In dieser Bachelorarbeit wurde die Machbarkeit einer berührungslosen empera-turmessung von Pfannenböden mittels Infrarotstrahlung nachgewiesen. Aus Sicher-heitsgründen darf die Pfan-nentemperatur 350 °C nicht überschreiten. In aktuellen Induktionskochfeldern wird die Pfannentemperatur mit einem  PT1000-Sensor überwacht. Die dabei auftretende Temperaturlaufzeit bewirkt u.U. einen zu tiefen Messwert. Um diesen Effekt zu begrenzen wird die Heizleistung während des Aufheizens limitiert. Die Messung der Pfannentemperatur mittels Infrarotstrahlung ergäbe die momentane Temperatur. Folglich wäre ein schnelleres Aufheizen möglich. Die Intensität der emittierten Infrarotstrahlung hängt neben der Temperatur auch vom Material der Pfanne (Emissionsgrade von 0.05 bis 0.95) ab. Um letztere Abhängigkeit zu eliminieren, wurde ein Quotientenpyrometer realisiert. Mit dem entwickelten Quotientenpyrometer konnte die Pfannentemperatur im Bereich von 200 bis 380 °C mit einer Genauigkeit von ±36 °C bestimmt werden. Würde das Verfahren weiter verfeinert, so könnte der Messbereich bei gleicher Messgenauigkeit nach unten erweitert werden.

Studierende(r):
Jonas Bürki, Yves Senn

Dozent(en): 
Dr. Martin Weisenhorn
Prof. Dr. Karl Höfler

Partner: 
Solve GmbH

In dieser Diplomarbeit wurde ein Schwingungstilger für einen Meisselhammer der Hilti AG entwickelt, aufgebaut und getestet. Die Idee beruht auf einem nichtlinearen Feder-Masse-Schwinger, der die Fähigkeit besitzt, nicht nur die erste harmonische Frequenz des Anregungssignals zu minimieren, sondern auch Frequenzen höherer Ordnung. Bei dem zugrunde liegenden Konzept wird die Tilgermasse von jeweils einer weichen und einer harten Feder geführt, je nachdem, in welche Richtung die Masse schwingt. Bei optimaler Auslegung entsteht dadurch eine Kraft auf den Meisselhammer, die der Anregung durch  das Hämmern relativ genau entgegenwirkt. Dieser biharmonische Tilger besitzt trotz seiner Nichtlinearität die wichtige Eigenschaft eines linear-harmonischen Tilgers, dass nämlich die Resonanzfrequenz des Tilgers anregungsunabhängig ist und der Frequenzgang dadurch keine Unstetigkeit besitzt. Das  Lösungskonzept wurde bereits von der Firma Hilti AG mittels eines internen Entwicklungsauftrages aufgegriffen. Im Weiteren wurde für die Idee des biharmonischen-Tilgers ein Patent angemeldet.

Studierende(r):
Fabian Martin, Adrian Scherrer

Dozent(en): 
Prof. Dr. Josef Althaus
Prof. Dr. Maximilian Stöck

Partner: 
Hilti AG, Schaan

Bauwerk Parkett AG produziert und entwickelt seit mehr als 60 Jahren Massiv- und Zwei-Schicht-Parkett. Um die Marktführung in diesem Industriezweig zu behalten, ist Bauwerk bestrebt, jederzeit auf dem aktuellen Stand der Technik zu sein. Sei es im Entwickeln neuer komplett  automatisierter Anlagen wie auch in der vorbeugenden Instandhaltung.
Im Rahmen dieser Bachelorarbeit wurde ein Lösungskonzept erstellt, das die sieben Gattersägen der Bauwerk Parkett AG automatisch und kostenoptimal mit gehobelten Holzbrettern beschickt. Die für die Bestellung notwendigen Zeichnungen und Unterlagen wurden vorbereitet. Aufgrund der Erkenntnisse dieser Arbeit wurde der Bauwerk Parkett AG eine praxisnahe, optimale Lösung präsentiert. Alle prozess- sowie sicherheitstechnischen Details wurden ausführlich ausgearbeitet und der Firma präsentiert. Mittels eines Prototyps wurde in Vorversuchen der praxisnahe Lösungsansatz dieser Arbeit gefestigt und bestätigt. Die Beschickung von jeweils zwei Gattersägen erfolgt nun in gesicherten Roboterzellen. Die Installation der ersten Roboterzelle wird voraussichtlich im 2011 realisiert.

Studierende(r):
Christoph Baumgartner

Dozent(en): 
Prof. Günter Nagel
Prof. Josef Graf

Partner: 
Bauwerk Parkett AG, St. Margrethen

Die Firma Liebherr MCCtec mit dem Werk Nenzing ist einer der führenden Hersteller u.a. von Schiffs- und Bohrinselkranen. Aufgrund der Marktanforderungen wurde die Entwicklung eines neuen Krantyps mit Gelenkausleger, ein sog. „Knuckle-Boom“-Kran notwendig. Das Ziel der vorliegenden Bachelor-Arbeit war die Erstellung eines Berechnungsprogramms, mit dessen Hilfe der Projektingenieur sowohl Auslegung als auch Nachrechnung eines solchen Krans durchführen kann. Es werden die inneren Kräfte und Momente sowie Bewegungen z.B. in Gelenkpunkten, Lagern, Seilen etc. bestimmt. Damit lässt sich die Festigkeit der Einzelkomponenten in Abhängigkeit der äußeren Einwirkungen auf das Kransystem berechnen.
Diese werden u.a. durch die kundenspezifischen Traglastforderungen bei verschiedenen Lastradien (Ausladungen) in Kombination mit unterschiedlichen Kranbauvorschriften vorgegeben. Das mit Excel Visual Basic realisierte Berechnungsprogramm ermöglicht eine standardisierte und zielgenauere Berechnung des neuen Krantyps und damit eine sehr schnelle Antwort auf die Kundenanfragen.

Studierende(r):
Andrea Kaufmann

Dozent(en): 
Prof. Dr. Josef Althaus
Prof. Roland Egli

Partner: 
Liebherr Werk Nenzing

Für Eurobot 2010 wurde ein autonom arbeitender Roboter entwickelt. Gesteuert wird das 21 Kilogramm schwere System von einer vierteiligen, dezentralen Elektronik und Informatik. Ein Kamerapositionierungssystem analysiert anhand von farbcodierten Leuchttürmen die Positionen von Roboter und Gegner. Ein Kalman-Filter schätzt aus den Informationen von Odometrie und Kamerasystem die aktuelle Roboterposition auf ±2 cm genau. Das entwickelte Motorboard regelt mit einem ARM9-Mikrocontroller und einem FPGA zwölf Motoren und stellt zusätzlich acht Anschlüsse für Servos zur Verfügung. Ein Laserscanner erkennt zehnmal pro Sekunde alle vorhandenen Spielobjekte. Die Objektpositionen lassen sich auf ±1.5 cm genau ermitteln. Die Komponenten kommunizieren über ein differenzielles SPI und leiten ihre
Informationen an das Mainboard weiter.
Die Hauptsteuerungssoftware bestimmt permanent den Spielverlauf. Mit einem Kraftfeldalgorithmus können Hindernisse dynamisch umfahren werden. Eine kaskadierte Regelstruktur kontrolliert das Fahrverhalten des Roboters und sorgt für maximale Bewegungsfreiheit – auch bei Fahrgeschwindigkeiten von 1 m / s.

Studierende(r):
Reto Benz, Stefan Erni,
Pascal Loher, Moritz 
Mullis, Linus Riedi, 
Michael Singer

Dozent(en): 
Prof. Einar Nielsen
Prof. Dr. Urs Graf 
Prof. Dr. Kurt Schenk

Partner: 
NTB, Buchs

Die steigende Variantenvielfalt in der Automobilindustrie fordert flexible Montagemaschinen, die schnell an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden können. Das Ziel dieser Arbeit liegt darin, eine Handarbeitspresse mit einer elektrisch angetriebenen Servoachse zu konzipieren, konstruieren und aufzubauen. Die Servoachse wird dabei als eigenständiges Fügemodul entwickelt, welches auch für vollautomatische Anlagen verwendet werden kann. Die Herausforderung besteht darin, die Anforderungen bezüglich hoher Presskräfte von 20kN und Verfahrgeschwindigkeiten von >0.5 m/s für den Produktionseinsatz zu realisieren. Alle im Kraftfluss befindlichen Teile sind dabei durch eine konstruktionsbegleitende FEM-Berechnung analysiert und optimiert worden. Weiters sind Berechnungsvorlagen für die im Antriebsstrang befindliche Komponenten erstellt worden. Das Fügemodul und der Handarbeitsplatz selber sind nach den derzeitigen Bestimmungen bezüglich der Sicherheitstechnik geplant und realisiert worden.

Studierende(r):
Bertram Hartmann

Dozent(en): 
Prof. Dr. Josef Althaus 
Prof. Roland Egli

Partner: 
Presta, Eschen

Ein fest verankertes Slalombojenfeld darf in schweizerischen Gewässern nicht installiert werden. Deshalb wurde eine Machbarkeitsstudie gemacht, ob und mit welchem Aufwand ein Feld von intelligenten Slalombojen realisiert werden kann. Dabei müssen sich die 8 Bojen selbstständig in exakten Abständen positionieren und diese für die Einsatzdauer von 2 bis 3 Stunden einhalten. Die Kernfrage der Studie war die Distanzmessung zur Positionierung der Bojen. Dies wurde mittels GPS realisiert - ergänzt durch eine Real Time Kinematic Auswertung. Dabei konnte die Distanz zwischen einem fest installierten und einem beweglichen GPS-Empfänger im Zentimeterbereich bestimmt werden.
Der bewegliche Empfänger durfte sich dabei mit Geschwindigkeiten bis über 60 km/h bewegen. Dies ist relevant für das Control Panel, welches sich auf dem Zugboot befindet, dem Bootsführer die Abweichung zur idealen Fahrspur angibt und den Status des Bojenfeldes anzeigt. Zudem wurde ein mechanisches Grundkonzept einer Boje entworfen um deren Machbarkeit ebenfalls
zu belegen.

Studierende(r):
Roman Hättenschwiler   
Benjamin Mueller

Dozent(en): 
Prof. Dr. Andreas  Heinzelmann 
Prof. Dr. Andreas Zogg

Partner: 
D. Jenny, Jona

Die Arbeit befasst sich mit der Entwicklung eines Miniaturkochers. Ziel war es, in einer Machbarkeitsstudie die klassischen Induktionskocher, welche aus einer grossen Spule und einer Elektronik bestehen, durch eine kleine Spule mit der dazugehörenden Elektronik zu ersetzen. Durch die kleinen Dimensionen sind kleine Kochanwendungen möglich. Für die Realisierung der Induktionsspule ist eine Ringspule mit einem Ferritkern eingesetzt. In den Miniaturkocher mit den Dimensionen 6 x 6 cm sind ein Leistungsteil, eine Steuerungs- und Regelungselektronik sowie eine Kommunikationsschnittstelle realisiert. Der entwickelte Prototyp zeigt, dass die Miniaturisierung der Elektronik und der
Spule für den Einsatz als Miniaturkocher geeignet ist. Dies bringt den Vorteil, dass kleine Kochanwendungen realisiert werden können. Ebenso ist der Kleinkocher individuell ansprechbar und ermöglicht eine enorme Energieein-
sparung.

Studierende(r):
Philipe Just, Mischa Reichard

Dozent(en): 
Prof. Dr. Andreas Heinzelmann
Prof. Dr. Kurt Schenk

Partner: 
anonym

Die Netzwerke der grossen Telekommunikationsanbieter werden immer grösser, schneller und komplexer. Um Knotenpunkte dieser Netze möglichst einfach zugänglich zu machen, werden im Aussenbereich Kabelschächte verwendet. Diese werden durch Schachtdeckel abgedeckt. Diese sollen in Zukunft intelligent und interaktiv werden. So können Schächte und deren Abdeckungen zum Beispiel für Werbung oder als Informationsplattformen genutzt werden.
Im Rahmen der Bachelorarbeit erfolgte eine Marktabklärung zur Erfassung des Kundennutzens. Lösungen zur Rutschsicherheit auf den Displays, zur Kühlung der Elektronik, zur interaktiven Bedienung und zur Erfüllung der hohen Anforderungen an die Statik und Dichtigkeit wurden erarbeitet. Ein modulares Konzept aus mehreren Bildschirmen erlaubt ein grossflächiges Display.
Ein Funktionsmuster wurde aufgebaut und getestet. Diese Erkenntnisse fliessen in eine Serienentwicklung ein und dienen als Basis für weitere intelligente Applikationen in Schachtabdeckungen.

Studierende(r):
Angelo Graber

Dozent(en): 
Prof. Dr. Maximilian Stöck
Prof. Dr. Josef Althaus

Partner: 
BETOX AG, Uttwil TG

Die Befestigungsqualität von Dübeln für hohe Lasten hängt unter anderen Faktoren davon ab, wie rechtwinklig das Bohrloch zur Oberfläche liegt und wie tief dieses ist. Das Augenmass des Bedieners ist unzuverlässig und die bestehenden Hilfsvorrichtungen sind umständlich zu bedienen. Deshalb soll ein neues Messprinzip das korrekte Bohren für den Anwender erleichtern. Eine umfangreiche Lösungssuche führte zu einem Lösungskonzept auf der Basis eines Laserdistanzmessgerätes. Mit diesem wird neben dem Bohrer die Oberfläche des Betons kreisförmig abgetastet. Aus den gemessenen Distanzen werden die Bohrtiefe und die Rechtwinkligkeit berechnet.
Für den Funktionsnachweis wurde ein Laserdistanzmessgerät umgebaut. Die erarbeitete Messstrategie und die entwickelten Algorithmen liefern ein robustes Messverfahren, welches den rauen Bedingungen auf dem Bau gerecht wird.
Im Gegensatz zu den bisher bekannten Lösungen können mit einem einzigen Gerät die Rechtwinkligkeit und die Bohrlochtiefe gleichzeitig und anwenderfreundlich bestimmt werden.

Studierende(r):
Adrian Eschenmoser 
Daniel Hoch

Dozent(en): 
Prof. Dr. Maximilian Stöck 
Prof. Dr. Andreas Ettemeyer

Partner: 
Hilti AG, Schaan

Der unbestrittene Wunsch nach mehr Lebensqualität in unseren Städten und Dörfern ist eng verknüpft mit grösserer Verkehrssicherheit. Diese Bedürfnisse sind mit dem Drang nach Mobilität vereinbar, wenn die Chancen der Mobilität genutzt und deren Risiken gleichzeitig minimiert werden. Genau auf diesem Leitmotiv baut diese Bachelorarbeit auf. Basierend auf dem 3D-Kameramodul IMS-100 unseres Industriepartners CEDES wurde ein optisches Geschwindigkeitsradar entwickelt, welches zur Verkehrsberuhigung in Tempo-30-Zonen eingesetzt werden kann. Das Gerät sendet moduliertes Infrarotlicht aus und berechnet aus dem reflektierten Licht ein 3D-Bild der Umgebung. Durch die Ableitung der Distanz über die Zeit wird die Geschwindigkeit eines Objektes berechnet. Durch einen ausgeklügelten Softwarealgorithmus können  Verkehrsteilnehmer auf dem Kamerabild verfolgt werden, um deren Geschwindigkeit zu ermitteln. In Tests hat sich gezeigt, dass der mittlere Geschwindigkeitsfehler bis 40 km/h nur bei ±1 km/h liegt.

Studierende(r):
Philipp Bruhin, Michael Furxer

Dozent(en): 
Laszlo Arato
Prof. Dr. Kurt Schenk

Partner: 
CEDES AG, Landquart

In der Kriminaltechnik werden Druckspuren oft mit dem ESDA (Electro Static Detection Apparatus) sichtbar gemacht. Dieser Apparat ermöglicht es, mit Hochspannung und dem Aufbringen von Toner, Schriftspuren auf einem Papierblock nachzuweisen. Diese Spuren enstehen durch das Aufdrücken des Stifts beim Schreiben und können auch mehrere Blätter unter dem beschriebenen Blatt noch nachgewiesen werden. Die verwendete Hochspannung und der Toner stellen ein erhebliches Gesundheitsrisiko dar. Um dieses Risiko zu minimieren, wurde das in der letztjährigen Bachelorarbeit (C. Zanetti G. Notari - Unsichtbare Druckspuren auf Papier) vorgeschlagene tonerlose Verfahren zur Erkennung solcher Druckspuren untersucht und neue, verbesserte Verfahren entwickelt. Mit einem ersten entwickelten Prototypen konnten Druckspuren bis in eine Tiefe von 4 Blättern unter dem Original erkannt werden.

Studierende(r):
Lukas Felder, Christian Vogt

Dozent(en): 
Dr. Martin Weisenhorn 
Prof. Vincenzo Parisi

Partner: 
PROJECTINA AG, Heerbrugg

Das Ziel der Arbeit war die Entwicklung einer Auf- und Abwicklung von Papierrollen für einen neuartigen Etikettendrucker. Das System sollte Bahngeschwindigkeiten von bis zu 30 m/min sowie Rollengewichte von 25 kg bewältigen und zudem preiswerter sein als bisherige Geräte. Mittels Nutzwertanalysen und einer mathematischen Modellbildung wurden die geeignetsten Lösungsideen ermittelt. Es wurden zwei nahezu identische Einheiten konstruiert und gefertigt, die vor und hinter dem Drucker platziert werden. Sie bestehen jeweils aus einer beidseitigen Rollenlagerung und einer Antriebseinheit, welche für das Einlegen der Rolle aufgeklappt werden können. Die Papierbahn wird um einen drehbaren Tänzerhebel geführt. Über die Position des Tänzers kann die Bahnspannung kontrolliert werden. Dazu wurde eine kontinuierliche Regelung des Tänzerwinkels entworfen.
Zusammen mit einer Antriebssteuerung und Sicherheitsfunktionen wurde diese als elektronische Schaltung auf einem Print realisiert. Die Funktion des Systems konnte in mehreren Testläufen mit verschiedenen Geschwindigkeiten und Rollengrössen erfolgreich überprüft und verbessert werden.

Studierende(r):
Yannick Eichenberger, Bjoern Frommhold, Peter Sager

Dozent(en): 
Prof. Josef Graf
Prof. Günter Nagel

Partner: 
GS+S Gallus Partner GmbH,  Rorschach