Die NTB stillt Wissenshunger
Die NTB stillt Wissenshunger
Die NTB stillt Wissenshunger
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Verzeichnis der Abschlussarbeiten 2011<br />
Bachelor of Science FHO in Systemtechnik<br />
Technik, die berührt
Willkommen<br />
Liebe Leserinnen und Leser<br />
<strong>Die</strong> Interstaatliche Hochschule für Technik Buchs<br />
<strong>NTB</strong> präsentiert Ihnen hier die Bachelorarbeiten<br />
2011. Unsere Diplomandinnen und Diplomanden<br />
freuen sich, Ihnen ihre Arbeiten zum Abschluss des<br />
Ingenieurstudiums Systemtechnik <strong>NTB</strong> präsentieren<br />
zu dürfen. In den Abschlussarbeiten zeigen unsere<br />
jungen Ingenieurinnen und Ingenieure, was sie während<br />
ihres Studiums gelernt haben und wie sie ihr<br />
Wissen bei der Lösung von Problemstellungen aus<br />
der Wirtschaft praktisch anwenden. Beim Einstieg<br />
ins Berufsleben bietet der starke Praxisbezug der<br />
Ausbildung an der <strong>NTB</strong> unseren Absolventinnen<br />
und Absolventen optimale Startchancen.<br />
<strong>Die</strong>ses Verzeichnis zeigt Ihnen die Vielfalt der<br />
Arbeitsthemen und widerspiegelt die Interdisziplinarität<br />
des Studienangebots an der <strong>NTB</strong>.<br />
<strong>Die</strong> Palette ist dieses Jahr besonders breit:<br />
<strong>Die</strong> <strong>NTB</strong>-Absolventen und Absolventinnen bewegen<br />
mit Kunststoff-Zahnrädern, energieeffizienten<br />
Walzenantrieben oder Elektroautos und setzen<br />
neue Massstäbe beim Entwickeln von Gelenken<br />
für Kunststoff-Meterstäbe. Es gibt also viele<br />
Objekte fürs Auge. Etwas für die Ohren bietet<br />
der Audioverstärker mit mehrbandigem, parametrierbarem<br />
Equalizer. Last but not least die<br />
Paradedisziplin der Systemtechnik, Roboter und<br />
deren Komponenten in jeder Form. Sie sind mit<br />
skalierbaren Beinmodulen oder 360° Kameras<br />
ausgestattet oder werden auf Android-Basis<br />
gesteuert.<br />
Habe ich was vergessen? Das könnte bei der Fülle<br />
von interessanten Projekten schon mal vorkommen.<br />
Am besten verschaffen Sie sich gleich selbst<br />
einen Überblick.<br />
Rektor<br />
Lothar Ritter<br />
Dipl.Math.ETH<br />
Der Abschluss ist<br />
erst der Anfang.<br />
3
Inhaltsverzeichnis<br />
Inhalt<br />
Roboter zur Bestückung von Aerosoldosen mit Kappen 6<br />
Energieeffizienter Walzenantrieb 7<br />
Durchflussmesszelle für die optische Analyse von Nanopartikeln 8<br />
Mechatronischer Tilger für einen Meisselhammer 9<br />
Entwicklung eines Kunststoffzahnrades für gebaute Nockenwellen 10<br />
Optische Leistungsmessung an gepulsten Lasern 11<br />
In-Prozessmesstechnik Interferometrie mit digitaler Streifenauswertung 12<br />
Entwicklung eines skalierbaren Beinmoduls für dynamisch gehende Roboter 13<br />
Optimierung des thermo- und aerodynamischen Konzepts in einem<br />
Heissgetränkeautomat 15<br />
Robuste Hochspannungsquelle für ein Mittelspannungskabelprüfgerät 16<br />
Vereisungsresistenter Wärmetauscher 17<br />
Entwicklung Trockeneisextruder 18<br />
SunCar: Aufbau einer thermischen Simulation für Elektrofahrzeuge 19<br />
Sprachgesteuerter Lichtschalter 20<br />
Realisierung einer Robotersteuerung basierend auf Android 21<br />
Normsteuerung für Betonmischanlagen 22<br />
OpenFoam Schulungskonzept 23<br />
iPhone-App für Simulationen 24<br />
Netzspannungsanalysator 25<br />
Steckdose für Energiemanagement 26<br />
Weiterentwicklung LKW-<strong>Die</strong>selmotor 27<br />
1D-Fräskopf mit Motorspindel und Direktantrieb für die A-Achse 28<br />
Emulator für den Test des Brennstoffzellen-Heizgerätes Galileo 1000 N 29<br />
Energy Harvesting mit piezoelektrischen Elementen an Flugzeugtragflächen 31<br />
Entwicklung einer horizontalen Bearbeitungsstation für die Grossserienproduktion 32<br />
Silicon Optical Bench 33<br />
LLC-Resonanzkonverter für Hybridfahrzeug 34<br />
Audioverstärker mit mehrbandigem, parametrierbarem Equalizer 35<br />
4
Low-cost Real Time Kinematic mit GPS und Laufzeitmodul 36<br />
Interaktive Arbeitsfläche 37<br />
Flexibles und kostengünstiges Robotik-System für kleine Lasten 38<br />
Optische 2D-Wegmessung 39<br />
Lokalisierung von Elektrowerkzeugen unter Verwendung von GSM und GPS 40<br />
TolCAD 41<br />
360° Kamera für Roboter 43<br />
Monitoring für Elektroautos 44<br />
Kompakter potentialtrennender Gleichstromwandler mit hohen Ausgangsströmen 45<br />
Auslegung der Gleitführung einer Lenkwelle 46<br />
360°-Panorama-Tiefensensor nach dem Time of Flight- Prinzip 47<br />
Mechatronic Research Tester 2011 48<br />
Entwicklung eines neuen Gelenks für Meterstäbe aus Kunststoff 49<br />
Füllstandsüberwachung einer Mikrotiterplatte 50<br />
Single-Taler 51<br />
High-End Plattform für Embedded Systems mit FPGA 52<br />
Rigidbody Simulation 53<br />
Innovative Bedienungskonzepte für die Automatisierung 54<br />
Rund ums Studium<br />
<strong>Die</strong> <strong>NTB</strong> <strong>stillt</strong> <strong>Wissenshunger</strong>: Masterstudium an der <strong>NTB</strong> 56<br />
Alphabetische Liste der Bachelorarbeiten-Verfasser/innen 57<br />
Ingenieur-Studium Systemtechnik<strong>NTB</strong> 60<br />
Unsere Standorte 62<br />
Preisspender/Sponsoren 63<br />
Farbige Versionen des Bachelorarbeiten-<br />
Verzeichnisses finden Sie unter<br />
www.ntb.ch/bachelorarbeiten<br />
5
EMS Institut für Entwicklung Mechatronischer Systeme<br />
Roboter zur Bestückung von Aerosoldosen mit Kappen<br />
Seit 1959 baut die Pamasol<br />
Willi Mäder AG als marktführende<br />
Firma Maschinen für<br />
Aerosole und Sprühsysteme.<br />
Um diese Position weiter auszubauen,<br />
will das Unternehmen<br />
eine neuartige Maschine<br />
auf den Markt bringen, welche<br />
Kappen auf Aerosoldosen<br />
aufsetzt und diese gleichzeitig<br />
aufeinander ausrichtet. In dieser Arbeit wird ein Konzept für die neuartige<br />
Maschine vorgestellt. Dabei soll herausgefunden werden, ob ein in der<br />
Industrie angebotener Roboter oder eine Eigenkonstruktion sinnvoller, beziehungsweise<br />
kostengünstiger ist. Um das optimale Maschinenkonzept zu<br />
finden, wurden verschiedene Varianten miteinander auf technische Machbarkeit<br />
und Wirtschaftlichkeit verglichen. Aufgrund der Ergebnisse wurde die<br />
Lösung mit einem selbst konstruierten Dreiachsenportalroboter mit zusätzlicher<br />
Drehachse für die Ausrichtung der Kappen gewählt. <strong>Die</strong> Inbetriebnahme<br />
des Prototyps hat gezeigt, dass für eine erfolgreiche Markteinführung der<br />
neuen Kappenaufsetzmaschine nur noch geringe Anpassungen nötig sind.<br />
Diplomand(en) Andre Kälin, Fabian Kolb<br />
Dozent(en) Prof. Günter Nagel, Prof. Einar Nielsen<br />
Partner Pamasol Willi Mäder AG, Pfäffikon SZ<br />
6
6<br />
EMS Institut für Entwicklung Mechatronischer Systeme<br />
Energieeffizienter Walzenantrieb<br />
Ziel dieser Arbeit ist es, einen<br />
energieeffizienten Antrieb für<br />
den Walzenstuhl der Firma<br />
Bühler zu finden. Ausserdem<br />
soll eine entsprechende Lagerung<br />
entworfen werden, bei<br />
der die bestehende Maschine<br />
so wenig wie möglich angepasst<br />
werden muss. In enger<br />
Zusammenarbeit mit diversen<br />
Antriebslieferanten wurde ein<br />
Antrieb gesucht, der bei kleinen<br />
Drehzahlen grosse Drehmomente<br />
bringt, der platzoptimiert<br />
konstruiert ist und einen hohen Wirkungsgrad hat. Für den gewählten<br />
Antrieb wurde während diversen Brainstormings eine Lagerung entwickelt,<br />
die einfach an die bestehende Maschine angebaut werden kann. Bei der<br />
gefundenen Lösung gibt es zwei Probleme: Der Wirkungsgrad der ausgewählten<br />
Antriebe ist zu niedrig, weshalb nicht genügend Strom eingespart<br />
werden kann. Zweitens sind die Investitionskosten der gefundenen Antriebslösung<br />
und der passenden Lagerung zu hoch, und die Lösung damit nicht<br />
wirtschaftlich. Der Walzenstuhlboden bietet allerdings ein riesiges Potential<br />
was die Energieeinsparung anbelangt. Hier noch einmal Zeit mit einer breiter<br />
gefächerten Antriebsanfrage zu investieren würde sich lohnen.<br />
Diplomand(en) Martin Rütsche, Sabrina Wick<br />
Dozent(en) Prof. Josef Graf, Prof. Günter Nagel<br />
Partner Bühler AG, Uzwil<br />
7
MNT Institut für Mikro- und Nanotechnologie<br />
Durchflussmesszelle für die optische Analyse von<br />
Nanopartikeln<br />
Nanopartikel sind allgegenwärtig.<br />
<strong>Die</strong> Analyse von 1-100<br />
nm grossen Partikeln ist<br />
schwierig und bislang nicht in<br />
Echtzeit möglich. <strong>Die</strong> nanotion<br />
ag und das MNT entwickeln in<br />
einem KTI-Projekt ein Gerät, das<br />
Nanopartikel in Flüssigkeiten<br />
detektieren und die chemische<br />
Zusammensetzung<br />
kann.<br />
bestimmen<br />
Eine geeignete Messzelle soll die Online- Messung mittels „Laser-induced<br />
Breakdown Detection“ (LIBD) ermöglichen. Im Rahmen der Bachelorarbeit<br />
wurden verschiedene Konzepte sowie Funktionsmuster für eine Messzelle<br />
realisiert. <strong>Die</strong> Messzellen wurden charakterisiert und im Prototypenmessstand<br />
getestet und konnten erfolgreich im bestehenden System eingesetzt<br />
werden. <strong>Die</strong> Bachelorarbeit zeigt, dass die gefertigte Messzelle eine<br />
realisierbare Lösung für die online Nanopartikelmessung darstellt.<br />
Diplomand(en) Andres Heldstab, Ruedi Oberholzer<br />
Dozent(en) Prof. Dr. Markus Michler, Prof. Dr. André Bernard<br />
Partner nanotion ag. Zürich<br />
8
8<br />
EMS Institut für Entwicklung Mechatronischer Systeme<br />
Mechatronischer Tilger für einen Meisselhammer<br />
In dieser Arbeit wurde ein Konzept<br />
für einen adaptiven Schwingungstilger<br />
für einen Hilti AG Meisselhammer<br />
untersucht. Das bisherige<br />
Tilgungsprinzip über ein Federmassesystem<br />
besitzt den Nachteil, dass<br />
es nur einen frequenzabhängigen<br />
Arbeitspunkt gibt, bei dem der Tilger<br />
optimal arbeitet. Als ideale Lösung<br />
für dieses Problem wurde ein Regelungskonzept<br />
entwickelt, welches die<br />
Maschinendrehzahl an den Tilgerarbeitspunkt<br />
anpasst. Zunächst wurde<br />
in Simulationen nach möglichen<br />
Eingangsgrössen für eine Regelung<br />
gesucht. Danach wurde die vielversprechendste Grösse – die Gehäusebeschleunigung<br />
– in Messreihen aufgenommen und verglichen. Dazu musste<br />
die Maschine an die Anforderungen der Messungen angepasst werden.<br />
Bei der Auswertung wurde über unterschiedliche Methoden erreicht, aus<br />
der Gehäusebeschleunigung ein aussagekräftiges Mass herauszufiltern.<br />
Den Abschluss der Arbeit bildete die Entwicklung eines adaptiven Regler-<br />
Algorithmus, mit dem über dieses Mass die Maschinendrehzahl angepasst<br />
werden kann. Mit dieser Arbeit konnte nachgewiesen werden, wie man mit<br />
einfachen Mitteln das aktuelle System optimieren kann.<br />
Diplomand(en) Ulrich Dreher, Dominic Zwicker<br />
Dozent(en) Prof. Dr. Josef Althaus, Dr. Jürgen Kirchhof<br />
Partner Hilti AG, Schaan<br />
9
EMS Institut für Entwicklung Mechatronischer Systeme<br />
Entwicklung eines Kunststoffzahnrades für<br />
gebaute Nockenwellen<br />
Nockenwellen verursachen<br />
Lärm. <strong>Die</strong>ser soll um 3 dB<br />
gesenkt werden, indem ein<br />
Kunststoffzahnrad einsetzt<br />
wird. Ausgelegt wurde das<br />
Zahnrad mit der Software<br />
KissSoft. Zur Überprüfung<br />
der Belastungen wurde die<br />
Finite Elemente Methode<br />
(FEM) eingesetzt. Für die<br />
raue Umgebung im Motorraum<br />
wurde PEEK als Kunststoff gewählt, da er die höchsten Festigkeitswerte<br />
aller untersuchten Polymere besitzt. <strong>Die</strong>se liegen jedoch noch erheblich<br />
unter den Werten von Stahl. Da der Bauraum beibehalten werden musste,<br />
hält ein komplettes PEEK Zahnrad den Belastungen bei weitem nicht<br />
Stand. <strong>Die</strong> Lösung war ein Hybridzahnrad, das einen Metallkern mit Zahnflanken<br />
aus Kunststoff besitzt. Es kombiniert die guten Eigenschaften des<br />
Kunststoffs bezüglich Hertzscher-Pressung und Dämpfung mit den positiven<br />
Merkmalen des Metalls zur Aufnahme der Zahnfussspannungen. In intensiven<br />
Berechnungen wurde die Konstruktion so optimiert, dass sie hinsichtlich<br />
aller Festigkeitskriterien gleichmässig ausgelastet ist. In weiterführende Arbeiten<br />
ist geplant, die FEM-Berechnung des optimierten Zahnrads auf Prüfständen<br />
zu verifizieren.<br />
Diplomand(en) Lucas Fry, Raphael Venzin<br />
Dozent(en) Prof. Dr. Josef Althaus, Prof. Dr. Samuel Affolter<br />
Partner ThyssenKrupp Presta, Eschen<br />
10
10<br />
PWO Institut für Produktionsmesstechnik, Werkstoffe und Optik<br />
Optische Leistungsmessung an gepulsten Lasern<br />
<strong>Die</strong> Bachelorarbeit behan-<br />
delt die Entwicklung eines<br />
Messsystems, das während<br />
des Betriebes eines<br />
gepulsten Lasers die mittlere<br />
Leistung und fehlende<br />
Pulse erfassen kann. <strong>Die</strong><br />
Messung darf dabei den<br />
Laserstrahl nicht beeinflussen.<br />
<strong>Die</strong> Auskopplung des<br />
Laserstrahls erfolgt an einem<br />
Umlenkspiegel, und die nachgewiesene Resttransmission genügt für<br />
die Detektion mit einer Fotodiode. In dem Messsystem wurden alle benötigten<br />
Schnittstellen zu den Peripheriegeräten implementiert. Das Messsystem<br />
wurde als modulares System konzipiert. <strong>Die</strong>s ermöglicht den Einsatz in allen<br />
Seriengeräten mit der Messung von Pulsenergie, mittlerer Leistung und dem<br />
Fehlen von Pulsen. Dabei können die Messdaten visualisiert und analysiert<br />
werden. Hauptvorteile sind die Ausbaufähigkeit, keine Beeinflussung der<br />
Strahlqualität und dass bestehende Komponenten des Lasers nicht verändert<br />
werden. Das entwickelte Messkonzept kann zusätzlich zur Aufgabenstellung<br />
auch die Einzelpulsenergie messen.<br />
Diplomand(en) Michael Kahl, Christoph Vonach<br />
Dozent(en) Prof. Dr. Andreas Ettemeyer, Laszlo Arato<br />
Partner Trumpf Laser Marking Systems, Grüsch<br />
11
PWO Institut für Produktionsmesstechnik, Werkstoffe und Optik<br />
In-Prozessmesstechnik Interferometrie mit digitaler<br />
Streifenauswertung<br />
Ziel dieser Bachelorarbeit war das Aufrüsten und Optimieren eines visuel-<br />
len Interferometers, um digitale Streifenauswertung ausführen zu können.<br />
Dazu wird das Interferogramm auf einer CCD-Kamera abgebildet. Anhand<br />
der Grauwerte der Kamerapixel lässt sich durch die räumliche Phasenshift-<br />
Methode (engl. spatial phaseshifting) die Oberflächenform des Prüflings rekonstruieren.<br />
Durch eine umfassende Marktrecherche wurden über zwanzig<br />
unterschiedliche Softwarepakete gefunden, die eine digitale Streifenauswertung<br />
ermöglichen. Daraus wurden die vier besten Softwarepakete ausgewählt,<br />
welche im Detail auf unterschiedliche Beurteilungskriterien untersucht<br />
wurden. <strong>Die</strong> Beurteilung der Genauigkeit, Präzision und Robustheit der einzelnen<br />
Softwaren wurde anhand der ermittelten Daten nach der DoE-Methode<br />
(Design of Experiment) gefällt. Auf Basis der ermittelten Daten wurde gemeinsam<br />
mit dem Industriepartner eine Software ausgewählt und implementiert.<br />
Vergleichsmessungen zwischen dem damit ausgrüsteten Interferometer<br />
und einem kommerziellen<br />
System zeigten,<br />
dass die Genauigkeit<br />
des Systems bei einer<br />
Messwellenlänge von<br />
546.07 nm +/- 55 nm<br />
beträgt.<br />
Diplomand(en) Rexhep Halimi<br />
Dozent(en) Prof. Dr. Andreas Ettemeyer, Prof. Dr. Carlo Bach<br />
Partner SwissOptic, Heerbrugg<br />
12
12<br />
EMS Institut für Entwicklung Mechatronischer Systeme<br />
Entwicklung eines skalierbaren Beinmoduls für<br />
dynamisch gehende Roboter<br />
Heute existieren gehende Roboter<br />
in der Forschung bereits in grosser<br />
Anzahl. Bei diesen bringen starke<br />
Motoren die nötige Bewegungsenergie<br />
auf, die Regelung arbeitet aber<br />
im Prinzip gegen das dynamische<br />
Verhalten des Roboters und die Bewegungen<br />
wirken dadurch relativ<br />
steif. Das Ziel dieser Bachelorarbeit<br />
war es, einen Roboter zu entwickeln,<br />
der dank Federkraft auf einem Bein<br />
dynamisch hüpft und sich dadurch<br />
energieeffizient fortbewegt. Im Rahmen<br />
dieser Forschungsarbeit wurden<br />
zuerst die dynamischen Vorgänge simuliert und analysiert. Es wurden<br />
mehrere Konzepte ausgearbeitet, von welchen schliesslich eines konstruiert<br />
und als Prototyp gefertigt wurde. Der fertige Roboter wurde zum Hüpfen gebracht<br />
und mit einer Regelung stabilisiert. Als Ergebnis dieser Arbeit wurde<br />
ein leichter, flexibler, dynamisch hüpfender Roboter fertiggestellt und mit<br />
eingeschränkten Freiheitsgraden hüpfen gelassen. <strong>Die</strong>se Arbeit zeigt, dass<br />
eine Fortbewegung energieeffizient möglich ist, die nötige Regelung jedoch<br />
nicht trivial ist.<br />
Diplomand(en) Valentin Liepinsch, Matthias Schranz<br />
Dozent(en) Prof. Einar Nielsen, Prof. Dr. Josef Althaus<br />
Partner ETH, Bio-Inspired Robotics Lab, Zürich<br />
13
14<br />
IES Institut für Energiesysteme<br />
Optimierung des thermo- und aerodynamischen Konzepts<br />
in einem Heissgetränkeautomat<br />
Vom Industriepartner Braumann AG<br />
wurde die Aufgabe gestellt, das thermo-<br />
und aerodynamische Konzept<br />
in einem Heissgetränkeautomaten<br />
zu optimieren. Das Hauptproblem<br />
ist die auftretende Verschmutzung,<br />
welche beim Aufbrühvorgang durch<br />
das entweichende Wasserdampf-<br />
Pulverstaubgemisch verursacht wird.<br />
Das Hauptziel ist ein effektives, nicht<br />
verklebendes Lüftungssystem. Aus<br />
der Lösungssuche mit dem Verfahren<br />
Brainstorming resultierten folgende<br />
Lösungsansätze: Statische Aufladung<br />
des Pulvers, Labyrinth oder<br />
Zyklon und Absaugglocke. <strong>Die</strong>se<br />
Konzepte wurden ausgearbeitet und mit dem angepassten Lüftungssystem<br />
kombiniert. Durch verschiedenste Versuche an den erarbeiteten Lösungskonzepte<br />
konnte gezeigt werden, dass eine gleichmässige Absaugung über<br />
die Schlitze, ein reduzierter Verschmutzungsgrad und ein verbessertes Lüfterkonzept<br />
realisiert wurde. <strong>Die</strong> fundierten Ausarbeitungen der verschiedenen<br />
Lösungsansätze dienen nun dem Industriepartner als Basis für zukünftige<br />
Weiterentwicklungen seiner Automaten.<br />
Diplomand(en) Andreas Inauen, Kevin Studach<br />
Dozent(en) Dr. Hermann Knaus, Guido Piai<br />
Partner Braummann AG, Sugiez<br />
15
IES Institut für Energiesysteme<br />
Robuste Hochspannungsquelle für ein Mittelspannungskabelprüfgerät<br />
Zunehmender Energiever-<br />
brauch erfordert vermehrt<br />
ausfallsichere Versorgungsnetze.<br />
<strong>Die</strong> im Mittelspannungsbereich<br />
von 10 kV bis<br />
45 kV oft im Erdreich vergrabenen<br />
Kabel werden dazu<br />
meist unter Hochspannung<br />
geprüft. Der Industriepartner<br />
b2 electronic GmbH setzt<br />
dabei auf das zeitgemässe Verfahren der very-low-frequency (VLF) Kabelprüfung.<br />
Ziel dieser Bachelorarbeit war der Aufbau einer robusten Hochspannungsquelle<br />
mit einer Ausgangsspannung von 30 kV und einer Leistung<br />
von 1 kW auf Basis einer resonanten Topologie. Simulationen verifizierten<br />
das entwickelte mathematische Modell. Ein darauf basierender Versuchsaufbau<br />
überprüfte die Einsatzfähigkeit der Technologie in dieser Branche.<br />
Messungen verschiedener Arbeitspunkte sowie Durschlagtests zeigen das<br />
Potenzial der Resonanztopologie als Leistungsstufe für VLF High-Voltage<br />
Testsysteme. <strong>Die</strong> verwendete Topologie zeichnet sich durch ihren sehr guten<br />
Gesamtwirkungsgrad sowie der systembedingten Robustheit bei einem<br />
Kurzschluss am Ausgang aus.<br />
Diplomand(en) Janosch Marquart, Simon Nigsch<br />
Dozent(en) Prof. Dr. Kurt Schenk, Laszlo Arato<br />
Partner b2 electronic GmbH, Klaus, Vorarlberg<br />
16
16<br />
IES Institut für Energiesysteme<br />
Vereisungsresistenter Wärmetauscher<br />
Luft-Kältemittel Wärmetauscher<br />
neigen bei Umgebungstemperaturen<br />
von<br />
2-7°C auf der Verdampferseite<br />
der Wärmepumpe<br />
schnell zu vereisen, was zu<br />
einer Effizienzminderung<br />
führt. Ziel ist es, die Vereisung<br />
zu reduzieren und das<br />
Abfliessen des Wassers<br />
beim Abtauen zu verbessern.<br />
Wir bauten verschiedene Wärmetauscher, welche sich im Lamellenabstand,<br />
Beschichtung und einer eigens entwickelten Prägung unterscheiden.<br />
<strong>Die</strong>se wurden in einem Prüfstand, den wir speziell für dieses Projekt erstellten,<br />
untersucht. Dort konnten wir sowohl luft- als auch soleseitig die benötigten<br />
Randbedingungen entsprechend den Anforderungen simulieren und die<br />
Messdaten automatisch erfassen. Ergebnis unserer Untersuchung ist, dass<br />
ein grösserer Lamellenabstand, die Beschichtung als auch die Prägung die<br />
Zeit bis zur Vereisung verlängern. <strong>Die</strong> hydrophobe Oberfläche sowie die Prägung<br />
beschleunigten das Abfliessen des Wassers während dem Abtauen.<br />
Basierend auf den Ergebnissen ist der erste Schritt zur Serienreife erreicht.<br />
Diplomand(en) Senad Lidan, Ernst Schranz<br />
Dozent(en) Dr. Hermann Knaus, Prof. Dr. Stefan Bertsch<br />
Partner Rätikon Sustainable, Sargans<br />
17
EMS Institut für Entwicklung Mechatronischer Systeme<br />
Entwicklung Trockeneisextruder<br />
Für die Firma ASCO Kohlensäure<br />
AG konnte ein neuartiges Verfahren<br />
für die Trockeneisherstellung entwickelt<br />
werden. Mittels eines Extruders<br />
wird im Gegensatz zu der aktuellen<br />
Lösung eine kontinuierliche Produktion<br />
ermöglicht. Infolge geringerer<br />
Belastungen für die Bauteile reduziert<br />
sich deren Verschleiss. Eine<br />
exakte Berechnung oder Simulation<br />
war ohne Tests wegen der Vielzahl<br />
von verschiedenen nichtlinearen Parametern unmöglich. Deshalb musste<br />
ein flexibles Funktionsmodell konstruiert werden, damit viele Tests in kurzer<br />
Zeit durchgeführt werden konnten. Trockeneis mit dem entwickelten Extruder<br />
herzustellen ist prinzipiell möglich. <strong>Die</strong> Kontinuität konnte hingegen noch<br />
nicht bewiesen werden. <strong>Die</strong> Verfahrensverbesserungen sind im Prototypenentwurf<br />
bereits berücksichtigt. Damit können voraussichtlich die Produktionskosten<br />
für Trockeneis um 22 % gesenkt werden. Akzeptiert der Markt den<br />
höheren Anschaffungspreis von ca. 35 % bei einer höheren Produktionsleistung<br />
von 24 %, ist die Umstellung auf die Extruderlösung, nach erfolgreichen<br />
weiteren Tests, eine mittelfristig rentable Lösung.<br />
Diplomand(en) Marcel Keller, Helene Züllig<br />
Dozent(en) Prof. Josef Graf, Prof. Dr. Josef Althaus<br />
Partner ASCO Kohlensäure AG, Romanshorn<br />
18
18<br />
IES Institut für Energiesysteme<br />
SunCar: Aufbau einer thermischen Simulation<br />
für Elektrofahrzeuge<br />
Elektrofahrzeuge haben im Vergleich<br />
zu Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren<br />
eine sehr geringe Wärmeentwicklung.<br />
Trotzdem soll das Heizen<br />
der Fahrzeugkabine gewährleistet,<br />
Überhitzung des Antriebs verhindert<br />
und die hohen Anforderungen an die<br />
Klimatisierung der Batterien erfüllt<br />
sein. <strong>Die</strong>s erfordert völlig neuartige<br />
Ansätze des Thermomanagements.<br />
In Zusammenarbeit mit der ETH Zürich<br />
wurde ein Konzept entwickelt und in einen auf Elektroantrieb umgebauten<br />
Lotus Evora integriert. In dieser Bachelor-Arbeit wurde eine komplette<br />
thermische und hydraulische Simulationsumgebung entwickelt. Anhand dieser<br />
konnte das Thermomanagement in kritischen Situationen getestet werden.<br />
Es zeigte sich, dass Überhitzungen aller Komponenten in den Extremsituationen<br />
verhindert werden können. Jedoch wurde auch festgestellt, dass<br />
die Wärmepumpe bei zu hoher Senkentemperatur an ihre Grenze stösst.<br />
Folglich ist eine ausgeklügelte Steuer- und Reglerlogik notwendig, welche<br />
die Thermostate frühzeitig schaltet um Wärme gezielt abzuführen. Ferner<br />
sollte durch Steigerung des Kühlmittelflusses die Wärmeabfuhr verbessert<br />
werden. Anhand dieser Erkenntnisse kann die Effizienz des SunCars gesteigert<br />
werden.<br />
Diplomand(en) Raphael Coray, Stephan Kaiser, Patrik Töngi<br />
Dozent(en) Dr. Hermann Knaus, Prof. Dr. Stefan Bertsch<br />
Partner ETHZ Fokusprojekt<br />
19
EMS Institut für Entwicklung Mechatronischer Systeme<br />
Sprachgesteuerter Lichtschalter<br />
In der Beleuchtungsindust-<br />
rie wird es immer wichtiger,<br />
für das Wohl der Kunden<br />
immer Neues zu bieten.<br />
Das Produkt „Sprachgesteuerter<br />
Lichtschalter“<br />
soll in vielen Bereich des<br />
alltäglichen Lebens eingesetzt<br />
werden, wo es darum<br />
geht, Bequemlichkeit zu<br />
unterstützen. <strong>Die</strong> Sprachsteuerung<br />
soll einfach und von jedermann bedienbar sein. Dazu gehört die<br />
Sprecherunabhängigkeit auch ohne Training. Grundlage ist ein Sprachchip<br />
der Firma Sensory, mit der Software T2SI und über graphisches Interface<br />
konfigurierte Sprachbefehle. Herausforderung war, bestmögliche Schlüsselwörter<br />
zu finden. Mit den ausgewählten Wörtern kann eine Erkennungsrate<br />
von ca. 80 % erreicht werden. <strong>Die</strong> Kommandos müssen so einfach wie<br />
möglich sein, aber zugleich die bestmögliche Erkennungsrate garantieren.<br />
Es gibt sicherlich noch einige Herausforderungen, um dieses Produkt zur<br />
Serienreife zu führen, doch ist die Lösung klein und kompakt und kann mit<br />
den bestehenden Systemen von Theben HTS AG kombiniert werden.<br />
Diplomand(en) Mathias Koch<br />
Dozent(en) Laszlo Arato, Prof. Dr. Andreas Zogg<br />
Partner thebenHTS, Effretikon<br />
20
20<br />
EMS Institut für Entwicklung Mechatronischer Systeme<br />
Realisierung einer Robotersteuerung basierend<br />
auf Android<br />
Das Ziel dieser Bachelor-<br />
Arbeit ist, die Fähigkeiten<br />
von DROIDcontrol mit einem<br />
Roboter zu demonstrieren.<br />
Bei DROIDcontrol<br />
handelt es sich um ein Echtzeit<br />
Android von der Firma<br />
Noser Engineering AG. Der<br />
Vorteil dieses Systems ist,<br />
dass ausschliesslich Open<br />
Source Elemente verwendet<br />
werden. Für die Umsetzung der Demoanwendung wurde ein Steuerungskonzept<br />
mit modularem Aufbau erarbeitet. Es wurde ein Mainboard<br />
und zwei Motorenkarten entwickelt. Auf dem Mainboard befinden sich ein<br />
Computermodul, ein FPGA, diverse Schnittstellen und 5 Erweiterungsslots.<br />
<strong>Die</strong> Motorenkatren sind in der Lage, je 4 Achsen anzusteuern. Auf Softwareebene<br />
wurden die Regler, ein Sicherheitssystem, sowie Kinematik und eine<br />
Benutzeroberfläche programmiert. Eine Mobiltelefon-Applikation ermöglicht<br />
dem Benutzer, den Roboter zu steuern. Mit DROIDcontrol und der entwickelten<br />
Hardware konnte ein echtzeitfähiges System geschaffen werden,<br />
das eine solide und leistungsfähige Plattform für weitere Projekte bietet.<br />
Diplomand(en) Matthias Bamert, Thomas Reichhalter, Marco Tinner<br />
Dozent(en) Prof. Einar Nielsen, Prof. Dr. Urs Graf<br />
Partner Noser Engineering AG, Winterthur<br />
21
INF Institut für Ingenieurinformatik<br />
Normsteuerung für Betonmischanlagen<br />
Kompakt-Betonmischanlagen<br />
werden zur Sicherung<br />
von Störzonen im Tunnel<br />
oder zur Stabilisierung von<br />
Untergrund verwendet. Bisher<br />
baute die Firma Späni<br />
AG die Schaltschränke mit<br />
Standardindustriekomponenten<br />
aus der Automation<br />
zusammen. Durch die verschärfte<br />
Marktsituation wird<br />
es zusehends schwerer, gewinnbringende Margen zu erzielen. <strong>Die</strong> neu entwickelte<br />
mikrokontroller-basierte Universal-Steuerung ist für alle gängigen<br />
Mischanlagen einsetzbar und vereinfacht den Aufbau und die Konfiguration<br />
massiv. <strong>Die</strong> Steuerung besteht aus einer Bedieneinheit mit Display und<br />
dem Maschinen-Kontroller. Zu Überwachungs- und Fernsteuerungszwecken<br />
kann die Steuerung über ein Standard-Computernetzwerk an das eigens<br />
entwickelte Leitsystem angeschlossen werden. Um die Logistik rund um die<br />
Produktion effizient zu gestalten, wurde zudem ein Verwaltungssystem mit<br />
Datenbankanbindung geschaffen. Erste Integrationstests zeigten den erfolgreichen<br />
Einsatz der Steuerung bei einer Mischanlage.<br />
Diplomand(en) Samuel Bernhard, Ralph Kessler<br />
Dozent(en) Prof. Dr. Urs Graf, Prof. Rolf Grun<br />
Partner Späni Elektro-Mechanik AG, Altendorf<br />
22
22<br />
ICE Institut für Computational Engineering<br />
OpenFoam Schulungskonzept<br />
OpenFOAM ist eine<br />
OpenSource-Simulationssoftware,<br />
die Lösungen<br />
für diverse Bereiche<br />
(z.B. Fluidik, Mechanik,<br />
usw.) zur Verfügung<br />
stellt. Da der Quellcode<br />
von OpenFOAM frei zugänglich<br />
ist, sind Anpassungen<br />
an bestehenden<br />
und das Definieren von neuen Solvern möglich. Ziel der Arbeit ist, ein Schulungskonzept<br />
sowie Schulungsunterlagen im Bereich der Wärmeleitung zu<br />
OpenFOAM zu erarbeiten. Zielgruppe dieser Schulungen sollen kleinere und<br />
mittlere Unternehmungen sein. Es wurde ein Konzept erarbeiten, welches<br />
eine Schulung an konkreten Beispielen vorsieht. <strong>Die</strong> erstellte Schulung enthält<br />
5 Kapitel, angefangen bei einfacher Wärmeleitung über Wärmeleitung<br />
mit Quellen bis hin zu Wärmeleitung mit Konvektion. <strong>Die</strong> Schulung umfasst<br />
ein ausführliches Skript, welches ein selbstständiges Erarbeiten ermöglicht,<br />
wie auch Folien zu jedem Kapitel, welche nicht selbsterklärend sind.Durch<br />
den modularen Aufbau und die ausführliche Beschreibung ist es möglich, die<br />
Schulung um weitere Bereiche zu erweitern.<br />
Diplomand(en) Andreas Meier<br />
Dozent(en) Prof. Dr. Michael Schreiner, Dr. Martin Bünner<br />
Partner <strong>NTB</strong><br />
23
ICE Institut für Computational Engineering<br />
iPhone-App für Simulationen<br />
Im Rahmen dieser Bachelorarbeit<br />
wurde eine Simulations-App<br />
für das iPhone<br />
entwickelt. Das Ziel war zu<br />
ermitteln, ob numerische<br />
Simulationen auf einem<br />
mobilen Gerät berechnet<br />
und dargestellt werden<br />
können. Als Modelle für die<br />
Simulation werden Brücken<br />
verwendet. <strong>Die</strong> programmierte<br />
App ist eine Echtzeit-Simulation verpackt in ein Spiel. Ziel dieses<br />
Spieles ist das Konstruieren von Brücken, angepasst an die gegebenen Bedingungen.<br />
Durch die Verwendung verschiedener Lager und Bauelementen<br />
können aufwändige Modelle erstellt werden. Getestet werden die fertigen<br />
Brücken auf statische und dynamische Belastung. <strong>Die</strong> Tests stellen die eigentliche<br />
numerische Simulation dar und laufen in Echtzeit. Für eine schnelle<br />
und flüssige Darstellung wurde OpenGL ES verwendet. <strong>Die</strong>se App zeigt,<br />
dass auch komplexe numerische Berechnungen auf einem mobilen Gerät<br />
wie dem iPhone durchgeführt und grafisch dargestellt werden können.<br />
Diplomand(en) Jaime Dangelmeier<br />
Dozent(en) Prof. Dr. Michael Schreiner, Prof. Rolf Grun<br />
Partner <strong>NTB</strong><br />
24
24<br />
EMS Institut für Entwicklung Mechatronischer Systeme<br />
Netzspannungsanalysator<br />
<strong>Die</strong> Firma Tridonic GmbH<br />
& Co KG möchte wissen,<br />
welchen Belastungen Lampensteuerungsmodule<br />
ausgesetzt sind. Um eine<br />
einfache und preiswerte<br />
Überwachung über einen<br />
längeren Zeitraum an<br />
verschiedenen Orten auf<br />
der Welt durchführen zu<br />
können, ist ein kompakter<br />
Netzspannungsanalysator zu entwickeln. <strong>Die</strong>ser analysiert die Netzqualität,<br />
die Temperatur und das Laststromverhalten des Vorschaltgerätes. <strong>Die</strong> Abspeicherung<br />
der Daten erfolgt auf einer microSD-Karte. Das Erfassen der<br />
transienten Überspannungen stellt eine besondere Herausforderung dar,<br />
da diese sehr viel Energie beinhalten und mit hohen Frequenzen auftreten.<br />
Ein Kernstück der entwickelten Schaltung ist der Detektor für Surge- und<br />
Burst-Störungen, der Spannungen bis 4 kV erfasst. Bei den Strom- und<br />
Spannungsmessungen ist eine Genauigkeit von ±2 % gegeben. Durch eine<br />
kompakte Bauweise mit einem ausgeklügelten Systemkonzept, entsteht ein<br />
innovatives Produkt unter 40 CHF, welches die Belastungen des Lampensteuerungsmoduls<br />
analysiert.<br />
Diplomand(en) Clemens Mathis, Manuel Walser<br />
Dozent(en) Rene Grabher, M.Sc., Prof. Dr. Andreas Heinzelmann<br />
Partner Tridonic GmbH, Dornbirn<br />
25
EMS Institut für Entwicklung Mechatronischer Systeme<br />
Steckdose für Energiemanagement<br />
Smart Metering um Strom zu sparen<br />
ist in aller Munde, nicht erst durch die<br />
aktuelle Energiediskussion, ausgelöst<br />
durch die Atomkatastrophe in Japan.<br />
Es gibt zahlreiche Systeme auf<br />
dem Markt, die den Stromverbrauch<br />
messen, und dennoch unterscheidet<br />
sich diese Lösung im Speziellen<br />
durch ein innovatives Messsystem<br />
für den niedrigen Strombereich sowie<br />
durch das Gesamtkonzept für<br />
das Monitoring. Das Gerät wird in der Wand hinter einer Steckdose eingebaut<br />
und kommuniziert via Powerline mit der Basisstation. Über ein Webinterface<br />
kann die aktuelle Leistung angezeigt sowie der Verbraucher ein- und<br />
ausgeschaltet werden. Dadurch hat der Konsument seinen Stromverbrauch<br />
überall und jederzeit unter Kontrolle und kann somit Energie und Kosten<br />
sparen. <strong>Die</strong> entwickelte Baugruppe ist für eine Serienfertigung ausgelegt und<br />
zeichnet sich durch zwei sich ergänzende Messsysteme für einen Strom bis<br />
16 A aus. Weiter wurde die Entwicklung in Bezug auf Baugrösse und Kosten<br />
optimiert, sodass sich das Preis-Leistungsverhältnis auch gegenüber Mitbewerben<br />
sehen lassen kann. Mit dieser Lösung kann der Stromverbrauch<br />
visualisiert werden ohne Zusatzgeräte vor der Steckdose.<br />
Diplomand(en) Stefan Dörig, Martin Graf<br />
Dozent(en) Guido Piai, Prof. Vincenzo Parisi<br />
Partner Ing. Büro Reisch (München DE)<br />
26
26<br />
EMS Institut für Entwicklung Mechatronischer Systeme<br />
Weiterentwicklung LKW-<strong>Die</strong>selmotor<br />
<strong>Die</strong> Kurbelgehäuseentlüftungsgase,<br />
auch Blow-by Gase genannt,<br />
werden bei turbogeladenen Motoren<br />
vor dem Turboladerverdichter<br />
der Ansaugluft zugeführt. Durch<br />
die im Blow-by enthaltenen Öl- und<br />
Russpartikel bilden sich Ablagerungen<br />
am Turboladerverdichter und<br />
am Ladeluftkühler. <strong>Die</strong>s führt zu<br />
einer Verminderung des Verdichterwirkungsgrades.<br />
Ziel ist es ein<br />
Blow-by System zu entwerfen, das nicht zu diesen Ablagerungen führt. Aus<br />
verschiedenen Lösungen wurden zwei genauer betrachtet. Man kann die<br />
Blow-by Gase ins Freie lassen oder mit einem Verdichter nach dem Turbolader<br />
in den Ansaug pumpen. In beiden Fällen strömen die Blow-by Gase<br />
nicht mehr durch den Turbolader und verursachen somit keine Ablagerungen<br />
mehr. Beide Lösungen wurden am Motorenprüfstand umgesetzt. Es war<br />
ersichtlich, dass beide Lösungen umsetzbar sind. <strong>Die</strong> Lösung die Blow-by<br />
Gase ins Freie zu lassen hat wirtschaftlich einen grossen Vorteil, da sie keine<br />
Leistung des Motors benötigt. Jedoch steigen die Emissionen leicht an.<br />
Diplomand(en) Matthias Hugentobler<br />
Dozent(en) Prof. Josef Graf, Roger Strässle<br />
Partner Iveco Motorenforschung AG, Arbon<br />
27
EMS Institut für Entwicklung Mechatronischer Systeme<br />
1D-Fräskopf mit Motorspindel und Direktantrieb für die<br />
A-Achse<br />
Bei der Herstellung von<br />
Impellern und Blisks werden<br />
hochdynamische, kostengünstige<br />
und äusserst<br />
präzise Werkzeugmaschinen<br />
gefordert, um die Bearbeitungszeit<br />
kurz zu halten.<br />
Impeller und Blisks sind<br />
einige der wichtigsten Teile<br />
die in jedem turbinenbetriebenen<br />
Luftfahrzeug eingesetzt<br />
werden. Um diesem Kundenbedürfnis nachzukommen, wurde ein<br />
neuartiger Fräskopf mit Direktantrieben statt normal üblichen Getrieben<br />
entwickelt und auskonstruiert. Dabei wurde die Frässpindel so ausgeführt,<br />
dass sie sowohl Fräs- als auch Drehoperationen bei rotierendem Rundtisch<br />
ausführen kann. Durch Verwendung hochwertiger Komponenten,<br />
optimaler Raumausnutzung und fortschrittlichen Entwicklungstechniken<br />
entstand ein Fräskopf, der eine höchstmögliche Leistungsdichte aufweist.<br />
Alle diese Gegebenheiten machen diesen Fräskopf zu einem Produkt, das<br />
den Vergleich mit Konkurrenzprodukten nicht zu scheuen braucht und<br />
das Optimum an innovativer und zukunftsweisender Ingenieurs-Kunst<br />
bedeutet.<br />
Diplomand(en) Silvan Huber<br />
Dozent(en) Prof. Roland Egli, Prof. Josef Graf<br />
Partner Starragheckert AG, Rorschacherberg<br />
28
28<br />
IES Institut für Energiesysteme<br />
Emulator für den Test des Brennstoffzellen-Heizgerätes<br />
Galileo 1000 N<br />
<strong>Die</strong> Firma Hexis AG entwickelte das<br />
Brennstoffzellen-Heizgerät Galileo<br />
1000N. Das System liefert 1kW<br />
elektrische und 2kW thermische<br />
Leistung und besitzt für Spitzenzeiten<br />
einen Zusatzbrenner. Ein intelligenter<br />
Energiemanager übernimmt<br />
die Steuerung, damit das System<br />
effizient arbeitet. <strong>Die</strong>ser konnte bisher<br />
nur in realen Gebäuden getestet<br />
werden, weshalb auf passende Wetterbedingungen<br />
gewartet werden<br />
musste. Ziel der Bachelorarbeit ist<br />
die Entwicklung einer Haussimulation<br />
für die Wärmebilanz eines Gebäudes. Mit der entwickelten Simulation<br />
können verschiedene Gebäude abgebildet und deren Verhalten bei diversen<br />
Klimabedingungen im Labor simuliert werden. Der gebaute Teststand bildet<br />
die Schnittstelle zwischen der Simulation und der getesteten Heizung. <strong>Die</strong><br />
Vorteile der Simulation liegen in der grossen Flexibilität und Reproduzierbarkeit<br />
der Messungen. <strong>Die</strong> Firma Hexis AG wird den Energiemanager mit dem<br />
Emulator optimieren, um eine bestmögliche Effizienz zu erhalten.<br />
Diplomand(en) David Frommelt, Anne Liebold<br />
Dozent(en) Prof. Dr. Stefan Bertsch, Dr. Jürgen Kirchhof<br />
Partner Hexis AG, Winterthur<br />
29
30<br />
EMS Institut für Entwicklung Mechatronischer Systeme<br />
Energy Harvesting mit piezoelektrischen Elementen an<br />
Flugzeugtragflächen<br />
Drahtlose Systeme bieten<br />
eine hohe Flexibilität und<br />
können im Gegensatz zu<br />
kabelgebundenen Alternativen<br />
auch unter schwierigen<br />
Bedingungen eingesetzt<br />
werden. <strong>Die</strong> Energieversorgung<br />
solcher Systeme<br />
mit Batterien zeigen sich<br />
jedoch als sehr wartungsintensiv.<br />
Das Ziel dieser<br />
Arbeit besteht in der Entwicklung einer Energy-Harvesting-Komponente,<br />
welche an Flugzeugtragflächen angebrachte piezoelektrische Elemente<br />
zur Energiegewinnung nutzt. Das mit der gewonnenen Energie betriebene,<br />
drahtlose Messgerät soll so energieautark und wartungsfrei arbeiten.<br />
Voraussetzung für die Auslegung dieser neuartigen Schaltung ist die systematische<br />
Herleitung eines mathematischen Modells der Energiequelle. <strong>Die</strong><br />
Messung der Ladungsabgabe eines Piezoelements, aufgeklebt auf eine kohlenstofffaserverstärkte<br />
Kunststoffplatte (CFK), lässt Rückschlüsse über die<br />
Beziehung von Dehnung und Ladungsabgabe zu. Ein Feldversuch an einem<br />
Motorsegler, welcher Werte für die Tragflächendeformation liefert, ermöglicht<br />
die Ermittlung der Leistungsabgabe. <strong>Die</strong> hiermit konzipierte Schaltung speist<br />
bei einem äusserst geringen Eigenverbrauch von 25 uW ausreichend „geerntete“<br />
Energie in die Batterie des Messgeräts ein.<br />
Diplomand(en) Alain Buri, Simon Dürr<br />
Dozent(en) Prof. Dr. Andreas Heinzelmann, Prof. Dr. Kurt Schenk<br />
Partner EMPA - Dübendorf<br />
31
EMS Institut für Entwicklung Mechatronischer Systeme<br />
Entwicklung einer horizontalen Bearbeitungsstation für<br />
die Grossserienproduktion<br />
Im Zeitalter der Grossserien werden<br />
Teile wenn immer möglich mit Umformverfahren<br />
produziert. <strong>Die</strong> Anforderungen<br />
an die Produkte werden<br />
immer genauer und komplexer und<br />
die Herstellkosten müssen stetig gesenkt<br />
werden. Daher müssen Teile<br />
mit hohen Anforderungen nach dem<br />
Kaltumformen auf weiteren automatisierten<br />
Maschinen zerspanend<br />
fertiggestellt werden. <strong>Die</strong>s erfordert<br />
neuartige Lösungsansätze für<br />
die Entwicklung der Grossserienbearbeitungsmaschinen.<br />
In dieser<br />
Bachelorarbeit wird nicht nur eine<br />
komplette, horizontale Bearbeitungsstation entwickelt, sondern auch ein universeller,<br />
zukunftsorientierter Prüfstand. Das Ergebnis ist eine produktionsfähige<br />
Horizontalbearbeitungsstation auf hohem Niveau. In einer Taktzeit<br />
von nur zwei Sekunden wird ein Produkt produziert. <strong>Die</strong> hohen Genauigkeitsanforderungen<br />
aus dem Pflichtenheft werden erfüllt. Durch das realisierte<br />
Spannsystem kann beidseitig horizontal sowie vertikal bearbeitet werden.<br />
Diplomand(en) Bernhard Meusburger, Mario Sieber<br />
Dozent(en) Prof. Dr. Josef Althaus, Prof. Roland Egli<br />
Partner SFS Intec AG, Heerbrugg<br />
32
32<br />
MNT Institut für Mikro- und Nanotechnologie<br />
Silicon Optical Bench<br />
Es wurde ein kompletter<br />
Herstellungsprozess für die<br />
Fertigung von optischen<br />
Bänken aus einkristallinem<br />
Silizium erarbeitet. <strong>Die</strong> erzeugtenmikrotechnologischen<br />
Bauteile enthalten<br />
elektrische Leiterstrukturen,<br />
strukturierte Lotpads<br />
und anisotrop geätzte Alignierstrukturen<br />
für optische Fasern. Durch die präzise Ausrichtung von Lotpads<br />
und V-Grooves können Laserdioden und Lichtwellenleiter einfach und<br />
kostengünstig auf einem Chip gekoppelt werden. <strong>Die</strong> Prozesskette wurde<br />
an einem marktgerechten Layout erfolgreich getestet. Das Nassätzen der<br />
V-Grooves erfolgte mit KOH. <strong>Die</strong> erforderlichen Kompensationsstrukturen<br />
wurden mit der Simulations-Software AnisE (IntelliSense Software Corporation)<br />
optimiert. Es konnte nachgewiesen werden, dass die Ausrichtung der<br />
Maske auf das Major-Flat für die geforderten Toleranzen ausreichend präzise<br />
ist. Als bondbares Schichtsystem wurde Cr-Pt-Au gewählt um den mehrstündigen<br />
Ätzprozess zu überstehen. Mit dem entwickelten LiftOff-Prozess<br />
konnten die Cr-Pt-AuSn-Lotpads über die 130μm tiefen Grooves hinweg mit<br />
sehr geringem Pullback zur Grabenkante hin aufgebracht werden.<br />
Diplomand(en) Reto Ventruto<br />
Dozent(en) Prof. Dr. Rudolf Buser, Prof. Dr. Markus Michler<br />
Partner Cicor Microelectronics, Wangs<br />
33
IES Institut für Energiesysteme<br />
LLC-Resonanzkonverter für Hybridfahrzeug<br />
Moderne Resonanzkonver-<br />
ter zeichnen sich durch hohe<br />
Effizienz aus. <strong>Die</strong>s soll in<br />
Form eines LLC-Resonanzkonverters<br />
in einem Hybridfahrzeug<br />
ausgenutzt werden.<br />
Der entwickelte DC-DC<br />
Konverter fungiert hierbei<br />
als Bindeglied zwischen der<br />
400 V Hauptbatterie und<br />
dem 12 V Bordnetz des<br />
Fahrzeugs. Ziel ist es, besagten DC-DC Wandler zu entwickeln und im<br />
Wirkungsgrad zu optimieren. Mit einer Ausgangsleistung von maximal 1 kW<br />
soll die resultierende Leiterplatte trotzdem kompakt ausfallen. Durch Berechnung<br />
und anschliessende Simulation wurde die Schaltung analysiert<br />
und Schritt für Schritt im Wirkungsgrad verbessert. Der entwickelte Prototyp<br />
weist eine sehr hohe Effizienz von maximal 96 % bei halber Ausgangsleistung<br />
auf. <strong>Die</strong> LLC-Resonanztopologie eignet sich durch die effiziente<br />
Energiewandlung und die kompakte Bauweise perfekt für die Anwendung in<br />
der Automobilindustrie und dient als wichtige Grundlage für die Entwicklung<br />
weiterer, ähnlicher Produkte.<br />
Diplomand(en) Raffael Haldi, Philippe Tanner<br />
Dozent(en) Prof. Dr. Kurt Schenk, Laszlo Arato<br />
Partner Drivetek AG, Ipsach<br />
34
34<br />
EMS Institut für Entwicklung Mechatronischer Systeme<br />
Audioverstärker mit mehrbandigem, parametrierbarem<br />
Equalizer<br />
Gegenstand der Arbeit war es, einen Audioverstärker mit mehrbandigem parametrierbarem<br />
Equalizer zu entwickeln. Damit muss ein speziell vom Kunden<br />
entwickelter Lautsprecher, der sich durch sein elegantes Design und<br />
seine vergleichsmässig gute Wiedergabequalität auszeichnet, angesteuert<br />
werden. Das Ziel war, die Schwachstellen des Lautsprechers so kompensieren<br />
zu können, um damit dem Kunden einen grösseren Markt zu ermöglichen.<br />
Dazu wurden alle gängigen Filtertechniken untersucht und die am<br />
besten geeignetste ausgewählt. <strong>Die</strong> Wahl fiel schlussendlich auf einen Filter<br />
auf Basis der FFT- und iFFT-Transformation. Unter Berücksichtigung aller<br />
Kundenforderungen, und der Einplanung von genügend Reserven in Rechenleistung<br />
und Speicher für weitere Entwicklungsschritte, wurde ein DSP<br />
von Texas Instruments ausgewählt. Sowohl Simulation als auch Hardware<br />
erwiesen sich in Konzept und Implementation als praxistauglich, wobei in der<br />
genauen Umsetzung des Filters noch Verbesserungspotential vorhanden ist.<br />
Diplomand(en) Christian Dünki, Martin Lutz<br />
Dozent(en) Prof. Vincenzo Parisi, Laszlo Arato<br />
Partner Escatec Switzerland AG, Heerbrugg<br />
35
EMS Institut für Entwicklung Mechatronischer Systeme<br />
Low-cost Real Time Kinematic mit GPS und Laufzeitmodul<br />
Der Wunsch nach einer<br />
zentimetergenauen und<br />
zugleich kostengünstigen<br />
Positionsbestimmung ist in<br />
verschiedenen Industriebereichen<br />
vorhanden. Eine<br />
Kombination von Laufzeitmessung<br />
über Funk sowie<br />
ein differentielles GPS sollen<br />
dieses Bedürfnis erfüllen.<br />
Das entwickelte System<br />
setzt sich aus den zwei<br />
Komponenten Rover und<br />
Basisstation zusammen.<br />
Der Rover bewegt sich in der näheren Umgebung der Basisstation. <strong>Die</strong>se<br />
befindet sich an einem definierten Standort und liefert Korrekturdaten. <strong>Die</strong><br />
Kommunikation und die Distanzmessung erfolgen über eine Funkstrecke mit<br />
2.45 GHz. <strong>Die</strong> Laufzeitmessung liefert die erwartete Genauigkeit von 1 m.<br />
Daher ist diese vor allem für die Überbrückung der GPS-Initialisierungszeit<br />
einzusetzen. Im jetzigen Entwicklungsstadium kann der Wunsch der zentimetergenauen<br />
Positionsbestimmung noch nicht erfüllt werden. Der Prototyp<br />
zeigt das Potenzial dieses Konzeptes auf und liegt mit rund 1200 Franken im<br />
low-cost Bereich.<br />
Diplomand(en) Christoph Capiaghi, Joachim Schloz<br />
Dozent(en) Prof. Dr. Andreas Heinzelmann, Prof. Rolf Grun<br />
Partner <strong>NTB</strong><br />
36
36<br />
EMS Institut für Entwicklung Mechatronischer Systeme<br />
Interaktive Arbeitsfläche<br />
Entwicklung einer interaktiven Arbeitsfläche<br />
für behinderte Kinder und Jugendliche<br />
<strong>Die</strong> Arbeitsfläche soll geistig<br />
und körperlich schwer behinderten<br />
Kindern eine Trainings- und Spielmöglichkeit<br />
bieten. Durch einfachste,<br />
bewegte Farb-und Form-Simulationen<br />
auf einem Touchscreen werden die<br />
Kinder angeregt, dem Geschehen mit<br />
dem Auge, dem Finger der Hand zu<br />
folgen und durch Berühren eine Reaktion<br />
(Ton- oder Bildsignal) zu bewirken. Mittels Java-Programmiersprache<br />
wurden sechs unterschiedliche Übungen entwickelt, über einen Laptop wird<br />
die Arbeitsfläche (bestehend aus Schülerzeichnungstisch mit aufmontiertem<br />
Touchscreen) gesteuert. Über eine im Tisch integrierte Bedienbox sowie<br />
zwei einfache Taster seitlich der Arbeitsfläche kann das Programm bedient<br />
werden. <strong>Die</strong> interaktive Arbeitsfläche könnte verbessert werden durch einen<br />
optimaleren Touchscreen und durch eine Ergänzung mit weiteren und vielfältigeren<br />
Übungen. Der Nutzungsbereich könnte auf ein älteres Zielpublikum<br />
ausgedehnt werden.<br />
Diplomand(en) Denis Mösle<br />
Dozent(en) Prof. Vincenzo Parisi, Prof. Dr. Norbert Frei<br />
Partner Schulheim Kronbühl, Wittenbach<br />
37
EMS Institut für Entwicklung Mechatronischer Systeme<br />
Flexibles und kostengünstiges Robotik-System für<br />
kleine Lasten<br />
Heutzutage muss bei<br />
automatisierten Abläufen<br />
eine dynamische<br />
Bewegung stattfinden.<br />
Ziel dieser Arbeit war<br />
es einen Roboter zu<br />
entwickeln, der nicht<br />
nur schnell, sondern<br />
auch günstig, Probegläser<br />
zu Bearbeitungsstationen<br />
führt. <strong>Die</strong>s<br />
bedeutete auch einen<br />
Arbeitsbereich so zu gestalten, dass er optimal genutzt wird. Nach intensiver<br />
Lösungssuche für die Teilsysteme und der Bewertung der Ideen kam<br />
ein Gesamtkonzept zustande. Ein mechanischer Aufbau wurde konstruiert<br />
und die Steuerung entwickelt. Dabei musste grosses Augenmerk auf den<br />
Greifer gelegt werden, der für Gefässe verschiedener Grösse und Festigkeit<br />
auszulegen war. Während der Entwicklungsphasen erfolgten Optimierungen<br />
einzelner Teilsysteme. In dieser Phase waren die Kosten und die Einfachheit<br />
der Konstruktion im Vordergrund. Am Ende stand ein funktionsfähiger<br />
Prototyp da, der dem Titel unserer Bachelorarbeit Rechnung trägt. Es folgte<br />
die Erkenntnis: Es ist möglich, ein funktionierendes System zum geforderten<br />
Preis zu entwickeln.<br />
Diplomand(en) Adrian Ekkels, Basil Froehlich, Daniel Mäder,<br />
Stephan Schweizer<br />
Dozent(en) Nagel Günter, Nielsen Einar<br />
Partner Metrohm AG, Herisau<br />
38
38<br />
EMS Institut für Entwicklung Mechatronischer Systeme<br />
Optische 2D-Wegmessung<br />
<strong>Die</strong>se Bachelorarbeit hat zum Ziel<br />
ein innovatives Messgerät zu entwickeln,<br />
das die Distanz zwischen zwei<br />
Punkten auf einer zweidimensionalen<br />
Oberfläche messen kann. Für die<br />
Distanzmessung sind handelsüblichen<br />
Maussensoren zu verwenden.<br />
Ebenso soll aufgezeigt werden, was<br />
für eine Genauigkeit erreicht werden<br />
kann und welche Faktoren die Genauigkeit<br />
noch beeinträchtigen. Es<br />
werden diverse Tests mit einem, zwei und vier Maussensoren durchgeführt.<br />
Zu jedem Teststadium gehört auch die Entwicklung eines Algorithmus zur<br />
Distanzberechnung. Schliesslich wird ein handliches und bedienerfreundliches<br />
Messgerät mit vier Maussensoren realisiert. Das Messgerät ist über<br />
ein USB Kabel mit einem PC verbunden, die übertragenen Daten werden<br />
in Matlab verarbeitet. Auf einer Benutzeroberfläche werden die Distanz und<br />
der gefahrene Weg angezeigt. <strong>Die</strong> Auflösung der Maussensoren ist vom Untergrund,<br />
auf dem gemessen wird und von der Geschwindigkeit, mit der das<br />
Messgerät bewegt wird, abhängig. <strong>Die</strong> geforderte Genauigkeit kann auch<br />
durch Kalibrieren nicht erreicht werden.<br />
Diplomand(en) Simon Langhart, Michael Seitz<br />
Dozent(en) Prof. Günter Nagel, Prof. Laszlo Arato<br />
Partner Hilti AG, Schaan<br />
39
INF Institut für Ingenieurinformatik<br />
Lokalisierung von Elektrowerkzeugen unter Verwendung<br />
von GSM und GPS<br />
In dieser Arbeit wurde ein<br />
System zur Lokalisierung<br />
von Elektrowerkzeugen mittels<br />
GPS und GSM entwickelt.<br />
Es soll als <strong>Die</strong>bstahlschutz<br />
und als Hilfe für das<br />
logistische Management<br />
der Geräte dienen. <strong>Die</strong><br />
Umsetzung dessen sieht<br />
folgendermassen aus: im<br />
Elektrowerkzeug wird ein<br />
GSM Modul und ein GPS Empfänger eingebaut. Während dem Betrieb des<br />
Gerätes wird laufend mit GPS die aktuelle Position ermittelt und via GPRS<br />
an den Kommunikationsserver weitergeleitet. <strong>Die</strong>ser legt die Daten in einer<br />
Datenbank ab, welche online via Homepage eingesehen werden können.<br />
Befindet sich das Gerät an einem unerlaubten Ort, kann es per Mausklick gesperrt<br />
werden und ist somit nicht mehr funktionstüchtig bis es wieder freigegeben<br />
wird. <strong>Die</strong>ses <strong>Die</strong>bstahlschutzsystem bedeutet für den Besitzer keinen<br />
zusätzlichen Aufwand, dadurch ist es praktisch und konkurrenzfähig. Das<br />
logistische Management ist eine nützliche Erweiterung zum aktuellen Stand<br />
der Technik. Im Hintergrund kann die Herstellerfirma mit diesem System Betriebsdaten<br />
sammeln, welche für die Weiterentwicklung der Geräte genutzt<br />
werden können.<br />
Diplomand(en) Luisa Keel, Zoé Leander<br />
Dozent(en) Prof. Dr. Andreas Zogg, Prof. Dr. Carlo Bach<br />
Partner Hilti AG, Forschungsabteilung, Eschen<br />
40
40<br />
INF Institut für Ingenieurinformatik<br />
TolCAD<br />
<strong>Die</strong> Unterstützung des Konstrukteurs<br />
bei der Vergabe<br />
von Toleranzen durch<br />
marktgängige CAD Systeme<br />
wurde bis heute nicht<br />
zufriedenstellend gelöst.<br />
Ziel dieser Arbeit ist es, ein<br />
Toleranzmodell für ein CAD<br />
zu realisieren und auf der<br />
Basis dessen einen Toleranzkettenrechner<br />
zu implementieren. Zur Erstellung der Toleranzen wurde<br />
ein geführter Dialog entwickelt, der keine fehlerhaften Eingaben ermöglicht.<br />
<strong>Die</strong> Toleranz selber wird durch ein Objekt einer spezifischen Klasse repräsentiert.<br />
<strong>Die</strong>se Objekte enthalten sowohl die grafische Darstellung und die<br />
Änderung dieser, als auch die Verwaltung der Attribute, die eine Toleranz<br />
definieren. Als Anwendung der Toleranzbehandlung ist ein Kettenrechner<br />
implementiert. Neben der Berechnung der Gesamttoleranz von Massketten,<br />
arbeitet dieser mit den vom Benutzer erstellten Toleranzobjekten. <strong>Die</strong> Arbeit<br />
zeigt, wie der Umgang mit Toleranzen machbar ist. Durch den Kettenrechner<br />
wird veranschaulicht, wie Anwendungen auf dem Toleranzmodell realisiert<br />
werden können. Auf diese Art und Weise wurde viel Raum für neue Anwendungen<br />
mit Toleranzen in 3D-CAD‘s geschaffen.<br />
Diplomand(en) Yanic Högger<br />
Dozent(en) Prof. Dr. Norbert Frei, Prof. Rolf Grun<br />
Partner AWV Informatik AG, Arbon<br />
41
42<br />
EMS Institut für Entwicklung Mechatronischer Systeme<br />
360° Kamera für Roboter<br />
Im Rahmen der Bachelorarbeit<br />
wurde eine 360° Kamera entwickelt,<br />
welche auf beliebigen Robotern<br />
eingesetzt werden kann.<br />
<strong>Die</strong>ses Kameramodul ohne bewegliche<br />
Teile verwendet sechs<br />
einzelne herkömmliche CMOS<br />
Bildsensoren, welche auf kleinen<br />
Prints in Form eines Sechsecks<br />
angeordnet senkrecht auf<br />
einem Grundprint stehen. Mit<br />
einem FPGAs werden die Kameradaten<br />
zu einem vollständigen Bild zusammengesetzt und über eine<br />
1 GBit Ethernetschnittstelle zum Anwender übertragen. Um einen möglichst<br />
grossen Anwendungsbereich abzudecken, können verschiedene Einstellungen<br />
verändert werden, wie mehrere Aulösungen, Bildbereiche, Ausschnitte,<br />
Blickwinkel und Farbtiefen. <strong>Die</strong> Betrachtung des Ergebnisses zeigt, dass<br />
das entwickelte Kameramodul noch einiges an Erweiterungspotential enthält,<br />
bevor über eine Massenproduktion nachgedacht werden kann. Zum<br />
einen sind Einsparungen bei der Hardware möglich, zum anderen kann die<br />
Software noch um einige Funktionen, wie zum Beispiel Kantenerkennung,<br />
erweitert werden.<br />
Diplomand(en) Lars Geel, Marco Müller<br />
Dozent(en) Laszlo Arato, Prof. Einar Nielsen<br />
Partner <strong>NTB</strong><br />
43
EMS Institut für Entwicklung Mechatronischer Systeme<br />
Monitoring für Elektroautos<br />
Ziel dieser Bachelorarbeit<br />
war es ein Tool zu entwickeln,<br />
das relevante Daten<br />
zur Alterungsbestimmung<br />
von Batterien der Elektroautos<br />
sammelt. Mit diesen<br />
Informationen soll eine PC-<br />
Software eine Abschätzung<br />
über das Alter machen. Als<br />
Basis zur Ermittlung des Alterungsverhaltens dient ein Datenlogger. <strong>Die</strong>se<br />
Elektronik ist im Auto eingebaut und zeichnet u.a. den Strom- und Spannungsverlauf<br />
auf. <strong>Die</strong> PC-Software berechnet den Innenwiderstand, welcher<br />
Aufschluss über die Nutzungsdauer gibt. Erste Aufzeichnungen liefern über<br />
120‘000 Datensätze und interessante Resultate. Es wurde herausgefunden,<br />
dass es notwendig ist die Daten in einzelne Fahrten zu filtern. Der Innenwiderstand<br />
zeigt je nach Vorgeschichte, wie zum Beispiel Laden, ein anderes<br />
Verhalten. Ein kompaktes, kostengünstiges Produkt, basierend auf einer dynamischen<br />
Innenwiderstandsmessung, wurde entwickelt. Um entscheidende<br />
Schlussfolgerungen über den Alterungsprozess zu machen, müssen Daten<br />
über mehrere Jahre erfasst werden.<br />
Diplomand(en) Michael Forrer, KarlAlois Frantsits<br />
Dozent(en) Prof. Dr. Stefan Bertsch, Rene Grabher, M.Sc.<br />
und Markus Markstaler, MAS, EMBA<br />
Partner Vkw/illwerke, Bregenz<br />
44
44<br />
IES Institut für Energiesysteme<br />
Kompakter potentialtrennender Gleichstromwandler mit<br />
hohen Ausgangsströmen<br />
Umweltfreundlichkeit und<br />
Energiesparen sind im<br />
Trend. <strong>Die</strong>s ist bei Privatfahrzeugen<br />
sowie bei Bussen<br />
und LKWs zu spüren.<br />
Daher werden immer öfter<br />
auch Nutzfahrzeuge mit Hybridtechnology<br />
ausgerüstet.<br />
Dabei wird die Funktion der<br />
Lichtmaschine durch einen<br />
Gleichstromwandler ersetzt,<br />
welcher die 12V Bordstromversorgung aus der 800V Antriebsbatterie speist.<br />
Wegen der hohen Eingangsspannung sollen IGBTs als Halbleiterschalter<br />
verwendet werden. In dieser Arbeit soll abgeklärt werden, ob sich eine resonante<br />
Schaltungstopologie einsetzen lässt. Aufgrund des für IGBTs typischen<br />
Ausschaltverhaltens mit dem bekannten Current Tail bietet sich eine<br />
LLC-Full-Bridge an, welche unterresonant betrieben wird. Damit wird ein sogenanntes<br />
Zero Current Switching ZCS erreicht. <strong>Die</strong> Simulationsergebnisse<br />
zeigen, dass der Konverter über den gesamten Arbeitsbereich mit ZCS betrieben<br />
werden kann. Praktisch erwiesen sich die IGBTs als noch zu langsam<br />
und verursachten dadurch zu hohe Schaltverluste. Schnellere IGBTs wären<br />
zwingend notwendig um die Topologie sinnvoll zu betreiben.<br />
Diplomand(en) David Angehrn, Adrian Täschler<br />
Dozent(en) Prof. Dr. Kurt Schenk, Prof. Vincenzo Parisi<br />
Partner Schmidhauser AG, Romanshorn<br />
45
PWO Institut für Produktionsmesstechnik, Werkstoffe und Optik<br />
Auslegung der Gleitführung einer Lenkwelle<br />
<strong>Die</strong> Automobilindustrie zeigt<br />
grosses Interesse am Leichtbau,<br />
um die geforderten Obergrenzen<br />
beim C02-Ausstoss<br />
einhalten zu können. Ergebnis<br />
dieser Arbeit ist der Prototyp<br />
einer Leichtbau-Lenkwelle<br />
mit einem Zielgewicht von<br />
max. 1200 g. In dieser Arbeit<br />
wurden vor allem die Auswahl<br />
des Leichtbauwerkstoffs und<br />
das tribologische System der<br />
Gleitführung definiert und untersucht.<br />
Das tribologische System besteht aus einem Grundkörper, dem<br />
Gegenkörper und einem Zwischenstoff für ein möglichst ruckfreies Gleiten.<br />
Untersuchungen an Prototypen zeigten, dass in Bezug auf Verdrehsteifigkeit,<br />
Verschiebekraft und Verschleiß gleich gute Ergebnisse wie bei heutigen<br />
„Kleeblatt-Gleitführungen“ erzielt werden. Durch einen Materialwechsel des<br />
Gegenkörpers konnten die tribologischen Eigenschaften weiter verbessert<br />
werden. <strong>Die</strong> gewählte Werkstoffkombination lässt einen Dauereinsatz bis zu<br />
einer Temperatur von maximal 140°C zu. Alle Forderungen des Lastenhefts<br />
wurden erfüllt. Das Zielgewicht wurde sogar um 200 g unterschritten. Das<br />
neu entwickelte Design von ThyssenKrupp Presta ist auch wegen des niedrigen<br />
Gewichts derzeit konkurrenzlos und stößt auf großes Kundeninteresse.<br />
Diplomand(en) Martin Schedler<br />
Dozent(en) Dr. Nikolaus Herres, Dr. Samuel Affolter<br />
Partner ThyssenKrupp Presta, Eschen<br />
46
46<br />
EMS Institut für Entwicklung Mechatronischer Systeme<br />
360°-Panorama-Tiefensensor nach dem Time of Flight-<br />
Prinzip<br />
<strong>Die</strong> Robotertechnik hat in den<br />
letzten Jahren Schritte getätigt,<br />
die man sich vor einiger Zeit noch<br />
nicht hätte träumen lassen. Mit<br />
jedem in einem Roboter neu implementierten<br />
Detail wird die Navigation<br />
komplexer. Somit werden<br />
an moderne Navigationssysteme<br />
immer höhere Ansprüche gestellt.<br />
Während dieser Arbeit wurde ein<br />
Sensorsystem entwickelt, das völlig<br />
neue Möglichkeiten bietet. Es<br />
handelt sich um einen 360°-Panorama-Tiefensensor,<br />
der nach dem Time of Flight Prinzip funktioniert. LEDs<br />
senden Lichtimpulse aus, welche reflektiert werden und anschliessend auf<br />
Sensoren treffen. Dadurch kann für jedes Pixel über 360° die Distanz und<br />
die Helligkeit bestimmt werden. <strong>Die</strong> Daten werden verarbeitet und über<br />
eine Ethernet-Schnittstelle am PC als 3D-Bild ausgegeben. <strong>Die</strong>s ermöglicht<br />
modernen Robotern zu navigieren und Gegenstände zu erkennen. Durch<br />
weitere Optimierungen ist es möglich ein Navigationssystem zu entwickeln,<br />
welches im Gegensatz zu anderen Systemen echtzeitfähig, kompakt und<br />
günstig ist.<br />
Diplomand(en) Jann Egli, Yannick Gubler<br />
Dozent(en) Laszlo Arato, Prof. Einar Nielsen<br />
Partner Robonaut, Zürich<br />
47
EMS Institut für Entwicklung Mechatronischer Systeme<br />
Mechatronic Research Tester 2011<br />
Garne für Textilien aller Art werden<br />
weltweit zum überwiegenden Teil auf<br />
Ringspinnmaschinen erzeugt. <strong>Die</strong><br />
optimalen Betriebsgeschwindigkeiten<br />
der Arbeitsorgane werden hauptsächlich<br />
durch den Rohstoff, die Drehung<br />
und die Garnfeinheit beeinflusst. <strong>Die</strong><br />
Spinnversuche werden auf Spinntestern<br />
durchgeführt. Auf industriellen<br />
Spinnmaschinen sind Spinnversuche<br />
aus wirtschaftlichen Gründen nicht<br />
machbar. Für die Bachelorarbeit wurde<br />
ein Spinntester entwickelt, der alle<br />
garnbildenden Elemente einzelmotorisch<br />
regelt. <strong>Die</strong> Spinngeometrie ist<br />
einstellbar und die Parametereingabe<br />
erfolgt über ein Bedien-Panel. Dafür wurde der aktuelle Stand eines Spinntesters<br />
komplett überarbeitet, die nötige Textiltheorie erarbeitet und ein neues<br />
Antriebssystem entwickelt. Dabei wurden die relevanten Sicherheitsaspekte<br />
beachtet. Mit dem Mechatronic Research Tester 2011 kann der Bediener<br />
den optimalen Spinnprozess ermitteln und dadurch die Wirtschaftlichkeit der<br />
Ringspannmaschine verbessern.<br />
Diplomand(en) Adrian Mathis, Domenick Seeli<br />
Dozent(en) Dr. Jürgen Kirchhof, Prof. Dr. Josef Althaus<br />
Partner Rotorcraft AG, 9450 Altstätten<br />
48
48<br />
EMS Institut für Entwicklung Mechatronischer Systeme<br />
Entwicklung eines neuen Gelenks für Meterstäbe aus<br />
Kunststoff<br />
Bei der Kunststoffwerk AG in Buchs wird zurzeit eine<br />
neue Generation Meterstäbe aus Kunststoff entwickelt.<br />
Bei diesem Meterstab kann das neu entwickelte<br />
Gelenk, welches aus dieser Bachelor-Arbeit<br />
hervorgeht, zum Einsatz kommen. Zu Beginn der<br />
Arbeit wurden Ideen gesammelt und zu realisierbaren<br />
Konzepten weiterentwickelt. Nach mehreren<br />
Selektionsverfahren in Absprache mit dem Industriepartner<br />
konnte schlussendlich eine Idee für das<br />
neuartiges Gelenk ganz ausgearbeitet werden. Mit<br />
Funktionsmustern, Prototyping-Teilen, Simulationen<br />
und weiteren Berechnungen wurde die vollständige<br />
Geometrie des Gelenks bestimmt. Ein Konzept für<br />
das Spritzgusswerkzeug inklusive Entformung dient<br />
als Grundstein für eine spätere Realisierung. Basierend<br />
auf diesem neuen Gelenk wurde auch ein<br />
neues Montagekonzept für den ganzen Meterstab<br />
erstellt. <strong>Die</strong>ses Montagekonzept könnte so verwirklicht<br />
werden.<br />
Diplomand(en) Mehmed Ljatifi<br />
Dozent(en) Prof. Roland Egli,<br />
Prof. Einar Nielsen<br />
Partner Kunststoffwerk AG, Buchs<br />
49
EMS Institut für Entwicklung Mechatronischer Systeme<br />
Füllstandsüberwachung einer Mikrotiterplatte<br />
In dieser Bachelorarbeit<br />
wurde ein Messverfahren<br />
zur Volumenmessung<br />
von Flüssigkeiten<br />
in einer Mikrotiterplatte<br />
entwickelt und untersucht.<br />
Ziel ist es, dass<br />
dieses Messverfahren<br />
zukünftig in den Geräten<br />
der Firma Hamilton Bonaduz AG verwendet wird und damit alle Pipettiervorgänge<br />
überwacht werden können. Es wurde ein funktionsfähiger Prototyp<br />
erstellt. Aus patentrechtlichen Gründen kann das entwickelte Messverfahren<br />
nicht näher erläutert werden. Das untersuchte Messverfahren funktioniert<br />
gut. Es konnten jedoch nicht alle definierten Anforderungen erfüllt werden.<br />
<strong>Die</strong> verwendete Verbindung zwischen Sensor, Aktor und Behälter muss noch<br />
überarbeitet werden. Ob die Hamilton Bonaduz AG das Projekt weiter verfolgt,<br />
wird Anfang nächsten Jahres von der Geschäftsleitung entschieden.<br />
Diplomand(en) Damian Sievi<br />
Dozent(en) Dr. Jürgen Kirchhof, Prof. Dr. Rainer Pickhardt<br />
Partner Hamilton Bonaduz AG, Bonaduz<br />
50
50<br />
INF Institut für Ingenieurinformatik<br />
Single-Taler<br />
Der Markt der Singles ist gross und<br />
die Nachfrage nach guten Möglichkeiten,<br />
einen neuen Partner zu<br />
finden ebenfalls. <strong>Die</strong> Angebote von<br />
Single-Börsen beschränken sich jedoch<br />
meistens auf das Internet oder<br />
auf Kontaktbars. Der Single Taler<br />
hingegen bietet eine neue Möglichkeit,<br />
den zukünftigen Partner zu finden.<br />
Im Rahmen der Arbeit werden<br />
Ideen gesucht und Varianten entwickelt,<br />
aber auch schon ein Prototyp eines Single Talers komplett ausgearbeitet<br />
und hergestellt. Als Ergebnis liegen Prototypen des Single Taler vor, die<br />
als Basis zur Weiterentwicklung zu einem Serienprodukt dienen. Dazu zählen<br />
sowohl fertig erstellte Single Taler, die zu Test- und Präsentationszwecken<br />
genutzt werden können, sowie die erstellten Schema und Programme.<br />
Diplomand(en) Martin Kempf, Marc Züllig<br />
Dozent(en) Prof. Rolf Grun, Prof. Dr. Andreas Zogg und<br />
Prof. Dr. Norbert Frei<br />
Partner Albin Gruber GMBH, Saalfelden<br />
51
INF Institut für Ingenieurinformatik<br />
High-End Plattform für Embedded Systems mit FPGA<br />
Um hohen Anforderungen an<br />
Embedded Systeme in Bezug<br />
auf Rechenleistung, Vernetzung,<br />
Bedienung, Datenverwaltung<br />
usw. gerecht zu<br />
werden, ist es naheliegend,<br />
Hard- und Softwaresysteme<br />
von Smartphones einzusetzen.<br />
Den zur Verfügung<br />
stehenden Smartphone<br />
Plattformen fehlen allerdings<br />
typische „Embedded<br />
Schnittstellen“ wie beispielsweise<br />
PWM und FQD. Aus<br />
diesem Grund wurde das<br />
BeagleBoard (eine Hardwareplattform mit einem Smartphone-Prozessor<br />
der OMAP Familie von TI und dem Betriebssystem Android/Linux), mit einer<br />
FPGA-Platine ergänzt, die es erlaubt, die fehlenden Peripherien zu implementieren.<br />
Zusätzlich wurden Konzepte entworfen die zeigen, wie diese Peripherien<br />
in Android/Linux eingebunden werden können.<br />
Diplomand(en) Ueli Niederer<br />
Dozent(en) Prof. Dr. Andreas Zogg, Prof. Dr. Urs Graf<br />
Partner <strong>NTB</strong><br />
52
52<br />
INF Institut für Ingenieurinformatik<br />
Rigidbody Simulation<br />
<strong>Die</strong>se Arbeit evaluiert aktuelle<br />
Physics Engines<br />
und zeigt die Integration<br />
der Game Physics Library<br />
Bullet in die CAD-Software<br />
ClassCAD. <strong>Die</strong> Motivation<br />
dafür ist, die für den Computer<br />
optimierte Simulationsweise<br />
solcher Engines<br />
zu nutzen, um Ergebnisse<br />
in Echtzeit zu erhalten. <strong>Die</strong><br />
Arbeit gibt einen Überblick über die verwendeten Technologien und behandelt<br />
das Erstellen von Rigidbodys anhand von Triangle-Meshes, das Definieren<br />
von Constraints zwischen den Rigidbodys und das Ermitteln simulationsspezifischer<br />
Daten zur Verwendung in der CAD Software. Spezielle Aufmerksamkeit<br />
wird der Kollisionserkennung und allen Arten von Constraints, Motoren<br />
und Federn geschenkt. <strong>Die</strong> Kombination der Technologien resultiert<br />
in einer neuen Lösung zur Simulation von CAD-Modellen, welche bisherige<br />
Möglichkeiten übersteigen kann. <strong>Die</strong> Erweiterung dient als Grundlage für zukünftige<br />
Anwendungen mit dem Bedürfnis zur geometrischen Kollisionsprüfung<br />
oder interaktiven physikalischen Simulation von CAD-Objekten.<br />
Diplomand(en) Marco Clerici<br />
Dozent(en) Prof. Dr. Norbert Frei, Prof. Rolf Grun<br />
Partner AWV Informatik AG, Arbon<br />
53
Labor für Innovationsmanagement und Produktentwicklung<br />
Planar Scatter<br />
Innovative Bedienungskonzepte Detection für (PSD) die<br />
Automatisierung<br />
Digital Waveguide (DWT)<br />
<strong>Die</strong> Schnittstelle Mensch-<br />
Maschine (engl. «Human-<br />
Machine-Interface», HMI)<br />
Surface Acoustic Wave (SAW)<br />
ist in der industriellen Au-<br />
Capacit<br />
tomatisierung ein zentraler<br />
Bestandteil für die Befehlseingabe<br />
an und Beobachtung<br />
von Maschinen und<br />
Wave / Acoustic<br />
Anlagen. <strong>Die</strong> HMI-Gerätefamilien<br />
von EATON Auto- Bending Wave<br />
mation, einem Hersteller<br />
Dispersive Signal Acoustic Pulse<br />
von Automatisierungskomponenten (DST)<br />
und –systemen, werden mit etablier-<br />
Recognition (APR)<br />
Projected Ca<br />
Sensoren<br />
in den<br />
ten, jedoch 10-20 Jahre alten Touchscreen-Technologien bedient. Für die<br />
Ecken<br />
Neuentwicklung einer neuen HMIGeneration ist es wichtig, den gestiegenen Self Projected C<br />
Marktanforderungen gerecht zu werden. Inhalt der Arbeit ist die Analyse der<br />
bestehenden und mittelfristigen (5-10 Jahre) technologischen Möglichkeiten<br />
und Trends im Bereich HMI, mit Fokus auf industrielle Automation. Moderne,<br />
teils branchenfremde HMI-Beispiele und eine Touch- Technologielandschaft<br />
geben einen „Überblick 2011“. <strong>Die</strong> Ansprüche von EATON an ein neues HMI<br />
sind im Rahmen eines Umfragekatalogs ermittelt worden. Das Ergebnis ist<br />
eine HMI-Technologie-Empfehlung für die neue Gerätefamilie von EATON<br />
Automation.<br />
Diplomand(en) Sebastian Kuster<br />
Dozent(en) Dr. Eugen Voit, Prof. Günter Nagel<br />
Partner EATON Automation AG (früher Micro Innovation AG),<br />
St. Gallen<br />
54<br />
Z. Bsp. In-cell-Technologie, etc.<br />
In-cell<br />
(Touch-Sensor direkt im Display,<br />
In-cell „charge<br />
„capacitive-se
54<br />
55
<strong>Die</strong> <strong>NTB</strong> <strong>stillt</strong> <strong>Wissenshunger</strong><br />
56<br />
Ein Studium, das Früchte trägt<br />
HEUTE weiterbilden – MORGEN ernten<br />
Bachelor-Abschluss - und dann?<br />
Oft ist die Bachelor-Arbeit der Einstieg ins Berufsleben. Sie kann jedoch<br />
auch der Wegweiser für ein Master-Studium sein.<br />
Wählen Sie Ihren Masterstudiengang:<br />
Master of Science FHO in Engineering (MSE)<br />
MSc. Optische Systemtechnik (MOS)<br />
MSc. Mikro- und Nanotechnologien (MNT)<br />
MAS Energiesysteme <strong>NTB</strong><br />
MAS und MEeng Mechatronik<br />
MAS Software Engineering
Alphabetische Liste der Bachelorarbeiten-Verfasser/innen<br />
57
alphabetische Liste der Bachelorarbeiten-Verfasser/innen<br />
Angehrn David<br />
Bamert Matthias<br />
Bernhard Samuel<br />
Buri Alain<br />
Capiaghi Christoph<br />
Clerici Marco<br />
Coray Raphael<br />
Dangelmeier Jaime<br />
Dörig Stefan<br />
Dreher Ulrich<br />
Dünki Christian<br />
Dürr Simon<br />
Egli Jann<br />
Ekkels Adrian<br />
Forrer Michael<br />
Frantsits KarlAlois<br />
Fröhlich Basil<br />
Frommelt David<br />
Fry Lucas<br />
Geel Lars<br />
Graf Martin<br />
Gubler Yannick<br />
Hämmerle Stephan<br />
Haldi Raffael<br />
Halimi Rexhep<br />
Heldstab Andres<br />
Huber Silvan<br />
Hugentobler Matthias<br />
58<br />
Högger Yanic<br />
Inauen Andreas<br />
Kälin Andre<br />
Kahl Michael<br />
Kaiser Stephan<br />
Keel Luisa<br />
Keller Marcel<br />
Kempf Martin<br />
Kessler Ralph<br />
Koch Mathias<br />
Kolb Fabian<br />
Kuster Sebastian<br />
Langhart Simon<br />
Leander Zoé<br />
Lidan Senad<br />
Liebold Anne<br />
Liepinsch Valentin<br />
Ljatifi Mehmed<br />
Lutz Martin<br />
Marquart Janosch<br />
Mathis Adrian<br />
Mathis Clemens<br />
Meier Andreas<br />
Meusburger Bernhard<br />
Mösle Denis
Mäder Daniel<br />
Müller Marco<br />
Niederer Ueli<br />
Nigsch Simon<br />
Oberholzer Ruedi<br />
Reichhalter Thomas<br />
Rütsche Martin<br />
Schedler Martin<br />
Schloz Joachim<br />
Schranz Ernst<br />
Schranz Matthias<br />
Schweizer Stephan<br />
Seeli Domenick<br />
Seitz Michael<br />
Sieber Mario<br />
Sievi Damian<br />
Studach Kevin<br />
Tanner Philippe<br />
Tinner Marco<br />
Täschler Adrian<br />
Töngi Patrik<br />
Ventruto Reto<br />
Venzin Raphael<br />
Vonach Christoph<br />
Walser Manuel<br />
Wick Sabrina<br />
Züllig Helene<br />
Zwicker Dominic<br />
Züllig Marc<br />
59
Ingenieur-Studium Systemtechnik <strong>NTB</strong><br />
Das Studium mit Zukunft<br />
<strong>Die</strong> Wirtschaft stellt an Ingenieure einen doppelten<br />
Anspruch: Zum einen braucht es den Generalisten,<br />
der seinen Blick aufs Ganze richtet. Er befasst sich<br />
vom Entwurf bis zur Realisierung mit dem ganzen<br />
System eines modernen Produktes. Auf der anderen<br />
Seite braucht es den Spezialisten, der mit spezifischen,<br />
vertieften Fachkenntnissen innovative<br />
und kostengünstige Produkte, Baugruppen oder<br />
Steuerungen entwickelt und herstellt.<br />
Das Ingenieurstudium Bachelor of Science FHO in<br />
Systemtechnik <strong>NTB</strong> schlägt eine sinnvolle Brücke<br />
zwischen dem Generalisten und dem Spezialisten.<br />
Seine Absolventen dürfen sich über ausgezeichnete<br />
Berufsperspektiven freuen.<br />
60
Ausbildung à la carte dank 5 attraktiven Profilen<br />
Das besondere am Systemtechnik-Studium ist die solide Basis in den Bereichen<br />
Mathematik, Physik, Mechanik, Werkstoffe/Chemie, Informatik, Elektrotechnik,<br />
aber auch Kultur und Kommunikation (in deutsch und englisch) sowie<br />
Betriebswirtschaftslehre. Darauf aufbauend kann das Studium in einem<br />
der nachfolgenden 5 Profile sowie einer attraktiven Zusatzqualifkation vertieft<br />
werden.<br />
Maschinenbau mit Mehrwert<br />
Systemtechnik │Maschinenbau<br />
Hier werden Maschinenbauer ausgebildet,<br />
die auch die Grundlagen der<br />
Elektronik und Informatik kennen.<br />
Sie sind damit begehrte Generalisten<br />
mit Spezialwissen im modernen<br />
Maschinenbau.<br />
Spannende Ein- und Ausblicke<br />
Systemtechnik │Elektronik und<br />
Regelungstechnik<br />
Ideal für Studierende, die sich für<br />
die Gebiete Elektronik, Automatisierungs-,<br />
Elektro- oder Kommunikationstechnik<br />
sowie Mess-, Steuer- und<br />
Regelungstechnik interessieren.<br />
Informatik / Embedded Systems<br />
Systemtechnik │Ingenieur-<br />
informatik<br />
Ziel: Entwerfen und Realisieren<br />
komplexer eingebetteter Systeme<br />
mit parallelen Abläufen, harten<br />
Echtzeitanforderungen und spezifischer<br />
Hardwareentwicklung bis hin<br />
zum Design und der Implementation<br />
verteilter, objekt- und komponentenorientierter<br />
Software-Applikationen.<br />
Vermitteln von Informationen<br />
Systemtechnik │Informations- und<br />
Kommunikationssysteme<br />
Zum breiten Spektrum der Ausbildung<br />
gehören beispielsweise datenbankgestützte<br />
Web-Applikationen,<br />
Unternehmensnetzwerke, Internettelefonie,<br />
Mobilkommunikation,<br />
Software-entwicklung für mobile<br />
Anwendungen, Multimedia-systeme,<br />
Kleine Teile ganz gross<br />
Systemtechnik │Mikrotechnik<br />
Befasst sich mit innovativen Komponenten,<br />
Systemen und Prozessen,<br />
aufbauend auf fundiertem<br />
physikalischem Basiswissen in den<br />
Bereichen Mikro- und Nanotechnologie,<br />
Werkstofftechnik, Vakuum- und<br />
Beschichtungstechnik sowie auf den<br />
Gebieten der Optik und der optischen<br />
Messtechnik.<br />
Optionale Zusatzqualifikation:<br />
Produkt- und Projektingenieur<br />
<strong>Die</strong> Projektmanager der Zukunft<br />
erhalten hier das Knowhow um<br />
industrielle Entwicklungsprojekte<br />
sowie anspruchsvolle Führungs- und<br />
Organisationsaufgaben zu übernehmen.<br />
61
Unsere Standorte - dreifach gut<br />
<strong>Die</strong> Interstaatliche Hochschule für Technik Buchs <strong>NTB</strong> ist Mitglied der FHO<br />
Fachhochschule Ostschweiz und bietet das dreijährige Vollzeit- und das vierjährige<br />
berufsbegleitende Studium Bachelor of Science FHO in Systemtechnik<br />
<strong>NTB</strong> an. <strong>Die</strong> Module der Grundausbildung können die Studierenden an den<br />
drei Standorten Buchs, St. Gallen und neu auch in Chur besuchen.<br />
<strong>NTB</strong> Campus Buchs<br />
Mitten im Rheintal: die<br />
zentrale Stätte von<br />
Forschung und Lehre<br />
<strong>NTB</strong> Standort Chur<br />
Systemtechnik <strong>NTB</strong> in Kooperation<br />
mit der Hochschule HTW Chur -<br />
inmitten der ältesten Stadt der<br />
Schweiz.<br />
62<br />
<strong>NTB</strong> Campus Waldau<br />
St. Gallen<br />
In dieser Stadt hat<br />
Ingenieur-Ausbildung<br />
Tradition.
Preisspender/Sponsoren<br />
Ein herzliches Dankeschön für die zur Verfügung gestellten<br />
Förderpreise:<br />
Studienstiftung<br />
63
<strong>NTB</strong> Interstaatliche Hochschule für Technik Buchs<br />
Campus Buchs Campus Waldau St. Gallen HTW Chur (Kooperationspartner)<br />
Werdenbergstrasse 4 Schönauweg 4, Postfach Hochschule für<br />
9471 Buchs 9013 St. Gallen Technik und Wirtschaft<br />
Tel. +41 (0)81 755 33 11 Tel. +41 (0)81 755 32 00 7004 Chur<br />
office@ntb.ch office@ntb.ch www.htwchur.ch<br />
FHO Fachhochschule Ostschweiz www.ntb.ch