Im Rahmen dieser Bachelor-Arbeit wurde das vorhandene einfache invertierte Pendel grundlegend modernisiert und so ausgelegt, dass es mit Hilfe eines PC regelbar ist. Dabei wurde das Pendel so erweitert, dass es mit wenigen Handgriffen zu einem Zweifachpendel erweitert werden kann. Für beide Pendel wurde ein dynamisches Modell mit Hilfe des Euler- Lagrange- Formalismus hergeleitet. Sowohl das Einfachpendel als auch das Zweifachpendel werden zustandsgeregelt. Der Zustandsregler basiert auf diesem Modell der Regelstrecke, das dazu in der Umgebung der instabilen Ruhelage linearisiert wurde. Für das Einfachpendel wurde ausserdem eine Aufschwungsteuerung entworfen, mit der nach der Inititialisierung der Stab in die instabile Position gebracht wird. Ist diese erreicht, wird auf den Regler umgeschaltet. Das Zweifachpendel wird zu Beginn mit Hilfe eines Elektromagneten in der instabilen Ruhelage fixiert und dann nur durch die Bewegung des Wagens stabilisiert. Das Pendel steht als regelungstechnisches Anschauungsobjekt u.a. für Präsentationen zur Verfügung.

Diplomand(en):

Rolf Crapp, Matthias Schwaninger

Dozent(en):

Prof. Dr. Rainer Pickhardt, Prof. Roger Rusterholtz

Partner:

NTB, Buchs

Die Leica Microsystems entwickelt und produziert Operationsmikroskope für den weltweiten Markt. Bei einer Operation muss der Chirurg immer manuell fokussieren, was kostbare Zeit kosten kann. Ein Autofokussiersystem wäre hier für den Chirurgen eine ideale Hilfe, den Fokus immer auf die Operationsstelle zu bekommen. Operationsmikroskope werden meistens mit Kamerasystemen ausgestattet. Zur Autofokussierung kann dieses Kamerasignal ausgewertet und verarbeitet werden. In dieser Arbeit wurde ein prototypennahes Autofokussystem entwickelt, dass über das Videosignal der Kamera die Schärfe im Objektfeld bestimmt. Über den bestehenden CAN-Bus wird dann der Fokusmotor angesteuert und somit der Fokus automatisch auf die Operationsstelle gebracht. Dafür wurden mehrere Schärfealgorithmen auf unterschiedliche Kriterien untersucht und der Beste daraus bestimmt. Ausserdem wurde eine eigene elektronische Schaltung entwickelt, damit der Autofokus ohne Probleme in ein bestehendes Operationsmikroskop integriert werden kann.

Diplomand(en):

Roger Millischer, Patrick Szabo

Dozent(en):

Prof. Dr. Andreas Heinzelmann, Prof. Dr. Carlo Bach

Partner:

Leica Microsystems AG, Heerbrugg

Das Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung eines Diagnosesystems für Bleiakkumulatoren in der Bahnindustrie. Der Fokus wurde auf 18-V-Bleiakkumulatoren der wartungsfreien VRLA-Technologie gesetzt. Diese werden in allen für die Schweizerische Bundesbahn entwickelten Fahrzeugen des Industriepartners Stadler Rail eingesetzt. Aus der Recherche des momentanen Standes der Technik in der Ermittlung des Alterungszustandes von Bleiakkumulatoren stach der Two Pulse Load Test als die geeignetste und vielversprechendste Methode für den Einsatz in Schienenfahrzeugen heraus. In einem Laboraufbau wurde diese Methode auf ihre Funktionalität und Genauigkeit untersucht, und die Parameter wurden für den spezifischen Akkumulatortyp angepasst. Als Kontrollmessung wurde die momentane Kapazität der Akkumulatoren anhand der Entladungsmessung der in Vollladung befindlichen Akkumulatoren ermittelt. Die Ergebnisse der Tests zeigten in unerwarteter Weise, dass der Two Pulse Load Test den Alterungszustand der Akkumulatoren nicht eindeutig bestimmen kann. Alle bisherigen Untersuchungen des Two Pulse Load Test wurden an neuen, künstlich gealterten Akkumulatoren durchgeführt. Die Akkumulatoren in diesem Projekt kommen jedoch alle direkt aus der Bahnindustrie und altern alle durch den normalen Einsatz auf den Schienenfahrzeugen. Der Two Pulse Load Test kann nur gewisse Alterungserscheinungen erkennen und ermöglicht keine genaue Einschätzung der Bleiakkumulatoren.

Diplomand(en):

Simon Kohli

Dozent(en):

Dr. Martin Weisenhorn, Dr. Kurt Schenk

Partner:

Stadler Rail, Bussnang

Über 60 Millionen Landminen sind in mehr als 70 Länder auf dem ganzen Globus vergraben. Nach Schätzungen der Vereinten Nationen werden jedes Jahr über 20 000 Menschen von Anti-Personen Minen getötet oder verstümmelt. Oft kann humanitäre Hilfe einen Ort erst erreichen, wenn die Bedrohung durch Landminen beseitigt wurde. Kommen für die humanitäre Minenräumung Fahrzeuge zum Einsatz, ist die Grabtiefe ein entscheidendes Erfolgskriterium. Gräbt das Minenräumfahrzeug zu wenig tief, werden gewisse Sprengkörper nicht zerstört. Wenn das Fahrzeug zu tief gräbt, wird Zeit und Treibstoff verschwendet. In dieser Bachelor-Arbeit wurde ein System entwickelt, welches dem Minenräumfahrzeug ermöglicht die Grabtiefe zu messen. Die Lösung besteht aus zwei Tastbügeln auf jeder Seite des Grabwerkzeuges und einer Prozessoreinheit, welche die Daten verarbeitet. Trotz den sehr rauen Bedingungen am Einsatzort (Explosionen, Vibrationen, Dreck etc.) wurde die geforderte Genauigkeit von ±15 mm erreicht. Durch spezielle Anforderungen war es notwendig, ein eigener Datenübertragungs-Bus zu entwickeln. Da ein funktionierendes und betriebsfertiges Gerät gefordert war, wurden diverse Langzeit- und Temperaturtests durchgeführt.

Diplomand(en):

Tobias Gafafer, Stefan Schädler

Dozent(en):

Prof. Dr. Andreas Heinzelmann, Dr. Martin Weisenhorn

Seit langem spielt Bühler als führender Technologieanbieter in der Getreideverarbeitung mit der Idee, Weizenmehl und andere Mühlenerzeugnisse unter Luftausschluss in Kunststofffolie zu verpacken. In der Theorie bietet diese Alternative zu den herkömmlichen Papiersäcken Vorteile wie Schutz vor Umwelteinflüssen, bessere Transporteignung und nicht zuletzt ist es die ökonomisch und ökologisch günstigere Lösung. Die vorliegende Arbeit wurde durchgeführt mit dem Ziel, eine Versuchsanlage zu entwickeln und herzustellen, mit der Mehl und ähnliche Produkte im Vakuum abgepackt werden können. Die Maschine soll Bühler erste Erfahrungen zum Prozess liefern, die in einem späteren Schritt zur Entwicklung einer marktreifen Anlage nötig sind. Vor dem Abfüllen des Produkts herrscht innerhalb der gesamten Maschine ein Unterdruck. Bereits vor der Evakuierung wird automatisch ein Kunststoffbeutel mit der nötigen Länge abgezogen. Nach dem Befüllen des Beutels kann dieser in eine für die Lagerung optimale Form gepresst und luftdicht verschweisst werden. Unter Atmosphärendruck verhält sich das Packet sehr steif und behält seine vorgegebene Form. Eine Speicherprogrammierbare Steuerung betreibt die Anlage vollautomatisch mittels elektrischen und pneumatischen Aktoren. Mit zahlreichen Sensoren werden relevante Daten erfasst und die Prozesssicherheit gewährleistet. Erste Erkenntnisse aus der vorliegenden Bachelor-Arbeit konnten bereits dazu beitragen, dass das innovative Entwicklungsprojekt weiter vorangetrieben wird.

Diplomand(en):

Tobias Menzi, Ivo Rupper, Cedric Stadler, Bernhard Vetsch

Dozent(en):

Prof. Günter Nagel, Prof. Einar Nielsen

Partner:

Bühler AG, Uzwil

Der zunehmende Kostendruck sowie die steigenden Anforderungen nach mehr Produktivität führten dazu, dass viele Melkanlagen technische Fehler aufweisen und von den Herstellern nicht mehr repariert werden. Ein weiteres Problem ist die objektive Prüfung dieser Melkanlagen, da man die Fehler meist nur an der Kuh feststellen kann. Das mobile hydraulische Eutermodell (MHE) stellt eine Lösung dar, eine Melkanlage schnell und objektiv beurteilen zu können. Um eine genaue Aussage über den technischen Stand der Maschine machen zu können, sind verschiedene Messdaten erforderlich. Das entwickelte Konzept bildet das von der Kuh erzeugte Milchflussprofil nach und dokumentiert die an der Zitze wirkenden Kräfte. Auch weitere Einflüsse, die sich negativ auf die Kuh auswirken können, werden vom MHE erkannt. Die möglichst naturgetreue Nachbildung der Zitze stand im Vordergrund. Dies ist in allen Punkten gelungen und das erarbeitete Konzept konnte erfolgreich Umgesetzt werden.

Diplomand(en):

Thomas Bretscher, Kilian Läubli

Dozent(en):

Prof. Günter Nagel, Prof. Roger Rusterholtz

Partner:

BITEC Engineering, Romanshorn

Gegenstand der hier vorgestellten Arbeit sind der Aufbau und die Inbetriebnahme eines SCARA-Roboters. Die gesamte Entwicklung erfolgt unter Beachtung einiger wichtiger Parameter wie geringe Schwingungsneigung, hohe Biegefestigkeit in allen Belastungsrichtungen und ein hoher Sicherheitsaspekt. Um den Roboter in Betrieb nehmen zu können, benötigt es drei Komponenten. Diese für den Betrieb notwendigen Komponenten sind zum einen die Plattform (Arbeitstisch), auf die der Roboter montiert wird, ein Schaltschrank für die Leistungs- und die Logikversorgung und die Software für die Steuerung des Roboters. Das Ergebnis dieser Arbeit war, dass eine Plattform und der Steuerungsschaltschrank entsprechend den Anforderungen realisiert wurden. Die Steuerungssoftware, mit der vorhandenen kaskadierten Regelung, kann für anspruchsvollere Arbeiten weiterentwickelt werden. Weiter ist mit dem MPC 555 ein Mikrokontroller vorhanden, den man durch professionelle Robotersteuerungshardware ersetzen könnte.

Diplomand(en):

Edin Hodzic

Dozent(en):

Prof. Einar Nielsen, Prof. Günter Nagel

Partner:

NTB, Buchs

In dieser Arbeit werden verschiedene Lösungsvarianten für ein elektrisches, kabelloses Wachsmesser vorgestellt. Es wurden diverse Berechnungen und Simulationen durchgeführt, die die Realisierbarkeit der einzelnen Varianten aufzeigt. Das Wachsmesser (Gesamtsystem) besteht aus einer Basisstation und einem Modellierwerkzeug. Für die vorhandene Aufgabenstellung eignete sich am besten ein hochkapazitiver Kondensator, der das Modellierwerkzeug mit Energie versorgt. Die Basisstation wurde mit zwei Kontakten versehen, die bei Berührung mit dem Modellierwerkzeug folgende Funktion ausübt: Befindet sich das Modellierwerkzeug auf der Basisstation, wird der Kondensator über eine Ladeschaltung während einer Minute aufgeladen und dabei die Heizpatrone erhitzt. Sobald diese Verbindung getrennt ist, bezieht das Modellierwerkzeug die benötigte Energie aus dem Kondensator und steuert die Temperatur der Heizspitze für fünf Minuten. Von der Basisstation aus kann die Temperatur über Funk geändert werden. Das Ergebnis beweist, dass Kondensatoren als Energiespeicher durchaus in portablen Geräten eingesetzt werden können. Sie können sehr schnell und oft wieder aufgeladen werden.

Diplomand(en):

Martin Leuenberger, Daniela Riederer

Dozent(en):

Prof. Dr. Andreas Heinzelmann, Rene Grabher

Partner:

Amann Girrbach AG, A-Koblach

Kann ein automatisierter Montageprozess kraftkontrolliert durchgeführt werden, so steigt die Reproduzierbarkeit und Zuverlässigkeit. Dazu ist es nicht nur notwendig, den Roboter mit Feingefühl auszurüsten, sondern er muss sowohl sehr schnell als auch sehr fein reagieren können. Um dieses Ziel zu erreichen, wurde in dieser Arbeit ein spezieller kraftkontrollierter Dämpfer entwickelt. Der entwickelte Dämpfer ist mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit (MRF) gefüllt. Diese ändert ihre Fliesseigenschaften in Abhängigkeit eines Magnetfeldes. Die Stärke des Magnetfeldes hat somit direkten Einfluss auf die Dämpferkraft. Wenn dieses System zwischen Montageachse und Montagewerkzeug montiert wird, kann die Montagebewegung wie bis anhin durchgeführt werden, während der Dämpfer durch eine kontrollierte Nachgiebigkeit die gezielte Beeinflussung der wirkenden Montagekraft erlaubt. Ausgehend vom komplexen theoretischen Modell wurden mehrere verschiedene Dämpfer konstruiert, gefertigt und auf einem eigens dafür gebauten Prüfstand getestet und vermessen.

Diplomand(en):

Martin Gadient, Manuel Hausammann

Dozent(en):

Prof. Einar Nielsen, Prof. Günter Nagel

Partner:

Komax AG, Dierikon

Die Firma Müller Gleisbau ist im Bereich der Böschungspflege an Bahnlinien tätig. Die Anforderungen an die Maschine und Fahrer sind sehr hoch, da ausschliesslich nachts gemäht wird. Durch die rauen Umgebungsbedingungen entstehen immer wieder grössere Schäden am Ausleger die sich durch Risse in der Schweisskonstruktion äussern. Das Ziel dieser Bachelor- Arbeit ist eine mechanische Verbesserung des Auslegers. Dabei müssen die Randbedingungen bezüglich Gewicht, Form und Kosten eingehalten werden. Weiter sollen Konzepte für ein System erstellt und quantifiziert werden, dass den Fahrer aktiv unterstützt und ebenfalls zur Schonung des Auslegers beiträgt. Unter Zuhilfenahme einer Konstruktions- FMEA wurden die Schwachstellen des Auslegers identifiziert. Gestützt auf diese Ergebnisse wurde als erstes die mechanische Festigkeit des Auslegers mit einem FEM-Programm überprüft.Dabei konnten die Spannungen im Durchschnitt um 53% minimiert werden. Als zweites wurden Konzepte für ein Fahr-Assistentsystem entwickelt. Man konnte Massnahmen zur Hinderniserkennung und zur Minimierung der Wippbewegung des Auslegers erarbeiten.

Diplomand(en):

Nils Fröhlich, Frank Stäheli

Dozent(en):

Prof. Josef Graf, Prof. Roger Rusterholtz

Partner:

Müller Gleisbau AG, Frauenfeld

Roboter sind aus der heutigen Industrie nicht mehr wegzudenken. Die Entwicklung schreitet dementsprechend schnell voran: Roboter werden zusehends schneller, agiler und auch genauer. Dies wirkt sich stark auf die Anforderungen an die Steuerungen aus. Höhere Regeltakte und hochgenaue Messsysteme erfordern mehr Rechenleistung und schnellere Bussysteme. Um für solche anspruchsvolle Robotersysteme neuartige Roboterregler entwickeln zu können, benötigt die NTB eine neue Steuerungselektronik, welche die gestiegenen Anforderungen erfüllt. Diese Bachelor-Arbeit umfasst die Konzeptionierung und Entwicklung einer neuen Hardware-Plattform für eine leistungsfähige und universell einsetzbare Robotersteuerung. Ein leistungsstarkes Prozessorboard mit einer CPU auf PowerPC Basis und einem FPGA kombiniert mit dem eigens dafür entwickelten Carrierboard, ermöglicht die Steuerung von Robotern mit bis zu acht Achsen. Durch die umfangreiche Peripherie und die vielen Schnittstellen ist es nun möglich, die unterschiedlichsten Robotertypen zu steuern. Und dies zu einem Preis, der weit unter jenem der käuflich erwerbbaren Steuerungen liegt.

Diplomand(en):

Benno Jung, Michael Krähenbühl, Martin Züger

Dozent(en):

Prof. Einar Nielsen, Prof. Dr. Urs Graf

Partner:

NTB, Buchs

Da die Benzin- und Dieselpreise immer weiter steigen, erfreuen sich alternative Energiequellen wachsender Beliebtheit. Dies gilt natürlich auch bei Lkws, besonders wenn sie im kommunalen Betrieb eingesetzt werden. Deshalb ist der Econic der Firma Daimler mit einem Erdgasmotor erhältlich. Die Halterungen für die Gasflaschen wurden bereits vor mehreren Jahren entwickelt und laufend angepasst. Diese Träger wurden nun vollständig überarbeitet. Dabei wurde vor allem auf eine Minimierung der Masse geachtet, ohne die Herstellkosten der Träger zu erhöhen. In dieser Arbeit wurden Träger für die Gasflaschen entwickelt, welche um ca. 62% leichter sind als der bisherige, zusätzlich konnten auch die Herstellkosten gesenkt werden.

Diplomand(en):

Albert Willi

Dozent(en):

Prof. Josef Graf, Roger Strässle

Partner:

Rücker GmbH, Arbon

Die Bachelor-Arbeit befasste sich mit der Optimierung einer Kalibrierung von Piezosensoren, welche in Messwalzen von Blechwalzwerken eingebaut werden. Dabei sollen die Zugkräfte im Blech während des Walzvorganges über die Anpressdrücke des Blechs auf die Messwalze bestimmt werden. Die bisherige Kalibrierung eines Piezosensors erfolgte über eine Vielzahl von Punktmessungen, welche man radial- und axialverteilt auf der Walzenfläche aufbrachte. Stattdessen sollte ein schnelleres und einfacheres Verfahren entwickelt werden. Es galt nun, über eine FEM-Simulation ein Verfahren zu entwickeln, um den Sensor über eine Bandlast zu kalibrieren. Zu diesem Zweck wurden Versuche an einem eigens dafür konstruierten Prüfstand durchgeführt und die Messresultate mit den FEM-Simulationen sowie mit einem neu entwickelten analytischen Modell verglichen. Im Verlauf der Arbeit wurde ersichtlich, dass das analytische Modell mit den gemessenen Werten gleich gut übereinstimmte wie die FEM-Resultate, und das bei erheblich geringerer Rechenzeit. Deshalb wurde das analytische Modell weiter den gestellten Anforderungen angepasst. So konnte am Schluss mit einem Minimalaufwand von einer einzigen Punktmessung der Piezosensor kalibriert werden.

Diplomand(en):

Kristian Murkovic, Ivo Spirig

Dozent(en):

Prof. Dr. Josef Althaus, Prof. Dr. Maximilian Stöck

Partner:

Kistler, Winterthur

Bei der Kaltumformung in der Grossserienfertigung wird aus dem Rohmaterial in mehreren Arbeitsgängen das fertige Werkstück in einer Presse mit Hilfe von hochfesten Werkzeugen zerspanungslos hergestellt. Eine wesentliche Grundlage für eine ökonomische Fertigung bildet dabei eine hohe Werkzeug-Standzeit, da dies zu geringen Werkzeugkosten und Maschinenliegezeiten führt. Ziel der Bachelor-Arbeit war es, allgemein gültige Berechnungsregeln für die Optimierung der Werkzeug-Standzeit aufzustellen. Das Werkzeug befindet sich in einem Pressverband, einer sogenannten Werkzeugarmierung, die sich zwar durch FEMBerechnung mit hohem Aufwand relativ genau berechnen lässt, für eine Optimierung ist dieser Weg aufgrund der hohen Rechenzeiten jedoch ungeeignet. Daher wurde eine analytische Näherungslösung entwickelt und in einem Excel-Programm umgesetzt. Damit lässt sich ein Maximum an Druckvorspannung für das Werkzeug bei optimaler Ausnützung der Festigkeitseigenschaften der Werkzeugarmierung in wenigen Sekunden berechnen. An drei ausgesuchten Armierungsverbänden wurde das Verfahren erfolgreich getestet.

Diplomand(en):

Michael Mitteregger, Markus Steinhauser

Dozent(en):

Prof. Dr. Josef Althaus, Prof. Roland Egli

Partner:

SFS Intec AG, Presswerk, Heerbrugg

Die Eigenschaften von Elektrofahrzeuge sind in den meisten Punkten mit denen von benzingetriebenen Fahrzeugen ebenbürtig oder überlegen. Der wesentliche Nachteil der Elektrofahrzeuge ist die begrenzte Reichweite. Mit einem Range-Extender kann dieser Nachteil behoben werden. Ein einzylindriger Verbrennungsmotor treibt einen Generator mit einer Leistung von 20 kW an. Unterschreitet die Batterie des Elektrofahrzeuges einen bestimmten Ladezustand, so wird der Range-Extender zugeschaltet. Er lädt die Batterie nach. Der Verbrennungsmotor wird bei maximalem Wirkungsgrad betrieben. Mit einem Benzinverbrauch von ca. 2 Liter je 100 Kilometer können Reichweiten von mehreren 100 Kilometern erreicht werden. In dieser Abschlussarbeit wurde aus einem vorhandenen Verbrennungsmotor und Komponenten eines Generators ein kompakter Range-Extender entwickelt. Dabei waren Konzepte zur Steuerung, zur Kühlung und zum schwingungsarmen Aufbau auszuarbeiten. Wirtschaftliche Fertigungsmethoden für grössere Stückzahlen waren zu berücksichtigen. Das Konzept wurde durch Simulation optimiert und erfolgreich realisiert.

Diplomand(en):

Marc Baumgartner, Manuel Zoller

Dozent(en):

Prof. Dr. Maximilian Stöck, Prof. Dr. Josef Althaus

Partner:

BRUSA Elektronik AG, Sennwald

Die Embedded Ultrasonic Structural Radar Technik ist ein Forschungsansatz für die Überwachung von Verbundwerkstoffen wie Glas- und Karbonfaser. Bei dieser Technik wird an einem Ort eine Schwingung ins Material eingebracht und an mehreren anderen Orten die Reaktion gemessen. So lässt sich bestimmen, ob und wo eine Schädigung vorhanden ist. Ziel dieser Bachelor-Arbeit ist, der Empa ein Sensor-Netzwerk für den Betrieb von piezoelektrischen Elementen für weitere Forschungsarbeiten zu liefern. Das entwickelte System besteht aus einer intuitiv zu bedienenden PC-Software, welche drahtlos mit den nur 69 x 33.5 x 14 mm grossen Aktor-Sensor-Knoten kommuniziert. Jeder dieser Knoten kann sowohl stimulieren als auch messen. Sie agieren durch den integrierten Akku absolut autonom. Stimuliert wird mit bis zu 60 Vpp, gemessen im Bereich 0.5 – 100 mV. Der Frequenzbereich umfasst 30 – 300 kHz. Das Ergebnis ist ein Beitrag zu einem vielbeachteten Forschungsgebiet, welches durch viele kleine Fortschritte wie diesem den Weg in eine breite Anwendung finden wird.

Diplomand(en):

Philipp Brühwiler, Julian Specker

Dozent(en):

Prof. Dr. Andreas Heinzelmann, Prof. Dr. Josef Althaus

Partner:

EMPA, Dübendorf

Die Untersuchung der verschiedenen Schneekristalle, des Schneedeckenaufbaus und der Wechselwirkung der Schneeoberfläche mit Belägen von Schneesportgeräten liefern eine wichtige Basis für die Weiterentwicklung des Wintersports. Die Oberflächenhärte des Schnees gilt als wichtige Einflussgrösse beim Gleiten und Haften auf Schnee, aber auch für die Weiterentwicklung der verschiedenen Techniken in verschiedenen Schneesportarten. Im Rahmen der Bachelor-Arbeit wurde für die Rennsportgruppe des Schnee- und Lawinenforschungsinstituts (SLF) in Davos ein portables Handgerät entwickelt und realisiert, das die Oberflächenhärte mittels Eindringen einer Messspitze in den Schnee misst. Die Oberflächentemperaturmessung erfolgt berührungslos durch ein Pyrometer. Der Messablauf wird mittels einer Taste ausgelöst und erfolgt dann vollautomatisch. Die Messdaten und die GPS Daten werden auf einer SD-Karte abgespeichert und anschliessend mittels einer Matlab-Software auf dem PC ausgewertet. Ein Display am Handgerät zeigt dem Benutzer relevante Werte der aktuellen Messung an. Das Messgerät liefert im realen Einsatz zuverlässige Ergebnisse.

Diplomand(en):

Rolf Brazerol, Thomas Grüninger

Dozent(en):

Prof. Dr. Maximilian Stöck, Prof. Dr. Urs Graf

Partner:

SLF, Davos

Moderne Espressomaschinen (Kapselmaschinen, Espressovollautomaten) oder Maschinen zur Teebereitung sind mit einem leistungsstarken Heizelement zur Warmwasserbereitung ausgestattet. Dabei werden die Anforderungen an die Genauigkeit der Temperaturregelung immer höher. Gleichzeitig steigt aber der Kostendruck auf die verkauften Geräte wegen der stetig anspruchsvoller werdenden Konkurrenzsituation. Dies impliziert, dass reduzierte Sensorqualitäten durch intelligenter werdende Regelalgorithmen kompensiert werden müssen. Im Rahmen dieser Bachelor-Arbeit wurde die Temperaturregelstrecke detailliert modelliert; dieses Modell wurde durch Messungen mit der Realität verifiziert. Basierend auf diesem Modell wurde ein neuer Thermoblock entworfen, der eine geringere Baugrösse aufweist und zur besseren Regelbarkeit der Temperatur mit zwei Heizwendeln ausgestattet sein wird. Zur Temperaturregelung wurden verschiedene Regelalgorithmen zunächst durch Simulationen getestet und dann mit Hilfe bereits vorhandener Kaffeemaschinen erprobt. Dabei kamen sowohl konventionelle Regelverfahren als auch ein modellbasierter prädiktiver Regler zum Einsatz.

Diplomand(en):

Markus Zihlmann

Dozent(en):

Prof. Dr. Rainer Pickhardt, Prof. Roger Rusterholz

Partner:

Helbling Technik, Wil

Verbrechen werden häufig aufgrund der Notizen eines Täters aufgeklärt. Schreiben auf einem Papierblock hinterlässt Spuren auf den darunter liegenden Seiten. In der Kriminaltechnik arbeitet man mit einem ESDA (Electro Static Detection Apparatus), welcher Druckspuren mithilfe von Druckertoner visualisiert. Der freigesetzte Toner birgt gesundheitliche Risiken. Um eine alternative Lösung zu finden, erforschten wir weshalb Druckspuren im ESDAProzess sichtbar werden. Die Erkenntnis war: Durch das Beschreiben eines Papiers wird Füllstoff auf die unten liegenden Seiten übertragen. Deshalb verändern sich die dielektrischen Eigenschaften auf der Oberfläche. Mit einer Verstärkerschaltung, die Ströme bis 50 pA auflöst, wurde diese Änderung gemessen. Druckspuren wurden detektiert und damit ein Beitrag zur Überführung Krimineller geleistet.

Diplomand(en):

Gianni Notari, Claudio Zanetti

Dozent(en):

Prof. Dr. Martin Weisenhorn, Prof. Dr. Andreas Ettemeyer

Partner:

Projectina AG, Heerbrugg

Für die Druckerhöhung von Gasen bei kleinen Volumenströmen werden erfolgreich Kolbenverdichter eingesetzt. Durch ihre oszillierende Arbeitsweise entstehen jedoch Schwingungen und Pulsationen, die für Kompressor und Verrohrung schädlich sein können. Aufgrund von steigenden Anforderungen an den Kompressor sind vermehrt Kühlerbrüche aufgetreten. Ziel der Arbeit war es, die Ursache und Abstellmassnahmen hierfür zu finden. Über Messungen von Druckpulsationen, Schwingungen und mechanischen Spannungen wurde versucht, den Problemen auf die Spur zu kommen. Die Versuche wurden mit Luft und mit SF6-Gas durchgeführt, um den Einfluss des Mediums zu erfassen. Ferner wurde der Einfluss von speziellen Pulsationsdämpfern getestet. Parallel dazu erfolgten analytische Berechnungen sowie FEMAnalysen um mögliche Ursachen zu bestätigen bzw. auszuschliessen. Letztendlich konnte aus den Messungen und Berechnungen abgeleitet werden, dass eine Frequenzkomponente aus den Druckschwankungen mit einer Rohreigenfrequenz übereinstimmte. Dieser Resonanzfall und damit die Schäden konnte daraufhin durch eine verbesserte Befestigung der Verrohrung vermieden werden.

Diplomand(en):

Bruno Garcia

Dozent(en):

Prof. Dr. Josef Althaus, Prof. Günter Nagel

Partner:

HAUG Kompressoren, St. Gallen

In dieser Bachelor-Arbeit wurde aufgezeigt, dass rund 60% der thermischen Leistung zurück gewonnen und in den Trocknungsprozess wieder eingeführt werden können. Dies ergibt bei einer Produktionsleistung von 2500 kg Trockenteigwaren/h eine Einsparung von etwa 300 kW, was heute einer Jahreseinsparung von rund 150’000 CHF entspricht. Auch die CO2-Emissionen werden jährlich um rund 440 t gesenkt. Des Weiteren wurde ein komplettes Regelungskonzept für alle Situationen wie Formatwechsel, Produktionsunterbruch, Start und Beendigung der Produktion, entwickelt, welches in einem Flussdiagramm zusammengefasst wurde. Ein dritter Teil dieser Bachelor-Arbeit bestand darin, alle unerwünschten technologischen Gegebenheiten wie Produktverklebung, Bruch- und Rissbildung aufzulisten und mindestens eine Abhilfe dazu zu definieren.

Diplomand(en):

Lukas Ptak

Dozent(en):

Prof. Josef Graf, Prof. Dr. Stefan Bertsch

Partner:

Bühler AG, Uzwil