Verzeichnis Bachelorarbeiten Ingenieurstudium NTB Systemtechnik 2014

Facettenreich

Verzeichnis der Abschlussarbeiten 2014 Bachelor of Science FHO in Systemtechnik

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Willkommen Geschätzte Gäste „Facettenreich“. Dieses Adjektiv passt hervorragend zum Bachelorstudium Systemtechnik.

Facetten, die kleinen geschliffenen Flächen auf Edelsteinen oder Glas, erzeugen faszinierende Lichteffekte, indem sie Licht in verschiedene Richtungen lenken.

Die Abschlussarbeiten des Ingenieurstudiums Systemtechnik sind nicht weniger faszinierend und widerspiegeln die Stärken der praxisnahen Ausbildung, welche die Diplomanden und Diplomandinnen an der NTB erfahren haben.

Glänzende berufliche Perspektiven belohnen unsere jungen Fachleute.

Rektor Lothar Ritter Dipl.Math.ETH

Wir laden Sie ein, werfen Sie einen Blick auf die vielseitigen Produkte und Prozesse, welche die Diplomanden und Diplomandinnen entwickelt oder optimiert haben. Die meisten Abschlussarbeiten basieren auf konkreten Aufgabenstellungen unserer Industrie- und KMU-Partner.

Studieren an der NTB: Flexibel und praxisnah

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Inhaltsverzeichnis Mikrotechnische Ausrichtstruktur für MTP-Multifaserverbinder

6

Mikro-OLED

7

Regelung der Wassertemperatur einer Frischwasserstation

8

Visualisierung für Gebäudeautomation

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Berührungsloser Stromdetektor mit hoher Dynamik

10

Optimale Geometrien für Strömungssysteme

11

SunCar-Bagger: Umbau eines Baggers auf einen E-Bagger

12

Aktenzeichen XY … ungelöst

13

Rotorkonzept eines effi zienten stromerregten Synchronmotors

14

Webapplikation zur Verwaltung von Anteilsregistern in der Vermögensverwaltung

15

Mobile App für das Jobportal für Freiwilligenarbeit www.benevol-jobs.ch

16

Universal Logger: Individuell konfi gurierbares Auswertegerät mit Datenlogging ins Google-Spreadsheet

17

Kühlung eines Umrichters in einer leistungsgeregelten Wärmepumpe

18

In Prozess Messtechnik zum Polieren optischer Oberfl ächen

19

Optimierung der Eigenschwingungen von Zugsicherungsträgern

20

SunCar-Sport: Erweiterung der Lenkung eines Elektroautos auf Steer-by-Wire

21

Entwicklung und Aufbau einer elektromechanischen Kalibrierpresse zur Verdoppelung der Ausbringleistung

22

Analyse und Optimierung der Lagerklemmung von Kippsegment-Gleitlagern bei Turbogetrieben

23

Entwicklung eines Seil- und Rettungsgerätes

24

Universeller Greifer für Laborgeräte

25

LED Positionierung für ein Beleuchtungsobjektiv

26

Hydraulische Kupplung

27

Steuerkartusche für Sanitärarmaturen

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Entwicklung eines Funktionsmusters für einen Unterstützungsantrieb

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SunCar: Elektronik für das Batteriemanagement eines Elektro-Baggers

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Sekundärseitig geregelter Sperrwandler für LED Anwendungen

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7kW induktives Ladesystem für Elektrofahrzeuge

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Motoransteuerung für Flachbettcutter

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Physics Game II: Wavemechanics

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Automatisierung eines Metalllagers

35

COMSOL Modell eines Invertierten Magnetrons

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Automatische Testeinrichtung für Verkehrs-Warnleuchten

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Blumen und Wandern

38

Verstärker für hohe Spannungen

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Teslaspule mit Leistungsendstufe

40

Test Bench für Laser Module

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Die Roboterfi gur Decoy erkennt Menschen und reagiert auf sie

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SunCar-Bagger: Sicherheit von Hochstromrelais

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Hochkonzentration-Photovoltaik-Thermischer-Empfänger (HCPVT)

44

Erneuerung der Steuerung und Visualisierung des Lehrkraftwerks Churwalden

45

Hochaufgelöste Echtzeitwetterdaten

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Entwicklung eines Motion-Controllers für EC-Motoren

47

Software-Leitstand für die effi ziente Produktionssteuerung

48

SunCar-Bagger: Intuitive bedienbare Steuerung eines E-Baggers

49

Bluetooth Interface und Android-App für Spirometer

50

Untersuchung von Position und Gestalt von Vortexgeneratoren für Flugzeugfl ügel mit Hilfe von Strömungssimulationen

51

Design von künstlichen Zähnen

52

Low-Cost-Kraft-Momentensensor

53

Alphabetische Liste der Bachelorarbeiten-Verfasser/innen

54

Bachelor-Abschluss - und dann?

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Die NTB, mitten im Chancental Rheintal

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Studienrichtungen des Bachelorstudiums Systemtechnik

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Preisspender/Sponsoren

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Institut für Mikro- und Nanotechnologie

Mikrotechnische Ausrichtstruktur für MTP-Multifaserverbinder Ziel dieser Bachelorarbeit ist die Optimierung des Herstellprozesses für MTP© Multifaserverbinder. Darunter versteht man Glasfaserstecker, bei denen 12 Glasfasern in einer Ferrule verklebt sind. Der bis anhin durchgeführte Polierprozess zur Bearbeitung der Faserendfl ächen soll durch Lasercleaven und Laserpolieren der Fasern ersetzt werden. Da der nötige Faservorstand erst nach dem Lasercleaven eingestellt wird, ist das Ziel dieser Arbeit das Erstellen einer mikrotechnischen Ausrichtstruktur für das Zurückschieben der Fasern auf 1-3 µm.

Die realisierte Ausrichtstruktur wurde aus Silizium und einer darauf befi ndlichen Oxidschicht gefertigt, die in der Mitte geöffnet ist und so eine Stufe bildet. Über die Tiefe der Stufe wird der gewünschte Faservorstand in einer speziell entwickelten Modulhalterung eingestellt. Anschliessend wird das Faserbündel verklebt und der Stecker komplettiert.

In der Arbeit konnte gezeigt werden, dass auf diese Weise Multifaserverbinder über Lasercleaven hergestellt werden können. Mit weiteren Optimierungen könnte sich diese Herstellmethode durchsetzen, da sie Vorteile in der mechanischen Performance besitzt und der Herstellprozess wirtschaftlicher wird.

Studierende:

Stefan Frei, Karin Hasler

Dozenten:

Prof. Dr. Markus Michler, Prof. Dr. André Bernard

Industriepartner:

Huber+Suhner AG, Herisau

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Institut für Mikro- und Nanotechnologie

Mikro-OLED Organische Leuchtdioden OLEDs sind auf dem besten Weg, den Markt für Bildschirme und künstliche Beleuchtung zu erobern.

In TV und Smartphone Displays überzeugen sie bereits heute mit satten Farben, höchstem Kontrast und einzigartiger Bewegungsschärfe. Die fl ächigen Lichtemitter können aufgrund ihrer dünnen Bauweise und hohen Effi zienz anorganische LEDs ersetzen, insbesondere wenn sehr niedrige elektrische Ströme gefordert werden. In dieser Bachelorarbeit wurden die Grenzen der Miniaturisierung ausgelotet und die dafür benötigten mikrotechnischen Herstellungsverfahren optimiert.

Die angestrebten Ziele sind die reproduzierbare Herstellung von ultrakleinen OLEDs mit 2 mm x 2 mm mit extrem geringer Stromaufnahme im Mikroamperebereich, die Prozessentwicklung zur Vereinzelung und Verkapselung, sowie die Optimierung des Packaging.

Durch moderne Beschichtungsverfahren wie Atomlagenabscheidung (ALD) verspricht sich der Industriepartner: Combivap AG zudem eine Erhöhung der Lebensdauer seiner OLEDs. Die Ergebnisse dieser Arbeit bieten einen Einblick in die Vielfalt des Packaging und zeigen neue Wege bei der Verbesserung und Miniaturisierung von OLEDs.

Studierende:

Valeria Poma, Mathias Schläpfer

Dozenten:

Prof. Dr. André Bernard, Prof. Dr. Markus Michler

Industriepartner:

Combivap AG, Thalwil

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Institut für Ingenieurinformatik

Visualisierung für Gebäudeautomation Die Gebäudeautomation hat sich in den letzten Jahren rasant entwickelt. Vom kleinen Einfamilienhaus bis zum grössten Fabrikgebäude, die Gebäudeautomation ist nicht mehr wegzudenken. Die Gebäude von morgen werden mit Smartphones über das Internet gesteuert. Sie werden intelligent sein. Sie werden die Bedürfnisse ihrer Bewohner verstehen und mit ihnen kommunizieren.

Die Tage der Android- und Apple-Apps sind gezählt. Schon morgen werden Web-Apps neuster Stand der Technik sein. Die mivune AG bietet mit dem mivune Operating System eine Softwarelösung an, die die heute gängigen Technologien in der Gebäudeautomation vereint und somit eine einheitliche Schnittstelle zur Verfügung stellt. Eine sehr wichtige Rolle in der Gebäudeautomation übernimmt dabei die Visualisierung, die übersichtlich und intuitiv zu bedienen sein soll. Im Rahmen dieser Bachelorarbeit wurde deshalb im Auftrag der mivune AG ein Konzept für eine anpassungsfähige Visualisierung entwickelt, die mittels Webtechnologien realisiert wurde.

Studierende:

Andreas Kunz, Nicola Lenherr

Dozenten:

Prof. René Pawlitzek, Prof. Dr. Andreas Zogg

Industriepartner:

mivune AG, Schlieren-Zürich

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Institut für Entwicklung Mechatronischer Systeme

Regelung der Wassertemperatur einer Frischwasserstation Die Aufgabe der Bachelorarbeit war, eine Regelung für eine Frischwasserstation zu entwerfen, die die Wasseraustrittstemperatur regelt. Mit einer Frischwasserstation ist es möglich, kaltes Trinkwasser mit Hilfe eines Wärmetauschers aufzuheizen. Die Energie für die Erwärmung kommt von einem Warmwasserspeicher. Der Speicher wird z.B. von einer Solaranlage beheizt.

Als Regler wird ein adaptiver PI-Regler eingesetzt. Der Regler stellt die Drehzahl der Umwälzpumpe des Primärkreises. Für den Entwurf des Reglers wurde ein dynamisches Modell der Regelstrecke erstellt. Zentrales Element der Strecke war der Wärmetauscher.

Auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse über die physikalischen Abläufe im Wärmetauscher und die Dynamik des Primärwasserkreislaufs wurde die Regelung entworfen und per Simulation am Modell sowie per Messung an der realen Strecke getestet.

Die Regelung funktionierte gut; der Sollwert wird schnell erreicht. Jedoch schwingt bei Änderungen der Zapfmenge die Wassertemperatur etwas über bzw. unter. Dieses Überbzw. Unterschwingen könnte -- in einer Weiterentwicklung -- durch eine Störgrössenaufschaltung reduziert werden.

Studierende:

Peter Bärtsch, Mattias Lutz

Dozenten:

Prof. Dr. Jürgen Kirchhof, Prof. Dr. Stefan Bertsch

Industriepartner:

TEM AG, Chur

9

Institut für Elektronik, Sensorik und Aktorik

Berührungsloser Stromdetektor mit hoher Dynamik Im Rahmen der Bachelorarbeit musste ein Stromdetektor entwickelt werden, welcher in einem Anwendungsbereich zwischen 2 und 800 Ampère den Stromfl uss in einem elektrischen Leiter zuverlässig detektieren und diese Information über eine Funkverbindung an ein weiteres Gerät übermitteln kann. Die Form des Stromes soll dabei variabel sein, der Hauptaugenmerk liegt auf einem absolut glatten Gleichstrom. Für die Detektion arbeiten zwei voneinander unabhängige Systeme zusammen.

Für den Beginn und das Ende des Stromfl usses soll das ändernde Magnetfeld einen Impuls in einer Spule induzieren, während des Stromfl usses sollen hingegen Hallsensorpaare den Stromfl uss weiter detektieren. Um die Lösungsvarianten auf ihre Funktion zu überprüfen wurden mittels Messungen 4176 Stützstellen ausgemessen und ausgewertet. Die Messungen zeigten, dass nach weiterer Optimierungsarbeit durch den Industriepartner:, die von ihm gestellten Ziele sicher und gut erreicht werden können. Dies betrifft nicht nur die Störfestigkeit, sondern auch den Anwendungsbereich. Der in der Bachelorarbeit entwickelte Stromdetektor hat das Potential, entweder als reiner Detektor oder als Sensor in verschiedenen Bereichen zum Einsatz zu kommen.

Studierende:

Elias Büchel

Dozenten:

Prof. Adrian Weitnauer, Dr. Tindaro Pittorino

Industriepartner:

vertraulich vertraulich

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Institut für Computational Engineering

Optimale Geometrien für Strömungssysteme lugzeugfl ügel, Windräder oder Pumpen F haben eines gemeinsam: Es handelt sich um Strömungssysteme. Deren Auslegung wird in vielen Fällen gemäss „Versuch und Irrtum“ bestimmt. Dies führt zu nicht optimalen Produkten und langen und teuren Entwicklungsprozessen. Entsprechend gross ist das Bedürfnis nach einem praxisnahen Werkzeug, welches mittels künstlicher Intelligenz optimale Geometrien für Strömungssysteme identifi ziert.

Das Ziel dieser Arbeit ist es die Methoden der mathematischen Optimierung („Künstliche Intelligenz“) zu verwenden um optimale Strömungsgeometrien zu berechnen. Dabei wurden zahlreiche mathematische Optimierungs-Verfahren getestet und schliesslich ein SQP-Verfahren als besonders geeignet identifi ziert. Auf dieser Grundlage berechneten wir ein optimales 2D-Profi l für den Flügel einer Windkraftanlage, der einen maximalen Auftrieb bei minimalem Widerstand garantiert. So kann der Wirkungsgrad um über 10% verbessert werden. Die Ergebnisse wurden in ein praxisnahes Werkzeug integriert, die „NTB CFD Automatic Design Toolbox“. Diese ist modular aufgebaut und fl exibel erweiterbar. Dadurch kann dieses Werkzeug einfach und schnell in der Produktentwicklung eingesetzt werden.

Studierende:

Luca Brunold, Joel Kramm

Dozenten:

Prof. Dr. Martin Bünner, Prof. Dr. Michael Schreiner

Industriepartner:

intern

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Institut für Entwicklung Mechatronischer Systeme

SunCar-Bagger: Umbau eines Baggers auf einen E-Bagger Im Rahmen des SunCar Projektes der ETH wird als Gemeinschaftsprojekt der drei Hochschulen ETH Zürich, FH Luzern und der NTB Buchs ein 16 Tonnen Hydraulikbagger von Diesel- auf Elektrobetrieb umgerüstet. Die bisherigen Bagger belasten die unmittelbare Umwelt der Baustellen durch Lärm und Abgase enorm. Ein Elektrobagger hingegen ist viel leiser und verursacht keine lokalen Abgasemissionen. Zusätzlich ist ein Wirkungsgrad erreichbar, welcher bis zu fünf Mal höher ist als bei einem konventionellen Bagger.

Ziel dieser Bachelorarbeit war es, eine Batterieeinheit sowie deren Aufhängung für den Elektrobagger zu konstruieren. Auf dem Markt sind noch keine Geräte vorhanden, welche solch grosse Batterien verwenden. Erst recht nicht im harten Umfeld einer Baustelle.

Aus diesem Grund wurde in vielerlei Hinsicht Neuland betreten und es mussten neue und unkonventionelle Lösungen gefunden werden. Trotz der vielen Unbekannten und des enormen Zeitdrucks, konnte am 27. Mai 2014 ein funktionstüchtiger Prototyp des ersten batteriebetriebenen Elektrobaggers dieser Grösse vorgestellt werden.

Studierende:

Jason Deane, Silvan Frehner, Raffael Löhrer

Dozenten:

Prof. Dr. Maximilian Stöck, Roger Strässle

Industriepartner:

ETH Zürich, Zürich

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Institut für Ingenieurinformatik

Aktenzeichen XY … ungelöst Wer kennt sie nicht, die Sendung „Aktenzeichen XY … ungelöst“, die seit 1967 im deutschsprachigen Fernsehen ausgestrahlt wird? Ihr Ziel ist es, die Polizei bei der Aufklärung von Straftaten oder bei der Fahndung nach gesuchten Personen zu unterstützen. Ist, in der heutigen mobilen Ära, diese Art, die Bevölkerung in eine Fahndung miteinzubeziehen, noch zeitgemäss?

Im Laufe dieser Arbeit wurde ein neuartiges Fahndungssystem, mit dem Namen Investigatio, entwickelt und implementiert, das auf einem verteilten System basiert.

Es galt, sowohl die Lösung für die Web-Anwendung, auf der eine Fahndung ausgeschrieben und ausgewertet wird, als auch die Applikation für die mobilen Geräte zu erarbeiten. Deren Benutzer werden bei der Ausschreibung einer Suche benachrichtigt und können ihrerseits eine gesuchte Person als „gesehen“ melden. Dabei werden die Koordinaten des Smartphones ermittelt und an den Server übertragen. Bei der Umsetzung dieser Aufgabenstellung mussten zuerst geeignete Technologien evaluiert werden.

Anschliessend galt es, diese zusammenzufügen und zu beweisen, dass deren Kooperation problemlos funktioniert. Mit der Nutzung dieses Systems kann die Gesellschaft der Polizei bei ihrer Arbeit weitreichende Hilfe leisten.“

Studierende:

Patric Lintschinger, Christian Zellweger

Dozenten:

Prof. René Pawlitzek, Prof. Dr. Carlo Bach

Industriepartner:

intern

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Institut für Entwicklung Mechatronischer Systeme

Rotorkonzept eines effizienten stromerregten Synchronmotors Zur Reduktion des weltweiten CO2 Ausstosses wird in Zukunft in der Mobilität der Einsatz von Elektromotoren stark zunehmen. Derzeit benötigen diese Motoren einen hohen Anteil an Permanentmagneten. Da Seltene Erden nur begrenzt zur Verfügung stehen, müssen die Permanentmagnete aus diesen Motoren eliminiert werden.

Der stromerregte Synchronmotor bietet dafür eine Lösung. Zur Reduktion der Abwärme und zur Steigerung der Leistungsdichte wird ein völlig neuer magnetischer Aufbau des Rotors näher untersucht.

Die besondere Herausforderung liegt in der mechanischen Festigkeit und in der kostengünstigen Fertigung und Montage.

Völlig neue Befestigungs- und Montagekonzepte des magnetischen Aufbaus werden entworfen und simuliert. Experimentelle Nachweise beweisen, dass dieser magnetische Aufbau realisierbar ist. Als Ergebnis präsentiert sich ein Rotor, der ohne zusätzliche Bauteile fl exibel in ein bestehendes Baukastensystem integriert werden kann. Dies erlaubt dem Industriepartner: einen vielseitigen und fl exiblen Einsatz seines Motorenportfolios.

Studierende:

Sladjan Ignjatovic, Christof Niedermann

Dozenten:

Prof. Dr. Maximilian Stöck, Roger Strässle

Industriepartner:

BRUSA Elektronik AG, Sennwald

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Institut für Informations- und Kommunikationstechnologien (Chur)

Webapplikation zur Verwaltung von Anteilsregistern in der Vermögensverwaltung Die Scarabaeus Wealth Management AG verwaltet die Vermögen von Kunden. Ein Element der Vermögensverwaltung ist die Verwendung von Kapitalanlagen (Fonds).

Kunden können Anteile von Fonds kaufen und verkaufen. Das Anteilsregister eines Kunden gibt Auskunft darüber, welchen Anteil eines Fonds ein Kunde besitzt. Momentan werden die Anteilsregister in Excel verwaltet. Dies ist zeitaufwändig und fehleranfällig. Hinzu kommt, dass die Gesetzlage in Zukunft eine elektronische Erfassung erfordert.

Im Rahmen dieser Bachelorarbeit wurde eine Webapplikation zur Verwaltung der Anteilsregister entwickelt. Als Webframework wurde das PHP-Framework Yii verwendet, als Datenbank postgreSQL. Die Webapplikation löst die bisherige Excel-basierte Lösung ab und ergänzt diese um zusätzliche Funktionalitäten, wie beispielsweise das Erstellen von Reports im Format PDF.

Studierende:

Deny Frehner, Christian Hefti

Dozenten:

Martin Studer, Dr. Ulrich Hauser

Industriepartner:

Scarabaeus Wealth Management AG, Vaduz

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Institut für Informations- und Kommunikationstechnologien (Chur)

Mobile App für das Jobportal für Freiwilligenarbeit www. benevol-jobs.ch Benevol ist eine Organisation zu Vermittlung von Freiwilligenarbeit. Das Webportal benevol-jobs.ch dient dabei als zentrale Vermittlungsstelle: Organisationen können Einsatzmöglichkeiten inserieren, Interessierte können sich für die Inserate bewerben. In dieser Bachelorarbeit wurde eine App für iOS- und Android-Geräte entwickelt, welche die Kernfunktionalitäten des Webportals abbildet. Insbesondere kann ein Nutzer nach Inseraten suchen, sich Inserate merken oder sich gleich auf Inserate bewerben.

Die Applikation für die mobilen Geräte wurde mittels des Frameworks Sencha Touch als hybride Applikation entwickelt, d.h. die Applikation wurde mit Web-Technologien wie HTML5, CSS und JavaScript plattform-unabhängig entwickelt und läuft danach auf den unterschiedlichsten Geräte als native Applikation in einem Web-Container. Die Anbindung der mobilen Applikation an den Applikationsserver erfolgt über REST-APIs, wobei teilweise bestehende APIs wiederverwendet werden konnten.

Studierende:

Michael Klaus

Dozenten:

Martin Studer, Bruno Wenk

Industriepartner:

clavis IT ag, Herisau

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Institut für Informations- und Kommunikationstechnologien (Chur)

Universal Logger: Individuell konfigurierbares Auswertegerät mit Datenlogging ins Google-Spreadsheet CEDES AG in Landquart stellt Infrarotlichtvorhänge und -sensoren für die Aufzugs-, Tür- und Torindustrie her. Für diese Produkte wird ein individuell konfi gurierbares Gerät benötigt, das für Produkttests eingesetzt werden kann. Dafür wurde mit einem Mikrocontroller Board (Arduino) und einem WLAN-Zusatzprint die Grundvoraussetzung gelegt. Das Board selbst bietet schon zahlreiche digitale und analoge Einund Ausgänge. Für die weiteren benötigten Schnittstellen wird das Arduino mittels Modulen erweitert.

Eine Datei kann vom USB-Stick geladen werden, für die Konfi guration der Schnittstellen.

Wird der Test gestartet, werden die Logdaten, zusammen mit Temperatur-und Feuchtigkeitsmesswerten an ein Google-Spreadsheet übermittelt. Dies hat den Vorteil, dass von jedem Gerät mit einem Internetbrowser darauf zugegriffen werden kann. Das Projekt verlief nahezu planmässig und zur vollen Zufriedenheit.

Studierende:

Thomas Kägi

Dozenten:

Peter Kühne, Rolf Hofstetter

Industriepartner:

CEDES AG, Landquart

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Institut für Energiesysteme

Kühlung eines Umrichters in einer leistungsgeregelten Wärmepumpe In dieser Arbeit soll für einen Leistungsumrichter von 6 kW, eine effi ziente Kühllösung erstellt werden. Der Umrichter wird in einer leistungsgeregelten Wärmepumpe verwendet. Das Kühlsystem soll, für moderate Zusatzkosten, die Wärmeleistung von bis zu 200 W abführen können. Im bisherigen Betrieb wird der Umrichter mittels eines Ventilators gekühlt. Dieser soll in Zukunft durch eine Fluidkühlung oder eine alternative Methode ersetzt werden.

Ziel dieser Bachelorarbeit ist es ein funktionierendes Kühlkonzept für den verwendeten Frequenzumrichter zu entwerfen, entwickeln und zu testen. Im Rahmen dieser Arbeit kristallisierten sich zwei Konzepte heraus, welche entworfen und getestet wurden. Es handelt sich um die Konzepte „Heatpipe, Rohr in Rohr Wärmetauscher“ und „Bypass, Lamelle parallel zum Verdampfer“. Die Kühlfunktion der Variante Bypass funktionierte während des gesamten Testbetriebes einwandfrei. Die Variante Heatpipe funktionierte ebenfalls, jedoch schaltete sich während den Messungen der interne Ventilator des Frequenzumrichters ein. Durch Optimierung des Systems kann dies eventuell vermieden werden.

Studierende:

Michael Hötzl, Daniel Stadelmann

Dozenten:

Prof. PhD Stefan Bertsch, Prof. PhD Kurt Schenk

Industriepartner:

vertraulich

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Institut für Produktionsmesstechnik, Werkstoffe und Optik

In Prozess Messtechnik zum Polieren optischer Oberflächen ird eine optische Oberfl äche aus Glas W poliert um die nötige Oberfl ächenqualität zu erreichen, muss der Polierfortschritt laufend kontrolliert werden. In dieser Arbeit geht es um ein Verfahren, welches es ermöglicht, den Polierfortschritt während dem laufenden Polierprozess zu überprüfen. Somit muss das Polierobjekt nicht immer aus der Maschine entnommen werden um es auszumessen.

Das Messverfahren beruht auf einem Laserstrahl, welcher an der zu polierenden Fläche von innen refl ektiert wird. Der Laserstrahl durchleuchtet das Objekt und refl ektiert an der Innenseite der Fläche, welche gerade poliert wird. Natürlich funktioniert das Verfahren auch auf der Aussenseite des Objekts, dann kann jedoch nicht darauf poliert werden während dem Messen. Die Einzelheiten über die gemachten Versuche, die verschiedenen Messaufbauten und die realisierte Lösung sind im vorliegenden Bericht genauer beschrieben.

Studierende:

Franco Weimer

Dozenten:

Prof. Dr. Andreas Ettemeyer, Prof. Dr. Stefan Rinner

Industriepartner:

FISBA Optik AG, St. Gallen

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Institut für Entwicklung Mechatronischer Systeme

Optimierung der Eigenschwingungen von Zugsicherungsträgern Ungünstig liegende Eigenfrequenzen eines Bauteils können schwerwiegende Folgen für dessen sicheren Betrieb haben. Bei einer Eigenfrequenz handelt es sich um die Frequenz, mit der ein System nach einer einmaligen Anregung frei schwingt. Betreibt man ein Werkstück im Bereich einer Eigenfrequenz, kann dies eine Schädigung des Werkstückes zur Folge haben.

Ziel dieser Arbeit ist es, die Zuverlässigkeit des Zugsicherungsträgers eines Doppelstocktriebzuges durch Erhöhen der Eigenfrequenzen zu verbessern. Der Zugsicherungsträger ist eine Vorrichtung, an der verschiedene Antennen für die Zugsicherung befestigt sind, die einen sicheren Fahrbetrieb gewährleisten. Im Rahmen dieser Arbeit wurden verschiedene Konstruktionsentwürfe des Trägers mit Hilfe einer FE-Simulation auf ihre Eigenfrequenzen hin überprüft und wenn nötig verbessert. Zuvor wurde das FE-Model am existierenden Träger durch Messung mittels Modalanalyse am Träger verifi ziert. Dabei hat sich herausgestellt, dass zwischen Simulation und Realität für die relevanten Eigenfrequenzen eine Abweichung von ca. 3.4% vorhanden ist. Das Ergebnis der Arbeit ist eine Neukonstruktion eines Trägers, der gleich schwer ist, aber doppelt so hohe Eigenfrequenzen aufweist.

Studierende:

Mario Fürer

Dozenten:

Prof. Dr. Josef Althaus, Kristian Murkovic

Industriepartner:

Stadler Altenrhein AG, Altenrhein

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Institut für Entwicklung Mechatronischer Systeme

SunCar-Sport: Erweiterung der Lenkung eines Elektroautos auf Steer-by-Wire Das Ziel der Arbeit war, einen elektrisch angetriebenen Lotus Evora mit elektrischer Lenkunterstützung auf Steer-by-Wire aufzurüsten. Das ermöglicht das Lenken der Vorderräder ohne eine direkte mechanische Verbindung vom Lenkrad zum Vorderrad. In Zusammenarbeit mit Studenten der ETH Zürich wurde ein Gesamtsystem entwickelt, mit dem einerseits Fahrten im Steer-by-Wire Modus auf Teststrecken und anderseits das Fahren im öffentlichen Verkehr mit Strassenzulassung erlaubt ist.

Die grösste Herausforderung war, alle Teilkomponenten so auszulegen, dass sie ihre Aufgabe erfüllen und gleichzeitig Platz im sehr eng bemessenen Lotus haben. Das System konnte wegen grossen Lieferverzögerungen nur auf dem Prüfstand realisiert werden. Die Prüfstandergebnisse stimmten jedoch zuversichtlich, dass das im Lotus eingebaute Steer-by-Wire System auch funktioniert. Diese Entwicklung bildet die Basis für mögliche künftige Ausbaustufen, die einen grossen, innovativen Schritt hinsichtlich Sicherheit und Komfort in der Automobiltechnik darstellen.

Studierende:

Tobias Grob, Cornel Pfi ster, Reto Zeberli

Dozenten:

Prof. Dr. Josef Althaus, Roger Strässle

Industriepartner:

ETH Zürich, Zürich

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Institut für Entwicklung Mechatronischer Systeme

Entwicklung und Aufbau einer elektromechanischen Kalibrierpresse zur Verdoppelung der Ausbringleistung In jeder Lenkung werden jeweils zwei Kardangelenke eingebaut. Das darin enthaltene Lenkungskreuz benötigt in der Fertigung mehrere Prozessschritte, unter anderem das Kalibrieren. Es dient der Verbesserung der Mass-, Form- und Lagegenauigkeit. Das Ziel dieser Arbeit liegt darin, eine Kalibrierpresse für diese Lenkungskreuze mit elektrisch angetriebenen Servoachsen zu konzipieren, konstruieren und aufzubauen, wobei ein besonderes Augenmerk auf die Zugänglichkeit für das Bedienpersonal gelegt wurde.

Die Herausforderung besteht darin, die Anforderungen bezüglich hohen Presskräften von maximal 80kN zu realisieren. Damit und mit Hilfe eines robusten Rundschalttisches und eine sehr dynamischen Wendestation konnte die Ausbringleistung auf 60 Teilen pro Minute verdoppelt werden. Für die Auslegung der Antriebskomponenten wurden Berechnungsvorlagen erstellt. Der Arbeitsplatz ist nach den derzeitigen Bestimmungen bezüglich der Sicherheitstechnik geplant und realisiert worden.

Studierende:

Nedvija Kuljici

Dozenten:

Prof. Dr. Josef Althaus, Prof. Roland Egli

Industriepartner:

ThyssenKrupp Presta, Eschen

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Institut für Entwicklung Mechatronischer Systeme

Analyse und Optimierung der Lagerklemmung von Kippsegment-Gleitlagern bei Turbogetrieben Die Kippsegment-Gleitlager werden in Getrieben eingesetzt, die mit sehr hohen Drehzahlen betrieben werden. Bei der Montage der Lager verformen sich diese minimal, was aufgrund der hohen Drehzahlen jedoch nur bis zu einem gewissen Mass zulässig ist. Bei einer zu grossen Lagerverformung muss die Bohrung in der Montage nachgearbeitet werden, bis die Lagerverformung innerhalb des zulässigen Bereichs liegt. In der Arbeit wird die momentane Klemmung der Lager analysiert und dargelegt, weshalb die Lagerverformung zum Teil ausserhalb des zulässigen Bereichs liegt.

Danach wurde eine neue Variante für die Lagerklemmung untersucht, bei der keine Nachbearbeitung mehr nötig sein wird. Die unterschiedlichen Varianten wurden mit FEM-Simulationen untersucht und mit einem Messaufbau verifi ziert. Dabei wurde festgestellt, dass einige vorgesehene Lösungswege in der Simulation gut funktionieren, in der Praxis jedoch nicht umsetzbar sind. Das Vorgehen wurde deshalb angepasst, damit dennoch eine Lösung für die neue Variante gefunden werden konnte. Bis zur Serienreife müssen noch vereinzelte Untersuchungen durchgeführt werden.

Studierende:

Dominik Ehgartner, Ruedi Vetsch

Dozenten:

Prof. Dr. Josef Althaus, Kristian Murkovic

Industriepartner:

Voith Turbo BHS Getriebe GmbH, Sonthofen

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Institut für Entwicklung Mechatronischer Systeme

Entwicklung eines Seil- und Rettungsgerätes Im Bergsport und beim Arbeiten in der Höhe müssen Menschen gesichert werden. Immer wieder passieren Abstürze. Fällt das Opfer in das Seil, kann es wohl den Absturz überleben, jedoch besteht bei zu langer Rettungsdauer die Gefahr, dass Gliedmassen absterben oder sonstige Verletzungen lebensgefährlich werden können. Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Seilund Rettungsgerätes, welches zur persönlichen Ausrüstung von Personen, die an Seilen gesichert arbeiten, gehören soll. Der Retter kann dann damit das Opfer von seinen Seilen entlasten und danach abseilen.

Die grosse Herausforderung dieser Arbeit ist das Einhalten der verschiedenen Anforderungen wie Grösse, Einhandbetrieb, Bedienerfreundlichkeit und vielem mehr. Mit dem Prototyp wurde bewiesen, dass das Konzept funktioniert und darauf aufgebaut werden kann, um später ein Serienprodukt zu realisieren. Durch die Entwicklung eines bisher in dieser Art noch nicht existierenden Funktionsprinzips kann von einer innovativen Lösung gesprochen werden.

Studierende:

Marc Gehrig, Adrian Schläpfer

Dozenten:

Prof. Josef Graf, Prof. Günter Nagel

Industriepartner:

Schweizer Bergführerverband (SBV), Hundwil

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Institut für Entwicklung Mechatronischer Systeme

Universeller Greifer für Laborgeräte Der Auftraggeber Hamilton Bonaduz AG ist im Bereich der Laborautomation tätig.

Ein Aufgabenfeld in der Laborautomation liegt darin, häufi g fl üssige Proben aus Probengefässen automatisiert zu prozessieren, wozu eine defi nierte Umpositionierung solcher Gefässe erforderlich ist.

Ziel dieser Bachelorarbeit ist es, einen Greifer zu entwickeln, welcher eine solche Umpositionierung für in ihren Abmessungen unterschiedliche Probengefässe ermöglicht. Eine weitere Voraussetzung an den Greifer liegt darin, dass seine Zugriffsrichtung auf das Probengefäss möglichst fl exibel gewählt werden kann. Es war gewünscht, bei dieser Entwicklung vor allem neuartige Greiferkonzepte zu prüfen. Im Ergebnis wurde das Konzept eines Greifers mit verformbaren Bügeln weiterverfolgt. Schwerpunkt dieser Arbeit lag in der Entwicklung einer Mechanik zur kontrollierten Verformung der Bügel. Die Entwicklung einer Steuerelektronik hierzu steht noch aus. Anhand von FEM-Simulationen konnte gezeigt werden, dass ein solcher Greifer realisierbar ist.

Studierende:

Martina Cavegn

Dozenten:

Prof. Günter Nagel, Prof. Josef Graf

Industriepartner:

Hamilton Bonaduz AG, Bonaduz

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Institut für Entwicklung Mechatronischer Systeme

LED-Positionierung für ein Beleuchtungsobjektiv WolfVision ist ein weltweit führender Entwickler und Produzent von innovativen Systemen zur effi zienten Wissensvermittlung. Visualizer sind spezielle optoelektronische Geräte, mit deren Hilfe Gegenstände auf der Arbeitsfl äche in perfekter Qualität schnell und einfach aufgenommen werden können. Aufgabe war es einen Verstellmechanismus für die LED des Beleuchtungsobjektives mit zugehörigem Kühlkörper zu entwickeln.

Die entwickelte Baugruppe wurde im Vergleich zur derzeitigen Lösung hinsichtlich Teileanzahl, Montage und Justagezeiten optimiert konnte mit leichten Kostenvorteilen ausgeführt werden. Es wurde ein integrales Bauteil entwickelt, welches Kühlfunktion für LED und Justage in einer Einheit ermöglicht. Die Lösung wurde über Festkörpergelenke ausgeführt, damit ein spielfreies Justieren der Einheit ermöglicht wird. Die Festkörpergelenke sind direkt in den Kühlkörper eingebracht und reduzieren damit die Teileanzahl im Vergleich zur derzeitigen Serienlösung erheblich.

Studierende:

Thomas Schwendinger

Dozenten:

Prof. Roland Egli, Prof. Dr. Josef Althaus

Industriepartner:

WolfVision GmbH, Klaus

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Institut für Entwicklung Mechatronischer Systeme

Hydraulische Kupplung Ortlinghaus baut unter anderem hydraulische Kupplungen für Anwendungen in der Landtechnik. Dabei kommt es oft vor, dass die Kupplungen nicht mittels Öl aus der zentralen Welle geschaltet werden können. Ist dies der Fall, müssen die Kupplungen von aussen über nicht rotierende Ölanschlüsse betätigt werden können. Bis jetzt wurde in den stehenden Teilen ein Kolben betätigt, welcher die nötige Axialkraft über Wälzlager auf die drehenden Reibelemente geleitet hat.

Ein Problem bei diesem Aufbau ergibt sich, sobald grosse Drehmomente bzw.

Axialkräfte zu übertragen sind.

Die einsetzbaren Wälzlager sind nicht zur Übertragung hoher Axialkräfte gedacht und so kam es zu führen Ausfällen. Diese Arbeit zeigt zwei Lösungsansätze auf, welche gegenüber der bekannten Lösung die Kraft nicht mehr bzw. nur noch reduziert über die Wälzlager leitet. Auf diese Weise wurden die Lager unkritisch. Allerdings ergaben sich durch die Neukonstruktion andere kritische Elemente. So müssen für die Lösung mit Radialdichtungen Dichtringe gefunden werden, welche die nötige Lebensdauer erreichen. Beim zweiten Lösungsansatz mit der Kraftverstärkung sind noch Lebensdauertests offen.

Studierende:

Stefan Bucher, Ralph Kuster

Dozenten:

Prof. Roland Egli, Prof. Dr. Josef Althaus

Industriepartner:

Ortlinghaus, Gams

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Institut für Entwicklung Mechatronischer Systeme

Steuerkartusche für Sanitärarmaturen Das Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung einer Steuerkartusche für Sanitärarmaturen, die in Kombination mit einer elektronischen Mischeinheit verwendet wird. Diese ist sowohl Bedienung als auch Wasserführung. Sie gibt Befehle an die Mischeinheit weiter, welche wie gewünscht das Wasser mischt, das durch die Kartusche fl iesst.

Die grössten Herausforderungen waren: Baukastenkonzipierung, Diebstahlschutz, Lichtverteilung, Benutzerfeedbacks, Befestigung und Dichtung. Durch die eine der beiden Zulaufbohrungen wird ein Kabel zur Mischeinheit gezogen und durchs andere das Mischwasser direkt zum Auslass geleitet. Die Einheit ist so abgedichtet das Sie alle Ausführungsvarianten berücksichtigt. Eine Sicherungsfeder verhindert den Diebstahl des Drehknopfes. Eine andere Feder gibt dem Benutzer während der Drehung ein rasterndes Feedback. Eine lichtführende Schraube befestigt die Kartusche, über welche auch ein optisches Feedback der eingestellten Temperatur gegeben wird. Mit dieser Arbeit ist eine neue, einfache und kostengünstige Möglichkeit zur Umrüstung von herkömmlichen auf elektronische Armaturen entstanden.

Studierende:

Daniel Knupfer

Dozenten:

Prof. Roland Egli, Prof. Dr. Jürgen Kirchhof

Industriepartner:

OBLAMATIK, Chur

28

Institut für Entwicklung Mechatronischer Systeme

Entwicklung eines Funktionsmusters für einen Unterstützungsantrieb Blech von Hand zu schneiden ist anstrengend und kann sogar zu gesundheitlichen Problemen führen.

Die Sparte Handgeräte der Firma TRUMPF hat aus diesem Grund diverse Elektrowerkzeuge entwickelt, welche diese Arbeit erleichtern. Bestimmte Aufgaben erfordern jedoch immer noch den Einsatz von klassischen Blechscheren. Bei diesem Vorgehen spürt der Anwender den Widerstand des zu schneidenden Materials. Dies ermöglicht sehr genaues Arbeiten. Allerdings muss der Bediener dafür viel Kraft aufwenden.

Benötigt wird also ein Gerät, welches einen Teil dieser Kraft aufbringt und weiterhin das Gefühl bei der Bedienung gewährleistet.

Das primäre Ziel der Arbeit war herauszufi nden, mit welchen Komponenten ein solcher Unterstützungsantrieb realisiert werden kann. Dazu wurde die Mechanik, Elektronik und Regelung des Systems aufgebaut und in Betrieb genommen. Das Ergebnis der Inbetriebnahme und der Tests wird von den Autoren als vielversprechend bewertet. Das bedeutet, dass das System wie im Bericht beschrieben realisiert werden kann. Zusätzlich werden einige Faktoren identifi ziert, welche bei der Weiterentwicklung des Produkts zu berücksichtigen sind.

Studierende:

Markus Marugg, Lukas Probst

Dozenten:

Prof. Roland Egli, Prof. Günter Nagel

Industriepartner:

Trumpf, Grüsch

29

Institut für Elektronik, Sensorik und Aktorik

SunCar: Elektronik für das Batteriemanagement eines Elektro-Baggers Im Rahmen des SunCar Projekts, das seit mehreren Jahren von der ETH Zürich und dem NTB durchgeführt wird, sind bereits etliche konventionelle Automobile mit einem elektrischen Antrieb ausgerüstet worden.

Dieses Jahr wollte man einen Schritt weiter gehen und einen 14 Tonnen schweren Raupenbagger zu einem Elektrofahrzeug umbauen. Diese riesige Aufgabe wurde von einem Team aus 18 Studenten angepackt.

Wir haben dabei im Team Elektronik und Regelungstechnik mitgearbeitet und uns grösstenteils auf die Software konzentriert. Dabei wurde grossen Wert auf Stabilität und Sicherheit gelegt. Neben der Ausarbeitung des Softwarekonzepts und der Implementation der Software war das Testen ein wichtiger Bestandteil um diese Ziele zu erreichen.

Neben der Software haben wir uns ebenfalls um die Beschaltung und den Einbau des Batteriemanagementsystems (BMS) gekümmert. Da das geplante BMS bis zum Rollout nicht zur Verfügung stand, wurde ein eigenes, vereinfachtes BMS entwickelt und getestet.

Studierende:

Jürg Horisberger, Tobias Ziegler

Dozenten:

Prof. Guido Piai, René Grabher

Industriepartner:

ETH Zürich, Zürich

30

Institut für Elektronik, Sensorik und Aktorik

Sekundärseitig geregelter Sperrwandler für LED-Anwendungen In den letzten Jahren hat sich in der Beleuchtungsindustrie die LED als neue Lichtquelle durchgesetzt und ersetzt immer stärker Anwendungsgebiete von Leuchtstoffl ampen und Glühlampen. Ziel dieser Bachelorarbeit ist, mit dem Industriepartner: TRIDONIC einen kostengünstigen Konverter für LED-Lampen zu entwickeln. Der Konverter muss ein SELV-Konverter sein, was bedeutet, dass die Primärseite (Netzseite) von der Sekundärseite (Ausgangsseite) getrennt sein muss und die Ausgangsspannung 60V nicht überschreiten darf.

Die Besonderheit des Konverters liegt darin, dass sich im Gegensatz zum heutigen Technologiestandard die ganze Intelligenz auf der Sekundärseite befi ndet und der Konverter als einstufi ger Flyback-Konverter realisiert wird. Die Intelligenz soll mit einem FPGA realisiert werden, damit später daraus ein ASIC entwickelt werden kann. Der große Vorteil dieses Konzeptes ist, dass direkt auf den gewünschten Ausgangsstrom zugegriffen und dieser geregelt werden kann. Somit muss kein intelligenter und aufwendiger Austausch zwischen Primärseite und Sekundärseite erfolgen. Wie der Trend zeigt, wandert immer mehr Intelligenz auf die LED-Module und somit kann die Information mit diesem Konzept sehr leicht ausgewertet und weiterverwendet werden.

Studierende:

Lukas Saccavini, Stefan Stark

Dozenten:

Prof. Guido Piai, Prof. Laszlo Arato

Industriepartner:

Tridonic GmbH & Co. KG, Dornbirn

31

Institut für Energiesysteme

7kW induktives Ladesystem für Elektrofahrzeuge Die BRUSA Elektronik AG entwickelt und produziert hocheffi ziente Leistungselektronik und Antriebe für Elektro- und Hybridfahrzeuge.

Sie bieten Einzelkomponenten und hochspezialisierte Gesamtlösungen an. Zu ihren Kunden zählen unter anderem führende Automobilhersteller. Ein bestehendes Produkt bei BRUSA ist ein kompaktes, induktives Ladesystem für Elektrofahrzeuge mit einer Leistung von 3.5 kW. Aufbauend auf dem bestehenden System wird in dieser Bachelorarbeit ein induktives Ladesystem mit der doppelten Leistung entwickelt und aufgebaut.

Das System besteht aus dem Sender, der auf dem Boden installiert wird, sowie dem Empfänger, der am Unterboden des Autos montiert wird. Die Energie wird mit einem magnetischen Wechselfeld über einen Luftspalt von 118 mm übertragen. Der Versatz zwischen Sender und Empfänger darf in Fahrtrichtung ±75 mm und in Querrichtung ±150 mm betragen. Das aufgebaute System hat einen maximalen Wirkungsgrad von 91.5%. Der in dieser anspruchsvollen Bachelorarbeit entwickelte Prototyp demonstriert die Machbarkeit und legt den Grundstein für ein effi zientes, innovatives Endprodukt.

Studierende:

Falk Kyburz, Tobias Weder

Dozenten:

Prof. Kurt Schenk, PhD, Prof. Dr. Maximilian Stöck

Industriepartner:

Brusa, Sennwald

32

Institut für Energiesysteme

Motoransteuerung für Flachbettcutter Die Zünd Systemtechnik AG entwickelt und produziert Hochleistungs-Flachbettcutter. Für die Optimierung der Antriebsachsen wurde diese Bachelorarbeit als Grundlagenprojekt durchgeführt. Es sollten alternative Technologien für die Endstufen und die Strommessung untersucht werden. Um einen Vergleich zur bestehenden Hardware zu ermöglichen, wurde ein Print entwickelt und realisiert. Damit konnten die neuen Lösungen evaluiert und unter anderem Wirkungsgrade gemessen werden. Für die Endstufen wurden die neue eGaN FET Technologie verwendet als Ersatz für die bislang eingesetzten MOSFETs. Für die Bestimmung der Phasenströme wurde zusätzlich zur bestehenden Messung mittels Shunt-Widerstand eine verlustfreie Variante mit einem Hall-Effekt Stromwandler realisiert. Die Messungen zeigen vor allem im Bereich von tieferen Lastströmen eine Steigerung des Wirkungsgrads um etwa 2 - 13 %, je nach eingestellter Last und Betriebszustand. Die in dieser Bachelorarbeit realisierte Hardware zeigt das Potential und die möglichen Probleme der untersuchten Technologien im Vergleich zum konventionellen Lösungsansatz. Die Erkenntnisse können als Grundlage für zukünftige Produkte verwendet werden.

Studierende:

Andreas Buschor

Dozenten:

Prof. Kurt Schenk, PhD, Prof. Günter Nagel

Industriepartner:

Zünd Systemtechnik AG, Altstätten

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Institut für Computational Engineering

Physics Game II: Wavemechanics Wavemechanics ist ein Spiel, das als Physikapplikation auf mobilen, androidfähigen Geräten läuft. Im Zentrum des Spiels steht eine Simulation einer Wasserwanne, in welcher in Echtzeit Wellen interaktiv angeregt und überlagert werden können. So werden auf spielerische Weise Wellenphänomene wie Wellenausbreitung, Interferenz und Beugung vermittelt. Die Applikation vereint Physikunterricht, Spiel und Spass. Das Spiel soll kreativ und innovativ sein. Daher wurde zusätzlich eine ansprechende Rahmenhandlung für das Spiel ausgedacht und mit der JMonkeyEngine realisiert.

Der Anwender kann seine Denkweise und Geschicklichkeit nach interaktivem Ansatz unter Beweis stellen.

Die Kernergebnisse dieser Arbeit sind: • Eine Implementierung der Wellengleichung als fl üssige und stabile Darstellung von Wellen und deren Phänomene für Android in Java in Echtzeit • Die Einbindung einer innovativen noch jungen 3D-Engine in das Spiel Die entwickelte Softwarearchitektur und Applikation bieten eine gute Grundlage für Weiterentwicklungen in den Bereichen der Simulation von elektromagnetischen Wellen oder im Bereich der Klangsynthese.

Studierende:

Alexander Smelt, Fabio Trimarchi

Dozenten:

Prof. Dr. Christoph Würsch, Prof. Dr. Michael Schreiner

Industriepartner:

intern

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Institut für Entwicklung Mechatronischer Systeme

Automatisierung eines Metalllagers Die Aufgabe der Bachelorarbeit bestand darin, für die Firma Sepp Oberholzer AG ein Retrofi t für ihr Metalllager durchzuführen.

Dazu gehörte es, ein Hardware-, ein Sicherheits-, ein Software- und ein Visualisierungskonzept zu erstellen und umzusetzen. Für das Hardwarekonzept mussten die passenden Komponenten evaluiert und ein Elektroschema der Anlage erstellt werden. Die Sicherheit der Anlage war zugleich einer der grössten, wie auch der wichtigsten Punkte beim Umbau der Anlage, da die Personensicherheit bisher nur ungenügend gewährleistet war.

Dank eines durchdachten Sicherheitskonzepts konnte das Metalllager realisiert werden, ohne Einbussen bei der Bedienfreundlichkeit oder der Performance in Kauf nehmen zu müssen. Für die Umsetzung des Softwarekonzeptes wurde eine SPS eingesetzt, die mit der Hochsprache ST programmiert wurde. Über ein Touchpanel konnte die Anlagenbedienung sowie die Lagerverwaltung übersichtlich dargestellt werden. Bei der Inbetriebnahme zeigte sich, dass die erstellten Konzepte alle Anforderungen erfüllten.

Das modernisierte Metalllager konnte der Firma in einwandfreiem Zustand termingerecht übergeben werden.

Studierende:

Marcel Bischof, Marius Meyer

Dozenten:

Prof. Günter Nagel, Prof. Vincenzo Parisi

Industriepartner:

Sepp Oberholzer AG, Hauptwil

35

Institut für Computational Engineering

COMSOL Modell eines Invertierten Magnetrons Ein invertiertes Magnetron ist eine Druckmesszelle, welche im Ultrahochvakuum (UHV) eingesetzt wird. Bei einem Druck von ca. 10^-7 Pa tritt ein Knick in der Druck-Strom Kennlinie auf, welcher bis heute nicht genau erklärt werden kann.

Diese Arbeit befasst sich mit der Modellierung des Plasmas und der Untersuchung dieses Knicks. Ein ausführliches Literaturreview wurde durchgeführt und zeigte, dass die Ursachen sehr wahrscheinlich bei auftretenden Turbulenzen im Plasma liegen, deren Entstehung stark von der Symmetrie des Magnetrons abhängt.

Mit Hilfe von Modellen aus Literatur, Messungen und mit diversen Methoden der numerischen wie der analytischen Mathematik wurde versucht, diesen Vorgängen auf die Spur zu kommen. Das numerische Zwei-Fluid-Plasmamodell lieferte für den Hochdruckbereich angemessene Resultate, jedoch versagt es im UHV-Bereich. Durch einen Isomorphismus zu den Euler-Gleichungen konnte eine erste Turbulenz-Modellierung als Grundgerüst gemacht werden. Mit weitergehenden Messungen an einer Messzelle und einem validierten MHDModell wird es möglich sein, das Magnetron in diesem Druckbereich gezielt zu optimieren.

Studierende:

Nils Gantner, Andreas Michel

Dozenten:

Prof. Dr. Christoph Würsch, Prof. Dr. Michael Schreiner

Industriepartner:

INFICON, Balzers

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Institut für Elektronik, Sensorik und Aktorik

Automatische Testeinrichtung für Verkehrs-Warnleuchten Das Ziel dieser interdisziplinären Bachelorarbeit war es, ein Messsystem für die Charakterisierung und Fertigungskontrolle von Verkehrsleuchten von Grund auf zu entwickeln und anschliessend ein Gerät zu bauen. Damit sollen die neuen, LED-basierten Verkehrs-Warnleuchten auf ihre Lichtfarbe und die Verteilung der Lichtstärke im Raum gemessen und auf die Erfüllung der Normen überprüft werden. Durch das schnelle Ausmessen von neuen Linsen und Lichterzeugern mit diesem Messgerät verspricht sich der Industriepartner: Triopan AG seine Innovationskraft zu erhöhen.

In einem vollautomatischen Messvorgang können die Farbe und die Lichtstärke im Raum punktuell gemessen werden. Der Schwenkarm mit dem selbst entwickelten Sensorprint kann sich um 90° in der vertikalen, der Drehtisch mit der aufl iegenden Leuchte um 180° in der horizontalen Ebene bewegen. Somit kann für symmetrische Leuchten der ganze 3D-Raum erfasst werden. Die elektronischen Komponenten werden für die Motoransteuerung, die Datenverarbeitung und das Messen durch die entwickelte Software gesteuert. Die Messwerte werden über eine programmierte graphische Benutzeroberfl äche ausgegeben.

Studierende:

Ramon Germann, Dejan Nedeljkovic

Dozenten:

Prof. Laszlo Arato, Prof. Vincenzo Parisi

Industriepartner:

Variosystems / Triopan, Rorschach

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Institut für Ingenieurinformatik

Blumen und Wandern Diese Arbeit befasst sich mit Smartphone App-Entwicklung und Datenaustausch über verteilte Systeme. Ziel der App ist es, Pfl anzen identifi zieren zu können. Dabei wird ein Foto der Pfl anze gemacht und die GPS Koordinaten ermittelt. Die Pfl anze kann manuell identifi ziert und auf einer zentralen Datenbank abgelegt werden. Zur Entwicklung der Smartphone-App dienen plattformübergreifende Frameworks auf HTML5-Basis. Dies ermöglicht es, die App nur einmal zu entwickeln und auf verschiedenen Plattformen zu veröffentlichen.

Der Webservice ist in PHP geschrieben.

Dabei kommt das REST Programmierparadigma zum Einsatz. Als Datenbank dient ein MySQL-Server. Die Verwendung des RESTful Webservices passt perfekt zur App. Durch das zustandslose Design gestaltete sich die Implementierung der Kommunikation als problemlos und einfach. Die Idee der plattformübergreifenden Entwicklung ist prinzipiell sehr gut. Leider gestalteten sich vor allem im Bereich Performance noch kleinere Probleme und die Entwicklung verlief komplizierter als erwartet.

Studierende:

Pascal Guignard, Patrick Mazenauer

Dozenten:

Prof. Dr. Norbert Frei, Prof. Rolf Grun

Industriepartner:

Arnal, Herisau

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Institut für Energiesysteme

Verstärker für hohe Spannungen Der Industriepartner: OMICRON electronics stellt Testgeräte für die Prüfung von Schutz- und Messeinrichtungen in elektrischen Energiesystemen her. Um diese Messeinrichtungen zu überprüfen, wird eine präzise Referenzspannung benötigt. In einem bestehenden Prüfgerät setzt OMICRON electronics einen Präzisions-Spannungsverstärker ein, der für eine Ausgangsspannung von 300 V ausgelegt ist. Ziel dieser Bachelorarbeit ist es, einen Spannungsverstärker zu entwickeln, der eine Ausgangsspannung von 600 V mit einer Bandbreite von 0 Hz bis 10 kHz liefert. Der THD der Ausgangsspannung soll dabei kleiner als 0.05 % sein. Die grosse Herausforderung dieser Arbeit bestand darin, den Regler des Verstärkers so auszulegen, dass sich der Verstärker für alle passiven Lasten stabil verhält. Messungen am Versuchsaufbau zeigten, dass die gegebenen Anforderungen erfüllt werden. Bei einer Ausgangsspannung von 400 V und einer Frequenz von 55 Hz, wurde ein THD von 0.03 % gemessen. Die Regelbandbreite im Leerlauf betrug 192 kHz. Aufbauend auf den Erkenntnissen, die in dieser Arbeit gewonnen werden konnten, ist es möglich die Schaltung zu optimieren und zur Serienreife zu führen.

Studierende:

Alexander Drexel

Dozenten:

Prof. Kurt Schenk, PhD, Prof. Laszlo Arato

Industriepartner:

Omicron electronics GmbH, Klaus

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Institut für Energiesysteme

Teslaspule mit Leistungsendstufe Technisch – Elektrisierend – Spektakulär – Leistungsstark – Atemberaubend Für die Prüfung von Hochspannungskabeln zur Verteilung elektrischer Energie werden immer leistungsstärkere Geräte gefordert. Für den Aufbau dieser Geräte sind Endstufen notwendig, deren Funktion im Resonanzbetrieb mit einer Teslaspule getestet werden kann. Das Ziel dieser Arbeit ist es, eine Teslaspule mit einer fünf Kilowatt Leistungsendstufe zu realisieren. Eine Teslaspule ist ein Transformator zur Erzeugung hochfrequenter Wechselströme mit sehr hoher Spannung. Sein Funktionsprinzip basiert auf der Resonanz magnetisch lose gekoppelter elektrischer Schwingkreise.

Mit einer Teslaspule lassen sich spektakuläre blitzförmige Koronaentladungen erzeugen. Verschiedene Umsetzungsvarianten wurden entworfen und mit Simulations- und Berechnungstools ausgewertet. Die Variante mit der grössten Sekundärspannung bei der kleinsten Eingangsleistung wurde konzipiert, realisiert und in Betrieb genommen.

Spektakuläre Blitze wurden erzeugt.

Studierende:

Jennifer Buschor, Dominik Mattle

Dozenten:

Prof. Kurt Schenk, PhD, Prof. Adrian Weitnauer

Industriepartner:

b2 electronic GmbH, Klaus

40

Institut für Ingenieurinformatik

Test Bench für Laser Module Mit stetig steigenden Kundenanforderungen an Laserentfernungsmesser erhöhen sich auch die Ansprüche an den erforderlichen Lasermodulen und deren Testvorrichtungen. Daraus entstand bei Vectronix das Bedürfnis eine vor Jahren eingekaufte Test Bench zu überarbeiten.

In dieser Arbeit wurde die bestehende Testvorrichtung hinsichtlich der Performanz, Stabilität, Kompatibilität, Konfi gurierbarkeit, Bedienbarkeit und Wartbarkeit verbessert.

Da die Schwachstellen der bestehenden Lösung hauptsächlich in der Computer Applikation und der Art der Laseransteuerung lagen, wurde eine neue Computer Applikation in C# .NET nach den bei Vectronix geltenden Standards erstellt. Dadurch wurden zum Beispiel eine völlig individuelle Testkonfi guration und eine zentrale konsistente Datenablage ermöglicht. Weiter wurde eine komplett überarbeitete Ansteuerungselektronik für die Lasermodule realisiert, welche hinsichtlich der Versorgungsstabilität und Signalintegrität optimiert wurde.

Erste Tests der neuen Lösung haben gezeigt, dass die angestrebten Verbesserungen in hohem Masse erreicht wurden. So konnte zum Beispiel die Bindung an eine bestimmte Computer-Hardware komplett entfernt, die Lasermodul Ansteuerung enorm stabilisiert und die Datenablage erheblich performanter realisiert werden.

Studierende:

Marcel Kaufmann, Mirco Looser

Dozenten:

Prof. Dr. Andreas Zogg, Prof. René Pawlitzek

Industriepartner:

Vectronix AG, Heerbrugg

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Institut für Entwicklung Mechatronischer Systeme

Die Roboterfigur Decoy erkennt Menschen und reagiert auf sie Decoy ist ein Kunstprojekt von den international bekannten Künstlern Aparna Rao und Søren Pors aus Bangalore (Indien). Der Zweck dieser comichaften Figur ist es, die Aufmerksamkeit der Personen in seiner Umgebung auf sich zu ziehen.

Er ist wie ein kleiner Hund, der beim Heimkommen auf Sie wartet und Sie freudig empfängt. Durch seitliches Schaukeln, energisches Winken mit den Armen und Drehen des Oberkörpers kann er mit den anwesenden Personen interagieren.

Unsere Aufgabe war es, Decoy Leben einzuhauchen. Das heisst ihm Augen, Muskeln und ein Gehirn zu geben. Dies wird mittels eines Laserscanners, 5 Motoren und einem Kleincomputer mit dazugehöriger Software realisiert. Neben der Komponentenwahl war die Hauptarbeit die Implementierung der Software. Diese beruht auf dem von der NTB entwickelten EEROS Robotic Framework. Decoy’s Mechanik wurde von angehenden Konstrukteuren des bzb Buchs gezeichnet und gefertigt, an der NTB optimiert und zum Leben erweckt.

Studierende:

Fabian Mangott, David Mehr

Dozenten:

Prof. Vincenzo Parisi, Prof. Einar Nielsen

Industriepartner:

swissnex india

42

Institut für Entwicklung Mechatronischer Systeme

SunCar-Bagger: Sicherheit von Hochstromrelais In Elektro- und Hybridfahrzeugen werden Hochvolt-Batterien eingesetzt, die mit zwei Relais vom Stromkreis getrennt werden können. Die hohen Gleichspannungen erlauben derzeit wegen der Funkenbildung nur ein lastfreies Schalten. Unter Last können diese Relais nur wenige Zyklen schalten. Die verwendete Sicherung trennt bei Überstrom erst nach mehreren Sekunden und auch beim Kurzschluss erst nach ein bis zwei Sekunden. Die Abschaltung der Hochvolt-Batterie soll mit wesentlich höherer Zuverlässigkeit und Sicherheit erfolgen.

Das vorgeschlagene Konzept schaltet beide Pole auch unter Last zuverlässig ab. Bei einem Unfall wird der Batteriekreis mit einer pyrotechnischen Lösung vom Hochvoltkreis getrennt. In allen Fällen wird die Funkenbildung beherrscht. Alle Komponenten sind zusammen mit einem Precharge-Relais in einem einzigen Bauteil integriert. Das Konzept wurde erfolgreich vorgetestet. Das Prinzip wurde zum Patent angemeldet. Mit einem namhaften Automobilhersteller wird über eine Umsetzung für Elektrofahrzeuge verhandelt.

Studierende:

Sebastian Spirig, Marcel Straub

Dozenten:

Prof. Dr. Maximilian Stöck, Prof. Adrian Weitnauer

Industriepartner:

KSS, Raunheim

43

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Institut für Mikro- und Nanotechnologie

Hochkonzentration-Photovoltaik-Thermischer-Empfänger (HCPVT) In einem Projekt der IBM namens «High Concentration PhotoVoltaic Thermal System» wird ein Energiesystem entwickelt, welches mit konzentriertem Sonnenlicht Energie erzeugt. Das Licht wird über einen grossen Spiegel auf PV-Zellen konzentriert. Die 1 cm2 grossen PV-Zellen sind in einem 5 mal 5 Array angeordnet und befi nden sich auf einem wassergekühlten Chip. Es soll sowohl die elektrische Energie der PV-Zellen, als auch die thermische Energie der Kühlung genutzt werden.

Diese Bachelorarbeit befasst sich mit der Optimierung der PV-Zellen-Anordnung. Es wurden Varianten für die Minimierung der photovoltaisch nicht genutzten Fläche erarbeitet und ihre Machbarkeit geprüft. Diese wurden durch einen morphologischen Kasten und eine Nutzwertanalyse bestimmt. Die erste Variante ist ein treppenförmiger Aufbau der PV-Zellen, die zweite nutzt spiegelnde Flächen in den Zwischenräumen der PV-Zelle, um die auftreffende Strahlung auf die aktive Fläche zurückzuwerfen. Von beiden Varianten konnte erfolgreich ein Funktionsmuster erstellt werden. Beide Funktionsmuster zeigen grosses Potenzial und könnten als Prototypen realisiert werden.

Studierende:

Patrick Loretz, Seraphin Vetter

Dozenten:

Prof. Dr. Rudolf Buser, Prof. Dr. André Bernard

Industriepartner:

IBM Reseach GmbH, Rüschlikon

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Institut für Informations- und Kommunikationstechnologien (Chur)

Erneuerung der Steuerung und Visualisierung des Lehrkraftwerks Churwalden Das Lehr- und Demonstrationskraftwerk in Churwalden verfügt über eine veraltete Steuerung, für welche kaum Ersatzteile vorhanden sind.

Daher entschied sich der betreibende Verein für eine komplette Erneuerung der Steuerung und Visualisierung. Das Ziel der Bachelorarbeit war es, dieses Projekt zu leiten und mitzuarbeiten. Daraus soll eine moderne Steuerung mit einer ansprechenden Oberfl äche entstehen. Im Rahmen des Fachmoduls wurde der aktuelle Stand der Anlage analysiert.

Mit dem Vorstand des SVLD wurde ein Pfl ichtenheft ausgearbeitet. Zu Beginn der Bachelorarbeit wurde nach geeigneten Produkten auf dem Markt gesucht. Sowohl Treffen mit Unternehmen als auch das Einholen von Offerten ermöglichten eine gute Evaluation.

Umgesetzt wurde das Projekt in Zusammenarbeit mit der Firma Rittmeyer aus Baar (ZG). In Churwalden wird eine RIFLEX M1 Steuerung zum Einsatz kommen. Die Visualisierung wurde mit einem JavaScript basierten Programm erstellt. Der Zugriff über ein Webinterface ermöglicht die bisher nicht vorhandene Fernwartung. Das Lehrkraftwerk profi tiert zudem von einer sauberen Dokumentation der Anlage.

Studierende:

Christian Hartmann, Dario Okolic

Dozenten:

Toni Venzin, Stefan Kammermann

Industriepartner:

Verein Lehrkraftwerk Churwalden

45

Institut für Computational Engineering

Hochaufgelöste Echtzeitwetterdaten In dieser Arbeit wurde ein Softwarepaket entwickelt, das aus Messdaten von unterschiedlichen Wettermessnetzen eine hochaufgelöste Wetterkarte generiert. Die Software ermöglicht es, über eine spezielle Datenbank (data-warehouse) sehr einfach unterschiedliche Datenquellen (z.B. professionelle und private Messstationen) zu verwenden. An Orten ohne Wetterstation werden die Wetterparameter mittels eines geostatistischen Verfahrens - dem Regression-Kriging interpoliert und so geschätzt.

Dieses Verfahren erlaubt zum einen deterministische Trends in den Daten (Abhängigkeit von der Meereshöhe, Hangausrichtung, etc.) und zum anderen räumliche Abhängigkeiten zwischen den Messstationen zu modellieren. Die Ergebnisse werden in einem interaktiven, web-basierten Visualisierungs-Tool dargestellt. Als Zusatzinformationen werden Modellgütekriterien sowie Konfi denzintervalle für die geschätzten Wetterparameter angezeigt. Es wird so ein professionelles Werkzeug zur aktuellen Wetterbeurteilung zur Verfügung gestellt.

Studierende:

Severin Birrer

Dozenten:

Dr. Klaus Frick, Prof. René Pawlitzek

Industriepartner:

intern

46

Institut für Entwicklung Mechatronischer Systeme

Entwicklung eines Motion-Controllers für EC-Motoren Die InstaSPIN-Technologie von Texas Instruments dient zur Ansteuerung elektronisch kommutierter (EC-) Motoren. EC-Motoren sind wesentlich wartungsarmer als herkömmliche Gleichstrommotoren, doch erfordern sie zur Ansteuerung die Rotorposition. Die Standardlösung bei EC-Motoren ist, dass über Hallsensoren die Rotorposition erfasst wird. Um diese Sensoren zu vermeiden, misst der Beobachter von InstaSPIN die rotativ induzierte Spannung und berechnet daraus die Rotorposition. Um die Leistungsfähigkeit der InstaSPIN-Technolgie zu demonstrieren, wurde ein Einachsenroboter realisiert. Das dynamische Modell des Roboters entspricht dem eines inversen Pendels. Die zentrale Systemsteuerung wurde durch ein BeagleBone Black realisiert. Dieses ist mit den zwei InstaSPIN-Motorsteuerungen verbunden.

Das BeagleBone Black liest ausserdem die Daten eines Sensors für 6 Freiheitsgrade ein und errechnet daraus die momentane Lage des Roboters. Eine Zustandsregelung stabilisiert den Roboter. Die Funktionstüchtigkeit wurde sowohl per Simulation als auch Messung belegt.

Studierende:

Daniel Alznauer, Lars Scherrer

Dozenten:

Prof. Dr. Jürgen Kirchhof, Prof. Laszlo Arato

Industriepartner:

Variosystems AG, Steinach

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Institut für Ingenieurinformatik

Software-Leitstand für die effiziente Produktionssteuerung Eine softwaregestützte Fertigungsüberwachung spart Zeit und Geld.

Mühevolles Zusammentragen von Produktionsdaten, Stundenrückmeldungen und Messwerten kann einen Mitarbeiter tagelang beschäftigen. Die Technologiefi rma BRUSA AG war auf der Suche nach einer passenden Arbeitserleichterung. Im Projekt „Software-Leitstand“ ging es darum, ein kundenangepasstes Überwachungssystem aufzubauen.

Ziel war es, ein kostengünstiges System zu entwickeln, welches folgende Aufgaben erfüllt:

Daten aus einer heterogenen Produktionsumgebung abfragen, sammeln und zielgerichtet aufbereiten.

Aufträge und berechnete Kennwerte, wie Qualitätsrate und Effektivität, pro Fertigungsanlage auf einer Webplattform darstellen.

Ursachen für Produktivitätseinbussen über die einzelnen Produktionsschritte bis hin zu den Messwerten der eingesetzten Werkzeuge nachvollziehbar darstellen.

Auswertungen einzelner Mess- und Fertigungsmittel kontrollieren und in diverse Formate exportieren können.

Dieses System wurde erfolgreich in der Sprache C# mit den Technologien ASP.NET, SQL Server Reporting Services (SSRS) und einer Oracle Datenbank umgesetzt.

Studierende:

Patrik Flajs, Peter Freydl

Dozenten:

Prof. Rolf Grun, Prof. Dr. Carlo Bach

Industriepartner:

Brusa AG, Sennwald

48

Institut für Entwicklung Mechatronischer Systeme

SunCar-Bagger: Intuitive bedienbare Steuerung eines E-Baggers Die Bedienung eines Baggers ist schwierig und benötigt eine längere Einarbeitungszeit. Durch die vielen Freiheitsgrade und Zusatzfunktionen moderner Arbeitsgeräte werden die Baumaschinenführer sehr gefordert.

Unter Zeitdruck sind vermehrt Fehlmanipulationen festzustellen, was nicht nur die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer der Maschine beeinträchtigt, sondern auch ein Sicherheitsproblem darstellt. Darum soll das Potential einer intuitiv erlernbaren Steuerung für Arbeitsmaschinen-Ausleger untersucht werden.

Als Alternative zum bestehenden Joystick wird ein neuer Manipulator untersucht, mit dem ein Bagger intuitiv gesteuert werden kann. Eine Regelung vermittelt dem Bediener ein Gefühl für die Last an der Baggerschaufel. Dazu wurde ein Prototyp entwickelt, aufgebaut und erfolgreich getestet. Die intuitive Steuerung vereinfacht einerseits die Bedienung des Auslegers und verbessert andererseits die Arbeitssicherheit. Das Ergebnis wird zum Patent angemeldet und soll zu einem neuen Produkt weiter entwickelt werden.

Studierende:

Frederic Jörg, Nicolaus Salzgeber

Dozenten:

Prof. Dr. Maximilian Stöck, Prof. Günter Nagel

Industriepartner:

ETH Zürich, Zürich

49

Institut für Ingenieurinformatik

Bluetooth Interface und Android-App für Spirometer Ein bestehendes Lungen-Kapazitätsmessgerät der Firma ndd soll über die neue Bluetooth Low Energy Technologie mit einem Android Smartphone oder Tablet kommunizieren. Dieses Gerät ist unter dem Fachbegriff Spirometer bekannt. Es wurde mit einem kleinen, ansteckbaren Adapter ausgerüstet, welcher den Datenaustausch ermöglicht. Die Messwerte können auf der selbst entwickelten Android Demo App angezeigt werden.

Zur Funkübertragung wird ein Bluetooth Low Energy Modul eingesetzt, welches über einen Mikrokontroller angesteuert wird.

Dieser kontrolliert auch die Kommunikation zum Spirometer. Die ermittelte Übertragungsgeschwindigkeit beträgt 1.1 kBytes/s, was für die geforderte Anwendung genügt.

Um das batteriebetriebene Spirometer möglichst nicht zu belasten, ist Energieenzienz beim Kommunikations- und Funkmodul sehr wichtig. Durch den Einsatz von modernen, energiesparenden Komponenten konnte die Stromaufnahme bei aktiver Kommunikation auf ca. 3mA begrenzt werden. Mit dem entwickelten Adapter und Android App wird gezeigt, dass auch ein bestehendes Spirometer einfach mit der neuen Bluetooth Low Energy Technologie ausgerüstet werden kann.

Studierende:

Marco Frei, Raphael Lauber

Dozenten:

Prof. Rolf Grun, Prof. Laszlo Arato

Industriepartner:

ndd Medizintechnik AG, Zürich

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Institut für Computational Engineering

Untersuchung von Position und Gestalt von Vortexgeneratoren für Flugzeugflügel mit Hilfe von Strömungssimulationen Das Ziel dieser Bachelorarbeit ist die Untersuchung der Auswirkungen von Vortexgeneratoren auf die Eigenschaften von Flugzeugfl ügeln mit Hilfe von Strömungssimulationen. Vortexgeneratoren sind kleine einfache geometrische Erweiterungen, welche auf die Oberfl äche von Flugzeugfl ügeln angebracht werden, um die Flugeigenschaften bei hohen Anstellwinkeln des Flügels zu verbessern. Insbesondere soll bei diesen Anstellwinkeln der Auftriebsbeiwert verbessert werden.

In dieser Arbeit wird der Einfl uss eines Vortexgenerators auf einen umströmten Flugzeugfl ügel genauer betrachtet und analysiert. Des Weiteren wird anhand von Simulationen an einer fl achen Platte das Transitionsmodell von ANSYS untersucht. Simulationen an einem durchströmten Rohr sollen zum weiteren Verständnis von Strömungen beitragen. Die von ANSYS bereitgestellten Wandfunktionen werden hierbei auch untersucht.

Vor den Untersuchungen am 3D-Flügelabschnitt mit einem Vortexgenerator werden mit Hilfe eines 2D-Profi ls die wichtigsten Charakteristika eines Flügels untersucht. Dabei werden noch weitere wichtige Erkenntnisse zum Transitiosnmodell und bezüglich des Transitionspunktes beigefügt.

Studierende:

Kyle Elford, Michael Schuler

Dozenten:

Prof. Dr. Michael Schreiner, Prof. Dr. Christoph Würsch

Industriepartner:

intern

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Institut für Computational Engineering

Design von künstlichen Zähnen Die Firma Ivoclar Vivadent AG ist einer der weltweit führenden Hersteller im Bereich Dentalprothesen, mit ihrem Hauptsitz in Schaan, Liechtenstein. Im Rahmen der ständigen Weiterentwicklung der Produkte, werden Belastungstests an Zahnprothesen durchgeführt und auf diese Weise Produktionsparameter angepasst. Ziel dieser Arbeit ist es, diese Belastungstests mittels FE-Simulation zu reproduzieren und somit eine virtuelle Produktenwicklung zu ermöglichen.

Konkret soll ein sogenannter Chipping-Test für SR-Phonares II, eine geschichtete Dentalprothese aus nano-hybrid Polymerkompositen, nachgebildet werden.

Zu diesem Zweck wurden Zug- und Druckexperimente durchgeführt, daraus elasto-plastische Materialgesetze abgeleitet und anhand genormter Dentalprüfkörper verifi ziert.

Zudem wurden im Rahmen der Arbeit Spannungskriterien entwickelt, die das Versagen des Materials prognostizieren können. In dieser Arbeit hat sich gezeigt, dass der Chipping-Test mit den abgeleiteten Modellen nachgebildet werden kann. Auch sind die entwickelten Versagenskriterien sehr gut in der Lage, das Abplatzen des Zahnes zu beschreiben.

Studierende:

Grigorios Liakopoulos

Dozenten:

Dr. Klaus Frick, Prof. Dr. Nikolaus Herres

Industriepartner:

Ivoclar Vivadent AG, Schaan

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Institut für Entwicklung Mechatronischer Systeme

Low-Cost-Kraft-Momentensensor Ziel dieser Bachelorarbeit war die Entwicklung und Herstellung eines Low-Cost-Kraft-Momentensensors für das Projekt EEROS. Der Kraft-Momenten-Sensor soll in der Lage sein, den Kraft- und Beschleunigungsvektor sowie den Momenten- und Drehbeschleunigungsvektor räumlich zu messen. Mit dem Wissen aus dem Fachmodul wurde ein morphologischer Kasten mit den wichtigsten Funktionen und den erarbeiteten Lösungsansätzen erstellt.

Die ersten Modelle sind entstanden und mit ANSYS und otpiSLang optimiert worden. Im weiteren Verlauf wurden Mechanik und Elektronik detailliert ausgearbeitet und in Produktion gegeben. Während-dessen wurde an Dokumentation und Auswertungssoftware, sowie Adapter für den SCARA-Roboter gearbeitet. Als Produkt entstand ein KMS-Prototyp, welcher den Funktionsumfang der am Markt erhältlichen KMS übertrifft. Mit dem Fokus „Low-Cost“ wurde ein Lösungsansatz realisiert, welcher Kostenziel von höchstens CHF 1‘000 erfüllt. Beim KMS besteht noch Optimierungspotential an Mechanik und Elektronik, das dazu beitragen soll, die Kosten weiter zu senken.

Studierende:

Christian DiRonza, Stefan Federspiel

Dozenten:

Prof. Einar Nielsen, Prof. Josef Graf

Industriepartner:

EEROS, Buchs

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54

Bachelor-Abschluss - und dann?

Oft ist die Bachelor-Arbeit der Einstieg ins Berufsleben. Sie kann jedoch auch der Wegweiser für ein Master-Studium sein.

Master of Science FHO in Engineering (MSE) Das Master-Studium dauert drei Semester, wenn es in Vollzeit absolviert wird oder entsprechend länger als berufsbegleitender Studiengang.

Es richtet sich an hoch motivierte Bachelor-Absol­venten mit einem sehr guten Abschluss.

Parallel zu den allgemeinen Theoriemodulen, die zentral in Zürich, Bern oder Lausanne gehalten werden, arbeiten die Masterstudierenden an Projekten im Bereich der angewandten Forschung und Entwicklung innerhalb einer sogenannten Master Research Unit (MRU) mit.

Die NTB bietet das MSE-Studium mit einem breiten Themengebiet an: Forschungsschwerpunkte Mikro- und Nanotechnologie Mikrosysteme Photonische Systeme Biomedizinische Systeme Simulation von Systemen Prozesse und Werkstoffe

Forschungssschwerpunkte Systemtechnik, Automation und Produktion

Mechanik Automation Robotik Elektronik Informatik Eingebettete Systeme Bildverarbeitung Leistungselektronik Wärme- und Kältetechnik

Internationale Masterangebote In Zusammenarbeit mit deutschen und österreichischen Hochschulen bietet die NTB auch Masterstudiengänge nach internationalem Recht an: Master of Science in Micro- und Nanotechnology Kooperationsstudiengang von NTB, ZHAW, EMPA und der Fachhochschule Vorarlberg Master of Engineering in Mechatronik Kooperationsstudiengang der NTB und der Hochschule Konstanz

55

Alphabetische Liste der Bachelorarbeiten-Verfasser/innen

Fürer Mario

20

G antner

Nils

36

46

Gehrig

Marc

24

Bischof Marcel

35

Germann Ramon

37

Brunold

Luca

11

Grob Tobias

22

Büchel

Elias

10

Guignard Pascal

38

Bucher Stefan

27

H artmann

Christian

45

Buschor Andreas

33

Hasler

Karin

Buschor

40

Hefti Christian

15

A lznauer B ärtsch

Peter

Birrer

Severin

Daniel

Jennifer

47 9

6

C avegn Martina D eane Jason

25

Horisberger Jürg

30

12

Hötzl Michael

18

DiRonza Christian

53

14

Drexel Alexander

39

49

E hgartner Dominik E lford Kyle F ederspiel Stefan

23

I gnjatovic Sladjan J örg Frederic K ägi Thomas

51

Kaufmann Marcel

41

53

Klaus Michael

16

Flajs

Patrik

48

Knupfer Daniel

28

Frehner

Deny

15

Kramm

11

12

Kuljici Nedvija

Frehner, Silvan

Joel

Kunz Andreas

17

21 8

Frei Stefan

6

Frei Marco

50

Kuster Ralph

27

Freydl

48

Kyburz

32

56

Peter

Falk

L auber Raphael Lenherr Nicola

50 8

Salzgeber Nicolaus

49

Scherrer

47

Lars

Liakopoulos Grigorios

52

Schläpfer Mathias

Lintschinger Patric

13

Schläpfer Adrian

24

Löhrer Raffael

12

Schuler Michael

51

Looser

Mirco

41

Schwendinger Thomas

26

Loretz

Patrick

44

Smelt

Alexander

34

9

Spirig

Sebastian

43

Lutz Mattias

7

42

Stadelmann Daniel

18

Marugg Markus

29

Stark Stefan

31

Mattle

40

Straub

43

M angott

Fabian

Dominik

Marcel

42

T rimarchi Fabio V etsch Ruedi

23

Meyer Marius

35

Vetter

44

Michel Andreas

36

W eder Tobias

32

N edeljkovic Dejan

37

Weimer Franco

19

Niedermann

14

Z eberli

21

Dario

45

Zellweger Christian

13

Cornel

21

Ziegler Tobias

30

Mazenauer Patrick

38

Mehr

O kolic P fister

David

Christof

Poma Valeria

Seraphin

Reto

34

7

Probst Lukas

29

S accavini Lukas

31

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Panoramabild „Rheintal“?

Besondere Werte

Die NTB, mitten im Chancental Rheintal Die Interstaatliche Hochschule für Technik Buchs NTB wurde 1970 eröffnet. Sie ist heute ein Mitglied der FHO Fachhochschule Ostschweiz. Die Trägerschaft bilden die Kantone St. Gallen und Graubünden sowie das Fürstentum Liechtenstein. Über 3‘400 Absolventen haben bis heute die Hochschule mit einem Ingenieur-Diplom verlassen.

Die NTB ist eine kleine und feine Hochschule in der Region Bodensee, Rheintal und Graubünden. Das Studium schliesst mit dem Diplom Bachelor of Science FHO in System-technik mit Vertiefung in (gewählten Studienrichtung) ab.

Die NTB liegt im Herzen des Rheintals und bietet ihren Absolventinnnen und Absolventen mit einem Aus- und Weiterbildugsangebot, welches auf „Technik“ spezialisiert ist – und über einen anerkannt hohen Praxisbezug besitzt – beste Berufschancen.

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Alle Studierenden profitieren von folgenden Vorzügen: Der Studienbetrieb an allen drei NTB-Standorten Buchs, Chur und St. Gallen ist überschaubar und familiär.

NTB-Dozenten kennen ihre Studierenden persönlich und pflegen eine «Open Door-Philosophie».

Die Nähe und der Kontakt zu international tätigen Firmen sind nicht nur geographisch bedingt. Die engen Beziehungen basieren auf jahrelanger erfolgreicher Zusammenarbeit im Bereich Forschung und Entwicklung.

Bild: Thomas Baumgartner, macbaumi.ch

NTB Campus Buchs Mitten im Rheintal: die zentrale St채tte von Forschung und Lehre. Bestens vernetzt mit Topunternehmen der Region.

NTB Campus St. Gallen Diese Stadt ist nicht nur eine Hochburg im Bereich Wirtschaftsausbildung, in ihrem Umfeld befinden sich ebenfalls viele grosse Firmen und Organisationen mit Hightech-Bezug.

Studienstandort Chur SystemtechnikNTB in Kooperation mit der Hochschule HTW Chur.

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Studienrichtungen des Bachelorstudiums Systemtechnik Darauf kann man aufbauen: die Systemtechnik-Studierenden vertiefen ihre Generalistenkenntnisse mit spezialisierenden Studienrichtungen .

Der Unterricht ist praxisnah, und die Bacheloarbeiten werden meist mit einem Industriepartner realisiert.

Die Arbeiten zeigen ein breites Spektrum von Anwendungsschwerpunkten auf: Mikro- und Nanotechnologie, Medizintechnik, technische Optik, Produktionsmesstechnik, Mechatronik, Embedded Systems, um nur einige zu nennen.

Systemtechnik Maschinenbau Maschinenbauer/innen mit dieser Studienrichtung kennen auch die Grundlagen der Elektronik und Informatik.

Sie sind damit begehrte Generalisten mit Spezialwissen im modernen Maschinenbau.

Systemtechnik Mikrotechnik Das Studium der kleinsten Teile bietet grosse Mรถglichkeiten: innovative Komponenten, Systeme und Prozesse in den Bereichen Mikro- und Nanotechnologie, Werkstofftechnik, Vakuum- und Beschichtungstechnik sowie auf den Gebieten der Optik und der optischen Messtechnik.

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Systemtechnik Elektronik und Regelungstechnik Ein spannendes Gebiet: Ideal f체r Studierende, die sich f체r die Gebiete Elektronik, Automatisierungs-, Elektro- oder Kommunikationstechnik sowie Mess-, Steuer- und Regelungstechnik interessieren.

Systemtechnik Ingenieurinformatik Die Absolventinnen und Absolventen entwerfen und realisieren komplexe eingebettete Systeme mit parallelen Abl채ufen, harten Echtzeitanforderungen und spezifischer Hardwareentwicklung bis hin zum Design und der Implementation verteilter, objekt- und komponentenorientierter SoftwareApplikationen.

Systemtechnik Informations- und Kommunikationssysteme Die Studierenden werden zu Internet-Ingenieurinnen und -Ingenieuren ausgebildet. Denn Computer, Internet und Smartphone sind die Informations- und Kommunikationsmittel der Gegenwart und der Zukunft!

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Preisspender/Sponsoren Ein herzliches Dankeschön für die zur Verfügung gestellten Förderpreise:

Hochschulpartnerin

ahr.ch

07.05.13

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NTB Interstaatliche Hochschule für Technik Buchs

Campus Buchs Campus St. Gallen Studienstandort Chur Werdenbergstrasse 4 Schönauweg 4 HTW Chur (Kooperationspartner) 9471 Buchs 9013 St. Gallen 7004 Chur office@ntb.ch www.ntb.ch www.htwchur.ch Mitglied der FHO Fachhochschule Ostschweiz

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