Felix ScheuterProjektpartner: CADFEM Suisse AG und IndustriepartnerAusknöpfen von mechanischen Verbindungsmitteln (Nieten, Schrauben etc.) beschreibt die Versagensart,bei der sich aufgrund reiner Zugbeanspruchung das zu verbindende Material soweit elastisch und plastischverformt, bis es über den Kopf des Verbindungsmittels rutscht.Der Industriepartner möchte den von Eurocode 3 vorgeschriebenen, experimentellen Nachweis der Ausknöpffestigkeitbei tragenden Strukturen mittels durch Versuche verifizierten FEM-Simulationen effizientergestalten.AusgangslageAusgangslage:Das Regelwerk für Stahlkonstruktionenim Bauwesen, der Eurocode3, bildet die Grundlage zurAuslegung von tragenden Strukturen.Zur Ermittlung der Grenzzugkraftfür Ausknöpfen schreibtder Eurocode 3 vor, dass diesdurch einen experimentellenNachweis zu erfolgen hat.Da einexperimenteller Nachweis aufwändigund kostenintensiv ist, gab derIndustriepartner bis anhin denFestigkeitsnachweis bei einem externenIngenieurbüro in Auftrag.Dieses hat die Ausknöpffestigkeitmittels FEM-Simulationen imHook’schen (elastischen) Bereichder Komponenten ermittelt. DerIndustriepartner möchte nun denNachweis intern führen.Ziel dieser Thesis war, Grundlagenfür FEM-Simulationen im elastischenund plastischen Bereich derKomponenten für die Nachweisführungzu erarbeiten und durchVersuche zu verifizieren.Vorgehensweise:Zusammen mit dem Industriepartnererfolgte die Definition der Versuchsreihen(4 Niettypen mit 3Stahlblechdicken). Die Zugprobengeometrieund Einspannvorrichtungentsprachen dem Versuchsaufbaunach Klee/Seeger.Für die Simulation ist die Geometriedes gesetzten Niets durch Vermessenvon erzeugten Schliffbildernnachmodelliert worden. Fürplastische Berechnungen benötigtdas FEM-Programm ANSYS-Workbench zusätzlich die Fliesskurvendes entsprechendenWerkstoffs. Die Fliesskurven derverwendeten Stahlbleche warendurch Normzugversuche zu ermitteln.Zur Verifizierung der Simulationsind auf der Zugmaschine dieKraft-Weg-Verläufe aufgenommenworden. Durch Vergleichen derErgebnisse der Versuche mit denender Berechnungen waren diesensitiven Parameter in der Simulationzu evaluieren.Ergebnisse:Die aus dem Normzugversuch beiverschiedenen Blechdicken, jedochgleichem Werkstoff, ermitteltenFliesskurven ergaben unterschiedlicheVerläufe. Aus diesemGrund ist für die Simulation dasMaterialmodell in Abhängigkeitder Blechdicke zu wählen.Dankunterschiedlichen Versagensarten(Schaftbruch und Ausknöpfen amSchliesskopf) bei verschiedenenBlechdicken im Zugversuch sindwichtige Versuchsdaten zur Verifizierungder Simulationen gewonnenworden.Mit der Simulation konnte dasnichtlineare Materialverhalten gutnachgestellt und durch eine Sensitivitätsanalyseoptimal an denVersuch angenähert werden. DasVersagenskriterium in der Simulationwurde wie folgt definiert:Überschreitet die berechneteplastische Vergleichsdehnung amStahlblech, die aus der Fliesskurveermittelten plastischen Gleichmassdehnung,ist die Grenzzugkraftfür das Ausknöpfen erreicht.Lukas Wedersakulredew@gmail.comFEM-Simulation plastische Vergleichsdehnungti.bfh.ch233

BIBEBUVABSc in MaschinentechnikModularer M-Robot – Ansteuerung des RobotersModularer M-Robot – Ansteuerung des Roboters / Betreuer: Prof. Roland HungerbühlerExperte: Prof. Dietmar KramerMit dem M-Robot will der Fachbereich Maschinenbau der Berner Fachhochschule einen modular aufgebautenRoboter präsentieren. Durch den modularen Aufbau kann der Einsatz des Roboters beliebigangepasst oder erweitert werden. Der mobile Roboter wird als Werbeobjekt an Informationsveranstaltungenund Ausstellungen aufgestellt. Der M-Robot hat die Aufgabe Getränke zu servieren.Christian Wegmüllerch.wegmueller@gmail.comZielDer Roboter besteht aus verschiedenenTeilsystemen, welche überCAN Kommunizieren. Des einendie Navigation welche die aktuellePosition liefert, der Antrieb welchermit Geschwindigkeitsvorgabenangesteuert wird, dasHandling welches auf Befehl verschiedeneGreifaktionen durchführt.All diese Teilsysteme müssendurch einen Hauptrechnerangesteuert werden. Der Hauptrechnerist somit das Gehirn desRobotersSystemaufbauDie Teilaufgaben werden auf vierMikrocontroller und einen Hauptrechnerverteilt. Beim Hauptrechnerhandelt es sich um einen leistungsstarkenIndustrie PC (IPC).Der IPC hat genügend Rechenleistungfür zukünftige Eurobotaufgaben,wie beispielsweise dieBildverarbeitung. Die Kommunikationzwischen den Teilkomponentenerfolgt via CAN-Bus. Die Getränkebestellungenund dieAnsteuerung des IPCs erfolgenüber WLAN. Basierend auf derVorgabe wurde die Steuerung vomIPC im Visual Studio mit C# programmiert.RealisierungDie Steuerung wartet nach der Initialisierungauf einen Servierauftrag.Sobald dieser eingetroffenist, berechnet der IPC die Fahrroutezum gewünschten Getränk. DerIPC stellt Anfragen nach der aktuellenPosition, welche vom NavigationNodebeantwortet werden.Das NavigationNode holt die Informationenaus der Odometrie, demUltraschall und dem LaserNavigationSystem(LNS) und wertet dieInformationen vor der Weitergabeaus. Der IPC berechnet die zu fahrendeStrecke und sendet Geschwindigkeitsvorgabenan dasDriveSystem. Durch den Vergleichder aktuellen Position mit derSOLL-Position erfolgt die Fahrkontrolle.Bei einer Abweichung vomFahrkurs wird eine Fahrregelungaktiv, welche die Geschwindigkeitsvorgabender Antriebsräderanpasst. Um das NavigationNodezu justieren, fährt der Roboter aneinen Positionierkegel. Die genauenKoordinaten und die Ausrichtungwerden vom IPC an das NavigationNodegesendet. Sobaldder Roboter seine Position erreichthat, kommt das Handling zumZuge. Der IPC gibt den Fahrbefehlzur Servierstelle um das Getränkzu servieren. Der Roboter kannjederzeit auch manuell bedientwerden.Teilsystem Hauptrechner234 ti.bfh.ch

BSc in MaschinentechnikBIBEBUVARegelung eines RC-HelikoptersMaschinentechnik / Betreuer: Prof. Dr. Kenneth James HuntExperte: Felix ScheuterProjektpartner: Institute for Rehabilitation and Performance TechnologyIn der heutigen Zeit wird der Einsatz von Drehflüglern dank fortschreitender Technik immer vielfältiger. VerschiedeneTypen von RC-Helikoptern, wie Singlerotor-, Koaxial-Helikopter oder die Quadrokopter, stehenim Einsatz. Alle diese Helikopter besitzen meistens vier Freiheitsgrade, die mit einer Funkfernsteuerunggesteuert werden. Der Pilot übernimmt die Positionserfassung, Steuerung sowie die Regelung dieser Achsen.Mit der heutigen Technologie besteht die Möglichkeit, dass der Helikopter von einem Computer gesteuertund geregelt wird. Dies wird die Vision der Thesisarbeit sein.AusgangslageIm Rahmen der vorangegangenenProjektarbeit wurden zwei Koaxialhelikopterausgewählt, damitanschliessend ein Vergleich dererstellten Regelungen möglich ist.Diese zwei Helikopter unterscheidensich vor allem in der Grösse.Der Sensor für die Pitchache wurdebereits in Betrieb genommen,es ist ein barometrischer Drucksensor.Eine abschliessende Regelungwurde für die Pitchachsedes ersten Helikopters implementiert,welche ungenügend funktionierte.Die gesamte Regelung sowieDatenverarbeitung erfolgt inLabview. Das Ziel der Thesisarbeitist diese Pitchachsenregelung zuverbessern sowie diese Regelungauf den zweiten Helikopter zu implementieren.Zusätzlich soll dieGierachse der beiden Helikoptergeregelt werden.VorgehensweiseZu Beginn der Arbeit ging es darumdie Regelung der Pitchachsedes ersten Helikopters zu verbessern.Dazu wurden verschiedensteRegelkreise ausgelegt und anschliessendgetestet. Nachdemwurde diese Regelung für denzweiten Helikopter angepasst undanschliessend wieder mit denselbenVerfahren getestet. Im Anschlussdaran wurden die beidenRegelungen miteinander verglichen.In einem zweiten Schritt wurdedas Messsystem für die Gierachseausgewählt. Zum Einsatz kommenein Kompass sowie ein Gyroskopsensor.Die zwei Sensoren detektierendie Bewegung um die Gierachse.Die Kommunikation vomLaptop mit den Sensoren wurdemittels einem I2C-Bus realisiert.Anschliessend wurde die Regelungder Gierachse wie bei derPitchachse implementiert, getestetund verglichen.ErgebnisseDie Regelung der Pitchachsekonnte stark verbessert werden.Im Allgemeinen ist der kleinereHelikopter besser zu regeln, da dieLuftströmung dieser Rotorblättersehr schwach ist und keinen Einflussauf die Sensordaten hat. DerEinfluss der Luftströmung beimgrossen Helikopter, welcher vonden Rotorblättern hervorgerufenwird, konnte programmseitig fasteliminiert werden.Bei der Gierachsenregelung gibtes sehr erfreuliche Ergebnisse.Die beiden Helikopter haben keinProblem dem Sollsignal zu folgen.Der grössere Helikopter lässt sichgrundsätzlich besser regeln.Simon Wüthrichsimu_88@bluewin.chFührungsverhalten der Gierachsenregelung vom Teryxti.bfh.ch235

BIBEBUVABSc in MaschinentechnikOptimierungspotentiale in der InstrumentenprüfungProduktionstechnik / Betreuer: Dipl.-Ing./MBA Christoph StrahmExperte: Dr. Dietmar KramerProjektpartner: Stryker Trauma AG, SelzachDie Medizinaltechnik zählt zu den am schnellsten wachsenden Wirtschaftszweigen der Schweiz. Dabei steigtder Anspruch an die Qualität der Produkte mit. Bei Stryker steht Qualität immer an erster Stelle, deshalbverbessert sie ihre Qualitätssysteme permanent, um die Erwartungen der Kunden zu erfüllen. Es wird dabeiangestrebt die Durchlaufzeiten bei der Qualitätsprüfung ständig zu optimieren.Musa ZuberiAusgangslageDie Firma Stryker Trauma AG stelltImplantate und chirurgische Instrumentefür die Knochenbruchbehandlungher. Die Firma tritt alsHersteller am Markt auf und ist fürdie Qualität der von ihr verkauftenProdukte verantwortlich. Dies giltauch für extern beschaffte Produktewie die Instrumente. Um dieQualität der Produkte sicherzustellen,werden intern mit definiertenPrüfschärfen und Prüfmethodenumfangreiche Prüfungenvorgenommen.Ziel der ArbeitDas Ziel der Bachelor Thesis ist esdie bereits identifizierten Optimierungspotentialein der Instrumentenprüfungmit gleichbleibendemRisiko, und unter Berücksichtigungder Kosten, Nutzen und Umsetzbarkeitfinal zu diskutieren.Diese mit dem grössten Nutzen istin der seriellen Qualitätsprüfung zuimplementieren.VorgehenAnhand der ABC-Analyse ist dieProduktevielfallt eingeengt worden.Es wurden diejenigen Produkteuntersucht, die viel verkauftund geprüft werden, um dengrössten Nutzen zu erzielen. Dabeiwurde der aktuelle Prüfvorganganhand der Prüfprotokolleuntersucht und wenn vorhanden,mit der Norm verglichen. FestgestellteAbweichungen mit derNorm analysiert und so der Prüfvorgangunter Einhaltung derRichtlinien optimiert. Dasjenigemit dem grössten Nutzen, wurdevertieft analysiert. Es wurde vertieftauf die Prüfmethodik, Prüfschärfenund die Kritizitätsverteilungder betrachteten Prüf merkmalemittels der Prüfprotokolleund Fertigungszeichnungen eingegangen.Für die Reduktion,wurde vor allem auf die AQL Normzurückgegriffen. Diese beschreibtwie gross der Stichprobenumfangeines Loses sein darf, damit dasLos trotzdem annehmbar ist.FazitDie entdeckten Einsparpotentialeresultierten im Bereich der Prüfschärfeintern bei der StrykerTrauma AG, aber auch bei denLieferanten. Gewisse Merkmale,wie die Torsionsprüfung bei chirurgischenGriffen, wurden mit einerviel höheren Prüfschärfe geprüftals von der Richtlinievorgegeben. Mit Einbezug derRichtlinien und der gemachtenBerechnungen für die kritischenMerkmale, sind die möglichen Einsparpotentialebegründet worden.236 ti.bfh.ch

BSc in MaschinentechnikBIBEBUVAComputergestütztes Ausrichten optischer FasernPhysik / Betreuer: Dr. Valerio Romano, Dr. Andreas BurnExperte: Peter KnobelDie Montage von Mikrolinsen in optischen Geräten oder das Justieren von Bauteilen in fasergekoppeltenDiodenlasern erfordert ein hohes Mass an Präzision. Zudem werden zur Untersuchung von Laserlicht undoptischen Fasern in Labors Versuche jeglicher Art durchgeführt. Bei all diesen Vorgängen müssen Optimierungsproblemegelöst werden. In der Industrie ist es wünschenswert, solche Vorgänge so schnell wiemöglich mit jeweils gleicher Genauigkeit durchzuführen.AusgangslageDas manuelle Einkoppeln eines Laserstrahlsin eine optische Faser istzeitaufwendig. Will man eine hoheEinkoppeleffizienz erreichen, so istes unumgänglich die optischenKomponenten, optimal auf die Glasfaseranzupassen. Dazu sind meistensmehrere Anläufe nötig. Durchdie Automatisierung der Einkopplungkann viel Zeit eingespart werden.VorgehenEin mittels Schrittmotoren gesteuertesPositioniergerät, übernimmt dasAusrichten der optischen Faser. Dieam Ausgang der Faser gemesseneLeistung des Lichts gilt als zu optimierendeGrösse, sie soll einen maximalmöglichen Wert erreichen. Inder Entwicklungsumgebung Lab-VIEW wurden vier verschiedene Optimierungsverfahrenprogrammiertund anhand diverser Versuche derenLeistungsfähigkeit untersucht.Die biologische Evolution diente alsVorbild für den ersten Algorithmus,der sogenannten Evolutionsstrategie.Durch Mechanismen wie Duplikation,Mutation, Selektion undRekombination wird aus zufällig erzeugtenPositionen über Generationenhinweg ein Optimum erzeugt.Weiter wurden zwei Gra dientenverfahrenmit jeweils unterschiedlicherSchrittweitensteuerung implementiert.Die Gradientenverfahrenführen entlang des positiven Gradientenin Richtung Optimum, dieSchrittweitensteuerung sorgt dabeifür die Konvergenz im Optimum. Derletzte realisierte Algorithmus ist diesogenannte Simplexmethode nachNelder, Mead. Sie ist eine direkteSuchmethode und kann mehrdimensionaleOptimierungsproblemelösen.ErgebnisDie Evolutionsstrategie löst das Problemohne Mühe, ist aber durch ihrFunktionsprinzip in der Geschwindigkeitbegrenzt und für weitauskomplexere Optimierungsproblemegedacht. Die Gradientenverfahrenmit jeweils unterschiedlicher Schrittweitensteuerungunterscheiden sichgrundlegend. Ein Verfahren konvergiertschnell, erreicht aber eine geringeQualität. Das andere Verfahrenerreicht dagegen eine hohe Qualität,konvergiert aber langsam. Die Simplexmethodenach Nelder, Mead,besitzt beide positive Eigenschaftender Gradientenverfahren und istdeshalb der optimale Algorithmusfür das computergestützte Ausrichtenoptischer Fasern. Das Ausrichtendauert bei kleinen Faserkerndurchmessern(4 bis 9μm) 1 bis 2Mi nuten. Bei grösseren Kerndurchmessern(25μm) kann das Problemin unter einer Minute gelöst werden.Beat Zulaufbeat.zulauf@besonet.chLaboraufbau mit PositioniergerätVerlauf einer Evolutionsstrategieti.bfh.ch237

BSc in Mikro- und MedizintechnikBSc en Microtechnique et technique médicaleBSc in Micro- and Medicaltechnology

BSc in Mikro- und MedizintechnikBIBEBUVAWiFi Lokalisierung eines mobilen RobotersRobotik / Betreuer: Prof. Dr. Björn JensenExperte: Dr. Moritz OetikerDie Lokalisierung von mobilen Robotern hat in der heutigen Welt eine immer grösser werdende Bedeutungfür die Navigation des Roboters. Daher widmet sich diese Arbeit der Lokalisierung eines Roboters mittelsWireless-Netzwerken, wie sie überall zu finden sind. Der dazu verwendete Roboter hat ein differential DriveAntrieb und läuft mit einem Linux Betriebssystem. Als Programmiersprachewurde C++ verwendet.ZielDiese Arbeit wurde in fünf Teilegegliedert: Auslesen der Bilddaten,Analyse der Wireless-Netzwerke,Entwicklung einer Steuerungdes Roboter für dieDatenaufnahme, Aufbau einerKarte und die Lokalisierung desRoboters. Die ersten vier Ziele dienenals Grundlage für das fünfteZiel, der Lokalisierung des Robotersinnerhalb des BFH Hauptgebäudes.UmsetzungDie ganze Arbeit wurde unterLinux mittels C++ entwickelt. Fürdie Analyse der Wireless Netzwerkewurden verschiedenste Testsdurchgeführt, von Scans in jederSekunde, bis hin zu einem24 Stunden Test welcher alle10 Minuten einen Scan durchgeführthat. Danach wurde mittelsSockets ein Programm geschriebenmit welchem man den Robotermittels Keyboard-Tasten steuernkann. Diese Steuerung wurdedanach so erweitert, dass mandamit auch Scans machen kann,um die gewünschten Daten fürden Aufbau der Karte zu erhalten.Die Karteninformationen wurdendann in einem Textfile gespeichert.Zur optischen Verdeutlichungwurden per CAD Skizzenangefertigt in welchen angegebenist wo genau sich welche Punkteim Gebäude befinden. Für die Lokalisierungwurden vier verschiedeneSensor Modelle entwickeltund überprüft. Die Basis dieserModelle sind die Daten der Datenaufnahmewelche als Referenzgelten. Diese Daten werden mitden aktuellen Daten vergleicht unddaraus die Wahrscheinlichkeitenberechnet, mit welcher der Robotersich an der jeweiligen Positionbefindet. Zum Schluss wurdendiese Sensor Modelle miteinanderkombiniert um klarere und eindeutigereErgebnisse zu erzielen zukönnen.ErgebnisseDie Ergebnisse dieser Arbeit sindeine funktionierende Lokalisierungdes mobilen Roboters innerhalbvon 3.5m. Ein funktionierendesProgramm für die Steuerung undAufnahme von Daten mit dem Roboter.Eswurden Daten über 4 Etagenaufgenommen wo die Lokalisierungangewendet werden kann.Es wurde klar dass man die Präzisionder Lokalisierung bei weitererVerfolgung dieses Projekt nocherhöhen könnte.Daniel Achermannachermanndaniel@hotmail.comDer mobile Roboter mit dem gearbeitet wurdeErgebniss der Lokalisierung an der Position 28ti.bfh.ch239

BIBEBUVABSc in Mikro- und MedizintechnikPeriodontal tissue assessment with OCTOptik / Betreuer: Prof. Christoph Meier, Christoph HöscheleExperte: Stefan GloorÜber 90 Prozent der über 30-jährigen leiden unter parodontaler Erkrankung. Solche Erkrankungen könnenden Zahnapparat stark beschädigen und sogar zum Zahnverlust führen. Neue Behandlungen versprechendas schützende Saumepithel weitgehend zu reparieren, um Bakterien von der Zahnwurzel fern zu halten.Bisher gibt es noch kein Messgerät, welches geeignet wäre, klinische Messungen durchzuführen, um dieFortschritte der angestrebten Behandlungsziele bewerten zu können.Kai Bachofnerkai.bachofner@gmail.comTechnikDie optische Kohärenztomographiebasiert auf dem Prinzip derWeisslichtinterferometrie. Der einfacheAufbau eines Interferometers,in diesem Fall meistens einMichelson-Interferometer, ermöglichtes, die Laufzeiten eines Signalsmiteinander zu vergleichenund somit sehr genaue Distanzenzu messen. Bestrahlt werden dieProben mit einer breitbandigenLaserquelle. Diese Lichtquelle besitzteine sehr geringe Kohärenzlänge.Das Michelson-Interferometer bestehtaus zwei verschiedenen Armen.Liegt der optische Weglängenunterschiedder beiden Armeinnerhalb der Kohärenzlänge, tretenInterferenzen aller Wellenlängenauf, welche mittels Spektrometergleichzeitig gemessenwerden können. Die inverse Fouriertransformationdes gemessenenSignals beinhaltet jeglicheInformationen über die Tiefenstrukturder Probe.einem 2 Millimeter dicken Zahnfleischzu erkennen. Einige Veränderungen,welche ohne grösserenAufwand direkt an einem der OCTSystemen durchgeführt werdenkonnten, erzielten bereits positiveErgebnisse. Es wurden theoretischeWerte errechnet, um einenneuen, für die Anwendung optimalenAufbau zu realisieren.Konzept des MesskopfesResultateAnhand der erlernten Theorie undden gewonnenen Kenntnissenüber die Penetrationstiefe in Abhängigkeitverschiedener Parameterkonnten genügend Informationengesammelt werden, um einKonzept für einen Endoskop ähnlichenMesskopf auszuarbeiten.VorgehenAn bereits vorhandenen OCT Systemenwurden verschiedene Messungenan Proben und «in vivo» anProbanden durchgeführt. VerschiedeneParameter sind berechnetworden, um möglichst tief indas Gewebe der Gingiva (Zahnfleisch)«sehen» zu können. In derPraxis gelang es bisher nochnicht, die Zahnoberfläche unterGingiva und Zahn aufgenommen mit OCT240 ti.bfh.ch

BSc in Mikro- und MedizintechnikBIBEBUVAScanner DynamicsOptik / Betreuer: Prof. Christoph MeierExperte: Marc WeibelIm OptoLab der BFH Biel werden für Projekte in der optischen Bildgebung miniaturisierte Scanner eingesetzt,welche als Mikro-Elektro-Mechanische-Systeme (MEMS) aufgebaut sind. Seit einiger Zeit sind auch elektrooptischeScanner auf dem Markt. Diese Scanner sind ohne bewegliche Teile aufgebaut. Die Aufgabe dieserBachelorarbeit besteht darin, das Verhalten beider Arten von Scanner berührungsfrei zu charakterisieren.EinführungUm ein Objekt mittels Optical CoherenceTomographie (OCT) berührungsfreiabzutasten wird ein Lichtstrahlmittels Scannerspiegel über dieProbe geführt und das reflektierteLicht analysiert. In gleichmässigenzeitlichen Abständen wird jeweils einA-Scan erfasst. Die Bewegung einesMEMS-Spiegels ist jedoch aufgrundder mechanischen Trägheit nichtgleichmässig. Dieser Unterschied zwischenZeitvektor und Positionsvektorkann zu Bildstörungen führen und dadurchdie Interpretation der aufgenommenenBilder erschweren. Mit einemLaboraufbau soll die Position desSpiegels in Abhängigkeit der Zeit erfasstwerden, um eine Aussage überdas Verhalten dieser Spiegel machenzu können.MethodenFür die Positionsmessung der MEMS-Spiegel wird der vom Spiegel abgelenkteLaserstrahl auf einen Bildschirmprojiziert und auf den Bildsensor einerHighspeed-Kamera abgebildet.Die jeweiligen Frames mit einer Grössevon 544×22 Pixel werden mit einerDatenerfassungskarte bis zu einer Geschwindigkeitvon 200 MB/s an denComputer übermittelt. Das Eingangssignaldes Scanners wurde auf einemersten Computer generiert und aufeinem zweiten Computer mit Hilfe eigenerAlgorithmen in reale Koordinatenausgewertet. Für die Messung desAmplitudengangs wurde eine horizontaleLinie projiziert und die Breite dieserLinie in Abhängigkeit der Scanfrequenzgemessen.Als Vorbereitung für die Inbetriebnahmedes elektro-optischen Scanners(EO-Scanner) wurde ein PID-Regler inLabView programmiert und die Messgerätemit einem General PurposeInterface Bus (GPIB) an den Computerangeschlossen. Mit einer 1000 nm Laserquellewurde das Licht durch eineoptische Faser und einem Kollimatorin den EO-Scanner geleitet.ResultateDas Verhalten der MEMS-Spiegelkann mit Hilfe des Weg-Zeit-Diagrammscharakterisiert werden. DerMittelpunkt des Laserspots konnte miteiner Samplingrate von 5 kHz erfasstwerden, was einer zeitlichen Auflösungvon 200 ns entspricht. Bei einer Sägezahnfunktionals Eingangssignal wurdezum Beispiel ein Einschwingvorgangbei jeder Richtungsänderungfestgestellt. Die Dämpfung und dieEigenfrequenz dieser Schwingungkonnte erfolgreich gemessen werden.Am Amplitudengang des Spiegelskonnte die Charakteristik eines gedämpftenFeder-Masse-Systems beobachtetwerden.Die Betriebstemperatur von 42 °C desEO-Scanners konnte mit dem PID-Regler erfolgreich konstant gehaltenwerden. Mit einer Spannung von 200VDC wurde eine maximale Auslenkungdes Lichtstrahls von 0.1 mrad erreicht.Mit einer 1000 nm Laserquelle bliebdas gemessene Beamprofil über einemSpannungsbereich von 170 bis190 V konstant.Oliver Baumannoliver.baumann@gmx.chEinschwingverhalten des Spiegels bei einer Sägezahnfunktion als Eingangsignal mit Amplitude 1 V und Scanfrequenz 1 Hz.ti.bfh.ch241

BIBEBUVABSc en Microtechnique et technique médicaleRobot 4 axes pour machine d’injection plastiqueRobotique, Plasturgie, Ceramic Injection Moulding (CIM) / Directeurs de thèse: Prof. Yves Mussard,Prof. Dr. Jean-Marc BoéchatExpert: Sebastien Perroud / Partenaires du projet: Pôle Ingénierie Plastique, FribourgLe Pôle Ingénierie Plastique (PIP) basé à l’Ecole d’Ingénieurs et d’Architectes de Fribourg, possède plusieursmachines d’injection plastique. Le PIP fabrique des pièces réalisées dans des matériaux spéciaux tel quele Zircone (Ceramic Injection Moulding), nécessitant une décharge automatisée du moule. Lors de l’éjectiondes pièces, après moulage, il n’est pas possible de les laisser tomber, comme cela se fait souvent en injectionplastique. Le projet consiste à construire un robot, qui va prendre les pièces à la sortie du moule avantde les manutentionner de manière appropriée.Matthieu Borgognonmbo@bqn.chLe projet s’est d’abord articulé autourde la saisie du besoin client, la formulationdes fonctions à garantir, lescahiers des charges fonctionnels ettechniques. Ce qui a permis de définirl’architecture robotique répondantle mieux aux besoins du client. Ensuite,une phase de préconceptualisationà dégrossi la conception durobot, en arrêtant notamment sastructure, le système de préhension,la station de travail et autres accessoires.Ces éléments ont été réalisésdans le cadre d’un travail préparatoire(Travail de Semestre),C’est sur cette base que se déclinece Travail de Bachelor. Le projet étudiela motorisation mise à dispositionpar le client pour déterminer si cettedernière est utilisable. En outre, lapartie commande, également mise àdisposition mais dotée d’une technologievieillissante, est traitée également.Le but étant de savoir si ellerépond au niveaux d’exigences imposés(technologique, financiers,Machine d’injection Arburg 320s modéliséeetc.). Parallèlement à cela, le travailenglobe l’implantation du robot surune machine d’injection de type Arburg320s. Pour ce faire, nous utilisonsun modèle 3D réalisé sous UGSNX 7.0. Celui-ci comprend une modélisationsommaire de l’environnementainsi que de la machine d’injection,à quoi vient s’ajouter le robot àproprement dit. Dans ce cas, nousfaisons appel à des éléments standardisésadaptables à la construction.Du fait des dimensions d’axesimportantes, cette tâche est renduemoins aisée, d’où l’intérêt de ce projet.En plus des axes de base, cerobot propose un système plug &play pour l’ajout rapide de préhenseurspersonnalisés interchangeablesselon l’application. Enfin, cetravail répond aux questions d’ordresbudgétaires dans le but de la continuitéet de la réalisation du projet.Modélisation du robot 4 axesIntégration du robot sur la machine d’injection242 ti.bfh.ch

BSc in Mikro- und MedizintechnikBIBEBUVAPolarization imaging camera for dental erosionOptik / Betreuerin: Anke BossenExperte: Tim von NiederhäusernEtwa ein Drittel der Bevölkerung ist bereits von Zahnerosion betroffen. Unter Zahnerosion versteht maneinen Verlust von Zahnsubstanz, der durch den direkten Kontakt der Zähne mit Säuren z. B. aus Getränken,Nahrungsmitteln oder dem Magen verursacht wird. Wird dem Fortschreiten einer beginnenden Zahnerosionnicht vorgebeugt, können sichtbarer Zahnschmelzverlust sowie Farbveränderung und Überempfindlichkeitder Zähne die Folge sein. Mit Hilfe einer Kamera, welche den Polarisationsgrad ermittelt, kann Zahnerosionfrühzeitig erkannt werden, um irreversible Schäden durch Behandlung zu verhindern.EinführungBiologisches Gewebe wie Hautoder Zähne sind lichtstreuendeMedien. In einer Studie der ZahnklinikBern wurde festgehalten,dass die reflektierte Intensität einerbeleuchteten Zahnprobe inFunktion des Erosionsgrades ändert.Mit dieser Intensitätsmessungkönnen die Erosionsgradejedoch nicht genau bestimmt werden.Dies soll mit Hilfe der Polarisationseigenschaftender erodiertenZähne verbessert werden.Aufbau der DOP- KameraDas Licht einer weissen LED wirdmit einem Polarisationsfilter untereinem Winkel von 45 °C so auf dieZahnprobe gerichtet, dass dortlinear polarisiertes Licht auftrifft.Von dort reflektiert das Licht wiederund kann mit der Kamera erfasstwerden. Die Kamera bestehtaus einem polarisierenden Beamsplitter,zwei CMOS- Sensorenund drei Achromaten für die Fokussierung.Der Beamsplitter teiltdas polarisierte Licht in zwei orthogonal,linear polarisierte Komponenten(S und P). S-polarisiertesLicht wird in einem 90 °CWinkel in Bezug auf den einfallendenStrahl reflektiert, während P-polarisiertes Licht transmittiertwird. Dadurch entsteht auf beidenSensoren ein unterschiedlichesBild. In LabVIEW wurde ein virtuellesInstrument erstellt, welchesaus den Intensitätsebenen derbeiden Einzelbilder ein Bild desPolarisationsgrades (DOP=(P-S)/(P+S)) und ein Intensitätsbild(I=P+S) berechnet. In diesen Bildernkann in einem interessantenBereich der Zahnprobe der Polarisationsgradgemessen werden.Der Erosionsgrad des Zahnes wirdmit Hilfe von ermittelten Referenzwertenausgegeben.ResultateMit der realisierten Kamera undder Software ist es möglich, einDOP-Bild von Zahnproben zu erstellensowie den Polarisationsgradzu messen. Erodierte Zähnekönnen problemlos von Referenzzähnenunterschieden werden.Die Einteilung in die verschiedenenErosionsgrade stellte sich, wieim Vorfeld erwartet, als schwierigheraus, da sich die Polarisationseigenschaftender Zähne mit zunehmendemErosionsgrad nichtmehr wesentlich verändern.Daniel Christendaniel.christen@gmail.comSchematischer Aufbau der DOP-KameraDOP-Bild einer Zahnprobe, welche ineinen Referenzbereich (heller Bereichlinks) und einen 4min erodierten Bereich(rechts) geteilt istti.bfh.ch243

BIBEBUVAMikro- und MedizintechnikAdaptives Licht für Segway PTMikro- und Medizintechnik und Automobiltechnik / Betreuer: Prof. Kurt Hug, Prof. Daniel DebrunnerExperten: Philippe Burri, Bosio Carlo, Fabian PageProjektpartner: motion tools GmbH, InterlakenDer Segway PT ist ein elektrisch angetriebenes, zweirädriges Einpersonenfahrzeug. Gesteuert wird dasFahrzeug lediglich durch Gewichtsverlagerung. Somit ist der Segway rein intuitiv zu bedienen. Physikalischgesehen funktioniert der Segway nach dem Prinzip des inversen Pendels. Dank einem raffinierten Reglerist das Fahrzeug selbstbalancierend. Die aus den Ausbalancierungen resultierenden Nickbewegungen desFahrzeuges verunmöglichen es, ein Abblendlicht fix auf dem Fahrzeug zu montieren. Daher entstand dasBedürfnis nach einem adaptiven, austarierten Lichtsystem.André Filipe Figueiredoda Silvaandre.silva@bluewin.chSimon Schniderschnidi@msn.comAusgangslageAuf Grund der Vielzahl von Einsatzgebieten,kann es durchausvorkommen, dass der Segway beiprekären Lichtverhältnissen odersogar bei Nacht eingesetzt wird.Daher ist eine Beleuchtung für dasFahrzeug gesetzlich vorgeschrieben.Es existiert bereits ein Lichtsystem,bestehend aus Vorderlichtund Rücklicht, das jedoch nur zurWahrnehmung des Fahrzeugesdient und nicht austariert ist.Die BFH-TI erhielt den Auftrag zurRealisierung eines adaptivenLichtsystems für den Segway PTvon der Firma motion tools GmbH.Ziel der ArbeitEs soll ein Funktionsmuster einesadaptiven, intelligenten und gesetzeskonformenLichtsystems entwickeltwerden. Das neue Systemmuss den horizontalen und vertikalenLeuchtwinkel des Abblendlichtslaufend dynamisch anpassen.Dadurch soll sichergestelltwerden, dass keine anderen Verkehrteilnehmerunnötig geblendetwerden.RealisierungDas adaptive, intelligente Lichtsystembesteht aus einem Abblendlicht,einem Standlicht, einemKurvenlicht und einemRücklicht. Die gesamte Beleuchtungwurde mit moderner LED-Technik realisiert.Um den horizontalen Leuchtwinkeldes Abblendlichts gegenüber derFahrbahn austarieren zu können,wird mit einem Ultraschallsensorlaufend die Distanz zum Untergrundgemessen. Mit dieser Informationregelt die entwickelteSteuerungselektronik das beweglicheAbblendlicht über einen Servomotor.Weiter wird mit einem Winkelaufnehmerdie Position der Lenkstange(LeanSteer) überwacht. Beieinem Winkel der Lenkstange vonmehr als 6° wird der jeweilige seitlicheNahbereich des Fahrzeugeszusätzlich mit einem Kurvenlichtausgeleuchtet.Das Lichtsystem arbeitet vollkommenautonom. Das heisst, es bestehenkeinerlei elektrische Verbindungenzwischen demFahrzeug und dem Lichtsystem.Die Energieversorgung des adaptiven,intelligenten Lichtsystems istmit einem 4Ah Lithium-Polymer-Akku realisiert. Mit voll geladenemAkku hat das Lichtsystem eineBetriebszeit von etwa 5 Stunden.AusblickMit der Erarbeitung des Funktionsmusterswurde eine solide Basisfür das Projekt «AdaptivesLicht für den Segway PT» geschaffen.Der nächste Schritt in der Produktentwicklungist nun die Konzeptioneines Prototyps. Dabeimuss bei der Beleuchtung dieHell-Dunkel-Grenze optimiert unddas Gesamtsystem in ein kompaktesGehäuse integriert werden.Weiter besteht auch beim Regelkreisnoch gewisses Verbesserungspotential.Segway PT mit adaptivem LichtsystemAustariertes Abblendlicht244 ti.bfh.ch

BSc in Mikro- und MedizintechnikBIBEBUVAVerschleissdetektion einer LötspitzeSensortechnik / Betreuer: Prof. Dr. Bertrand DutoitExperte: Dr. Peter A. NeukommBleifreies Kolbenlöten ist heute ein weit verbreitetes Produktionsverfahren für die Fertigung von elektronischenBaugruppen. Um die Ausschussrate nach dem Lötprozess zu senken ist es wichtig, dass dieReproduzierbarkeit der Lötstellen sowie dessen Qualität verbessert wird. Aus diesem Grund gilt es eineFehlerquelle zu eliminieren: der Verschleiss der Lötspitze.In diesem Projekt wurde nach Lösungen gesucht, wie der Verschleiss der Spitzen automatisch erkennt undso die Ausschussrate von gelöteten Baugruppen gesenkt werden kann.AusgangslageKomplexe Baugruppen z. B. mitSteckerkontakten, Kabelstränge,LED’s sowie verschiedenen Leistungselektronikkomponentenwerdenheute, aufgrund der RoHS-Richtlinie, mit bleifreiem Lötzinnverarbeitet. Solche Baugruppenkönnen oft nicht durch WellenoderReflowlöten verarbeitet werden.Nach dem Handlöten bietenrobotisierte Kolbenlötanlagen dieeinfachste und günstigste Möglichkeit,solche Platinen (PCB) in grossenStückzahlen zu fertigen.Diese sog. Selektivlötanlagen ermöglichenes, die Reproduzierbarkeitder Lötstellen mehrheitlichkonstant zu halten. Der Nachteil istjedoch, dass die Lötspitzen bei einerhohen Anzahl Lötpunkte sehrschnell Verschleissen. Durch Verwendungder Bleifreilote tritt dieserEffekt verstärkt auf, wobei so dieProduktion negativ beeinflusst wirdund die Ausschussrate zunimmt.Ziel dieses Projektes ist es, einenSensor bzw. eine Methode zu entwickeln,welche im Produktionsprozessoder in der Lötspitze integriertwerden kann und denVerschleisszustand der Lötspitzewährend dem Lötprozess überwacht.MethodeZu Beginn der Diplomarbeit wurdenIdeen generiert welche folgendeFrage beantworten: Wiekann der Verschleiss der Lötspitzeim Prozess ermittelt werden?Mit festgelegten Bewertungskriterienfolgte anschliessend dieEvaluation der Ideen, wobei darausvier Ansätze resultierten, dieeine gute Chance für die Umsetzungaufwiesen. Diese vier Konzeptewurden im Detail analysiert.Daraus konnten mit der zur Verfügungstehenden Zeit, lediglichzwei Konzepte in Funktionsmusterumgesetzt werden wobei nur eines,ein positive Messresultat ergab.Davide Di Francescoxdavide89@hotmail.comFazitBei der Umsetzung der vier bestenLösungsvarianten entstanden herstellungsbedingteSchwierigkeitenwelche in der zur Verfügung stehendenZeit, nicht gelöst werdenkonnten. Es wurden lediglich zweivon vier Konzepten getestet, wobeidaraus nur ein Konzept einpositives Messresultat lieferte. Ineinem weiteren Schritt muss diefunktionierende Lösung auf einerRoboteranlage geprüft und passendeHerstellungsverfahren fürdie nicht getesteten Varianten gefundenwerden, um auch dieseanschliessend auf dessen Funktionzu prüfen.Lötkopf mit Kolben – mta automation agti.bfh.ch245

BIBEBUVABSc in Mikro- und MedizintechnikAbsolute 24h-Messung des intraokularen DrucksMedizintechnik / Betreuer: Dr. Justiz Jörn, Dr. Sonja Spichtig, Aymeric NiederhauserExperten: Dr. Hartmut Kanngiesser, Dr. Markus DachsProjektpartner: Ziemer Ophthalmic Systems AG, PortDas Glaukom, im Volksmund auch unter dem Namen «Grüner Star» bekannt, gilt als die zweithäufigsteUrsache für eine Erblindung weltweit. Geschätzte 67 Millionen Patienten sind daran erkrankt. Die Folgendieser Krankheit sind irreparable Schäden am Sehnerv, die sich in einer Einschränkung des Gesichtsfeldesmanifestieren und unbehandelt zur Erblindung führen. Der erhöhte Augeninnendruck gilt als Hauptindiz füreine mögliche Erkrankung an Glaukom und ist zudem der einzige behandelbare Faktor. Deshalb ist diegenaue Messung dieses Drucks für den Arzt von grosser Bedeutung.Matthias FurrerAusgangslage:Die Firma Ziemer Ophthalmic SystemsAG (ZIOS, Port, Schweiz) haterfolgreich ein Augentonometer(PASCAL) entwickelt, dessenDruckmessung unabhängig vonden Hornhauteigenschaften erfolgt.Auf der Basis dieses Tonometersentwickelt ZIOS eineKontaktlinse, welche den Augeninnendrucküber 24 h messen soll.Diese Bachelorarbeit wird ein Teilzu dieser Entwicklung beitragen.Hauptaufgabe der Bachelorarbeitbesteht in der Planung, Ausführungund Analyse von verschiedenenUmsetzungsschritten undTests, die zur Entwicklung ersterLinsenprototypen wesentlich beitragen.Umsetzung:Die Elektronik vom PASCAL wurdeübernommen und so abgeändert,dass sie Platz in einer formstabilenKontaktlinse findet. In einer erstenPhase hat diese Kontaktlinse nochkeine telemetrische Anbindung,sondern liefert die Daten über kleineDrähte. Aufgrund der heiklenUmgebung rund um das menschlicheAuge, mussten die Drähteumgossen werden. Die Prozesserund um die Kontaktierungen undSicherungen dieser Drähte wurdenentwickelt oder optimiert.Testmessungen des Drucksensors,wie er dann in der Linse zumEinsatz kommen wird, konntenerfolgreich über 24 h durchgeführtwerden (keine relevanten Driftsund kein übermässiges Rauschen).Ausblick:Ein fertiger Prototyp dieser Linsewird erstmals klinische Studien mitkontinuierlichen Druckmessungenermöglichen. Diese Langzeit-Druckprofile haben für die ophthalmologischeForschung einehohe Bedeutung und dementsprechendgross ist das Interessein der medizinischen Forschungals auch bei den praktizierendenÄrzten.Die Elektronik des PASCAL wurde in dieformstabile Kontaktlinse vergossen.Die ersten Prototypen dieser Kontaktlinse messen den intraokularen Druck über 24 Stunden und sind noch drahtgebunden.246 ti.bfh.ch

BSc en Microtechnique et technique médicaleBIBEBUVACaractérisation dynamique d’un accéléromètre MEMSTechnique des capteurs / Directeur de thèse: Dr. Bertrand DutoitExpert: Giovanni BergonziPartenaires du projet: CSEM, NeuchâtelDans ce projet, le but est la caractérisation dynamique d’un accéléromètre MEMS. Pour parvenir à desrésultats concluant, la masse oscillante est excitée par application de forces électrostatiques. Pour atteindreles buts fixés, il a fallu exécuter plusieurs tests de qualification d’éléments avec notamment l’aide du programmeLabVIEW.Avec la miniaturisation des composants,autant dans le domaine de lamécanique que dans celui de l’électronique,la fabrication de MEMS(Microelectromechanical systems)devient inévitable et omniprésentdans l’industrie. Les grandes ressourcesdont dispose la Suisse (laconnaissance, les infrastructures,les investissements, etc.), sonttelles que l’industrie microtechniqueest une des forces qui fait la renomméede notre nation.L’objectif de ce travail est de mesurerles caractérisations dynamiquesd’un accéléromètre capacitif MEMSde haute précision conçu et développéau sein du CSEM, à Neuchâtel.Pour valider la fonctionnalité del’appareil, elle consiste en une mesurede la réponse fréquentielle,obtenu en utilisant notamment unanalyseur de spectre pour en extraireun diagramme de bode. Lorsd’une expérience préliminaire à ceprojet, la caractérisation dynamiquen’a pu être mesurée. Selon lesconstatations établies, le systèmeétant vraisemblablement sur-amortidû à une encapsulation hermétiqueproche de la pression atmosphérique.C’est pour cette raisonqu’intervient la mesure fréquentielledans une atmosphère sous-videproche du millibar. Dans cette expérience,trois gaz sont utilisés pourdéterminer les caractéristiques duMEMS, l’air, l’argon (Ar) et l’hélium(He).La construction d’une chambre àvide engendre certaines contraintesde montage et demande un certainnombre de connaissances à acquérir.Avec l’utilisation de celle-ci, onaimerait mesurer l’influence de lapression et de la nature des gaz surla réponse fréquentielle du MEMS.Ces deux facteurs sont utilisés parla suite pour caractériser son comportementdynamique.On utilise LabVIEW pour programmerun soft capable d’acquérir lesdonnées mesurées depuis plusieursappareils (analyseur despectre, voltmètre, ampèremètre,RCL mètre, etc.). Ce logiciel permetainsi de piloter, d’extraire et mêmede convertir, soit en fichier texte ouen quelconque image, les donnéesrécupérées pour en simplifier l’utilisationet la mise en forme pour eninterpréter les résultats.Un ASIC développé par le CSEMservant à linéariser le signal de sortiedu MEMS compose l’électroniquedu MEMS. Une configurationde base y est envoyée à l’enclenchementpar le microcontrôleur. Ilest ensuite possible de modifier lesparamètres avec un programmeLabVIEW. Pour envoyer une nouvelleconfiguration à l’intérieur del’ASIC, les informations transitentpar un bus de donnée SPI (SerialPeripherial Interface).Les résultats observés durant l’expériencesont concluants, avec uncomportement en amplitude trèsproche de ce qui était théoriquementattendu. La pression à l’intérieurde la chambre exerce un effetmarquant et déterminant sur l’amortissementde l’élément mobile, cequi permet de déterminer sousquelles conditions doivent dorénavantêtre encapsulés les MEMS.Julien GumySystème pour le videRéponse fréquentielle dans l’airRéponse fréquentielle à 5 mbarti.bfh.ch247

BIBEBUVABSc in Mikro- und MedizintechnikWärmebehandlung einer innovativen LegierungWerkstofftechnik / Betreuer: Prof. Jean-Martin Rufer, Jürg DänzerIm Rahmen dieser Arbeit wurden die mechanischen Eigenschaften einer austenitischen Legierung untersucht.Die in Betracht gezogenen Wärmebehandlungen sind ein Lösungsglühen und ein Ausscheidungshärtenmithilfe von denen unter anderem die mechanischen Eigenschaften eingestellt werden können.Parallel dazu wurde eine Literaturrecherche durchgeführt, um die gemessenen mechanischen Eigenschaftenund damit verbundenen Wärmebehandlungsparameter mit der Literatur vergleichen zu können.Stefan HaudenschildEs wurde durch ein Ausscheidungshärtender stark kaltverformtenProbe eine erhöhte Festigkeiterzielt. Eine Problematikbestand darin, diese mechanischenKennwerte korrekt ermittelnzu können.Die üblichen Charakterisierungsmethoden,wie Mikrohärtemessungund instrumentierte Eindringhärteprüfungwurden benutzt, umüber die gemessene Härte ein Indizauf das Festigkeitsverhalten inBezug zur Ausscheidungstemperaturzu erlangen. Weiter wurdeversucht, mittels Änderung deselektrischen Leitwertes das Ausscheidungsverhaltendieser Legierungzu charakterisieren.Ebenfalls wurde eine Vorrichtungrealisiert, um die mechanischenEigenschaften der stark kaltverformtenProben über einen Zugversuchzu ermitteln. Dabei hatsich gezeigt, dass sich diese Legierunginfolge grosser Kerbwirkungin der realisierten Vorrichtungkaum messen lässt. DieProben brechen immer in der Einspannungund somit ausserhalbdes gültigen Messbereichs.Zum Charakterisieren des Lösungsglühenswurde unter diversenAtmosphären und mit verschiedenenAbschreckmedien imBandofen geglüht. Dabei konntegezeigt werden, dass sich an derOberfläche bei unterschiedlichenAtmosphäre und längeren Haltezeitendie austenitstabilisierendenElemente abreichern, und die Legierungso zunehmend ferritischeAnteile erhält, was mittels GDOES-Tiefenprofilanalyse oder einemPermanentmagneten nachgewiesenwerden konnte.Die Veränderung im Kohlenstoffgehalteswährend der Wärmebehandlungkonnte mittels C-Analysatoraufgezeigt werden.Realisierte KonstruktionIm Rahmen dieser Arbeit wurdenca. 270 Proben wärmebehandelt,eingebettet, geschliffen, poliertund gemessen. Damit konnte inden letzten 18 Wochen ein ersterkleiner Schritt und somit eineGrundlage zur erfolgreichen Charakterisierungder mechanischenEigenschaften dieser innovativenLegierung durchgeführt werden.248 ti.bfh.ch

BSc in Mikro- und MedizintechnikBIBEBUVATorque-O-MeterMechatronik / Betreuer: Prof. Daniel DebrunnerExperte: Ch. RenferProjektpartner: Cendres + Métaux SA, M.Walther, BielMedizinaltechnische Produkte unterliegen strengen Auflagen und Anforderungen bezüglich ihrer Qualität.Der Grund dafür ist, dass Qualitätsschwankungen verheerende Folgen nach sich ziehen können. Dies giltinsbesondere auch für Schrauben, Zahnimplantate und Abutments, welche modular aufgebaute Dentalimplantatsystemezusammenhalten. Um eine konstante Produktqualität garantieren zu können, wurde einGerät realisiert, mit welchem die Qualität anhand von Drehmomentmessungen an den nur wenigen Milli meterdicken Schrauben überprüft werden kann.AusgangslageDie Bieler Firma Cendres + Métauxist als Lieferant im Bereich der dentalenImplantattechnologie tätig. Indiesem Segment der Zahntechnik,beschäftigt sie sich unter anderemmit der Entwicklung und Fertigungvon kompletten DentaIimplantatsystemen.Darunter fallen auch modularaufgebaute Systeme, die sichaus Implantaten, Schrauben, bis hinzu unterschiedlichen Abutmentszusammen setzen. Um eine konstanteProduktqualität garantierenzu können, wurde im Auftrag vonCendres + Métaux ein Gerät entwickelt,welches es erlaubt, automatischeDrehmomentmessungenan den meist nur wenige Millimeterdicken Produkten vorzunehmen.Im Rahmen einer vorangegangenenDiplomarbeit wurde 2011 einsolches Gerät konzipiert. Ziel dervorliegenden Bachelorarbeit wares nun das Gerät zu realisieren.VorgehensweiseZu Beginn wurde eine detaillierteAnalyse der bestehenden Konstruktiondurchgeführt. Eine kritischeUntersuchung klärte Fragender Machbarkeit und definiertealternative Lösungsvarianten. Dadurchkonnte das System vereinfachtwerden und es entstand einefunktionelle Konstruktion, welcheden Grundstein für die anknüpfendeRealisierung legte.Bei der Realisierung galt es denverschiedenen Anforderungen andie Mechanik, Elektrik, Software,Bedienung und den Aufbau einesganzheitlichen Systems gerechtzu werden. Dazu wurden im Speziellenverschiedene Messungenam Herzstück des Systems- demDrehmomentsensor – durchgeführt.So wurde geprüft ob daseingesetzte I/O-Modul genügendMesspunkte pro Zeit liefern kann,um eine Computerbasierte Messerfassungzu ermöglichen. Desweiterenwurde der Sensor durchkonstruktive Massnahmen vorunzulässigen Belastungen geschützt.Es wurde eine Stromversorgungdefiniert und ersteSoftwareentwicklungen realisiert.Ergebnis und AusblickEs ist ein Prototyp entstanden,welcher alle wichtigen Komponentenfür ein funktionierendes Systementhält. Um diesen Prototypin ein einsatzbereites Gerät zuüberführen, bedarf es weitererSoftwareentwicklung und abschliessenderTests. Durch denBau der Anlage konnte jedoch einentscheidender Schritt in Richtungeiner vollständigen und automatischenDrehmomentprüfeinrichtunggemacht werden.Daniel Heinigerd.p.h@gmx.chDrehmomentprüfstand für medizinaltechnische ProdukteElektrische Komponententi.bfh.ch249

Objekterkennungmini.sThink mini.s – Think BalluffProfitieren Sie von unserem Know-How.Der technologische Fortschritt steigert zunehmend den Bedarf an miniaturisierterund leistungsfähiger Sensorik. Ob in der automatisierten Montage, in derHandhabungstechnik oder in der Komponentenfertigung. Der Trend geht immerweiter in Richtung kleinster Bauformen. Die Miniaturisierung von Baugruppen inIhren Produktionsanlagen und Maschinenkomponenten erschließt völlig neueFunktionalitäten.Mit einem Höchstmaß an Innovation gelingt es Balluff seit Jahren stetig mehrLeistung bei zunehmender Komplexität zu erreichen.www.hytech.ch Tel. +41 (0)32 366 66 77

BSc in Mikro- und MedizintechnikBIBEBUVAPanorama MesssystemsRobotik / Betreuer: Prof. Dr. Björn JensenExperte: Dr. Gilles CaprariFür die Kinect soll ein kostengünstiger Drehtisch konstruiert werden der die Kinect’s um 360 Grad drehtund die Umgebung aufnimmt und daraus ein 3D Panoramabild aus X/Y/Z Koordinaten erstellt. Damit dieKinect möglichst genaue Modelle erstellen kann, muss der Sensor kalibriert werden und es müssen verschiedeneTestmessungen gemacht werden .AusgangslageDie Kinect ist ein Sensor, der dreidimensionaleInformationen überdie Umgebung liefern kann. Tiefeninformationwird durch dieMessung, der durch die Oberflächeerzeugten Verformung einesprojezierten Punktmusters erfasst.Der Sensor kann ein Tiefenbild erzeugenund die Umgebung dannals Punktwolke in X/Y/Z Koordinatenreproduzieren. Da der Öffnungswinkelder Kinect begrenztist, muss die Umgebung aus mehrerenEinzelaufnahmen zusammengesetztwerden. Wird die Kinect nurvon Hand bewegt, ergeben sichdurch die ungenau BewegungMessfehler im Modell. Daher wirdein Aufsatz für ein Stativ entwickelt.LösungsansatzFür die Kinect wurde ein Prototypder Drehvorrichtung konstruiert.Dabei werden drei Kinect, die zueinanderin 120 Grad angeordnetsind, rotiert. jede Kinect ist in derVertikalen verstellt. Wenn man alleEinzelaufnahmen der Kinect zusammenschliesst,ergibt sich invertikaler Richtung ein Gesamtbildvon 170 Grad.Mit C# wurde eine Applikation geschrieben,die den Drehtisch um360 Grad dreht und bei jedemDrehschritt eine Messung auslöst.Die Werte werden als .xyz Dateiabgespeichert und zu einem homogenenGesamtbild zusammengefügt.Erste Testmessungen haben ergeben,dass die Kinect leichte Abweichungenin der x und y Richtungaufweist. In der Tiefe nimmtder Fehler exponentiell zu. Währendam Anfang der Tiefenfehlernoch gering ist, wird er gegenEnde immer grösser. Das 3D Modellist trotz der Fehler gut erkennbar.Mit einem Mittelwert mehrererMessungen werden sehr gute Resultateerzielt und Testmessungenhaben gezeigt, dass die realenModelle mit den 3D-Modellenübereinstimmen.AusblickDamit drei Kinect funktionierenbraucht es einen speziellen PC,der drei eigenständige USB Hostkontrollerbeinhaltet Normale PChaben einen oder zwei Hostkontroller.Jede Kinect benötigt eineeigene Kalibrierungsmatrix, diesowohl die Tiefenwerte wie auchdie x und y Werte korrigiert.Christof Hommannti.bfh.ch251

BIBEBUVABSc en Microtechnique et technique médicaleStratégies multiplanaires pour l’EITTechnique médicale / Directeurs de thèse: Dr. Pascal O. Gaggero, Prof. Dr. Volker M. KochExpert: Dr. Josep SolàLa tomographie par impédance électrique (EIT) est une technique d’imagerie biomédicale qui utilise l’injectiond’un faible courant électrique alternatif dans un corps et les mesures de la tension qui en résultent pourreconstruire une image de la distribution spatiale de la conductivité électrique. Le but de ce travail de Bachelorest de tester des stratégies de mesure EIT multiplanaires, dans le but d’optimiser l’utilisation d’un nombredonné d’électrodes pour des applications thoraciques.Jane KrähenbühlTechnologie EITLes systèmes EIT utilisés actuellementpour les applications thoraciquesutilisent un plan de32 électrodes. Une paire d’électrodesinjecte un faible courantalternatif (2 mA) à l’intérieur ducorps, et les 30 électrodes restantesmesurent le champ de potentielainsi généré. L’injection etles mesures sont répétées pourchaque combi naison possible depaires d’électrodes; dans le casd’un système à 32 électrodes, onobtient 1024 mesures. L’image EITpeut être reconstruite à l’aide d’algorithmesmathématiques qui résolventle problème inverse ducalcul de la distribution spatiale dela conductivité à l’intérieur ducorps en se basant sur les mesuresde tensions à la surface dece dernier. Dans le cas clinique dela ventilation protectrice, cetteimage permet de mesurer la distributionde l’air (isolant électrique)présent dans les poumons. Cetteinformation peut être utilisée parles médecins afin d’optimiser lathérapie de ventilation artificielleavec pour but d’éviter le collapsedynamique et la surdistension desalvéoles. L’utilisation de l’EIT permettraitainsi de diminuer les décèsliés à la ventilation artificielleet de sauver plus de 30000 vieschaque année.Approche et méthodeCe travail étudie différentes stratégiesde placement des électrodeset de mesures afin de comparerle comportement du signalpour chacun des cas. Une stratégiede mesure optimale maximisela densité de courant dans la zoned’intérêt. Dans le but de pouvoircomparer les différents cas entreeux et sachant que la qualitéde la mesure dépend fortementdu’nombre de mesures indépendanteset donc du nombre d’électrodesà disposition, il est nécessairede fixer ce paramètre à 32dans le cadre de cette étude.Essentiellement, deux cas ont étéétudiés: 1) monoplanaire, oùtoutes les électrodes sont sur unmême plan horizontal et 2) biplanaire,où les électrodes sont répartiessur deux plans horizontaux.Pour ce dernier cas, onconsidère trois sous cas : a) deuxplans de 16 électrodes espacésde 71 mm, b) deux plans de16 électrodes espacés de 32 mmet c) deux plans de 16 électrodesespacés de 71 mm avec injectioninterplan. Dans les cas a) et b)l’injection du courant se fait toujoursentre une paire d’électrodessituées sur un même plan, alorsque pour le cas c) l’injection ducourant se fait entre une paired’électrodes situées sur des planshorizontaux différents («zigzag»).L’évaluation des résultats se basesur la métrique de distinguabilité.La distinguabilité est mesurée endéplaçant un objet dans un bassind’eau salée, qui est un modèlesimplifié du thorax humain.Figure 1: (à gauche) mesures de distinguabilité, (à droite) position de l’objet de testdans le bassinRésultats principauxSur la Figure 1, on peut voir queles valeurs de distinguabilité lesplus élevées sont atteintes pour lastratégie monoplanaire et lesmoins bonnes pour la stratégie«zigzag». Le cas a) quant à lui,fournit les meilleurs résultatsconcernant la distinguabilité desobjets hors plan.252 ti.bfh.ch

BSc in Mikro- und MedizintechnikBIBEBUVAOCT characterization with phantomsOptik / Betreuer: Prof. Christoph Meier, Michael PeyerExperte: Stefan GloorIn den letzten Jahren hat sich die Optische Kohärenztomographie (OCT) immer mehr in der Industrie undin der Forschung etabliert. Das relativ neue Bildgebungsverfahren basiert auf dem Prinzip der Weisslichtinterferometrie.Aufgrund der lebhaften Forschungsaktivitäten im Gebiet der OCT wird es immer wichtigereine einheitliche und vergleichbare Charakterisierung zu realisieren. Ziel dieser Bachelorarbeit war es,Phantome herzustellen, welche eine solche Charakterisierung ermöglichen.AusgangslageDie Arbeit basiert auf einer Publikationder University of WesternAustralia, in welcher ein dreidimensionalesPhantom zur OCT Charakterisierungpräsentiert wurde.Das Phantom besteht aus einerSilikonmatrix, in welche TiO2 Partikeleingebettet werden, welcheals Streukörper dienen, da das Silikontransparent ist. Dieses Phantomweist zusätzlich ein ähnlichesStreuverhalten wie menschlichesGewebe auf. Deswegen versuchteman ebenfalls solche Proben alsGrundlage zu verwenden.VorgehenZur Strukturierung des Silikonswurden verschiedenen Möglichkeitenin Betracht gezogen. DieHerstellung von Keilproben mithilfeeiner mechanischen Formerbrachte reproduzierbare Ergebnisse.Andere Strukturierungsverfahrenwurden wegen ihrer Aufwändigkeitoder aufgrund che -mischer Reaktionen verworfen.Strukturen welche mit Kurzpulslaserin das Silikon markiert wurden,konnten mit dem OCT nicht sichtbargemacht werden.Daneben wurden ebenfalls Probenaus Polymethylmethacrylat (PMMA,Plexiglas) hergestellt. MarkierteStrukturen per Kurzpulslaser konntenwie schon bei den Silikonprobenmit dem OCT nicht sichtbargemacht werden. Infolgedessenwurden Proben aus PMMA mittelsspanabhebender Bearbeitung hergestellt.ErgebnisseMit den hergestellten Keilprobenist es möglich, eine reproduzierbareEindringtiefe zu bestimmen.Eine Verbindung zu menschlichemGewebe konnte mangels Informationenzu dessen Streuverhaltennicht hergestellt werdenDie Strukturen im PMMA, welchemittels anderen Messmitteln definiertwurden, können mit demOCT ausgemessen werden. StarkesRauschen erschwert jedocheine genaue Auswertung. DasAuffüllen der Hohlstruktur mitWasser führt zu einer Verringerungdes Rauschens, weil ein teilweisesIndexmatching stattfindet.Ausblickend ist zu sagen, dass einerster Schritt in Richtung der Charakterisierunggemacht werdenkonnte. Keilproben ermöglicheneine Charakterisierung der Eindringtiefe.Die Strukturierungen von PMMA/Silikon stellen eine gute Grundlagezur Kalibrierung von OCT Systemendar. Dieser Weg solltenweiterverfolgt und weitere Strukturierungsmethodenin Betracht gezogenwerden.Thomas Lüthiawesomelut@gmail.comStreuende Keilstruktur (oben) zurCharakterisierung der Eindringtiefeund geometrische Struktur (unten) zurKalibrierungKeilproben: Reines Silikon (links), Silikon mit eingebetteten TiO2 Partikelti.bfh.ch253

BIBEBUVABSc in Mikro- und MedizintechnikHeadtracking für moderne elektronische SehhilfeMedizintechnik / Betreuer: Prof. Dr. Jörn JustizExperte: André ReberProjektpartner: Reber Informatik + Engineering GmbH, MünsingenDie Reber Informatik + Engineering GmbH entwickelt in Zusammenarbeit mit dem Medizintechniklabor derBFH eine Sehhilfe für Patienten, welche an Altersbedingter Makuladegeneration leiden. Bei diesen Patientenist das zentrale Sehen gestört oder ganz verloren. Das heisst, dass sie zwar die Umgebung wahrnehmen,jedoch keine Details wie z. B. einen Fahrplan oder generell Schriftzeichen lesen können.Im Rahmen dieser Bachelorarbeit wurde für die Bedieneinheit der Sehhilfe ein Headtracking entwickelt,damit das Gerät nun fast wie sein rein optisches «Pendant», der Feldstecher, bedient werden kann.Christian MauerhoferAltersbedingte Makuladegeneration(AMD)Wie die Bezeichnung schon sagt,handelt es sich um eine Erkrankungder Macula lutea (auch als «GelberFleck» bezeichnet), des Gebiets desschärfsten Sehens auf der Netzhaut.Von dieser Krankheit sind vorallem alte Menschen betroffen. Vonden über 75-Jährigen leiden ca.30% an AMD und die Krankheit istdie häufigste Ursache für eine Erblindungbei über 65-Jährigen.Für diese Patienten gibt es bis heutekeine wirksame Therapie. DieDegeneration ist also irreversibel.Anwendung der VoiSee ® -Sehhilfe (Prototyp)Technische HilfsmittelAllerdings besteht die Möglichkeitden Visusverlust mit technischenHilfsmitteln zu kompensieren.Der Markt bietet diesbezüglicheine ziemlich grosse Auswahl. Einzigim Bereich der portablen elektronischenSehhilfen – rein optischeSehhilfen wie Ferngläser sindim Vergrösserungsvermögen beschränkterals elektronische Systeme– ist das Angebot heute nochunzulänglich.Diese Nische möchte der Industriepartnerdieser Bachelorarbeit,Reber Informatik + EngineeringGmbH, mit der Neuentwicklung«VoiSee ® » ausfüllen.VoiSee ®Das grundsätzliche Problem, mitdem diese portablen elektronischenSehhilfen kämpfen, ist simpel:Je grösser die Vergrösserungsein soll, desto kleiner ist der Ausschnitt,der noch auf dem Bildschirm/DisplayPlatz findet. Wennman nun einfach einen grösserenBildschirm einsetzte, ginge aberdie Portabilität verloren.Anders als bei bestehenden undbereits heute erhältlichen Gerätenhat man es beim VoiSee ® geschafft,diesen Zielkonflikt, Displaygrösse-Gerätegrösse,aufzulösen.HeadtrackingDa die Sehhilfe vor allem von älterenPatienten verwendet wird, ist eswichtig, dass die Bedienung einfachund intuitiv ist.Im Rahmen dieser Bachelorarbeitwurde deshalb ein Bedienkonzeptentwickelt, welches eine Navigationper Kopfbewegungen, ähnlich wiebei einem Feldstecher, erlaubt. Dieauf diesem Konzept basierende Bedienungkann schnell erlernt werden,da die meisten Menschen denFernstecher und seine Benutzunggut kennen.Es musste also vor allem ein Systementwickelt werden, welches dieKopfbewegungen des Patientenfeststellen kann. Dieses «Headtracking»wurde mit Gyrometerndenn auch verwirklicht. Weil ausserdemviele der älteren AMD-Patienteneinen relativ starken Tremor(«Zittern») aufweisen, musste eineLösung gefunden werden, um dieseungewollten Bewegungen von denSteuerbewegungen zu trennen.In einer «Mini-Studie», konnte dasErgebnis am Ende noch mit Probandenüberprüft, bzw. verifiziert,werden. Die Unterdrückung desZitterns erwies sich dabei als sehreffektiv. Die Testpersonen empfandenauch das Konzept (Steuerungper Kopfbewegungen) in der Tat alsangenehm und einfach – intuitivalso, was ja das Hauptziel war.254 ti.bfh.ch

BSc in Mikro- und MedizintechnikBIBEBUVAOCT Endoskop für KnorpelmessungenOptik / Betreuerin: Anke BossenExperte: Davie AebiProjektpartner: Diamedics, NidauDurch starke Belastungen in den Knien können diverse Schäden, Abnutzungserscheinungen wie Arthritisentstehen, welche sehr schmerzhaft sein können. Dabei trägt der Knieknorpel zwischen den Gelenken einewichtige Rolle, ist er verformt, beschädigt oder hat Mikrorisse können dadurch weiterführenden Schädenentstehen. Darum ist es sehr wichtig Anomalien im Knorpel möglichst früh zu erkennen. Im jetzigen Standder Technik kann man nur beschränkte die Schäden feststellen Mit der Optischen Kohärenztomografie (OCT)sollen bessere Untersuchen des Knorpels erreicht werden.AusgangslageDas OCT ist ein nicht-invasivesUntersuchungsverfahren welchessich bereits in der Augenheilkundeund der Krebsdiagnose durchsetzenkonnte. Dies dank der relativhohen Eindringtiefe in streuendesGewebe (1 – 3 mm) und der hoheaxiale Auflösung (0,5 – 1,5 μm), zudemkönnen hohe Messgeschwindigkeitenerreicht werden.Diese Technik soll auch im Bereichder Knorpelanalyse verwendetwerden. Ein erster Schritt erzieltePeter Stalder, der mit seiner MasterThesis ein erstes Konzept realisierte,wobei er sich mit der Entwicklungeines Endoskops, für dieArthroskopie des Knieknorpelsbeschäftigt und eins assemblierthat. Dies diente nun als Ausgangslagefür diese Bachelorarbeit.VorgehenIn einem ersten Schritt wurde dasEndoskop neu kalibriert und inBetrieb genommen, es wurdenMessungen am Schweineknorpelvorgenommen, weil dieser amMenschenknorpel am ähnlichstenist. Dies soll ermöglichen in Zusammenarbeitmit Ärzten Annahmenüber die Qualität der Untersuchungsmöglichkeitenzu treffen.In einem zweiten Schritt wurde derAufbau so modelliert dass zusätzlichzur OCT Untersuchung, derKnorpel auch mit seiner Oberflächenstrukturvisuell zu sehen ist.Die Realisation der einzelnen Phasenwurde mit Hilfe diverser technischenMitteln wie Zemax, Datareyetc. gemacht. Als erstes wurdedas Gesamte System simuliert umeine Geeignete Anordnung undeine Elementauswahl zu treffenDies führte zu einem Laboraufbauwelcher als erster Prototyp fürweitere Untersuchungen bereitsteht.ResultateDer Aufbau konnte erfolgreich realisiertwerden. Der visuelle Kanalerzeugte bereits gute Bilder undmit dem OCT Kanal konnten auchdiverse A-Scans erfolgreichdurchgeführt werden. Dies ist einerfolgreicher Schritt welcher einGrundstein für weitere Forschungdarstellt.AusblickEin weiterführendes Ziel wird sein,das sich bereits bewährte Verfahren,einen Scanmechanismus miteinem MEMS Spiegel, zu implementieren.Damit Rückschlüsseauf mögliche Qualitätsverluste gezogenwerden können. Des Weiterensollten Versuche mit derBelichtung gemacht werden umdie ideale Lichtstärke zu bestimmen.Danilo Mazzarelladanilo@mazzarella.comZemax SimulationOCT Messung von einem verletzten Knorpelti.bfh.ch255

BIBEBUVABSc en Microtechnique et technique médicaleNavigation d’un robot mobile avec une caméra 3DRobotique / Directeur de thèse: Dr. Björn JensenExpert: Dr. Thomas NussbaumerPartenaires du projet: armasuisse, ThunÀ l’avenir, la navigation autonome va connaître une grande expansion. Ce développement va bouleverserdes domaines comme l’automobile et ouvrir de nombreuses perspectives à grande échelle. Ces nouveauxdébouchés, vont nécessiter un contrôles toujours plus performant. Avec l’avènement de nouvelles caméras3D peu couteuses, de nouvelles applications sont rendues possibles. Le but de ce travail est de démontrerla faisabilité de l’intégration de cette technologie dans la navigation autonome de robots domestiques, pourla localisation, la cartographie et la planification flexible d’itinéraires.Vivien MeyerObjectif du projetLe domaine de la navigation autonomeest très vaste. Les nombreusestechnologies déjà existantessont sur le point depermettre, actuellement, aux robotsde cohabiter dans un milieunon-protégé en présence de personnesnon-informées. La possibilitéd’amener la navigation autonomedans des milieux plusexposés comme sur les routesdoit être impérativement accompagnéede garanties de sécuritéélevées pour les personnescomme pour les biens. Ces garantiesne peuvent être obtenues qu’àl’aide de capteurs très performants,comme le sont les nouvellescaméras 3D à projection detrames. Le but de ce travail estd’intégrer cette nouvelle technologie,en contrôlant un robot de typeiCreate au moyen d’une camérakinect de Microsoft.DéroulementLe robot est muni d’un ordinateurembarqué qui lui permet decontrôler tous les paramètres dela conduite. Dans la premièrephase, le robot est capable d’intégrerles fonctionnalités de basepour le déplacement, comme circuleren ligne droite, tourner surplace ou tourner en cercle. Dansla seconde phase, les informationsen 3D de la kinect sont interprétéesafin de générer une carte.Puis dans la dernière phase, lerobot est capable de se déplacersur demande d’un point A à unpoint B en générant lui-même unetrajectoire et en évitant tous lesobstacles potentiels. Une tellerecherche permet d’établir si uneapplication de ces technologiesest possible sur les robots mobiles,dans l’espoir de la voir apparaître,un jour, dans la vie quotidienne.Présentation des technologiesLe robot iCreate est un robot spécialementconçu pour la rechercheet la programmation. Il utilise laconduite différentielle pour semouvoir. La caméra kinect permetde filmer des images en 3D grâceà la mesure de la déformationd’une trame projetée dans l’environnement.L’ordinateur de bord etcelui de l’utilisateur sont munis dusystème d’exploitation UbuntuLinux. La communication entre lesdivers appareils qui sont, la caméra,l’ordinateur de bord, le robot etl’interface de l’utilisateur, est quantà elle, assurée par l’environnementROS. Les différents programmessont écrits en langage C++ pourle contrôleur et en Python pour lesalgorithmes de planification.FIG 1: prototype256 ti.bfh.ch

BSc en Microtechnique et technique médicaleBIBEBUVAPieds de machines intelligentsTechnique des capteurs / Directeurs de thèse: Dr. Andreas Stahel, Dr. Bertrand DutoitExpert: Daniel KneubühlPartenaires du projet: DIGI SENS AG, 3280 MurtenLa précision des centres d’usinages est dépendante d’un grand nombre de facteurs, dont la qualité de lamise à niveau de la machine. Même si celle-ci, malgré sa complexité, est effectuée correctement lors del’installation (à l’aide de cales et d’un inclinomètre), les mouvements du sol, les vibrations et d’autres diverséléments parfois négligés peuvent affecter cette mise à niveau. Il est donc nécessaire de la contrôler et dela corriger périodiquement.IntroductionL’entreprise DIGI SENS AG, spécialiséedans les capteurs de mesurede charges, a eu l’idée d’intégrerun capteur de force basé surle principe de la corde vibrante àl’intérieur d’un pied de machine.Un algorithme permettant de calculerla rigidité de la machine aégalement été développé lors d’untravail de Bachelor précédent,rendant possible la prévision de larépartition des charges sur les différentspieds lors du déplacementd’un pied.DescriptionLe but final du projet est de pouvoirobtenir les valeurs de correctionsnécessaires à la mise à niveaud’une machine uniquementdepuis une interface Labview,sans l’utilisation d’un programmeannexe. Plusieurs étapes sontnécessaires pour arriver à cestade.Tout d’abord, la charge descapteurs doit être acquise par unréseau CAN-Bus. La communicationest paramétrable et contrôlabledepuis l’interface Labview.Ensuite, toutes les valeurs nécessairesaux calculs doivent êtreenregistrées. Les donnéesconnues sont définies par l’utilisateur,alors que les autres sontobtenues grâce à une série demesure qui va permettre de déterminerla rigidité de la machine.Les valeurs de corrections sontcalculées à l’aide d’un algorithmeimplémenté en C. Une librairiedynamique a été créée afin defaciliter son intégration dans Labview.Les corrections à appliqueraux pieds de la machine pourobtenir la distribution des chargesdésirée sont données non seulementen hauteurs, mais égalementen forces. La mise à niveau estdonc possible en déplaçant lespieds aux hauteurs de correctionsobtenues, à l’aide d’un palpeur, oualors uniquement en les déplaçantdans le but d’augmenter ou dediminuer la charge jusqu’à obtenirla valeur calculée. Cette dernièresolution présente des avantagesnon négligeables. Une fois que larigidité de la machine est connue,toute la mise à niveau peut-êtreeffectuée uniquement à l’aide desforces mesurées. L’utilisation depalpeurs devient alors inutile, cequi représente un gain de tempset une simplification du processusconsidérable.Le programme donne égalementaccès aux paramètres des capteurs(valeurs de calibration, vitessede transfert …) inscris dansle module de mesure. Ces donnéespeuvent être lues ou modifiées.Damien Müllerdamien.muller8@gmail.comChaîne de mesure complète, de la machine à l’interface Labviewti.bfh.ch257

BIBEBUVABSc in Mikro- und MedizintechnikControlling Blue Laser Spot DistributionOptik / Betreuer: Prof. Christoph MeierExperten: Sebastian Mader, Dr. Toralf ScharfHologramme werden auf Banknoten, Führerscheinen, IDs, etc. als Sicherheitselemente eingesetzt. GewisseTeile dieser Hologramme werden mit einem Laserwriter hergestellt. Zum Schreiben der feinen Strukturen,die dazu nötig sind, muss der Laserstrahl auf eine minimal kleine Fläche fokussiert werden. In der Bachelorarbeitwurden verschiedene Möglichkeiten getestet, wie durch Hinzufügen von Elementen in den kollimiertenLaserstrahl der Spotdurchmesser verkleinert werden kann.Martin Mumenthalerm.mumenthaler9@gmail.comAusgangslageDas vorhandene System bestehtaus einem blauen Laser (λ=405nm),welcher auf einen 1/e 2 -Durchmesservon 3mm kollimiert wird. Derkollimierte Strahl wird mit einem100x-Objektiv fokussiert. Der Spotim Fokus kann durch das bestehendeMesssystem nicht präzisegemessen werden.VorgehenEs gibt theoretische Modelle, welchemit Amplitudenfilter und mitradial polarisiertem Licht eine Fokussierungunterhalb der Beugungsbegrenzungermöglichen.Dieser Effekt wird als «Superresolution»bezeichnet. Die entsprechendenModelle werden im Rahmendieser Arbeit in praktischenExperimenten umgesetzt und ihreWirkung auf den Spotdurchmesserim Fokus analysiert. Die Resultateaus den praktischen Experimentenwurden mit der Theorieverglichen.ResultateMit einem Objektiv von Olympuskonnte ein blauer Laserstrahl aufweniger als 0.5μm fokussiert werden.Mit dem im OptoLab eigensentwickelte Messgerät MicroBeam Analyzer (MBA) konnte dieserkleine Spot erfasst und gemessenwerden. Diese Messungenliessen sich zuverlässigwiederholen. Durch das Einsetzenvon Amplitudenfilter wurde sehrviel Laserlicht gedämpft, so dassdas Signal nicht mehr richtigmessbar war, weil das Signal-Rausch-Verhältnis zu klein wurde.Messungen mit radial polarisiertemLicht konnte keine mit genügenderQualität gemacht werden.AusblickDie Ergebnisse bedeuten, dass inweiteren Experimenten ein stärkererLaser (min. 0.2mW) eingesetztwerden muss, damit das Signalvom einfallenden Licht auf den Detektordes MBA gemessen werdenkann. Die Laserquelle muss zeitlichstabil sein, um keine ungewolltenVerfälschungen zu messen.Damit Messungen mit radial polarisiertemLicht gemacht werdenkönnen, muss der Laserstrahlvor der Fokussierung mit einemRaumfilter gesäubert werden.Der Amplitudenfilter blockt den mittleren Teil des gaussförmigen Laserstrahls.MBA zur Messung von Spots unter500nm inklusiv radial Polarisator undAmplitudenfilter.258 ti.bfh.ch

BSc in Mikro- und MedizintechnikBIBEBUVASelbstspielaufsatz für den Welte-Mignon FlügelMechatronik / Betreuer: Prof. Daniel DebrunnerExperte: Christian RenferProjektpartner: Museum für Musikautomaten, SeewenUm 1900 machte die Firma Welte aus Freiburg (DE) es erstmals möglich, live gespielte Klaviermusik aufPapierrollen mit 100 Spuren aufzuzeichnen (Welte Mignon System) und damit der Nachwelt zu erhalten.Viele dieser Rollen wurden im Laufe von 100 Jahren so stark beschädigt, dass sie nicht mehr abgespieltwerden können. Um diese Rollen zu retten hat das «Departement für Technik der Berner Fachhochschule»(BFH-TI) einen Notenrollenscanner entwickelt, um die Rollen zu digitalisieren und so zu rekonstruieren. Nunsollen diese Daten mit einem mechatronischen Apparat den Flügel zum Klingen bringen.Ausgangslage:Im Nationalfonds Projekt «Recordingthe soul of piano playing»wird die Interpretation so erhaltenerKlaviermusik erforscht. Dazustehen historische, voll funktionsfähigeInstrumente zur Verfügung,die mit Papierrollen (original oderKopien) gespielt werden können.Für eine vereinfachte Wiedergabewird angestrebt, die Papierrolledurch einen programmierbarenelektromechanisch angetriebenenAufsatz zu ersetzen, so dass dieMusikstücke ab einem elektronischenDatenträger gespielt werdenkönnen.Das Museum für Musikautomatenin Seewen stellt die Daten seinereingescannten Rollen, die zu seinergrossen Sammlung von Musikrollengehören, zur Verfügung.Ziel:Die Ziele dieser Arbeit waren dieKonstruktion, der Bau und derTest des Aufsatzgerätes, das folgendeEigenschaften besitzensollte:– Elegantes Design– So wenig Bauvolumen wie nötig(Integration in den Abspielapparat)– Geringe Wärmeentwicklung(Stromverbrauch)– Lautlos (

BIBEBUVABSc in Mikro- und MedizintechnikWegfolge-Controller für mobilen RoboterRobotik / Betreuer: Dr. Björn JensenExperte: Dr. Moritz OetikerProjektpartner: Alstom Inspection Robotics AG, ZürichDer «Modular Inspection Crawler», ein mobiler Roboter welcher von Alstom Inspection Robotics entwickeltwurde, führt Messungen an bis zu über 10 Meter hohen Wänden von Öltanks durch. Die Messungen sindwichtig, um Unfälle zu vermeiden, welche zu Umweltschäden führen könnten. Bisher wird der Roboter manuellgesteuert. Um die Steuerung vollständig zu automatisieren, soll ein Wegfolge-Controller entwickeltwerden.Michael Nyffelermichael@michunet.chAusgangslageDer mobile Roboter vermisst dieWandstärke von Öltanks mittelsUltraschallsensoren, um deren Zustandzu überprüfen. Der verwendeteRoboter besitzt magnetischeRäder, um an ferromagnetischenOberflächen, wie der von Öltanks,zu haften. Bisher wird der Robotermanuell per Joystick über die Tankoberflächegesteuert, dabei wirddie Oberfläche nur in relativ grossenAbständen gemessen.ZielDas Ziel der Arbeit ist, einen Wegfolge-Controllerzu entwickeln,damit die Steuerung soweit automatisiertwird, dass der Roboterautonom die gesamte Tankoberflächeabfährt. Dabei soll dieOberfläche in kleinen wählbarenAbständen abgefahren werdenkönnen.UmsetzungDas Projekt wurde in mehrere Teilaufgabenunterteilt, dies sind dieLokalisierung, die Wegplanung,der Regler und die Bildverarbeitung.Für die Lokalisierung stehen zweiEncoder an den Rädern, ein Neigesensor,zwei Bumper und eineexterne Kamera zur Verfügung.Um aus allen Informationen einemöglichst genaue Position zu ermitteln,wird ein Kalman Filter angewendet.Die Wegplanung, welche durchBenutzereingaben beeinflusstwerden kann, wird basierend aufeiner Rasterkarte des Tanksdurchgeführt. Die Wegplanung istspeziell für diese Anwendung entwickeltworden, wodurch sie sehreffizient ausgeführt werden kann.Der Regler generiert basierend aufdem geplanten Weg, die optimalenSteuersignale, um die FehlerTestfahrt des Roboters am Tank.zu minimieren und auf dem Wegzu bleiben.Vor dem Tank wird eine Kamerapositioniert um die Position desRoboters zu verfolgen, und diePositionsinformation der Lokalisierungweiterzugeben. Um den Roboterin den Bilddaten zuverlässigzu verfolgen, wird geeignete Bildverarbeitungangewendet. DerRoboter erhält dazu eine farblicheMarkierung, über verschiedeneAlgorithmen wie Konturenfindungund die Ermittlung der Hu-Momentekann diese Markierung zuverlässigverfolgt werden.Übersichtskarte des geplanten und gefahrenen Weges.ErgebnisseSchliesslich werden alle Moduleder verschiedenen Teilaufgabenzu einer Steuerungssoftware mitgraphischer Benutzeroberflächezusammengeführt. Die durchgeführtenTests mit dem realen Robotersind erfolgreich verlaufen.260 ti.bfh.ch

BSc in Mikro- und MedizintechnikBIBEBUVAZuführen und verschrauben von UhrenkomponentenRobotik / Betreuer: Prof. Yves MussardExperte: Marc LippunerProjektpartner: ETA SA Manufacture Horlogère Suisse, Schild-Rust-Strasse 17, 2540 GrenchenIn der Uhrenindustrie ist die Zuführung (Vereinzelung und Ausrichtung) von Werkstücken aus Schüttgut einnotwendiger Prozess, um Montageoperationen automatisieren zu können. Aus diesem Grund setzt sich dieFirma ETA SA Manufacture Horlogère Suisse mit neuen Zuführungsmethoden auseinander, welche einehohe Flexibilität gewährleisten. Somit können verschiedene Produkte mit einer einzigen Anlage zugeführtwerden.AusgangslageDie Firma ETA SA setzt heute bereitsverschiedenste automatisierteMethoden ein, um ihre Uhrwerkezu fertigen und zu montieren. DieseArbeit befasst sich mit der Lösungsfindung,um zwei Komponentenzuführen zu können, welchedann mit einer Zylinderschraubefixiert werden müssen. Die Werkstückemüssen mit einer bestimmtenToleranz zueinander positioniertwerden. Das zylindrischeWerkstück ist ausserdem asymmetrischund muss deshalb mit derkorrekten Ausrichtung positioniertwerden. Diese Operation wird aktuellnoch manuell durchgeführt.Das Arbeiten mit solch kleinenWerkstücken erfordert jedoch sehrviel Übung, handwerkliches Geschickund Zeit. Der Prozess istdann zusätzlich von Menschen abhängig,was zu Qualitätsschwankungenführen kann.Ziel der ArbeitDas Ziel dieser Arbeit ist das Evaluierenund Testen neuer Zuführungsmethoden,welche in derLage sind, die entsprechendenWerkstücke für die verschiedenenKaliber zuzuführen. Dabei wirdbesonders darauf geachtet, einegrosse Flexibilität erreichen zu können,um kurze Produktwechselzyklengewährleisten zu können. Fürdie Zuführung der zylindrischenWerkstücke sollen Versuche miteinem Deltaroboter und einem Visionsystemdurchgeführt werden.Um die Prozesssicherheit derSchrauboperation garantieren zukönnen, soll eine VersuchsstationVersuchsstation mit Deltaroboter und Visionsystem um die zylindrischenWerkstücke zuzuführenaufgebaut werden, mit welcher dieentsprechenden Zylinderschraubenmit dem ausgewählten Elektroschrauberverschraubt werdensollen. Für diese Versuche werdenalle nötigen Werkzeuge und Aufnahmenentwickelt und hergestellt.Die einzelnen Stationen sollen zueinem späteren Zeitpunkt in eineautomatische Anlage integriertwerden können.UmsetzungNach der Evaluation eines geeignetenDeltaroboters mit einem entsprechendemZuführungssystemwurde eine Visionerkennung programmiert,um die zylindrischenWerkstücke auf dem Entnahmebereichdes Deltaroboters detektierenzu können. Dies wurde für dieWerkstücke von zwei verschiedenKalibern durchgeführt. Danachwurde noch ein Pick&Place Vorgangfür den Deltaroboter programmiert,um eine Aussage überdie Zykluszeit machen zu können,welche mit dieser Zuführungsmethodeerreicht werden kann. Umeine Aussage über die Prozesssicherheitder Schrauboperationmachen zu können, wurde eineTestreihe mit den entsprechendenZylinderschrauben und den ausgewähltenElektroschrauber erstellt.Anhand der erreichten Resultatekann eine Empfehlung zur Verwendungder entsprechenden Produkteund der Machbarkeit diesesKonzepts abgegeben werden.Carlos Puertasti.bfh.ch261

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BSc in Mikro- und MedizintechnikBIBEBUVAInstrument für die Osteosynthese bei OsteoporoseMedizintechnik / Betreuer: Prof. Dr. Jörn JustizExperte: Nicolas BoudubanProjektpartner: Synthes, Langendorf SOBei Frakturstabilisierungen in der Osteosynthese besteht für Chirurgen die Schwierigkeit, die optimaleSchraubenlänge für die Osteosyntheseplatte zu wählen. Besonders wichtig ist die richtige Wahl der Schraubenlängebei Patienten, welche an Osteoporose leiden. Werden diese nicht optimal gewählt, besteht dieGefahr einer Revisionschirurgie. Ziel dieser Arbeit ist eine patientenorientierte Lösung zur Verbesserung derpostoperativen Resultate der behandelten Patienten.OsteoporoseOsteoporose ist eine weltweit verbreiteteErkrankung des alterndenMenschen. 40% der Frauen und14% der Männer welche älter als50 Jahre alt sind, erleiden eineFraktur auf Grund von Osteoporose.Die Krankheit verursacht eineVerminderung der Knochendichte.Simple Bewegungsabläufe oderharmlose Stürze führen bei Osteoporosesehr leicht zu einer Fraktur.Mit einer stetigen Zunahme desLebensalters ist zu erwarten, dassdie Anzahl der Osteoporose- Patientenin den nächsten Jahrenepidemisch zunehmen wird. DasFrakturrisiko bei Osteoporose erfasstschon jetzt weltweit jährlich100 – 200 Millionen Menschen.OperationstechnikHeutzutage werden Schraubenlängenbei Operationen mit teilskomplizierten und ungenauen Verfahrengemessen. Die Überprüfungder gewählten Schraubenerfolgt mit bildgebenden Verfahren(wie Röntgenbilder). Die Bilderstellen aufgrund der winkeluntreuenBildaufnahme eine trügerischeLängendarstellung dar. Zu langgewählte Schrauben können alsoptimal ausgewählte Schraubeninterpretiert werden.Folgen bei falscher SchraubenwahlWenn zu kurze Schrauben gewähltwerden, besteht die Gefahr, dassdiese ausreissen könnten. Wird,spezifisch im Gelenk, eine zu langeSchraube gewählt, so kanndiese durch die Aussenschichtdes Knochens treten und dabeidie dahinterliegende Gelenkflächezerstören. In beiden Fällen würdeeine Revisionschirurgie, also eineerneute Operation, nötig sein. Imzweiten Fall würde gar ein künstlichesGelenk notwendig werden.ZielIm Rahmen dieser Bachelorarbeit,die im Auftrag der Firma SynthesGmbH erstellt wurde, soll ein Prototypeines chirurgischen Instrumentsentwickelt werden, welchesdie optimale Schraubenlänge beieiner Frakturstabilisierung bei Osteoporose-Patienten bestimmensoll. Das zu entwickelnde Instrumentsoll durch eine einfache unddennoch präzise Handhabungleicht am Operationstisch einsetzbarsein.lösung erarbeitet. Mithilfe der Literaturrecherchenwurde ein Prototypgeplant und entwickelt. DerPrototyp basiert auf der elektrischenLeitfähigkeitsmessung. Dieelektrische Leitfähigkeit verhältsich unterschiedlich in verschiedenenGewebeschichten. Werdendie Leitfähigkeiten im Knochengewebeausgewertet, so kann derexakte Übergang der verschiedenenKnochenschichten detektiertwerden. Mithilfe einer solchenLeitwertänderung wird die optimaleDistanz der Schraubenlängegefunden.In einem weiteren Schritt wurdeder Prototyp an Tierknochen getestetund ausgewertet. Die Auswertungenzeigen, dass der prinzipielleAufbau funktioniert und inder Tat die Knochenschichtübergängedetektiert werden können.AussichtenDer entwickelte Prototyp muss nunhinsichtlich seiner Anwendung ammenschlichen Knochen optimiertund entsprechend getestet werden.Nach erfolgreichen Tests undklinischen Studien könnte dasEndsystem bald in Operationssälenangetroffen werden.Adrian Räzraezadrian@gmail.comCAD Modell des entwickelten InstrumentsUmsetzungIn einem ersten Schritt wurdedurch eine Prinzipienstudie einemögliche, theoretische Problem-ti.bfh.ch263

BIBEBUVABSc en Microtechnique et technique médicaleVisite guidée avec un Segway PTRobotique / Directeur de thèse: Prof. Dr. Björn JensenExpert: Thomas StaufferLe SEGWAY PT est un moyen de transport mobile qui commence à trouver de bonnes applications dans lesecteur du tourisme. La grande puissance et les capteurs plus performants acquis par les tablettes aujourd’huiet la vaste gamme d’applications concernant la localisation, leur permettent de s’inviter à bord duSEGWAY PT. Le but de ce projet est la création de un programme capable de faire une localisation indooret d’implémenter une réalité augmentée pour maximiser l’expérience obtenue par les touristes.Enrico RennaObjectifs de la thèseLe projet suivant explore les différentesméthodes pour localiser unetablette dans un environnementfermé. La possibilité d’effectuer unetelle performance, peut ouvrir laporte au tourisme dans les grandsvilles, musées et autres places. Diversaspects liés à la robotiquemobile seront utilisés et enfin programmésdans le langage de programmationAndroid. La tabletteserai capable, avec une algorithmede navigation, de conduire à destinationavec des indication sur leparcours. En plus la relativementnouvelle thématique de l’AugmentedReality (méthode pour l’affichagedes éléments supplémentaire) seradiscutée et ensuite implémentéedans une démonstration.Localisation et NavigationLe grand défi de ce projet est de selocaliser dans un bâtiment. Le GPS,qui est assez précis, ne peut pasfonctionner dans cet environnementalors il faut d’autres méthodes. Voilàque le GSM et le Wifi peuventnous aider. Le GSM arrive à pénétrerles parois du bâtiments et donc onpeut effectuer une calcule des probabilitéavec Markov avec les diversesantennes disponibles. L’universitéoffre aussi beaucoup debornes Wifi qui peuvent être utiliséesaussi pour se localiser avecune calcule de probabilité et Markovpour filtres les résultats obtenus. Lanavigation peut être effectuée pardes algorithmes, qui selon la cartechoisie, peuvent trouver le parcoursplus court.Augmented RealityLa réalité augmentée est une extensionde ce qu’on appelle virtual reality.La grande différence est qu’ona des images en temps réel quigrâce à des capteurs (accéléromètrespar exemple) peuvent déterminerdivers facteurs utiles pourreconnaître des objets dans l’environnementet générer alors des élémentsvirtuels dans le contexte réel(sur l’écran du Smartphone parexemple). En générale ces élémentsde multimédia son composé par duson,texte,video liées à l’écran del’appareille. Il faut aussi effectuerune localisation (normalement faitepar GPS) pour lier les divers objetsvirtuels à l’image visualisé.RésultatsL’analyse effectuée à l’aide de logicielsde calculs mathématiquescomme MatLab a conduit à laconclusion que la localisation parWifi était meilleure, par sa cohérencede données, que celle du GSM. Unmodèle de mesures a donc été créecomme base de données pour seréférer pendant la session «online»ou l’appareil doit se localiser. Le systèmeréussit à se localiser en uneseule lecture des réseaux Wifi disponibles.La carte choisie est une cartetopologique avec divers points d’intérêts et naviguée par un algorithmede Dijkstra. La réalité augmentéeétait attentiez avec la camerade la tablette et ensuite enrichitpar des éléments (comme duson,video et texte) virtuelle.Image du SEGWAY PT avec la tabletteVisualisation de l’interface, on estlocalisé voisin le labo du robotiqueVisualisation de l’interface AugmentedReality264 ti.bfh.ch

BSc in Mikro- und MedizintechnikBIBEBUVAVaginalsensorMedizintechnik / Betreuer: Prof. Dr. Volker M. KochExperte: Prof. Dr. Lorenz RadlingerViele Frauen leiden unter einer Insuffizienz der Beckenbodenmuskulatur, was eine Belastungsinkontinenzmit sich führen kann. Mit dem entwickelten Vaginalsensor soll in Ruhespannung die Reaktionskraft desGewebewiederstandes gemessen und ausgewertet werden. Gleichzeitig soll eine allfällige aktive Kontraktionder Beckenbodenmuskulatur durch EMG erkannt werden, um fehlerhafte Messungen des passivenGewebewiederstandes auszuschliessen. Mit dem Vaginalsensor können erste Messungen in der Praxisdurchgeführt werden. Durch die Messresultate können Aussagen zum Stand der Therapie getroffen werden.AusgangslageEine Belastungsinkontinenz bedeutetfür eine Patientin gesundheitlicheund wirtschaftliche Probleme.Schon bei kleinsterAnstrengung wie Niessen oderHusten kann unwillkürlicher Harnverlustauftreten. Dadurch werdendas Wohlbefinden und die Gesundheitder betroffenen Personmassiv belastet. Ziel des Projektesist die Weiterentwicklung einesVaginalsensors, auf Basis einesbereits existierenden Prototypen.Der aktive Teil, die Zangenspitze,soll dabei komplett überarbeitetund neu konstruiert werden. DerVaginalsensor soll die Reaktionskraftdes Gewebewiederstandesals Funktion des Zangenöffnungsabstandesmessen können,gleichzeitig soll eine allfällige aktiveKontraktion der Beckenbodenmuskulaturdurch EMG erkanntwerden. Fehlerhafte Messungendes passiven Gewebewiederstandeskönnen dadurch ausgeschlossenwerden.Aufbau und ErgebnisseDie Spitze der Zange wurde inKapselform konstruiert und entwickelt.Dies ist deutlich angenehmerfür die Patientin und die rundeForm verhindert Verletzungendurch manuelle Interaktionen. DieReaktionskraft des Gewebes aufdie geöffnete Zange wird mittelszweier flexiblen Platten an Kraftsensorenweitergegeben. Dazumusste einerseits ein Sensortypausgewählt werden, welcher dienötigen Anforderungen in den BereichenGrösse und Genauigkeiterfüllt. Andererseits musste dieoptimale Form der Verbindungsmembraneevaluiert werden. DieseMembrane ermöglicht die flexibleBewegung der Basisplatte,dabei muss die Kraftübertragungmöglichst gleichmässig und verlustfreisein. Eine weitere Herausforderungwar es, eine dichte Kapselzu entwickeln, so dass keineFlüssigkeiten in das Innere derKapsel eindringen können. DerVaginalsensor wurde hergestelltund getestet. Getestet wurden dieFunktion der EMG, die Wegmessungsowie die Kraftmessung.Ausserdem wurden Hygienetestsmit verschiedenen Desinfektionsmittelnund Schutzmitteln durchgeführt.Sämtliche Tests warenerfolgreich, durch die neue Konstruktionwurde ganz besondersdie Genauigkeit der Kraftmessungstark verbessert.AusblickMit dem entwickelten Vaginalsensorkönnen nun erste Messungenin der Praxis durchgeführt werden.Nach den erfolgreichen Messungenan der BFH-TI in Biel werdennun Testläufe in der Frauenklinikdes Inselspitals Bern durchgeführt.Falls auch diese Testläufeerfolgreich verlaufen, müssen alsnächster Schritt die Unterlagen fürein Bewilligungsgesuch bei derkantonalen Ethikkommission Berneingereicht werden. Somit könntenbreit angelegte klinische Testsdurchgeführt werden.Alban Rudajalban_rudaj@hotmail.comti.bfh.ch265

BIBEBUVABSc in Mikro- und MedizintechnikMess-System für GPS gesteuerte BojeRobotik / Betreuer: Prof. Yves MussardExperte: Peter DebergDie GPS gesteuerte Boje ist ein Projekt von der BFH in der Entwicklungsphase. Anhand von Daten zuPosition und äusseren Einflüssen reagieren die Motoren der Boje nach einem geregelten Schema. DieBachelor Arbeit hat zum Ziel, ein Mess-System zu realisieren, das die Position der Boje zu jeder Zeit mithoher Genauigkeit kennt. Das aus den Messdaten resultierende Bewegungsmuster kann mit dem Reaktionsschemader Steuerung zeitsynchron verglichen werden, um deren Funktionalität zu überprüfen.Benjamin SchemerAusgangslageDer GPS-Empfänger auf der Bojeliefert die Koordinaten mit einerPräzision von ungefähr ±5 Meterund einer minimale Auflösung vonetwa 0.15 Meter. Damit ist die Beobachtungvon Bewegungen imMeterbereich mit dieser Methodenicht möglich. Damit die Steuerungund deren Reaktion auf äussereEinflüsse, wie z. B. Wind,präzise überprüft werden kann,braucht es also ein zusätzlichesMess-System. Dieses soll an Landpositioniert werden und eine20 Meter entfernte Kreisfläche mit60 Meter Durchmesser überwachen.Die Bojen-Koordinaten sollenauf einen halben Meter präzisegefunden werden.Der AufbauDas Mess-System besteht im Wesentlichenaus einem Schrittmotormit Getriebe und einem Laser-Distanzmessgerät. Der Motor istvertikal orientiert und rotiert überdas Getriebe eine Plattform in kleinenSchritten. Ein Encoder liefertInformationen zur Orientierung.Mit dem auf der Plattform platziertenLaser, kann die Distanz zwischenBoje und Mess-Systemgefunden werden. Auf der Bojebefindet sich Reflektor Material,das Lichtstrahlen in die gleicheRichtung reflektiert, aus der siekommen.ProgrammierungSowohl der Schrittmotor, wie auchdas Laser-Distanzmessgerät werdenan einem Computer angeschlossen.Um die Kommunika tionmit den Geräten zu ver einfachen,wurden Module mit LabView realisiert,die es vereinfacht erlauben,Befehle an die Geräte zu sendenoder Daten von diesen auszulesen.Damit ist die Grundlage für einProgramm zur Überwachung geschaffen.Messpunkte auf der Boje unddreht weiter, bis es sicher ist, nichtmehr die Distanz zur Boje zu messen.Danach wird die Drehrichtunggewechselt und der Prozess beginntvon neuem. Zur Berechnungder Bojen Position werden dieWinkelwerte der gültigen Distanzmessungenund der Mittelwert dergemessenen Distanzen verwendet.Mess-System im LaboraufbauDer BetriebIst das System aufgestellt und angeschlossen,braucht es eine Initialisierung.Sowohl die Position,wie auch die Orientierung müsseneingegeben werden. Danach wirddie Boje angepeilt und die Distanzgemessen. Jetzt kann das Programmin den automatischen betriebwechseln. Das horizontaldrehende System platziert einige266 ti.bfh.ch

BSc in Mikro- und MedizintechnikBIBEBUVAPolarisation nanostrukturierter ElektrodenMechatronik / Nanotechnik / Betreuer: Prof. Dr. Patrick Schwaller, Michael HeldExperte: Prof. Dr. Thomas WandlowskiBei Impedanz-Messungen an Gewebe oder der Erfassung von Biosignalen mittels metallischer Elektrodentreten häufig störende Polarisationseffekte auf. Bei implantierbaren Elektroden verwendet man deshalb seiteinigen Jahren fraktale Elektroden, welche nur schwach polarisierbar sind. Im Reinraumlabor der BFHarbeitet man an Elektroden mit einer Nanotopografie nach dem Vorbild fraktaler Elektroden. In dieser Arbeitwurden diese Elektroden der BFH mittels potentiostatischer Messungen auf ihr Polarisationsverhalten hinuntersucht.Nanostrukturierte ElektrodenAls Elektroden wurden Goldschichtenauf PET-Folien verwendet.Durch eine Sauerstoffplasmabehandlungwurden die PET-Oberflächenmodifiziert. Die anschliessendmittels PVD (Physical Vapour Deposition)aufgetragene 130 nm dickeGoldschicht weist je nach Vorbehandlungszeiteine mehr oder wenigerausgeprägte Nano-Säulenstrukturauf, welche sich auch inoptischen Effekten zeigt. Diese Goldelektrodenmit unterschiedlicherNanotopografie wurden nun in Anlehnungan ihre Ähnlichkeit mit fraktalenElektroden auf ihr Polarisationsverhaltenhin untersucht.Potentiostatische MessungenIn der vorangehenden Projektarbeitwurde dazu ein Potentiostatevaluiert. Der Potentiostat ist einRegelverstärker, dem die Spannungzwischen Arbeitselektrodeund Referenzelektrode vorgegebenwird. Dazu wird der Stromzwischen Arbeitselektrode undGegenelektrode durch den Potentiostatenso geregelt, dass sich dievorgegebene Spannung einstellt.Die mit diesem Verfahren gemesseneStromantwort zeigt einerseitsmaterialcharakteristische Merkmaleund dient somit als eine Artelektrochemische Spektroskopie.Anderseits können so polarisations-und korrosionsrelevante Datender Proben gewonnen werden.MessumgebungFür zuverlässige Messungen musstedie Messumgebung zunächst inForm einer selber konstruiertenMesszelle definiert werden, wobeiauch die in Frage kommenden Materialienabgeklärt werden mussten.Da wie in jeder elektrochemischenMesszelle mög lichst alle externenEinflüsse ausgeschlossen werdenmüssen, wurde sie hauptsächlichaus PTFE (Teflon) konstruiert. Dadie Elektroden im Hinblick auf einemedizinische Anwendung hin untersuchtwurden, wählte man als Elektrolytisotonische Kochsalzlösung(0.9% NaCl). Die inerte Gegenelektrodeaus Gold wurde selber hergestelltund die Silber-Silberchlorid-Referenzelektrode zur Reduzierungvon Messfehlern und besserenÜberprüfung der Resultate eingekauft.Als potentiostatische Messmethodenwurden Linear SweepVoltammetry (LSV) und CyclicVoltammetry (CV) angewendet, welchedas zur Messung vorgegebeneSpannungssignal beschreiben: Einlinearer Vorschub zwischen zweiPotentialen (LSV) und eine zyklischeVor- und Rückbewegung zwischenzwei Potentialen (CV).ErkenntisseDie aufgenommenen Stromdichte-Potential-Kurven wurden in unseremFall zu einer approximativen Auswertungdes Polarisationswiderstandes,der Korrosionsstromdichte,des freien Korrosionspotentialsund des Aufbaus der kapazitivenDeckschichtbildung verwendet. ErsteExperimente haben gezeigt, dassUnterschiede im Polarisationsverhaltenzwischen den Elektroden mitunterschiedlicher Nanotopografievorhanden sind.Florian Schleissflohsinn@gmx.netPotentiostat PalmSens EmStat2 mitMesszelle.Gold-Nanoschicht (auf PET: 0, 60, 120und 360s vorbehandelt).Cyclic Voltammetry in 50ml 0.9% NaCl-Lösung.ti.bfh.ch267

BIBEBUVABSc in Micro- and MedicaltechnologyPiezoelectric ceramics deposition on quartzMechatronik / Thesis advisor: Prof. Dr. Bertrand DutoitExpert: Dr. Bernhard SchnyderThe Swiss quartz crystal manufacturer Micro Crystal AG is perpetually reducing the size of its products. Ofcourse, this results in big challenges on adapting critical production processes, particularly in the photolithographicsection. New methods and concepts are in demand. One of them involves the coating of apiezoelectric ceramic thin film on quartz substrates. As this has never been done before, the feasibility mustbe proven.Lukas Schneiderschnl6@gmail.comBackgroundSince years, the miniaturisation ofcomponents is a well-known trendin the micro electronics sector.This progress led to the impressingpotential of present-day electronicgadgets, such as tabletPC’s or smart-phones. At MicroCrystal, one can understand theextent of this trend by looking atthe development of a standardcrystal resonator’s package size:In the past 25 years, its volume gotdecreased by 97%. Nowadays,the required accuracy on photolithographicprocess steps is veryhigh, making them highly criticaland expensive due to narrow processlatitudes. To dodge some ofthese critical processes, MicroCrystal’s development departmenthas designed a new resonatorconcept. It involves the coatingof a piezoelectric ceramic thin filmon the quartz substrates.ResultsAs a first step, the required theoreticalfoundations related to theproject were investigated. Detailedinformation on quartz crystalproperties and their manufacturingprocesses was collected. Possiblepiezoelectric ceramic thinfilm deposition methods werecompared. As it is offering crucialadvantages like homogeneity andhigh production throughput,pulsed laser deposition becamethe method of choice.In order to define the requiredthickness of the piezoelectric thinfilm, elaborate FEM simulationswere performed. They providedpromising results by approving theresonator concept to be functional.Thereby the knowledge wassufficient to perform practicaldeposition tests. For that purpose,contacts with a company specialisedon pulsed laser depositionwere made.A face to face meeting was held atthe Micro Crystal headquarters.The most important specificationswere exchanged and a detailedexperiments set-up was writtendown. Substrates were preparedat Micro Crystal and shipped. Afterthe first deposition runs, anexternal partner offered a detailedanalysis of the quality, homogeneityand performance of the thinfilms. The first coatings were successful,as there were no majordifficulties such as insufficient adhesionor high residual strain andstress in-between substrate andthin film.Piezo ceramics thin film on quartz substrate268 ti.bfh.ch

BSc en Microtechnique et technique médicaleBIBEBUVAConception d’un moteur pneumatiqueMécatronique / Directeur de thèse: Prof. Daniel DebrunnerExpert: Christian AndresPartenaires du projet: Festo, 8953 DietikonLes applications nécessitant l’air comprimé comme source d’énergie se font ressentir dans un vaste choixde domaines. Ce moyen d’alimentation comporte certains avantages sur la motorisation électrique, neserait-ce que dans les industries où les risques d’explosions sont importants, ou dans des espaces fortementpollués par les champs magnétiques, rendant le bon fonctionnement des moteurs électriques impossible.Le développement de moteurs pneumatiques performants permet ainsi de concevoir des installationsindustrielles capables de travailler sous des conditions difficiles.Buts et organisationL’objectif était de développer unmoteur pneumatique présentantun bon rendement, dans un volumerestreint.Le projet s’est déroulé en deuxparties. La première consistait àétudier les systèmes existantsactuellement, afin de trouver unprincipe qui pourrait posséder debonnes caractéristiques en dimensionsréduites. Le concepttrouvé, il a fallu démontrer sonfonctionnement de manière virtuelle.La seconde partie du travail aconsisté en l’élaboration d’un moteurprototype afin de pouvoir lemesurer, et ainsi en tirer desconclusions comparatives auxmoteurs conçus actuellement.Principe de fonctionnementSuites aux recherches effectuées,le choix du moteur s’est porté surun principe volumétrique à palettes.Ce principe permet de fournir uncouple à l’arbre du moteur à l’aidede l’évolution de la pression dansplusieurs chambres en rotation séparéespar des parois. L’énergiestockée dans l’air comprimée impliqueune dilatation de celle-?ci, etdonc une recherche d’augmentationde volume. Ainsi, le couple esttransmis à l’axe de sortie du moteur.ConstructionLa construction de ce prototype ademandé beaucoup d’études deconception, afin de créer un systèmecompétitif. Parallèlement àcela, il a fallu imaginer une fabricationaussi simple que possible,afin de parvenir au résultat escompté,à savoir un système finisur lequel effectuer des mesures.Les délais de fabrication étantrelativement conséquents pour lapériode allouée à ce travail, il a éténécessaire de développer le systèmede manière rapide. Cela s’estfait à l’aide de logiciel de conceptionassistée par ordinateur pourla conception de l’assemblage.Des études supplémentaires ontété effectuées sur différentespièces d’intérêt à l’aide d’un logicielbasé sur la méthode des élémentsfinis.RésultatsLes caractéristiques du systèmen’ont malheureusement pas puêtre mesurées, l’usinage de piècescomplexes n’ayant pas atteint lesexigences requises. Cependant,suite à une analyse approfondiedes causes du problème, dessolutions ont été proposées, et lesystème pourra être continué parla suite.Guillaume Sottasti.bfh.ch269

BIBEBUVABSc in Mikro- und MedizintechnikSchneidegerät für die ChirurgieMikro- und Medizintechnik / Betreuer: Prof. Dr. Jörn JustizExperte: Prof. Dr. Michael MuellerProjektpartner: Universitätsklinik für Frauenheilkunde, BernDie Entfernung der Gebärmutter ist ein häufiger chirurgischer Eingriff. Oft muss die Operation aufgrund vonUterusmyomen ausgeführt werden. Alleine im Inselspital werden wöchentlich mehrere Frauen operiert. Umdie Kosten gering zu halten, ist man daran interessiert, Operationen möglichst schnell ausführen zu können.In der Bachelorthesis wurde daher ein Prototyp für ein neues chirurgisches Instrument entwickelt, mit demdie Entnahme von grossen Tumoren aus dem Bauchraum erheblich schneller ausgeführt werden kann.Zudem soll die Operation durch das neue Werkzeug sicherer werden.Adrian StirnimannAusgangslageMyome (gutartige Tumore des weiblichenGenitaltrakts) treten hauptsächlichbei Frauen zwischen dem35. und dem 45. Lebensjahr auf.Dabei sind etwa 20 – 40% der Frauenüber 35 Jahren betroffen. EineMyomektomie (operationelle Entnahmeeines Myoms) kann heutzutageminimalinvasiv durchgeführtwerden. Es sind nur Schnitte vonwenigen Zentimetern nötig, wobeider Chirurg oder die Chirurgin mitHilfe von optischen Hilfsmitteln operiert.Bevor ein Myom entfernt werdenkann, muss es innerhalb des Körperszerkleinert werden, da essonst nicht durch den gelegten Zugangpasst. Zurzeit wird dies miteiner Klinge in einem sogenanntenMorcellator durchgeführt. DasMyom wird dabei gegen die drehendeKlinge gedrückt, wodurch derTumor in Stücke geschnitten wird.Dieser eigentlich simple Teilschrittder Operation nimmt sehr viel Zeitin Anspruch. Für den Chirurgenoder die Chirurgin ist das Zerkleinernzudem sehr anstrengend, daer/sie den Morcellator, der einigeKilogramm wiegt, nur einhändighandhaben kann. Beim Zerkleinernder Tumore können sich Stückevom Myom lösen, die dann einzelnaus dem Bauchraum der Patientinentfernt werden müssen. Des Weiterenbesteht beim Anwenden desMorcellators immer die Gefahr, umliegendeOrgane zu verletzen.AufgabeMyome sollen durch hochfrequentenStrom innerhalb eines Beutelszerkleinert werden können. DieTeile des Tumors sollen dann einzelnentfernt werden.ErgebnisEs wurden zwei Prototypen entwickelt.Beide zerkleinern Gewebe,indem ein von hochfrequentemStrom durchflossener Draht alsSchneidwerkzeug eingesetzt wird.So können Schnitte mit einer Längevon mehr als zehn Zentimetern ausgeführtwerden. Die Schnitte werdenin einem Beutel durch geführt,um umliegende Organe nicht zugefährden.Der erste Prototyp orientiert sich anbereits bestehenden Bergungsbeuteln.Der Beutel wird im Körper überdas Myom gestülpt. Danach wird ermit dem Myom an das Zugangsrohrim Bauch geführt. Dort kann anmehreren Drähten gezogen werden,wobei das Myom zerteilt wird. Dieverbleibenden Stücke können einzelnentfernt werden.Bei dem zweiten Prototyp wird dasMyom in den Beutel eingesetzt. Dabeiwird es bereits beim Einsetzenvon mehreren Drähten zerschnitten.Ein Durchschalten der Drähte istnotwendig.Beide Prototypen zeigten in erstenTests ihre Anwendbarkeit in derPraxis, müssen im Hinblick auf einEndprodukt jedoch noch optimiertwerden.Erster PrototypZweiter PrototypZweiter Prototyp beim Schneiden270 ti.bfh.ch

BSc in Mikro- und MedizintechnikBIBEBUVAInverses Pendel als DemonstratorMechatronik / Betreuer: Prof. Dr. Josef GötteExperte: Prof. Bruno KäserProjektpartner: Zumbach Electronic AG, OrpundIn den letzten Jahren ist der Gebrauch von optischen Sensoren zur Online-Messung von Kabeln, Rohrenund Profilen ständig angestiegen. Diese Leistungssteigerung soll mit Hilfe eines Spieldemonstrators gezeigtwerden. Das inverse Pendel, ein klassisches Bespiel in der Regelungstechnik, wird als Benchmark eingesetzt.Ein Bleistift soll mit Hilfe eines XY-Tischsystems im Gleichgewicht gehalten werden. Ein ZumbachODAC-Gerät misst die Regelgrösse «Neigung des Stifts» und demonstriert somit seine Leistungsfähigkeit.AusgangslageBereits als Kind hat jeder von unsschon einmal versucht, einen Stift aufder Hand zu balancierten. Die Handmuss ständig in Bewegung bleibenum den Stift im Gleichgewicht zu halten.Das gleiche Verhalten ist beiminversen Pendel vorzufinden.Zwei Linearmotoren bewegen in unseremModell einen mit Blattfederngelagerten Tisch in X und Y-Richtung.Die Positionen der X und Y-Achsen werden mit Linearsensorengemessen. Ein optischer Sensor(ODAC) von der Firma ZumbachElektronik AG misst die Position desPendels. Dieses soll im Gleichgewichtgehalten werden. Das Systemsoll von einem üblichen PC mit einemhandelsüblichen Realtime-Controllerund dem Linux-RTAI-Betriebssystem(RTAI: Real-Time-Application-Interfance)geregelt werden. Das Regelprogrammwird mit Simulink simuliertund der in Echtzeit ausführbare Codewird mit dem Real-Time-Workshop(RTW) von Matlab automatisch erzeugt.unabhängig voneinander geregeltwerden. Die genauen Parameter fürden XY-Tisch werden messtechnischvalidiert. Der XY-Tisch wird im erstenSchritt ohne Pendel geregelt. DieRegelung des XY-Tisches wird mitdrei verschiedenen Reglern realisiert.Diese werden ins diskrete Modellumgerechnet, auf dem realen Systemüberprüft und mit der Simulationverglichen. Einer der drei erstelltenRegler, ein PID Tracking Regler mitTrajektorien Generator, ist in derLage, den Tisch ohne Schwingungenzu regeln. Als Demonstrationsobjektwerden eine Kreis- und eine Herz-Bahn berechnet und abgefahren.PendelsystemFür die Regelung des gesamten Pendelsystemswird ein Zustandsreglerverwendet. Ergänzend zum Zustandsreglerwird ein Observer realisiert.So können neben den gemessenenParametern wie Weg undWinkel, die restlichen Grössen wieGeschwindigkeit und Winkelgeschwindigkeitgeschätzt werden. Fürdie Pol-kompensation wird ein Besselfilterverwendet. Im inneren Regelkreisdes Zustandsregler wird derWinkel des Pendels geregelt, im äusserenRegelkreis die Position desWagens.Die Daten des ODAC Sensor müssenins Simulink eingebunden werden.Der benötigte Empfängercode für dieRegelgrösse «Neigung des Pendels»wurde noch nicht bereitgestellt. AlsAlternative wurde die Regelung desPendelsystems mit einer 3D-Animationveranschaulicht.Sobald der Empfängercode für denODAC Sensor bereitgestellt ist, kannder entworfene Regler im realen Systemgetestet werden. Der zur Verfügungstehende Weg, den der XY-Tisch fahren kann, beträgt nurwenige Millimeter, was die Regelaufgabeerschwert. Es wird sich zeigen,ob die Regelung in Realität genausogut funktioniert wie in der Simulation.Christina Stöckchristina.stoeck@sunrise.chXY TischDas notwendige mathematische Modelldes XY-Tisches wurde erstellt.Bei der Berechnung des Systems mit2 Antrieben (X- und Y-Achse) zeigtdas Pendel nichtlineare Koppelungenfür die beiden Auslenkwinkel.Nach einer Linearisierung der Gleichungenwird ein entkoppeltes Modellefür die beiden Antriebe erhalten.Die beiden Achsen können somitAufbau des Pendelsystems: der XY-Tisch wird durch Linearmotoren bewegt,der ODAC-Sensor misst die RegelgrösseEin Bleistift wird im Gleichgewichtgehaltenti.bfh.ch271

BIBEBUVABSc en Microtechnique et technique médicaleMachine à chocsTechniques des capteurs / Directeur de thèse: Dr. Bertrand DutoitExpert: Dr. Pierre CusinCes dernières années, l’industrie horlogère s’est orientée vers la fabrication de composants avec de nouveauxmatériaux. Pour justifier ce changement, ces matériaux doivent être plus performants que les matériauxstandards. De plus, le fabricant ne tolère aucunes concessions sur les performances de base, tellesque la fiabilité et la tenue aux chocs. Le but de ce travail est de vérifier ce dernier point. Etant donné lapetite taille de ces composants horlogers, et les accélérations auxquelles ils doivent résister, la créationd’une machine à chocs spécifique, s’est avérée nécessaire.Gisèle TaboadaObjectif du travail :Le but du travail était de simuler lesaccélérations subies par les composantsen silicium dans unemontre bracelet celle-ci tombe surle sol. Le travail s’est partagé entrois parties distinctes. La premièreétait l’étude des différentes machinesà chocs. La seconde partieétait l’étude des matériaux fragileset les façons dont ces matériaux serompent lors de chocs et les probabilitéspour que cela arrive enconditions réelles. Puis la dernièrepartie était la construction, à proprementparler, d’une machine àchocs capable de simuler lescontraintes telles qu’elles sont subiesdans des conditions réelle.Principe de fonctionnement :Pour simuler un choc, on utilise unemachine à chocs. C’est un dispositifqui permet d’accélérer un échantillon,puis de le décélérer dans unlaps de temps très court.On place l’échantillon sur une tablemunie d’un programmateur, puisleur accélération est augmentée,grâce à une chute par exemple. Ala fin de l’accélération, Ils viennenttaper sur un massif de réaction,ainsi la vitesse de ces trois élémentsest fortement diminuée, on obtientdonc une durée de choc très courte.Les chocs sont réalisés par impactsur un programmateur qui met enforme la décélération selon unecourbe désirée, par exemple undemi-sinus.Conception:Durant la première partie, différentstypes de machines à chocs ont étéétudiés. Il a été choisi de s’orientervers une tour de chute, système quin’utilise que la gravité, il est donc leplus simple à mettre en œuvre et leplus adéquat pour satisfaire lesconditions des tests.Les composants horlogers sontdonc montés entre deux plaques etfixé dans un support cubique. Lesplaques et le support sont en plexiglaspour permettre une visualisationrapide de l’état des composantsaprès le choc. Ensuite, lesupport vient s’assembler sur latable de chute. La table de chuteest montée sur un guidage linéaireafin de fournir une chute avec unfaible frottement. Dessous cettetable, des programmateurs de différentsdiamètres et de différentesépaisseurs en PTFE peuvent venirse fixer pour former une courbe dedécélération en demi-sinus. Latable et le support sont soulevésavant la chute à l’aide d’un moteuret d’une commande électrique. Latable est décrochée manuellement.Le choc et l’accélération sont mesurésgrâce à un accéléromètre.Après le choc, un dispositif «antirebond»arrête la table. Un électroaimantvient freiner la grille solidairede la table de chute enposition basse grâce au champmagnétique. L’électroaimant s’activelorsque la table, qui tombe,vient couper le champ optique ducapteur.Reproduction CAO de la machine à chocs272 ti.bfh.ch

BSc in Mikro- und MedizintechnikBIBEBUVAOCT characterization of femtosecond laser surgeryOptik / Betreuer: Prof. Christoph Meier, Stefan RemundExperte: Dr. Joachim HertzbergProjektpartner: Ziemer Ophthalmic Systems AG, PortFehlsichtigkeit kann heutzutage mit Laserchirurgie behandelt werden. Die optische Kohärenztomographieist ein nicht-invasives und hochauflösendes Bildgebungsverfahren, das in der Augenheilkunde eingesetztwird. Dieses ermöglicht ein Schnittprofil des Auges zu erstellen. Das Ziel dieser Arbeit ist es, eine grafischeBenutzeroberfläche im Programm Labview zu erstellen. Mit diesem Programm kann ein Schnittprofil bearbeitetund die Tiefe des Laserschnitts in der Kornea gemessen werden.EinführungDie Fehlsichtigkeit ist eine weitverbreiteteAugenbeschwerde. EineMöglichkeit die Fehlsichtigkeit zukorrigieren ist das LaserverfahrenLASIK (Laser assistierte in-situ-Keratomileusis), nach welchemman meistens weder Kontaktlinsennoch eine Brille braucht. DasPrinzip dieses Verfahrens ist, dieForm und somit die Brechkraft derHornhaut zu ändern.Die Firma Ziemer Ophthalmic SystemsAG in Port stellt verschiedeneophthalmologische Geräte her.Mit diesen Geräten werden LA-SIK-Operationen durchgeführt. ImRahmen einer grösseren Zusammenarbeitmit der Firma Ziemerwird im OptoLab an der BernerFachhochschule ein OCT-System(Optical Coherence Tomography)entwickelt.In einem Schnittprofil (B-Scan)sind die Kornea und der sich darinbefindende Laserschnitt ersichtlich.Um das Rauschen in einemB-Scan zu reduzieren,können verschiedene Bildbearbeitungsmethodenangewendetwerden. Ein B-Scan oder ein Bildbesteht aus einer Matrix von Grauwerten.Die Anwendung von Bildbearbeitungsmethodenänderndiese Grauwerte. Durch eine optimaleBearbeitung des Bildes wirdder Laserschnitt besser sichtbar.VorgehenIn dieser Arbeit wird ein SD-OCT(Spectral Domain-OCT) Systemmit einer zentralen Wellenlängevon 1060 nm im OptoLab derBerner Fachhochschule in Bielverwendet, um den B-Scan derSchweineaugen aufzunehmen.Der Laserschnitt in der Korneades Schweineauges wurde bei derFirma Ziemer Ophthalmic SystemsAG in Port durchgeführt.ResultatMit der grafischen Benutzeroberflächelassen sich viele Bildbearbeitungsmethodenausführen. Sieermöglicht verschiedene Methodenzur Reduktion von Rauschenund zur Kontrast- und Helligkeitsänderungauf einen B-Scan anzuwenden.Zudem können gewisseArtefakte, wie unerwünschtesichtbare helle Linien, mit einemselbst entwickelten Algorithmusentfernt werden. Der B-Scan kannauch in ein binäres Bild umgewandeltwerden. Auf diesem binärenBild lassen sich die verschiedenenmorphologischen Operationen anwenden.Mit der Kantendetektionsfunktionund den gegebenenAngaben, wie Brechindex, Einstrahlwinkelund Pixel zu Pixel-Abstand, kann die geometrischeTiefe des Laserschnittes berechnetwerden.Preethy ElizabethVadakkadathvadakk.p@hotmail.comDie grafische Benutzeroberfläche, mit der man ein Schnittbild des Auges bearbeitetund die Tiefe (in mikrometer) des Laserschnittes in der Hornhaut misst.ti.bfh.ch273

BIBEBUVABSc in Mikro- und MedizintechnikEntwicklung eines Reibungsmessgeräts – TribometerMedizintechnik / Betreuer: Prof. Dr. Jörn Justiz, Veit SchmidExperte: Dr. Roman HeubergerProjektpartner: RMS Foundation, BettlachDie RMS Foundation erforscht neue Materialien und Technologien im Bereich des menschlichen Gelenkersatzes.Bei der Herstellung dieser Endoprothesen werden hohe Anforderungen an die Materialien, auchhinsichtlich ihrer Reibung und dem Verschleiss, gestellt. Bei der Erforschung dieser tribologischen Eigenschaftenwerden sogenannte Tribometer verwendet, die die Reibungskoeffizienten von unterschiedlichenMaterialpaarungen messen. Ziel dieser Bachelorarbeit ist die Entwicklung eines neuen verbesserten Tribometers,das insbesondere die Normalkraft positionsabhängig variieren kann.Nicolas WiedmerAusgangslageBeim bestehenden Tribometer derRMS Foundation handelt es sich umein sogenanntes Linear-Tribometer,bei dem die Grundprobe (Disc) lineargegenüber der Gegenprobe (Pin)bewegt wird (Abb. 1a). Das Systemmuss am Ende der Grundprobeabbremsen und danach in die Gegenrichtunganfahren. Durch denLinearantrieb wirken sich die Beschleunigungensehr stark auf dasMesssystem aus, was Schwingungenim System verursachen kann.Aus diesem Grund wurde ein verbessertesTribometer entwickelt,welches anstelle des Linearantriebesüber einen Rotationsantriebverfügt (Abb. 1b). Zusätzlich soll dasSystem über eine winkelabhängigeSteuerung der Normalkraft (im Bereichzwischen 1 N -10 N) verfügen.Der Radius, auf dem der Pin auf dieGrundprobe einwirkt, soll ebensoverstellbar sein wie die Geschwindigkeit,mit der die Grundprobedreht. Der Vorteil der winkelabhängigenSteuerung liegt darin, dassAbbildung 1: Pin on Disc Verfahren.a) Messverfahren mit einer Linearbewegung.b) Messverfahren mit einerRotationsbewegungunterschiedliche Normalkräfte währendeiner Messung auf derselbenProbe erfasst werden können. Vorallem bei Langzeitmessung verkürztdas die Zeitdauer der gesamtenMessreihe erheblich. Zudem sinddie Druckbelastungen in denmenschlichen Gelenken nie konstant.Das neue System simuliert indieser Hinsicht die veränderlichenBelastungen.UmsetzungEin DC-Motor bringt die Grundprobezum Drehen und beinhaltet einenWinkelencoder, der die aktuelle Positionan einen Kontroller weitergibt.Da eine verkantete Probe zusätzlicheKräfte hervorrufen würde, muss diesemöglichst eben sein, deshalbwird der Halter, über den die Grundprobemit dem Motor verbunden ist,zusätzlich gelagert. Auf der anderenSeite ist die Gegenprobe mit einemVoice Coil verbunden. Durch dasAnlegen eines Gleichstromes erzeugtder Voice Coil die gewünschteNormalkraft auf den Pin. Zwischendiesem und dem Voice Coil befindetsich ein 3-Achsen Kraftsensor (DMS)zur Messung der Normalkraft in Z-Richtung sowie der ent stehendenReibkräfte in X- und Y-Richtung. DieHalterung des Voice Coils liegt aufeinem Präzisionstisch, mit dem dergewünschte Radius des Pins auf derrotierenden Disc eingestellt werdenkann. Die Ansteuerung des Motorsund des Voice Coils erfolgt über einengemeinsamen Kontroller. DerVorteil dieser Konzeption liegt darin,dass die Kraftregelung intern überden Kontroller erfolgt, sodass dieserdie Normalkraft sehr schnell winkelabhängigeinstellen kann. DieMesswerte werden über eine DAQ-Karte aufgenommen und mittelsLabVIEW ausgewertet.Ergebnisse / KonklusionDie ersten Funktionstests demonstriertendie Funktionalität des Tribometersund insbesondere auch diewinkelabhängigen Normalkraftsteuerung.Erste Trockenmessungen mitunterschiedlichen Materialpaarungenergaben Reibungskoeffizienten,die im erwarteten Bereich lagen.Auch die Reproduzierbarkeit der Ergebnissekonnte bestätigt werden.In weiteren Messungen, unter anderemin einer Proteinlösung, wird dieMessgenauigkeit charakterisiert.Das System soll dann bei der RMSFoundation in den Routineeinsatzkommen.Abbildung 2: Detailansicht des Tribometers274 ti.bfh.ch

BSc in Mikro- und MedizintechnikBIBEBUVAElectrospinning für biotechnische AnwendungenRobotik / Betreuer: Yves MussardExperte: Marc ThurnerProjektpartner: regenHU, Villaz-St-Pierre/Die Arbeit befasst sich mit Electrospinning, einer Methode um künstliche und natürliche Polymere mit elektrischerEnergie zu mikroporösem Gewebe zu verarbeiten. Um die gestellten Ziele zu erreichen musstenProblemstellungen aus verschiedenen technischen Bereichen gelöst werden, darunter Elektrotechnik,Physik, Konstruktion, Chemie sowie Werkstoffkunde. Dies machte dieses Projekt äusserst anspruchsvollaber auch spannend.HerkunftDie Ursprünge des Electrospinningsgehen bis ins 16. Jahrhundert zurück.Damals fiel einem Wissenschaftlererstmals auf, dass sichWasser unter dem Einfluss von elektrischerSpannung verformen lässt.Anfangs des 20. Jahrhunderts, wurdedas erste Mal Electrospinningbetrieben. Dies ist ein Prozess, beiwelchem Material mithilfe von Spannungin ein poröses, faseriges Mikrogewebegesponnen wird.EinsatzbereichMit Electrospinning können aus verschiedenstenMaterialien Gewebemit Fasern gesponnen werden, welcheeinen Durchmesser im Nanometerbereichbesitzen. Die Gewebebesitzen eine hohe Porosität, waseine ganze Bandbreite von Applikationenerlaubt. ElectrogesponnenesGewebe kommt in zukunftsträchtigen,medizintechnischen Bereichenzum Einsatz. Das Gewebe kann verschiedensteAnforderungen erfüllen.Dies, weil bereits bei der Materialwahlein breites Spektrum vonWerkstoffen zur Verfügung steht.Damit können sowohl Mechanik,Struktur sowie Biokompatibilität gesteuertwerden. Weiter können diePorengrösse, die Faserdicke undauch die Orientierung der Fasernmanipuliert werden. Mit einer geschicktenWahl der Parameter kanneine Imitation der natürlichen extrazellulärenMatrix, das Skelet der Zellen,gesponnen werden. In dieserkünstlichen Umgebung wird dasZellwachstum stärker angeregt alsmit bisherigen Methoden zur Zellkultivierung.Diese Eigenschaft bietetinteressante Aspekte in der Gewebezucht.Es können Gewebe, Knochenund Organe gezüchtet undanschliessend implantiert werden.Ebenso können Gewebe benutztwerden, um die Wundheilung zu beschleunigen.Dies ist eine kleineAuswahl der möglichen Applikationen,die in Planung sind oder bereitsexistieren.AufgabenstellungIn dieser Arbeit wird nach einer Lösunggesucht, wie ein electrospinningProzess auf kurze Distanz, mitbiotechnischen Polymeren, in einemMetallgehäuse realisiert werdenkann. Zusätzlich soll das electrogesponneneGewebe präzis und spezifischauf verschiedene Trägerstrukturenaufgebracht werdenkönnen. Um diese Ziele zu erreichenwurden Versuche gemacht, um daselektrische Feld, welches den electrospinningProzess steuert, zu verstehenund nach einem spezifischenBedarf aufzubauen. Zusätzlich wurdeermittelt mit welchen Parameternsich biotechnische Polymere electrospinnenlassen und es wurdenSimulationen und Prototypen gemacht,um das Verhalten des electrospinningProzesses in der endgültigenUmgebung möglichstrealitätsnah zu beobachten.Jeremias WolfensbergerElectrospinning SchemaElectrogesponnenes Gewebeti.bfh.ch275

BIBEBUVABSc in Mikro- und MedizintechnikVideo autofocus for surgical imaging toolsOptik / Betreuer: Patrick Steiner, Christoph MeierExperte: Prof. Dr. Jens KowalProjektpartner: ARTORG Center, BernBei einer intraokularen Untersuchung oder Operation sieht der Augenarzt die Netzhaut durch ein Mikroskop.Das Mikroskop kann zusätzlich mit Kameras ausgerüstet werden, um diese Bilder für Forschungszweckeund Krankheits- oder Heilungsverläufe weiter zu verwenden. Da diese Bilder sehr unruhig sind und dasAuge des betrachtenden Augenarztes die Fokusverschiebung unbemerkt durch Akkommodation korrigiert,ist das Bild auf der Kamera nur zeitweise scharf. Diese Verschiebung der Fokusebene soll nun durch einenAutofokus korrigiert werden.Beat Wyssbesche89@bluewin.chEinführungDie Videobilder einer intraokularenUntersuchung oder Operation sindsehr dynamisch. Um einen ausreichendenVideo-Autofokus zu entwickeln,ist deshalb auch einschnelles System notwendig. DieseAnforderung soll ein Autofokus miteiner elektrisch verstellbaren Linsevon Optotune erfüllen. An einemSpaltlampenmikroskop kann dasSystem entwickelt und anschliessendin der Augenklinik des Inselspitalsin Bern getestet werden. DieRegelung wird in eine vom AR-TORG Center eigens entwickelteSoftware mit C++ Code implementiert.Der AutofokusDas Autofokussystem besteht auseinem Linsenpaket, welches dieverstellbare Linse und eine Kompensationslinsebeinhaltet. Somitkann mit dieses Paket durch Veränderungder Brennweite der OptotuneLinse eine positive sowieeine negative Brechkraft erzeugtwerden. Dadurch kann die Fokusebenmit kleinen Auslenkungengenügend verschoben werden.Der Kontrastwert des Bildes wirddurch eine vorgegebene Klasseberechnet, welche mit einemBandpassfilter und einer festenMaske für den Interessebereicharbeitet. Der Autofokus wird durcheinen Algorithmus geregelt, derbei der Initialisierung eine nichtlineareRegression der Kontrastkurvedurchführt und danach ausden jeweils letzten zwei Messungendas weitere Vorgehen bestimmt.Die Optotune Linse wirdüber ein USB-DAQ mit einer externenEndstufe gesteuert.ResultateDie Kamera liefert 20 Bilder proSekunde. Durch die Dauer derKontrastwertberechnung kann nurjedes dritte Bild zuverlässig verwendetwerden. Dies verursacht,dass der Autofokus nicht genügendschnell fokussieren kann.Die Kontrastwertberechnung mussschneller sein um den Autofokusauf die Dynamik der Videos auslegenzu können. Der brauchbareBereich betrifft meist nur einen Teildes Bildes, welcher ständig ändert.Dadurch reagiert das Systemauf falsche Bildinformationen wieKanten zu schwarzen Bereichenoder Reflexionen der Beleuchtungan der Kontaktlinse und fokussiertauf diese. Mit einer Auswertungdes brauchbaren Bildbereichskönnte somit der Fokus gezielt reagieren.Die Bereichsauswertungdarf jedoch die Dauer der Bildauswertungnicht wesentlich verlängern.SpaltlampenmikroskopAutofokus auf der Kamera montiertAbbildung des Sehnervs276 ti.bfh.ch

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