Absolventenbuch 2008

2008Bachelor-AbschlussarbeitenTravaux de fin d’études de bachelor

Berner FachhochschuleHaute école spécialisée bernoiseTechnik und InformatikTechnique et informatique

Book_08_couverture2.indd 1 07.07.2008 11:34:48

Mit Leidenschaft zum Erfolg:Karriere bei Bystronic

Bystronic ist ein führender Partner der Industrie mit modernsten Lösungen für die Blechbearbeitung. Mit Produktionsstandorten in der Schweiz, Deutschland und China sowie Vertriebs- und Servicenieder- lassungen rund um den Globus bietet Bystronic Ihnen eine Vielzahl an Möglichkeiten, um mit Ihren Karrierewünschen schnell ins Ziel zu kommen.

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Berner Fachhochschule - Technik und Informatik Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatiquehttp://www.ti.bfh.ch

Bachelor – ein europäisches Diplom

Dieses Jahr schrieben unsere Studentinnen und Studenten zum ersten Mal eine BachelorArbeit und erhielten sogenannte Bachelor Diplome. Ist das Alter Wein in neuen Schläuchen? Nein, denn die Bolognareform ist mehr. Die Erklärung von Bologna, die Vereinbarung von 29 europäischen Staaten aus dem Jahre 1999, strebt die Schaffung eines einheitlichen europäischen Hochschulraumes mit vereinfachter Mobilität für Studierende und international vergleichbaren Abschlüssen an.

Unsere fünf sorgfältig konzipierten Bachelorstudiengänge sind konsequent auf die BolognaKriterien ausgerichtet. So konnten wir diesen Frühling als erste technische Schweizer Fachhochschule unsere fünf Bachelor studiengänge (Automobiltechnik, Elektrotechnik, Informatik, Maschinentechnik und Mikrotechnik) von der deutschen Akkreditierungsgesellschaft ASIIN http://www.asiin.de erfolgreich akkreditieren lassen. Damit sind wir dem Ziel, Teil eines einheitlichen europäischen Hochschulraumes zu sein, ein grosses Stück näher gerückt.In diesem Buch stellen wir Ihnen nun die faszinierenden Abschlussarbeiten der Berner Fachhochschule – Technik und Informatik des Jahres 2008 – in kompakter Form vor.Lassen Sie sich von diesen Ideen und Prototypen begeistern. Ich hoffe, dass der Funke der Faszination für Technik und Informatik beim Durchblättern der Broschüre auf möglichst viele junge Leute überspringt und motivieren wird, ein technisches Studium zu ergreifen. Ein Ingenieur oder Informatikstudium führt mit Sicherheit zu interessanten und spannenden Berufsfeldern und eröffnet grosse Chancen zu einer erfolgreichen Karriere.

Dr. Lukas Rohr

Le Bachelor – un diplôme européen

Cette année, nos étudiantes effectuent pour la première fois une thèse de Bachelor et obtiennent le diplôme de Bachelor. Veuton faire du neuf avec du vieux? Non, la réforme de Bologna est bien plus. La Déclaration de Bologna, cet accord signé en 1999 par 29 États européens, aspire à la création d’un Espace européen des formations supérieures qui facilite la mobilité pour les étudiants et offre des diplômes comparables.Nos cinq filières de Bachelor sont organisées avec soin et de manière conséquente selon les critères de Bologna. C’est pourquoi, ce printemps, nous avons été la première Haute école spécialisée de Suisse à obtenir, pour ses cinq filières de Bachelor (Technique automobile, Électricité, Informatique, Mécanique et Microtechnique), la certification de l’Association d’accréditation allemande, ASIIN http://www.asiin.de. Ainsi, nous avons accompli un pas de géant vers ce but convoité qui est de devenir une composante de l’Espace européen des formations supérieures.Dans ce Book, nous vous présentons les fascinantes thèses de Bachelor de la Haute école spécialisée bernoise – Technique et Informatique de l’année 2008, sous une forme compacte. Les idées et les prototypes qui s’y trouvent vont vous enthousiasmer.

J’espère qu’en feuilletant ce Book, l’étincelle de la technique enflammera un grand nombre de jeunes femmes et hommes et que cela les motivera à entreprendre une formation technique. Des études en ingénierie ou en informatique garantissent, en effet, l’accès à des champs professionnels intéressants et passionnants et ouvrent la voie royale à une carrière pleine de succès.

Août 2008Dr Lukas RohrDirecteur HESBTI

Im August 2008Dr. Lukas RohrDirektor BFHTI

1Berner Fachhochschule - Technik und Informatik Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatiquehttp://www.ti.bfh.ch

Traduction réalisée par Gabriella Scorrano

Dr Lukas Rohr


Konzept, Projektleitung und Layout :Concept, direction du projet et réalisation :

Sponsoring und Inserate / Sponsoring et annonces :

Berner Fachhochschule - Technik und InformatikHaute école spécialisée bernoise - Technique et informatique

Infoline : E-Mail :Homepage :

Bachelor-Abschlussarbeiten 2008

Travaux de fin d'études de Bachelor 2008

Ein herzliches Dankeschön geht an unsere Inserenten :Un chaleureux remerciement à nos annonceurs :

giampaolo.possagno [at] bfh.ch

rene.rohrbach [at] bfh.ch

Direktor BFH-TI / Directeur HESB-TI :

Fachbereichsleiter / Doyens de sections :

0848 48 49 50office [at] bfh.chwww.ti.bfh.ch

lukas.rohr [at] bfh.ch

jeanpaul.dubois [at] bfh.chbernhard.gerster [at] bfh.chfritz.guedel [at] bfh.chalfred.kaufmann [at] bfh.chheinrich.schwarzenbach [at] bfh.chpeter.walther [at] bfh.ch

IVMEFF

Bystronic Laser AG, 3362 Niederoenz Cover 2 www.bystronic.chRUAG Electronics, 3000 Bern Cover 3 www.ruag.comBWK FMB Energie AG, 3000 Bern Cover 4 www.bkwfmb.ch

Selectron Systems AG, 3250 Lyss 63 www.selectron.chSputnik Engineering AG, 2502 BielBienne 73 www.solarmax.chEnergie Wasser Bern, 3001 Bern 81 www.ewb.chElca Informatik AG, 3011 Bern 95 www.elca.chWistar Informatik AG, 3018 BernBümpliz 121 www.wistar.chEnDes Engineering Partner AG, 4703 Kestenholz 149 www.endes.chALSTOM (Schweiz) AG, 5401 Baden 163 www.alstom.comCM Cendres+Métaux SA, 2501 BielBienne 175 www.cmsa.chHyTech AG, 2555 Brügg 185 www.hytech.chYpsomed AG, 3401 Burgdorf 205 www.ypsomed.com

SeitePage

Berner Fachhochschule - Technik und Informatik Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatiquehttp://www.ti.bfh.ch2


Inhalt Seite Liste der Absolventinnen und Absolventen (Reihenfolge nach Fachbereich) 4Automobiltechnik 14Elektro und Kommunikationstechnik 42Informatik 88Maschinentechnik 138Mikrotechnik 170

Die Absolventinnen und Absolventen sind je Fachbereich in alphabetischer Reihenfolge aufgeführt. Bei Teams bestimmt die alphabetische Position des ersten Teammitglieds die Einordnung im Absolventenbuch.

Table des matières pages Liste des diplômées et des diplômés par section 4Technique automobile 14Électricité et systèmes de communication 42Informatique 88Mécanique 138Microtechnique et génie médical 170

Les diplômées et les diplômés sont présentés dans l'ordre alphabétique par section. Lorsqu'il s'agit d'un team, c'est le nom de la personne dont la première lettre est le plus près du début de l'alphabet qui détermine la position du team dans la brochure.

BeispielExemple

Titel der Arbeit / Titre du projet

Fach Branche / Professor Professeur / in Zusammenarbeit mit … en collaboration avec …

Ort, wo die Arbeit ausgestellt wird.Lieu où le travail est exposé.

BE BI BU VABern BielBienne Burgdorf Vauffelin

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Prénom et nom

Année de naissance

Téléphone

Courriel

Vorname und Name

Geburtsjahr

Telefon

E-Mail


Carpe Diem

xxxxxxxx

Fach / Prof ...............................................Experte .....................................................

Ammann David 14Bezzola Flavio Andrea 15Bühlmann Sascha 16Carrara Davide 17Degen Michel 18Gaudin Ralph 19Giovanoli Lino 20Graf Mark 21Grüter Markus 16Gysler Christian 22Hausammann Isabelle 23Hostettler André 21Iseli Florian 24

Kappeler Mathias 25Käser Vincent 19Keller Patrick 26Keusch Simon Philipp 15Köstli Roman 27Maag Michael 28Malacarne Luigi 29Mantegazzi Dario 30Meckl Gabriel 31Michel Philipp 32Notz Christian 33Oberli Reto 25Oggier Marc 27

Roth David 34Scherrer Edwin 35Schneuwly Roman 36Schuster Christof 18Sörensen Jens 28Stampfli Philipp 37Stillhart Martin Peter 38Stuker Jürg 39Treier Alain 26Tritelli Gianluca 23Wäger Martin 40Wipf André 32Wyss Nico 39

Elektro- und Kommunikationstechnik – Électricité et systèmes de communication

Andenmatten Sven 42Anderegg Michael 43Annaheim Karin 44Arm Kevin 45Arnold Tobias 46Baumberger Christian 47Beck Mathias 48Berger Marc 49Berger Michael 49Blanc François 50Bucher Patric Simon 51Da Cunha Alves Rui Filipe 52Eggimann Gerhard 53Eggimann Simon 54Eggimann Stefan 55Flück Lukas 56Flühmann Andreas 57Frischherz Dominic 56Gantner Manuel 58Germann Lukas 59Germann Markus 45Germann Thomas 60

Grzybek Michael 61Guggiari Sandro 62Habegger Andreas 64Hänni Christoph 65Haslebacher Philipp 66Herrmann Martin 67Heusler Philipp 65Hutter Markus 68Jost Marcel 47Kamber Lukas 48Knuchel Beat 69Kobel Moritz 66Kronig Patrick 46Kunz Simon 53Leiser Moritz 70Lüdi Daniel 71Maurer Niklaus 72Megert Thomas 74Mettler Antoine 75Moser Benjamin 76Mosimann Bruno 67Münger Monika 44

Nef Philipp Cédric 50Neuhaus Florian 54Reimann Alain 77Rufener Marc 78Schenker Oliver 79Schlechten Simon Lukas 64Schüpbach Michael 80Steiner Kaspar 82Stöckli Joachim 61Stucki Philipp 83Summermatter Samuel 84Trittibach Michael 85Tschumi Michael 86Turin Nicolas 52Uhlmann Matthias 57Ulli Philippe 71Wanzenried Severin 82Wüthrich Lukas 51Zaugg Matthias 83Zogg Nicolin 87Zoss Rico 70

Automobiltechnik – Technique automobile

Liste der Absolventinnen und Absolventen (Reihenfolge nach Fachbereich)Liste des diplômées et des diplômés par section



Berner Fachhochschule - Technik und Informatik http://www.ti.bfh.ch Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique 5




Aebischer Jonathan 88Aegerter Janine 89Arganov Sergej 88Arni Rolf 90Aschwanden Steve 91Bettler Stefan 92Beuchat José 93Beyeler Roger 94Blösch Markus 96Bonjour Yves 97Boschung Reto 98Büchi Bendicht Samuel 99Carabotti Mauro 100Chèvre Sonja 101Colella Dimitri 101Collatz Philipp 102Dorigo Mauro 103Egli Stefan 104Fuhrimann Dominic 105Fürst Thomas Walter 89Genola Jasmin 106Grimm Lorenz 107Grossmann Frédéric 108Gruber Mario 88Gugger Stephanie 109Guida Pasquale 110Hauser Severin 111Häusler Silvan 97Hirschi Christian 108Hofstetter Thomas 100

Indic Ivan 112Iseli Andreas 113Jäggli Matthias 114Jakob Roman 109Klemensberger Sergio 115Klemm Dominic 116Kobel Stefan Benjamin 117Kobel Stephan 118Kötter Manuel 119Krebs Urs 120Läderach Michael 122Lawson Mike 109Leuenberger Moritz 123Linder Peter 111Mäder Christoph 122Mahr Matthias 125Marthaler Daniel 126Mauerhofer Ralf 113Molina Pablo 127Moraviec Alexandre 101Möri Nathanael 91Müller Andreas 119Müller Michel 112Muttscheller Alain 104Peng Thierry 128Pfluger Raino 103Pietronigro Marc 127Preibsch Alain 122Psota Samuel 116Raible Stephan 99

Ramseyer Christian 129Rebetez Benoit 102Renfer Sepp Hannes 126Rime Antoine 115Rohr Cyrill 93Romero Daniel 112Rothenbühler Samuel 102Rühl Adrian 130Ryser Vasupree 131Salzgeber Till 132Schenk Kathrin 128Schluep Miriam Marlen 133Schmid Philippe 94Schmid Sandro 114Schmutz Manfred 98Schnyder Lars 107Schöni Sven 105Schwarz Tobias 134Soder Tobias 100Tran Khôi 108Tschanz Thierry 120Tschui Christoph 128von Niederhäusern Peter 104Waehli Michael 135Willi Benedikt 110Winterhalder Roman 118Wittig Heinz Reno 130Wyden Christof 136Wyder Stephan 129Zumbach Cédric 115

Informatik – Informatique




Bärtschi Mathias 138Bätscher Simon 139Bernhard Philipp 140Bläsi Pascal 141Bösiger Reto 142Brechbühl Stefan 143Bürli Fabian 144Cam Peter 145Chuah Siew Keng 146Dietiker Pascal 147Frieden Martin 148

Geiser Roger 150Gyger Florian 151Hagnauer Christof Markus 152Hubacher Samuel 153Josi Ueli 154Jünemann Robert 155Kurmann Sebastian Josef 156Lutz Steve 157Mächler Andreas Beda 154Mai Lukas Michael 158Neuenschwander Christoph 159

Reber Thomas 161Reist Reto 162Röthenmund Christoph 164Schiltknecht Samuel 165Schneiter Philipp 166Schnetz Christine 167Schnyder Matthias 168Schulte Andreas 138Schweizer Marcel 169Stähli Julian 153Steuri Mathias 146

Bachmann Bastian Marc 170Bäni Christoph 171Ben Messaoud Mohamed 172Berchtold Armin 173Bill Oliver 174Bregy Dominik 176Brönnimann Nicole 177Bui TrongPhuc 178Bürkli Patrick 179Crotta Davide 180Dähler Simon Andreas 181Ducommun Thierry 182Giambonini Luca 183Gloor Stefan 184

Grünig Daniel 197Gygax Bernhard 186Held Roman 187Ingold Elio 188Jäger Michael 189Krebs Christian 190Krüsi Lukas 191Léchot Christophe 192Lopes Miguel 193Loser Pascal 194Marbet Regina 195Mayr Johannes 196Mercier Cédric 198Oberhauser Martin 199

Paci Fabio 200Parziale Mario 201Roder Simon 202Rothenbühler Thomas 203Salzmann Jonas 170Schenker Susanne 204Schmid Veit 206Thüring Marc 207Vaucher Nathalie 208Walther Patrick 209Wiedmer Simona Claudia 210Wyss Manuel 211Zumbrunn Marc 212Zurbrügg Manfred 213

Mikro- und Medizintechnik – Microtechnique et génie médical

Maschinentechnik – Mécanique





8 Berner Fachhochschule - Technik und Informatik Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatiquehttp://www.ti.bfh.ch

Lehren – lernen – forschenLehren – Lernen – forschen

Das Departement Technik und Informatik der Berner Fachhochschule (BFHTI) erbringt abgestimmte Leistungen in den Bereichen Aus und Weiterbildung, angewandte Forschung und Entwicklung sowie Transfer von technologischem Wissen.

Drei Ansprüche stehen im Zentrum unseres Wirkens: Die hohe Qualität, um der Wirtschaft qualifizierte Ingenieur/innen und konkurrenzfähige Dienstleistungen an

bieten zu können. Die internationale Ausrichtung, um Studierenden und Dozierenden beste Chancen in der globalisierten Bil

dungs und Wirtschaftswelt zu eröffnen. Ein interdisziplinäres Denken und Handeln, um den hohen Erwartungen an die zunehmend heterogenen

Teams in Industrie und Wissenschaft gerecht zu werden.

Lehren – lernen – forschen

Vollzeit- oder Teil-

zeitstudium von 6

bzw. 8 Semestern.

Beide Abschlüsse

sind gleichwertig und

erfordern 180 ECTS-

Credits. Studienbe-

ginn im September,

mit Ausnahme des

Teilzeitstudiums Infor-

matik in Biel, das im

Februar beginnt.

Das Bachelor-Studium als starke BasisIm Bachelorstudium an unserer Hochschule arbeiten die Studierenden an spannenden Projekten mit. Sie wählen den Studienschwerpunkt und einen Teil der Module individuell. Das bringt Abwechslung, Erfahrungen für die berufliche Praxis und eine hohe Akzeptanz bei den potenziellen Arbeitgebern.

Unsere fünf BachelorStudiengänge: Automobiltechnik mit den zwei Schwerpunkten

Technik/Dienstleistungen und Fahrzeugbau Elektro und Kommunikationstechnik mit den vier

Schwerpunkten Energiesysteme, Mechatronik, Telekommunikation und Technische Informatik

Informatik mit den vier Schwerpunkten Mobile Computing, ITSecurity, Web/BusinessApplications und Computer Perception/Virtual Reality

Maschinentechnik mit den drei Schwerpunkten angewandte Lasertechnologie, Mechatronische Systeme und Werkstofftechnik

Mikrotechnik mit den sechs Schwerpunkten Mechatronik, Medizintechnik, Optik/Photonik, Produktions/Automatisierungstechnik, Robotik und Sensortechnik

Verbindet Wissenschaft und industrielle Praxis: Die Berner Fachhoch-

schule - Technik und Informatik

In Biel werden die Studiengänge zweisprachig angeboten, was eine begehrte und auf dem Arbeitsmarkt gefragte Zusatzqualifikation zur Folge hat.

Im Frühjahr 2008 wurden, erstmals an einer Schweizer Fachhochschule, alle fünf BachelorStudiengänge der BFHTI durch die deutsche Akkreditierungsgesellschaft ASIIN akkreditiert. Die Akkreditierung bestätigt, dass die Qualität von Studienangebot, Ausbildungszielen und Betreuung international anerkannten fachlichen Standards entspricht.

Mehr Informationen unter ti.bfh.ch/bachelor

Das Bachelor-Studium, der sichere Start in eine berufliche Laufbahn

mit hohem Erfolgspotenzial


Lehren – lernen – forschenLehren – Lernen – forschenDas Masterstudium – Sprungbrett der AmbitioniertenDer Master of Science ist der zweite Studienzyklus nach dem BolognaSystem. Unsere Hochschule bietet zwei unterschiedliche Master of ScienceStudiengänge an:

Der von allen Schweizer Fachhochschulen ab September 2008 gemeinsam angebotene Studiengang zum Master of Science in Engineering (MSE) ist auf die Praxis ausgerichtet und findet in den so genannten Master Research Units statt. Diese umfassen einen fachlichen Kompetenzbereich, verfügen über eine ausgezeichnete Infrastruktur und sichern mit ihren Projekten den Bezug zur industriellen Praxis.

Unsere vier Master Research Units: Energie-Verkehr-Mobilität steht für einen effizienten Umgang mit Energie und für eine sichere, nachhaltige

Mobilität. Mobile Informationsgesellschaft verbindet Informatik und (mobile) Informationstechnik zu raffinierten Anwen

dungen für Unternehmen und Privatpersonen. Produktionstechnik schafft mit neuen Verfahren und Fertigungstechniken nachhaltige Werte für Industrie und

Gesellschaft. Technologie am Menschen transferiert moderne Technologien in sinnvolle Anwendungen, die den Menschen

unterstützen und sein Leben erleichtern.

Mehr Informationen unter ti.bfh.ch/master

Der Studiengang zum Master of Science in Biomedical Engineering wird seit 2006 als Kooperation der medizinischen Fakultät der Universität Bern und der BFHTI angeboten. Erstmals in der Schweiz sind Fachhochschulingenieure und ingenieurinnen ohne Vorbedingungen zum Studium an einer Universität zugelassen. Der Studien gang befasst sich mit interdisziplinären Fragestellungen am Schnittpunkt von Medizin und Technik und trägt dem grossen Bedarf der Schweizer MedizintechnikIndustrie nach gut ausgebildetem Nachwuchs Rechnung.

Neben dem fundierten Studium des medizinischen und des technischen Fachwissens lernen die Studierenden den Weg eines medizinischen Produktes von der Entwicklung bis zur Marktreife kennen. Das Programm beinhaltet als Schwerpunktfächer die Themenbereiche “Bewegungsapparat” oder “Mikrosensorik und aktuatorik”. Dazu kommen Grundlagen und frei wählbare Vertiefungsfächer; den Abschluss bildet eine einsemestrige Masterarbeit.

Mehr Informationen unter ti.bfh.ch/master oder bioeng.master.unibe.ch

Vollzeit- oder Teil-

zeitstudium von 3

bzw. 6 Semestern.

Beide Abschlüsse

sind gleichwertig und

erfordern 90 ECTS-

Credits. Es besteht

die Möglichkeit, sich

das Teilzeitstudium

durch die Industrie

sponsern zu lassen,

was mit einer Anstel-

lung als Assistent/

in an unserer Schule

verbunden ist.

Studienbeginn im

September.

Vollzeitstudium mit

zwei unterrichtsfreien

Wochentagen (und

der Möglichkeit einer

beruflichen Tätigkeit

in geringem Umfang).

Der erfolgreiche Ab-

schluss erfordert 120

ECTS-Credits und

erlaubt den Anschluss

einer Promotion.

Studienbeginn im

September.

Steht beim Masterstudium im Vordergrund: die interdisziplinäre Lösung anspruchsvoller Probleme


Unsere Forschung setzt ZeichenAn der BFHTI wird Wissen in neue Produkte und Anwendungen umgesetzt. In den vier Forschungsschwerpunkten – sie entsprechen den erwähnten Master Research Units – sind 200 Professoren und Assistierende der BFHTI in mehr als 70 Forschungsprojekte involviert. ti.bfh.ch/forschung > Projektdatenbank.

Davon profitieren Studierende und Wirtschaft zugleich. Die Studierenden arbeiten im Rahmen von Semester und Abschlussarbeiten an den Projekten mit und

sichern sich so den Bezug zur industriellen Praxis. Die Unternehmen erhalten Zugang zu qualifiziertem Nachwuchs, zu Spitzentechnologien und zu Projekten

mit Bundes und/oder EUBeteiligung. Zudem bieten wir ihnen eine ganze Palette von Dienstleistungen und stellen ihnen das in nationalen und internationalen Netzwerken erworbene Wissen unserer Forschenden wie auch unsere Infrastrukturen zur Verfügung.

Die SpinoffParks in Biel und Burgdorf sind Innovationsraum und Plattform für StartupUnternehmen. Dort fördern die beiden technischen Departemente der BFH Mitarbeitende, Absolventinnen und Absolventen beim Schritt in die Selbstständigkeit. Damit entstehen Wirtschaftskraft und Arbeitsplätze im Espace Mittelland.

Mehr Informationen unter ti.bfh.ch/forschung

Weiterbildung für Ingenieure von IngenieurenUnsere Weiterbildungsangebote sind gefragter denn je. 2007 besuchten mehr als 800 Studierende unsere Master, Diplom und Zertifikatsstudiengänge. Dieser Erfolg basiert auf einer klaren Positionierung. Alle Angebote sind berufsbegleitend und voll auf die unternehmerische Praxis ausgerichtet: unsere Dozierenden arbeiten mehrheitlich in der Industrie in den Projekten und ‘Living Cases‘ werden Fallbeispiele aus der beruflichen Praxis von Dozierenden und Studierenden behandelt. So lässt sich das Gelernte 1:1 umsetzen, was Studierenden und Arbeitgebern zu Gute kommt.

Die Studiengänge der Software-Schule Schweiz beinhalten primär die Bereiche SoftwareEntwicklung, Planung und Realisierung von ITSystemen sowie Informationsmanagement.

Das Managementzentrum Bern vermittelt Ingenieurinnen und Ingenieuren, Wissenschaftlern und Managern breite Kompetenzen in Betriebswirtschaft, Unternehmensführung, Innovationsmanagement und International Management. Es ist vernetzt mit Partneruniversitäten in Europa, China, Australien, den USA sowie Russland und bietet auch Studiengänge in Englisch an.

In den neuen Studiengängen Medizintechnik und Medizininformatik erwerben die Studierenden Fähigkeiten und Fertigkeiten um die technologischen, führungsbezogenen oder wissenschaftlichen Herausforderungen im Gesundheitswesen erfolgreich zu meistern.

Mehr Informationen unter ti.bfh.ch/weiterbildung – Informationen zum Master of Advanced Studies der Schweizer Fachhochschulen in Nano and Micro Technology unter nanofh.ch/nmt-master


Enseigner – apApprendre – chchercherLe Département Technique et informatique de la Haute école spécialisée bernoise (HESBTI) fournit des prestations en formation et formation continue, recherche appliquée et développement ainsi qu’en transfert du savoir technologique.

Notre activité se concentre sur trois exigences principales: une qualité de haut niveau pour proposer à l’économie des ingénieures qualifiées et des prestations de

services compétitives; une orientation internationale pour que les étudiantes et les enseignantes disposent des meilleurs atouts

dans le monde éducatif et économique globalisé; une réflexion et une action interdisciplinaire pour satisfaire les attentes élevées placées toujours plus souvent

dans des teams hétérogènes en industrie et science.

Enseigner – apprendre – chercher

Les études de bachelor, une base solidePendant les études de bachelor à notre haute école, les étudiantes collaborent à de passionnants projets. Ils choisissent individuellement un domaine de spécialisation et une partie des modules, ce qui apporte diversion, expériences pour la pratique professionnelle et qui est particulièrement apprécié par les potentiels employeurs.

Nos cinq filières d’études de bachelor: Technique automobile avec les 2 domaines de

spécialisation Technique/prestations de services et Conception des véhicules.

Électricité et systèmes de communication avec les 4 domaines de spécialisation Systèmes énergétiques, Mécatronique, Télécommunication et Informatique technique.

Informatique avec les 4 domaines de spécialisation Mobile Computing, ITSecurity, Web/BusinessApplications et Computer Perception/Virtual Reality.

Mécanique avec les 3 domaines de spécialisation Technologie appliquée des lasers, Systèmes mécatroniques et Technique des matériaux.

Microtechnique avec les 6 domaines de spécialisation Mécatronique, Technique médicale, Optique/Photonique, Technique de production/d’automatisation, Robotique et Technique des capteurs.

La Haute école spécialisée bernoise, Technique et informatique relie

la science et la pratique industrielle.

À Bienne, les études sont proposées en deux langues, ce qui représente une qualification supplémentaire convoitée et recherchée sur le marché du travail.Au printemps 2008, les cinq filières d’études de bachelor de la HESBTI ont été accréditées par la société d’accréditation allemande ASIIN. C’est une première pour une haute école spécialisée suisse. L’accréditation atteste que la qualité de l’offre d’études, des buts de l’enseignement et de l’encadrement, correspond au standard reconnu au niveau international.

Plus d’informations sur ti.bfh.ch/bachelor

Les études de bachelor, le bon départ pour une carrière profession-

nelle à potentiel de réussite élevé.

Études à plein temps

ou à temps partiel de

6 resp. 8 semestres.

Les deux diplômes

sont de valeur égale

et exigent 180 crédits

ECTS. Début des

études en septembre,

à l’exception des étu-

des à temps partiel en

Informatique à Bienne

qui commencent en

février.


Les études de master – Tremplin pour qui a de l'ambitionSelon le système de Bologne, le Master of Science est le deuxième cycle des études. Notre haute école propose deux filières d’études de Master of Science:

La filière d’études Master of Science in Engineering (MSE), proposée conjointement par toutes les hautes écoles spécialisées suisses à partir de septembre 2008, est orientée sur la pratique et se déroule dans les Master Research Units. Cellesci comprennent un secteur de compétences, disposent d’une excellente infrastructure et garantissent avec leurs projets le lien avec la pratique industrielle.

Nos quatre Master Research Units: Énergie-Transport-Mobilité s’occupe du maniement efficace de l’énergie et d’une mobilité sûre, durable. Société mobile de l’information relie lnformatique et Technique (mobile) de l’information en applications raffi

nées destinées aux entreprises et aux privés. Technique de production crée, à l’aide de nouveaux procédés et techniques de fabrication, des valeurs du

rables pour l’industrie et la société. Technologie appliquée à l’être humain transfert des technologies modernes en applications judicieuses qui

soutiennent l’être humain et lui facilitent la vie.

Plus d’informations sur ti.bfh.ch/master

La filière d’études de Master of Science in Biomedical Engineering est proposée depuis 2006 conjointement par la faculté de médecine de l’Université de Berne et la HESBTI. Pour la première fois en Suisse, les ingénieures d’une haute école sont admises sans conditions préalables à étudier dans une université. La filière d’études s’occupe des questions interdisciplinaires reliant la médecine et la technique et tient compte du besoin accru de l’industrie technique médicale suisse en relève performante.

Outre l’acquisition de connaissances médicales et techniques approfondies, les étudiantes découvrent le parcours d’un produit médical du développement à la maturité commerciale. Les domaines de spécialisation du programme sont associés aux thèmes “Appareil locomoteur” ou “Technologie des microcapteurs et actuateurs”. À cela viennent s’ajouter les matières de base et les branches de spécialisation en option. Le travail de master d’un semestre en constitue le point final.

Plus d’informations sur ti.bfh.ch/master ou sur bioeng.master.unibe.ch

Au premier plan des études de master: la résolution interdisciplinaire de problèmes complexes


ou à temps partiel de

3 resp. 6 semestres.

Les deux diplômes

sont de valeur égale

et exigent 90 crédits

ECTS. Les études à

temps partiel peuvent

être sponsorisées par

l’industrie, ce qui est

associé à un poste

d’assistant-e à notre

école. Début des étu-

des en septembre.


avec 2 jours sans

cours par semaine (et

la possibilité d’exercer

une activité profes-

sionnelle réduite).

Le diplôme exige

120 crédits et donne

accès au doctorat.

Début des études en

septembre.


Notre recherche ouvre la voieÀ la HESBTI le savoir est transféré dans de nouveaux produits et applications. 200 professeures et assitantes sont impliquées dans les quatre domaines principaux de recherche – qui correspondent aux Master Research Units citées . ti.bfh.ch/forschung > Projektdatenbank.

Les étudiantes et l’économie en profitent. Dans le cadre des travaux de semestre et de diplôme, les étudiantes collaborent aux projets et garantissent

ainsi la relation avec la pratique industrielle. Les entreprises ont accès à une relève qualifiée, à des technologies de pointe et à des projets avec partici

pation de l’État et/ou EU. De plus, nous leur offrons une palette de prestations de services et mettons à leur disposition le savoir de nos chercheurs, acquis dans les réseaux nationaux et internationaux, ainsi que nos infrastructures.

Les SpinoffParks à Bienne et Burgdorf sont un espace d’innovation et une plateforme destinés aux entreprises Startup. Les deux départements techniques de la HESB y encouragent les collaboratrices et les collaborateurs, les diplômées et les diplômés à l’indépendance. Il en résulte force économique et places de travail dans l’Espace Mittelland.

Plus d’informations sur ti.bfh.ch/forschung

Formation continue pour les ingénieur-e-s par les ingénieur-e-s Nos offres de formation continue sont plus demandées que jamais. En 2007, plus de 800 étudiantes ont suivi nos filières d’études de master, diplôme et certificat. Un positionnement clair se trouve à la base de ce succès. Toutes les offres sont en cours d’emploi et axées sur la pratique entrepreneuriale: nos enseignantes travaillent pour la plupart dans l’industrie, dans des projets et les ‘Living Cases’ deviennent des exemples de pratique professionnelle traités par les enseignantes et les étudiantes. Il est ainsi possible d’appliquer 5 sur 5 ce qui a été appris, une aubaine pour les étudiantes et les employeurs.

Les filières d’études de SoftwareSchule Schweiz comprennent en premier lieu les domaines Développement software, Planification et réalisation de systèmes IT ainsi que Mangement d’information.

Le Management Center Berne transmet aux ingénieures, scientifiques et managers de vastes connaissances en Gestion, Direction d’entreprise, Management d’innovation et International Management. Il est connecté à des universités partenaires en Europe, Chine, Australie, aux USA et en Russie et offre également des filières d’études en anglais.

Les nouvelles filières d’études Technique médicale et Informatique médicale donnent aux étudiantes capacités et aptitudes pour relever avec succès les défis technologiques relatifs à la direction ou scientifiques dans le domaine de la santé.

Plus d’informations sur ti.bfh.ch/weiterbildung - Informations Master of Advanced Studies des hautes écoles spécialisées suisses en Nano and Micro Technology sur nanofh.ch/nmt-master

Traduction réalisée par Christiane Vauthier

Berne University of Applied Sciences Engineering and Information Technology http://www.ti.bfh.ch

Teach – Leanr – ResearchTeach – Learn – research

The department of Engineering and Information Technology of the Bern University of Applied Sciences renders services from the range of education and continuing education, applied research and development as well as transfer of technological knowledge.

Following demands are in the centre of our work: - High quality, to offer the industry qualified engineers and competitive services- International orientation, to offer our students and lecturers the best chances in the globalized world of

education and economy- Interdisciplinary thinking and acting, to fulfil the demands of the increasing heterogeneous teams in industry

and science.

Teach – Learn – Research

Full- and part-time

study courses of 6

and/or 8 semesters.

Both graduations are

equal and require 180

ECTS-Credits. The

beginning of the stu-

dies is in September,

except for the part-

time study courses of

Computer Science in

Bienne, beginning in

February.

The Bachelor Studies as a Strong BasisDuring their Bachelor Studies at our university students collaborate on exciting projects. They individually choose the main emphasis of their study course and part of the modules, entailing change, experience for the profes-sional practice and a high acceptance with potential employers.

Our five Bachelor study courses:- Automotive Engineering with the 2 specialisations

technology/industrial services and construction of vehicles.

- Electrical- and Communication Engineering with the 4 specialisations energy systems, mechatronics, tele communication and technical computer science.

- Computer Science with the 4 specialisations mobile computing, IT-security, web/business applications and computer perception/virtual reality.

- Mechanical Engineering with the 3 specialisations applied laser technology, mechatronic systems and material technology.

- Microtechnology with the 6 specialisations me-chatronics, medical technology, optics/photonics, production-/automatisation technology, robotics and sensor technology.

Interconnects science and industrial practice: Bern University of Ap-

plied Sciences, Engineering and Information Technology.

In Bienne the study courses are offered in the two languages German and French representing an additional qualification demanded in the employment market.

In the spring 2008, for the first time at a Swiss university of applied sciences, all five Bachelor study courses at the Bern University of Applied Sciences, Engineering and Information Technology were accredited by the German Accreditation Agency ASIIN. The accreditation confirms that the quality of the offered study courses, educational goals and mentoring comply with the internationally recognized specialized standards.

More information under ti.bfh.ch/bachelor

The Bachelor study courses, a secure start into a professional career

with a high potential for success.


Teach – Leanr – ResearchTeach – Learn – researchThe Master Study Courses – Stepping Stone of the AmbitiousThe Master of Science is the second study cycle according to the Bologna-System. Our university offers two different Master of Science study courses:

The mutually offered study course of all Swiss universities of applied sciences from September 2008, the Master of Science in Engineering (MSE) focuses on practices and takes place in the so-called Master Research Units. They comprise a specialised area of competence, they have an excellence infrastructure at disposal, and with their projects they guarantee connections to the industrial practice.

Our four Master Research Units:- “Energy - Transport - Mobility” stands for an efficient handling with energy as well as a secure and sustainable

mobility. - “Mobile Information Society” links information technologies with (mobile) communication technologies in

order to create smart applications for professional and private users. - “Production Technology” provides with its new processes and production engineering sustainable values for

industry and society.- “Human Interface Technology” transfers modern technologies into practical applications to support and

facilitate the life of man.

More information under ti.bfh.ch/master

The study course to the Master of Science in Biomedical Engineering has been offered since 2006 in cooperation with the medical faculty of the University of Bern and the Bern University of Applied Sciences, Engineering and Information Technology. For the first time, students of a university of applied sciences are admitted to study at a university without preconditions. The master degree programme deals with interdisciplinary issues and questions at the intersection of medicine and technology and allows to cover the high demand of highly educated professionals of the Swiss industry in medical-technology.

In addition to the well founded study courses of the medical and technical specialized knowledge, the students become acquainted with the path of a medical product from the development to the market maturity. The pro-gramme includes the main subject areas “Musculoskeletal” as well as “Microsensor and Actuator Technology”. Further, basic subjects and optional specialisation subjects are chosen. The one-semester Master thesis entitles to the graduation.More information under ti.bfh.ch/master or bioeng.master.unibe.ch

Full- or part-time

studies of 3 and/or

6 semesters. Both

graduations are

equal and require

90 ECTS-Credits. It

is possible to have

sponsored the part-

time study courses by

the industry, involving

an employment as

an assistant at our

university. The study

courses begin in

September.

Fulltime studies with 2

lecture-free weekdays

(and the possibility of

a small professional

work). The successful

graduation requires

120 ECTS-Credits and

entitles to a post doc-

torate. The beginning

of the study courses

is September.

In the centre of the Master studies: the interdisciplinary solution of demanding problems.

Our Research Shapes the FutureAt the Bern University of Applied Sciences, Engineering and Information Technology, knowledge is transferred in new products and applications. In the four focus areas – they comply with the above mentioned Master Research Units – 200 lecturers and assistants are involved in more than 70 research projects.

Thus, both students and industry profit. - In the context of semester- and graduating works, the students work on projects and have access to the

industrial practice. - The companies receive young professionals, have access to cutting edge technology and to projects with

federal- and/or EU-investment. Further, we offer a range of services and make available the acquired know-ledge of our researchers of national and international networks, as well as our infrastructure.

The spin-off-parks in Bienne and Burgdorf have become innovation places and platforms for start-up enterprises. There, both technical departments of the Bern University of Applied Sciences promote employees and alumni taking steps into independence. This creates economic power and jobs in the region.

More information under ti.bfh.ch/research

Continuing Education for EngineersOur continuing-education offers are in great demand. In 2007 more than 800 students attended our Master-, diploma- and certificate study courses. This success is based on a well-defined positioning. All offers are part-time courses and they fully focus on the entrepreneurial practice: Most of our lecturers work in the industry, lecturers and students are concerned with case studies from their own professional practice. Thus, the acquired knowledge is realized 1:1, benefitting the students and their employers.

The study courses of the Swiss Software-School comprise primarily the areas of software development, planning and realization of IT-systems as well as information management.

The Management Centre of Berne imparts a vast competence in business-, innovation-, and international management to engineers, scientists and managers. The centre has a network with partner universities in Europe, China, Australia, The United States as well as Russia and offers study courses in English.

With the new study courses Medical Technology and Medical Computer Science, the students acquire abilities and skills to master the technological, management related or scientific challenges in the health services.

More information under ti.bfh.ch/continuing education - Information on the Advanced Studies of the Swiss uni-versities of applied sciences in nano- and micro technology under nanofh.ch/nmt-master



HCCI-BrennverfahrenEine seit den Anfängen des Ottomotors bekannte Strategie zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs besteht in der Abmagerung des Kraftstoff LuftGemisches. Die Grenze hierbei wurde bis anhin durch die schlechter werdende Zündfähigkeit des Gemisches bei Abmagerung bestimmt. Das HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition)Brennverfahren verschiebt diese Zündgrenze ein Stück weiter in Richtung mager, denn die Selbstzündung funktioniert auch bei einem sehr mageren Gemisch zuverlässig, bei welchem eine Fremdzündung (Zündkerze) die Verbrennung nicht mehr einleiten könnte. Mittels hoher AGR (Abgasrückführung)Raten kann die Zündfähigkeit positiv beeinflusst (verbleibende Radikale) und die Regelung der Verbrennung realisiert werden. Wie aus der Abbildung ersichtlich, wird die interne Abgasrückführung mit einer negativen Ventilüberschneidung erzielt, welche zu einer Zwischenkompression führt.Die vielschichtigen Einflüsse und Anforderungen an die Verbrennung erfordern einen Sensor, welcher den Druck im Zylinder misst und somit eine Regelung der Verbrennung ermöglicht. Die Arbeiten werden bei der Robert Bosch GmbH durchgeführt und basieren auf Mus tern für Brennraumdrucksensoren, welche als Grundlage für potenzielle Seriensensoren dienen können.

SensoreigenschaftenAls Rohdaten stehen die Messwerte eines Bosch Druckaufnehmers und eines Referenzsensors zur Verfügung. Zwecks Fehlerverständnis, wird das Signal des Bosch Druckaufnehmers mittels üblicher Fehlermodelle an den Referenzsensor angenähert. In Betracht gezogen werden Sensorfehler, wie verschiedene Drift, Offset, Hysterese, Empfindlichkeits und Linearitätsfehler. Dabei müssen diese Fehlermodelle bei verschiedenen Lasten und Drehzahlen gleichermassen funktionieren.

VerbrennungsmerkmaleDie Regelung der Verbrennung wird anhand von berechneten Verbrennungsmerkmalen realisiert. Die Merkmale des vorangegangenen

Verbrennungszyklus beeinflussen die Regelung des aktuellen Zyklus. Die wichtigsten Verbrennungsmerkmale sind der PMI (Indizierter Mitteldruck), die MFB50% (Verbrennungsschwerpunktlage) und der dpMax (maximaler Drucksteigerungsgradient). Die Qualität der Berechnung dieser Merkmale ist stark von den Sensoreigenschaften abhängig.

SpezifikationZum Abschluss der BachelorThesis soll ein Lastenheft für den Sensor erstellt werden, in dem festgehalten wird, welche maximalen Fehler und Toleranzen der Sensor aufweisen darf. Das Endziel, dessen Realisierung jedoch den Rahmen dieser Arbeit übersteigt, ist ein serienfertiges HCCIRegelsystem inklusive aller nötigen Komponenten.

Durch steigende Kraftstoffpreise und sinkende Abgasgrenzwerte bei wachsenden Leistungs-ansprüchen an ein Neufahrzeug ist die Entwicklung neuer Brennverfahren unumgänglich. Eine viel-versprechende Entwicklung beim Benzinmotor ist das HCCI-Brennverfahren. Dabei wird ein stark abgemagertes, homogenes Gemisch im Teillastbereich mittels Selbstzündung zur Verbrennung ge-bracht. Um die Regelung des Zündzeitpunktes weiterhin gewährleisten zu können, wird ein Sensor nötig, der den Druck im Zylinder misst. Im Rahmen dieser Bachelor-Thesis werden die Messwerte des Sensors ausgewertet, die auftretenden Fehler festgelegt und die Spezifikation von Sensor-eigenschaften und Verbrennungsmerkmalen vorgenommen.

Verbrennungsmotoren / Prof. Dr. Jan CzerwinskiDipl.Ing. Wolfgang Fischer, Dipl.Ing. Volker Ricken, Robert Bosch GmbH Stuttgart

Sensor- und Verbrennungsmerkmale im HCCI-Betrieb

David Ammann

1981

078 714 16 64

davidammann [at] gmx.ch

Automobiltechnik

Technique automobile

BI

Druckverlauf eines HCCI-Verbrennungszyklus


Der Treibstoffverbrauch, das Fahrverhalten und andere wichtige Parameter werden vom Fahrzeug-gewicht wesentlich beeinflusst. Dies hat unseren Auftraggeber auf eine Geschäftsidee gebracht, zu deren Umsetzung er ein System zur kontinuierlichen Bestimmung des Fahrzeuggewichtes benö-tigt. Weil die Idee aus einem kommerziellen Umfeld stammt, mussten zuerst technische Ideen zur Machbarkeit vorliegen. Ausgehend vom gewählten Konzept wurden die dafür am besten geeigneten Sensoren gesucht. Die Wahl fiel auf Hallwinkelsensoren. Sie haben den grossen Vorteil, dass sie fahrzeugerprobt sind und viele neue Autos schon über ein bis zwei solcher Sensoren verfügen. Da-durch werden die Kosten und der Montageaufwand beträchtlich reduziert.

Fahrzeugelektrik und elektronik / Prof. Kurt HugExperten: Joël Niklaus / Carlo Bosia

Online-Bestimmung des Fahrzeuggewichtes

Simon Philipp Keusch

1982

079 279 09 69

simkeusch [at] yahoo.com

Flavio Andrea Bezzola

1980

076 321 69 66

flavioandrea [at] gmx.ch

Automobiltechnik


Bestimmung der Zuladung durch Federwegmessung mittels Hallwinkelsensoren

VA

sind allerdings nicht identisch. Um nun aus den gemessenen Sensorsignalen die Federwege zu ermitteln, muss zuerst die Spannungsänderung der Sensoren gegenüber dem Initialzustand bestimmt werden. Diese Spannungsänderung ermöglicht die Umrechnung in eine Einfederung des Sensors. Mit den errechneten Sensorwegen können über die Ebenengleichung die Ein

und Ausfederungen der vier Federn und daraus die gesuchte Kraft berechnet werden. Ein Microcontroller misst die Sensorsignale, führt die Berechnung durch und zeigt das Resultat auf einem LCDisplay an. Bei ersten Zuladungsmessungen wurde eine Genauigkeit von 10% erreicht. Für die Berechnung mussten die Koordinaten der Sensoren und Federn, die Kennlinien der Sensoren und die Federraten bestimmt werden. Ermittelt wurden die Federraten auf einer hydraulischen Presse mit Hilfe einer Kraftmessdose.

Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass mit drei Hallwinkelsensoren, einem Microcontroller und einigen elektronischen Bauteilen die Gewichtskraft von Fahrzeugen mit konventionellen Schraubenfedern bestimmt werden kann. Eine Schnittstelle ermöglicht den Anschluss an einen Bus, um die Daten für die Weiterverarbeitung zur Verfügung zu stellen.

Als Ergebnis der beiden Semesterarbeiten und der BachelorThesis ist ein Modell entstanden, an dem das Messsystem getestet werden konn te. Das Modell ist im Prinzip eine Waage, welche die Zuladung gegenüber einem Initialzustand (Fahrzeugleergewicht) misst. Die Bestimmung der Zuladung basiert auf der Messung der Einfederwege. Diese werden mit den jeweiligen Federraten multipliziert und anschliessend addiert, woraus die gesuchte Grösse resultiert. Das Modell besteht aus zwei Europaletten mit dazwischen montierten Schraubenfedern, zwei zylindrischen und zwei Miniblockfedern (aus einem Opel Corsa A). Es wird angenommen, dass die Palette Konstruktion starr ist, ebenfalls wird untersucht, wieweit das zutrifft. Die Sensoren sind in drei Ecken in der Ebene der Paletten angebracht. Da eine Ebene durch drei Punkte bestimmt ist, werden drei Sensoren benötigt. Der Ort der Federn und der Ort der Sensoren

Modell zur Zuladungsbestimmung


Diverse innere Wärmeeffekte beeinflussen beim Betrieb einer Batterie deren Temperaturverhalten. Die Hauptverursacher dieser Wärmeeffekte sind die Verlustleistung über dem ohmschen Innenwiderstand des Akkumulators und die reversible Verlustleistung, welche als Wärme durch die chemischen Reaktionen in der Batterie entsteht. Das Temperaturverhalten ermöglicht Aussagen über die Zyklenzahl, welche der Akkumulator erbringen kann. Einerseits steigert eine höhere Temperatur die chemische Reaktionsgeschwindigkeit in der Batterie, somit auch deren Kapazität. Anderseits fördert die erhöhte Temperatur den Alterungsprozess einer Batterie, verkürzt also somit deren Lebensdauer. Mit dieser Arbeit sollen nun Parameter gefunden werden, welche in Zukunft die Auslegung eines Temperaturmanagements (TM) für Batterypack's (Serie und/oder Parallelschaltung mehrerer Zellen) jeglicher Art und Verwendung ermöglicht. Die Bestimmung der Parameter erfolgt einerseits mit einem von uns erstellten Batteriekasten und anderseits durch die Simulation des Modells, welches wir in LabVIEWTM implementiert haben. Das hierzu benötigte TM wurde prototypenhaft als VI (Virtuell Instrument) ebenfalls in LabVIEWTM erstellt. Dadurch wird es möglich, sowohl die reale Batterie als auch das Simulationsmodell mit dem TM zu koppeln und zu testen.

Dieses Verfahren, nämlich die Einbindung reeller Komponenten in den Regelkreis, wird im Automobilbereich sehr häufig angewendet und nennt sich Hardware in the Loop (HiL).

Nachdem diese Basis geschaffen ist, kann in einem weiteren Vorgehen das Lade/Entlademanagement in das System eingebunden werden. Nun können die Messergebnisse der Simulation und diejenigen der realen Messung verglichen werden.

LithiumIonenBatterien gelten als Energiespeichertechnologie der Zu kunft für Hybrid und Elektrofahrzeuge. Dabei ist gerade bei diesen Batteriesystemen die thermische Empfindlichkeit sehr hoch. Darum ist ein Temperaturmanagement zwingend erforderlich, um einerseits die schon genannten Punkte zur Steigerung der Zyklenzahl zu erfüllen und andererseits die Sicher heitsanforderungen an diese Batterie art zu erfüllen.

Seit einiger Zeit ist klar, dass die Kapazität und die Lebensdauer von Batterien in hohem Masse von der Art der Lade- und Entladeströme sowie der Temperatur abhängen. Letzteres greift diese Arbeit auf, da auf diesem Gebiet bisher wenig Forschung betrieben wurde und somit die Erfahrung fehlt. Es geht darum, die Zyklenzahl von Batterien zu steigern. Dies kann nachweislich durch das Gewährleis-ten eines Temperaturfensters gemacht werden, in welchem die Batterie optimal arbeitet. Gerade in der Anwendung bei Hybrid- oder Elektrofahrzeugen ist eine hohe Zyklenzahl der Batterien von gros-ser wirtschaftlicher Bedeutung.

Fahrzeugelektrik und elektronik / Prof. Kurt HugExperten: Joël Niklaus / Carlo Bosia

Temperaturmanagement für Batterien

Markus Grüter

1981

079 580 25 87

gruetermarkus [at] bluewin.ch

Sascha Bühlmann

1983

079 440 26 21

mer190 [at] gmx.ch

Automobiltechnik


VA

Schematisch dargestellter Aufbau der Arbeit


Mécatronique / Prof. JeanFrançois UrwylerExperts: Joël Niklaus / Carlo Bosia

Actionneur électrique rotatif de commande de direction

L’objectif de ce travail de Bachelor est de réaliser un dispositif d’actionneur électrique rotatif pour commander la direction d’un modèle de véhicule hybride. Ce dispositif doit permettre d’actionner la direction de manière électrique et manuelle. Mon travail consiste à transformer la direction stan-dard d’un go-kart en une direction commandée électroniquement par télécommande. La conduite de ce dernier doit également être possible manuellement.

Le projet d’un modèle hybride a commencé pendant le semestre d’hiver 2007. Puis, ce projet a évolué pendant le semestre d’été 2008 et à la place du modèle initial, il a été question de réaliser un gokart hybride sans pour autant abandonner l’idée du premier modèle. Pour atteindre cet objectif, le travail a été divisé en trois parties: télécommande, freins et direction. Ces travaux ont été exécutés par trois étudiants. Il y a eu de fortes synergies entre les trois travaux pour aboutir au résultat final. La partie qui me concerne dans ce travail de Bachelor est de transformer la direction normale d’un gokart en une direction électrique, tout en gardant la possibilité de le piloter manuellement. J’ai commencé mon travail en mesurant les

forces devant être appliquées pour pouvoir braquer le véhicule. Après, j’ai pu définir le moteur électrique à l’aide de quelques calculs. Le moteur choisi est également muni d’un réducteur et d’un contrôleur. Ce dernier décide le sens de rotation et, si nécessaire, le blocage du moteur. En même temps, j’ai étudié une solution simple et efficace pour positionner le moteur électrique. En ce qui concerne la transmission du mouvement, elle est exécutée par deux courroies dentées dans le but d’augmenter la sécurité. Par la suite, un microprocesseur a été programmé de manière à pouvoir gérer les différents signaux. Les informations d’entrée du microprocesseur sont le signal de braquage provenant de la télécommande et le signal de la

position du volant. Un troisième et un quatrième signal indique si on est en modalité télécommande où si la centrale de commande est allumée. Les signaux de sortie commandent le sens de rotation et l’arrêt du moteur. En cas de problème de position, capté par un potentiomètre, il envoie un signal d’erreur à la centrale de commande du gokart. Ce signal peut exécuter un freinage d’urgence du gokart pour garantir un maximum de sécurité en cas de problème. Un autre signal très important est celui généré par la centrale de commande ellemême en cas de problème propre. Dans ce cas, le moteur électrique se bloque et le freinage d’urgence est activé. Ceci vise à éviter toutes sortes d’accidents.

Davide Carrara

1984

079 395 94 55

carrara_davide [at] live.it

Automobiltechnik


Schéma gestion signaux

VA


The biggest problems of diesel engines are the exhaust emissions. One way to solve the problem is by the combination of a DPF and a SCR system (selective catalytic reduction). The DPF filters the soot particles mechanically from the gas. This system already exists for standard models of passenger cars and trucks. The SCR system reduces the NOx emissions about 90%. It works with NH3 as a reducer. The most important hardware components from the system are the oxidation catalytic converter, the SCR converter and another oxidation catalytic converter to convert excessive ammonia (NH3). This system is particularly used in EURO 5 trucks and stationary installed applications. To investigate the efficiency of the system, it is necessary to be able to drive some transient test cycles on a dynamometer. In order to drive these transient cycles in a test cell it is neces sary to control some

parameters. These are the torque, engine speed and alpha (position of accelerator) for cycles, which are defined by torque and engine speed values (e.g. ETC, NRTC, WHTC). On the other hand there exist cycles, which are defined by the vehicle speed (e.g. Braunschweig cycle, NYCC). Therefore the software needs a lot of information about the vehicle, which has to be simulated, to calculate the controllable parameters itself. With these parameters, the dynamo meter is able to simulate nearly every situation that can occur in the normal usage of a vehicle. It can activate or turn down the engine and allows for having a feedback from the virtual street. The cycles named above had to be programmed completely into the system. Because of the complexity of the software the programming became a big and timeconsuming part of our work. Furthermore every step in programming had to be

written down for the future users of the system.As these cycles were working without problems the measurements could be started. To valuate the exhaust aftertreatment system it is necessary to make a reference measurement (without exhaust aftertreatment) of each cycle. Afterwards each cycle can be measured again with the exhaust aftertreatment system. The stored data give information about the efficiency and optimal operating map of the exhaust aftertreatment system. The interpretations of the results lead to information about the pros and cons of the different cycles concerning the appraisal of the exhaust aftertreatment system. The newest measuring system is the FTIR (Fourier Transformed Infrared Spectrometer). This measuring device has different possibilities to record the data of approximately 25 emission parameters. These possibilities had to be compared with the common measuring system.

In the past few years the emission regulation became more and more restrictive. The reason for this obligation is the need to reduce pollution and to force engineers to create new possibilities in exhaust aftertreatment. The biggest goal of our work is to compare different transient cycles on a dynamometer and their effects on the efficiency of a SCR- system and a DPF (diesel particulate filter). To reach that, first it was important to understand the whole dynamometer including the com-mon system and software. The different cycles had to be programmed for an automatic measure-ment process as a next step.

Verbrennungsmotoren / Prof. Dr. Jan Czerwinski; Assistant Dipl. Ing. Yan ZimmerliExperten: Hans Jörg Gisler / Christian Bach

Diesel engine test on an engine dynamometer

Christof Schuster

1984

076 463 98 39

christofschuster [at] gmx.ch

Michel Degen

1982

079 545 61 03

michel.degen [at] intergga.ch

Automobiltechnik


BI

Comparison of NOx values with / without a SCR-system Velocity data oft he New York City Cycle


Le système joysteer®joysteer® est un système permettant aux personnes handicapées de conduire. Ce système peut être mis en place sur un véhicule conventionnel. Deux joysticks prennent place de part et d’autre du volant, mais un peu plus vers l’arrière du véhicule. Ces joysticks sont munis d’électromoteurs qui permettent l’actionnement de la direction sans liaison mécanique! De plus, ils sont chacun munis d’un bouton à balance permettant l’accélération et le freinage pour le joystick de droite et les divers indicateurs pour le gauche. Les deux joysticks sont rendus solidaires au moyen de deux petites barres horizontales qui couvrent partiellement le bas du volant de direction. Étant donné la position des pieds sur le fauteuil roulant, il a été nécessaire de le fixer un peu plus en arrière que la position originale du siège.La position reculée du siège, l’entrave au déploiement de l’airbag constituée par les petites barres ainsi que la proéminence et la masse des joysticks sont des sources de blessures potentielles.

Pré-testsAvant de procéder à la collision frontale en grandeur nature, un prétest a été mis sur pieds afin de visualiser le déploiement de l’airbag. Tout le système a été mis en place dans la voiture avec deux caméras haute vitesse permettant de capturer 1000 images par secondes. Grâce à ce test, il a été déterminé que ni les joysticks, ni les deux petites barres de liaison ne constituaient d’entrave insurmontable pour l’airbag et que ces petites barres ne se cassaient pas lors de la poussée de l’airbag.

Crash testLe crash test a nécessité beaucoup de préparation. Dans un premier temps, l’étude du règlement ECER94 et de ses exigences qui serviraient de base au test, à savoir : une vitesse de collision de 56km/h dans une barrière déformable devant le mur de béton qui recouvrirait 40% de la largeur du véhicule. Puis des calculs pour adapter la vitesse à une situation sans barrière, mais en conservant la même énergie lors du choc contre le mur. Et enfin l’adaptation du véhicule du crash en une copie du joysteer® original au point de vue de la géométrie et des masses. Le vendredi 13 juin, vers 13h50, une forte tension s’est fait ressentir avant le lancement du véhicule, puis juste le temps d’avoir peur, le crash s’est bien déroulé et toutes les mesures ont été enregistrées ! Le dummy qui avait pris place dans le véhicule n’a pas subi de blessure mortelle et dans l’ensemble le test s’est avéré très positif et a même permis de suggérer l’une ou l’autre modification afin d’éviter certaines légères blessures.

Le véhicule joysteer® est un véhicule équipé d’un système permettant aux personnes handicapées physiquement de conduire. Ce véhicule a évidemment subi des modifications importantes qui peuvent influencer le niveau de la sécurité passive. Dans ce travail, il est question de tester cette éventuelle diminution de sécurité lors d’une collision frontale, sur la base du règlement ECE-R-94.

Technique automobile / Prof. Bernhard GersterExperts : Alfred Sasse / Andreas Stettler

Sécurité passive influencée par le système joysteer®

Vincent Käser

1979

078 827 60 45

vincent.kaeser [at] hotmail.com

Ralph Gaudin

1984

079 625 39 36

ralph.gaudin [at] hotmail.com

Automobiltechnik


VA


Betriebswirtschaftlich gesehen ist es wichtig, ein Nutzfahrzeug so vielseitig und häufig wie möglich einsetzen zu können. Mit dieser Arbeit will ich erreichen, dass nur noch ein Lastwagen benötigt wird, um im Winter Schnee zu räumen und im Sommer die Strassen zu kehren.

Herkömmliche Lösungen werden gesucht und studiert, dann wird aufgezeigt wie sie funktionieren und eingesetzt werden. Verschiedene Varianten für eine neue Lösung werden geprüft. Für die Weiter bearbeitung wird das Projekt ausgewählt, bei dem die meisten Auf und Anbauten auf den Markt verfügbar sind, und kaum abgeändert werden müssen.

Als Trägerfahrzeug wird ein MAN 18.480 FALK BL mit 18 Tonnen Chassis / 480 PS / Frontlenker Allrad Kipper / BlattLuft gefedert verwendet. Das Wechselsystem der Firma Marte in Götzis funktioniert mit der Luftfeder an der Hinterachse und wird für das Wechseln der Kehrmaschine und des Streuers verwendet. Die Pfluganbauten werden von der Firma Zaugg AG, Eggiwil, übernommen. Der Kehrmaschinenaufbau ist ein Opti Fant 70 der Firma Bucher Schörling.

Der Kehrmaschinenanbau wird als Wechselsystem mit dem Seitenpflug neu entwickelt. Auf eine handelsübliche Anbauplatte werden der seitliche Saugschacht mit Tellerbesen

und die Kehrwalze konstruiert. So wird bei der Demontage/Montage der ganze Kehrmaschinenanbau in einem Stück entfernt/montiert. Besonders die knappen Platzverhältnisse am Fahrzeug stellen einige Anforderungen an die Konstruk tion. Die Auswertung der Resultate mehrerer FEMBerechnungen dienen der Optimierung der Festigkeit des Kehrmaschinenanbaues. Weiter wird

mit FEMAnalysen geprüft, wie sich ein Schlag auf den Seitenpflug, beim überfahren eines Hindernisses, auf das Chassis auswirkt.

Besonders für Städte, Gemeinden, kantonale Tiefbauämter oder Transportfirmen mit besonderen Aufträgen bietet diese Lösung eine interessante Möglichkeit, ihre Fahrzeuge besser auszulasten.

Auf einen Lastwagen werden im Winter über ein Wechselsystem ein Streuer, ein Front- und ein Sei-tenpflug auf- und angebaut. Für den Sommerbetrieb wird eine Kehrmaschine auf- und angebaut. Der Kehrmaschinenanbau wird als Wechselsystem mit dem Seitenpflug neu entwickelt. Auf eine handelsübliche Anbauplatte werden der seitliche Saugschacht mit Tellerbesen und die Kehrwalze konstruiert. Alle Auf- und Anbauten können ohne grossen Aufwand von einer Nutzung auf die andere ummontiert werden.

Konstruktion / Prof. Sebastian ToblerExperten: HansJörg Gisler / Christian Bach

Wechselsystem Kehrmaschine / Winterdienstaufbau

Lino Giovanoli

1984

078 739 08 66

li.giovanoli [at] bluewin.ch

Automobiltechnik


BI

LKW mit Winterdienstaufbau

LKW mit Kehrmaschinenaufbau


Die Automobilbranche ist eine der umsatzstärksten Branchen der Schweiz. So sind auch die Printmedien, welche durchschnittlich Fr. 20'000. Einnahmen pro InserateSeite verbuchen können (nur Schweizer Printmedien berücksichtigt), sehr daran interessiert viele Inserenten für sich zu gewinnen. Ein erprobtes Vorgehen um dieses Ziel zu erreichen, ist die Publikation von Neufahrzeugtests und/oder Berichten rund ums Automobil. Für die Importeure bedeutet dies mehr Publizität (PR) und als Gegenleistung sind sie gewillt, Werbung im entsprechenden Printmedium zu schalten (siehe Abb. 1: Marktkreislauf).

Da ein seriöser und unabhängiger Fahrzeugtest mit erheblichem Zeit und somit auch hohem Kostenaufwand verbunden ist, grei

fen Redaktionen, um an solche Neufahrzeugberichte zu kommen, zum Teil auf freie Autotester und vermehrt auch auf “Autotestfabriken” zurück, welche wiederum für mehrere Printmedien und/oder Verlage gleichzeitig arbeiten. Einige dieser Printmedien nutzen zudem die Synergien innerhalb ihres Verlagshauses und tragen somit wesentlich zur Zentralisierung im Testmarkt bei. Da der TCS bereits über 40 Jahre Testerfahrung, das nötige Knowhow, die Prozesse sowie die Infrastruktur verfügt, ist er grundsätzlich bereit, auf dem NeufahrzeugtestMarkt mitzumischen. Die entscheidenden Erfolgsfaktoren gegenüber den Mitbewerbern sind sicher die Glaubwürdigkeit und die Neutralität, welche der Name TCS mit sich bringt (siehe Abb. 2: Konkurrenzumfeld).

Die Abteilung Technik-Umwelt-Wirtschaft (TUW) des Touring Club Schweiz (TCS) erstellt jedes Jahr rund 20 umfassende Neufahrzeugtests. Da der Schweizer Printmedienmarkt für solche Neufahr-zeugtests sehr empfänglich ist und der TCS bis anhin seine Daten nur dem hauseigenen Organ, dem Touring, zur Verfügung stellt, ging es darum, den Markt nach potenziellen Kunden zu durchleuch-ten. Zusätzlich wurde mittels Produkt- und Marktanalyse eine Repositionierung des TCS-Neufahr-zeugtests durchgeführt sowie nach neuen Nutzenpotenzialen gesucht.

Betriebswirtschaftslehre / Prof. Dr. Urs Sauter / Roger Löhrer, Touring Club SchweizExperten: Philippe Burri / Bruno Jäger

Repositionierung des TCS-Neufahrzeugtests im Markt

André Hostettler

1982

078 681 39 99

a_hostettler [at] gmx.ch

Mark Graf

1983

079 247 70 33

graf.mark [at] bluewin.ch

Automobiltechnik


KonkurrenzumfeldMarktkreislauf

Um den TCSTest klar in diesem Markt zu positionieren und so für Abnehmer interessant zu machen, wurde er einer detaillierten ProdukteAnalyse unterzogen und durchlief eine Neustrukturierung mit leichter Anpassung. Dazu wurden einige Redaktionen von führenden Printmedien nach ihren Meinungen und Bedürfnissen befragt. Anhand derer Antworten und weiterer Gespräch mit involvierten Personen resultierte die in naher Zukunft im Fahrzeugtestmarkt zu erwartende Entwicklung. Alle Ergebnisse wurden mit dem TCS diskutiert und sollen ihm helfen, für potenzielle Abnehmer seines Tests attraktiv zu werden und auch zu bleiben.

VA


Im Rahmen einiger Semesterarbeiten wurden Informationen über die Aus und Weiterbildungsmöglichkeiten im Automobilgewerbe gesammelt. Weil die Zeit beschränkt war, konnten nur wenige der rund 40 importierten Marken kontaktiert werden. Damit jedoch eine bessere Aussage über die Weiterbildungsmöglichkeiten der Importeure gemacht werden kann, mussten in dieser Arbeit weitere Importeure kontaktiert und alle Informationen verarbeitet werden.

Während den Semesterarbeiten wurde ein Fragebogen ausgearbeitet, welchen die Importeure beantworten sollten. Damit die Informationen aus den Semesterarbeiten genutzt und verglichen werden konnten, wurde derselbe Fragebogen für diese Arbeit genutzt. Ziel dieses Fragebogens war es heraus

zufinden, welche Weiterbildungsmöglichkeiten die verschiedenen Importeure anbieten. Anhand dieser Antworten erkannte man, wie intensiv die Weiterbildungen sind und wie diese abgehalten werden.Um eine Aussage darüber zu erhalten, ob die Verkaufszahlen oder die Importgruppe massgebend für die Weiterbildungen sind, wurden die Hersteller nach ihren Verkaufszahlen aus dem Jahr 2007 aufgeteilt. Nachdem die Hersteller ausgesucht waren, wurden diese wiederum in ihren Importgruppen aufgelistet.

Aufgrund dieser Informationen wurde festgestellt, dass beide Faktoren bei der Intensität der Weiterbildung eine wichtige Rolle spielen. Teils werden dieselben oder ähnliche Weiterbildungen, in der gesamten Importgruppe abgehalten, teils

überlässt der Importeur den Marken die Tiefe der Weiterbildung. Überlässt der Importeur den Marken das Thema Weiterbildung, wurde festgestellt, dass Marken, die mehr Fahrzeuge verkaufen, auch eine intensivere Weiterbildung anbieten.Da die Weiterbildungen der Importeure häufig sehr markengebunden sind, war eine weitere Frage, wie diese im Vergleich zu den Weiterbildungskursen des AGVS stehen. Es ist ganz klar, dass die Weiterbildungen des AGVS das breitere Wissen vermitteln als diejenigen der Importeure. Die Importeure haben dennoch grösstenteils sehr gute Weiterbildungen, die einen hohen Standard haben. Ausserdem möchten einige Importeure, die jetzt noch keine Weiterbildung anbieten, Weiterbildungskurse ausarbeiten und durchführen.

Man lernt nie aus. Damit die Wissenshungrigen auch im Automobilgewerbe ihren Appetit stillen kön-nen, gibt es viele verschiedene Möglichkeiten sich weiterzubilden. Da der Auto Gewerbe Verband Schweiz (AGVS) möchte, dass dieser Hunger gestillt werden kann, hat er verschiedene Aus- und Weiterbildungsangebote. Weil neben dem AGVS verschiedene Importeure Weiterbildungen anbie-ten, galt es zu schauen, wie diese Weiterbildungen miteinander vergleichbar sind.

Betriebswirtschaft / Prof. Dr. Urs SauterExperten: Philippe Burri / Bruno Jäger

Ausbildungsangebot im Automobilgewerbe

Christian Gysler

1982

076 444 66 96

ch.gysler [at] gmail.com

Automobiltechnik


BI


Die Electronic Stability Control ESC ist grundsätzlich als Regelsystem im Bremssystem und im Antriebsstrang ausgelegt. Die Aufgabe einer solchen Fahrdynamikregelung besteht darin, das seitliche Ausbrechen eines Fahrzeugs zu verhindern. Anders als das ABS, welches die Stabilität und die Lenkbarkeit bei einer Bremsung gewährleistet, soll sie in querdynamisch kritischen Situationen den Fahrer unterstützen und die Stabilität des Fahrzeugs erhöhen. Die Hauptaufgabe der Bachelorthesis besteht darin, objektiv zu untersuchen, welche Möglichkeiten aktuelle Systeme bieten und wo deren Grenzen liegen. Dazu sind genaue Kenntnisse der Funktions

weise und der fahrdynamischen Auswirkung der Fahrerassistenzsysteme notwendig. Die Ergebnisse ermöglichen eine Anpassung der Ausbildungsinhalte der Fahrsicherheitstrainings an die Leistungsfähigkeit der Assistenzsysteme.

Um eine objektive Untersuchung machen zu können, sind Fahrzeuge notwendig, welche mit den neusten Generationen der ESC ausgestattet sind. Die für die Messungen eingesetzten Fahrzeuge waren ein VW Golf V Variant (von der AMAG Biel zur Verfügung gestellt) und ein BMW 325i E90 (zur Verfügung gestellt von der BMW Group Schweiz). Diese Fahrzeuge wurden mit moder

nen Messgeräten ausgerüstet, mit welchen fahrdynamische Grössen gemessen und mit Hilfe von Excel aufgezeichnet werden können. Die durch einen Paarvergleich evaluierten Fahrmanöver wurden anschliessend im Veltheim Driving Center von einem Instruktor gefahren. Der Einsatz eines professionellen Fahrers war notwendig, um die Reproduzierbarkeit der Versuche zu gewährleisten. Alle Manöver wurden mit ein und ausgeschalteter ESC durchgeführt. Schliesslich wurden die Ergebnisse ausgewertet. So konnten Unterschiede im Fahrverhalten zwischen ein und ausgeschalteter ESC erkannt und interpretiert werden.

ABS–Systeme werden seit über 20 Jahren in Grossserienfahrzeuge eingebaut. Damit konnte die aktive Sicherheit in Strassenfahrzeugen erheblich verbessert werden. Seit 1995 werden zusätzlich ESC-Systeme (Electronic Stability Control) eingesetzt, um die aktive Sicherheit auch in anderen kri-tischen Fahrsituationen als der Vollbremsung zu erhöhen. Mit einer fahrdynamischen Untersuchung der ESC-Systeme neuster Generation kann aufgezeigt werden, welche Auswirkungen ein solches System auf die Fahrdynamik eines Fahrzeugs hat. Zusätzlich können die Ergebnisse für die Fahr-sicherheitstrainings des Veltheim Driving Center und die Ausbildung künftiger Automobilingenieure genutzt werden.

Fahrzeugmechanik / Prof. Bernhard GersterExperten: Alfred Sasse / Andreas Stettler

Grenzen und Nutzen von Fahrerassistenzsystemen

Gianluca Tritelli

1985

078 771 19 01

tritelli.gianluca [at] hotmail.com

Isabelle Hausammann

1983

079 300 44 05

i.hausammann [at] bluewin.ch

Automobiltechnik


VA

Bremseingriffe der ESC beim doppelten Spurwechsel mit einem

BMW 325i E90

Bremsen-Ausweichen μ-Split mit einem VW Golf V Variant


AusgangslageMenschen mit Behinderungen haben dasselbe Bedürfnis nach autonomer Mobilität und dasselbe Recht darauf wie nichtbehinderte Personen auch. Dabei spielt der öffentliche Verkehr eine zentrale Rolle. Im BehindertengleichstellungsGesetz werden die Betreiber von öffentlichen Verkehrsmittel verpflichtet ihr Angebot behindertengerecht zu gestalten. Die Transports Publics Fribourgeois betreiben auf ihrem Meterspurnetz Rollmaterial, welches nicht mit dem BehindertengleichstellungsGesetz einher geht. Um diesen Missstand zu beheben sollen die Steuerwagen mit einem Niederflurteil versehen werden.

AufgabeDer Kern dieser BachelorThesis ist die Ausarbeitung einer konstruktiven Lösung als Grundlage für einen Umbau des Steuerwagens. Dazu soll als Grundlage das bestehende Fahrzeug in 3D modelliert und anschliessend modifiziert werden. Der Umbau ist einerseits an die Wünsche des Auftraggebers und anderseits an gesetzliche Vorgaben geknüpft. Das Dimensionieren und Zeichnen der abzuändernden Kastenelemente ist das Ziel.

RealisationDie Ausgestaltung des Niederflurteils wird durch Aggregate unten am Fahrzeugboden, sowie durch

das Lichtraumprofil und die geometrischen Gegebenheiten des Bahnnetzes eingeschränkt. Um verschiedene Lösungen zu visualisieren wurden zunächst sehr einfache Modelle des modifizierten Wagens erstellt. Diese Modelle wurden mit dem Auftraggeber besprochen und optimiert. Das optimierte Modell stellte nun die Vorlage für die Ausarbeitung der Detaillösung dar.

Nach dem Aufbau des Wagens im Momentanzustand als 3DCADModell, wurde begonnen aufgrund von verschiedenen Berechnungen, welche die Bauräume der Kastenelemente des Niederflurteils definieren, eine Vorauslegung zu treffen. Diese Struktur wurde anschliessend in einem Vergleich der momentanen und der abgeänderten Struktur mit Hilfe der FinitenElementeMethode optimiert. Zum Schluss wurden Seitenwände, Türen und Bodenteile an die neue Struktur angepasst und das Modell mit diversen Interieurelementen bestückt.

Die uneingeschränkte Mobilität ist eines der wichtigsten Merkmale der modernen Gesellschaft. Das Mobilitätsbedürfnis des Menschen steigt stetig. Die Überwindung immer grösserer Distanzen in im-mer kürzerer Zeit ist das Ziel. In den letzten ein- bis zweihundert Jahren entwickelte sich ein kom-plexes und sehr leistungsfähiges engmaschiges Netz an Systemen, welches dem Menschen dieses hohe Mass an Flexibilität ermöglicht und bereitstellt. Jedem Menschen? Auch Menschen mit Behin-derungen wollen diesen Luxus, der für niemanden mehr wegzudenken wäre.

Konstruktion / Dipl. Ing. Sebastian Tobler / Transports publics fribourgeoisExperten: HansJörg Gisler / Christian Bach

Steuerwagen “Sänfte”

Florian Iseli

1982

078 891 26 73

florian.iseli [at] hispeed.ch

Automobiltechnik


BI


Um eine FEMAnalyse durchführen zu können, müssen die Randbedingungen, in welchem sich das System befindet, bekannt sein. Als Teil der Bachelorthesis wurden dementsprechend sechs Lastfälle definiert. Diese Lastfälle orientieren sich an der Praxis. So ist zum Beispiel die aus den MountainbikeMagazinen bekannte Lenkkopfsteifigkeit in der FEMUmgebung geprüft und als Grösse für die Beurteilung der Rahmen herangezogen worden. Bei der Auswahl der verschiedenen Federungssysteme wurden aus der Fülle an Varianten zehn unterschiedliche Typen ausgewählt. Das Hauptaugenmerk lag dabei auf der Häufigkeit der Vorkommnisse auf dem Markt, aber auch interessante und spezielle Systemformen sind berücksichtigt worden. Die Grundgeometrien sind überall gleich und die Kinematik lässt bei allen einen Federweg von 120 mm zu. Beim Material ist eine bei Mountainbikes oft verwendete AluminiumZinkMagne siumLegierung mit einer Dehngrenze von 380 N/mm2 ausgewählt worden. Da es sich bei Aluminium jedoch nicht um einen dauer festen Werkstoff handelt, wurde die anzustrebende maximale Spannung bei 200 N/mm2 festgelegt.

Das Arbeiten mit einer Baugruppe, welche aus beweglichen Teilen besteht, stellte sich in der FEMUmgebung als Schwierigkeit heraus. Die realitätsnahe Modellierung und Definierung der Gelenke zeigte sich als zu lösende Herausforderung, da an den Grenzen der Systemmöglichkeiten gearbeitet werden musste.Die Analyse als solche wurde in drei Schritte unterteilt. In der ersten Phase sind alle Rahmen mit den identischen Querschnitten modelliert worden, um einen Vergleich über die Schwachstellen zu erhalten. Die Erkenntnisse aus diesem Schritt dienten als Grundlage zur

nachfolgenden Optimierung. In den weiteren zwei Phasen sind die verschiedenen Rahmentypen individuell optimiert worden, sodass die Spannungsniveaus bei allen vergleichbar wurden. In der Folge wurden die Gewichte und Steifigkeiten verglichen, und die jeweiligen Vor und Nachteile der einzelnen Typen konnten aufgezeigt werden. Nicht mitberücksichtigt sind die Fahreigenschaften, welche durch die jeweiligen Systeme beeinflusst werden, da viele dieser Eigenschaften subjektiv sind und dem jeweiligen Fahrer oder der Fahrerin zusagen müssen.

Das Gewicht ist im Radsport wie auch in anderen Bereichen einer der wesentlichen Faktoren. Mit-tels Material- und Geometrieveränderungen wird versucht, ein Gewichtsminimum zu erzielen. Das Ziel dieser Bachelorthesis ist der Vergleich des Gewichts verschiedener Mountainbike-Geometrien. Die Spannungsanalyse vereinfachter und nachträglich optimierter Systeme mittels Finite-Elemente-Methode lässt den direkten Gewichtsvergleich zu, indem alle Geometrien auf ähnliche Spannungs-bilder individuell angepasst werden. Die Erkenntnisse aus diesem Vergleich geben Aufschluss, wel-che Geometrie das geringste Gewicht bei gleicher Festigkeit erreicht und dadurch die sinnvollste Bauart darstellt.

Konstruktion / Dipl. Ing. Sebastian ToblerExperten: HansJörg Gisler, Christian Bach

Analyse von vollgefederten Mountainbike-Rahmen

Reto Oberli

1984

079 611 68 23

retooberli [at] bluemail.ch

Mathias Kappeler

1984

078 819 83 82

m-kappeler [at] bluewin.ch

Automobiltechnik


BI

Ausschnitt aus einem Spannungsbild eines Mountainbike-Rahmens


Die Zylinderdruckindizierung ist ein messtechnisches Verfahren, um den im Zylinder herrschenden Druck in Abhängigkeit vom Kurbelwellenwinkel darzustellen. Dies wird benötigt, um die Verbrennung einzelner Zylinder eines Ottomotors zu beurteilen. So kann eine Aussage über den Maximaldruck, den Druckanstieg und deren Lage im pαDiagramm gemacht werden. Das Heizgesetz, die Heizgeschwindigkeit, pmi und die Temperatur im Brennraum sind direkt berechnete Werte. Die verwendeten Drucksensoren wurden von der Firma KISTLER Instrumente AG zur Verfügung gestellt und haben sich in der Verbrennungsdiagnostik bewährt.Die Messungen wurden an einem Mercedes M111 VierzylinderMotor mit Indizierbohrungen im Zylinderkopf durchgeführt. Beim ersten Zylinder besteht zusätzlich die Möglichkeit, die Drücke im Ansaugrohr und im Auspuffkrümmer zu messen. Beim Auspuffkrümmer kann man zwischen dem originalen Gusskrümmer und einem speziellen Krümmer auswählen, welcher den ersten Zylinder entkoppelt und deren Abgas getrennt abführt.Nach dem Bestimmen geeigneter Lastpunkte wurden ungekühlte Hochdrucksensoren mit gekühlten Hochdrucksensoren verglichen. Da grosse Schwankungen bei den Verbrennungen im Zylinder stattfinden, musste man entscheiden, welche Merkmale der Verbrennung eine verlässliche Aussage ergeben. Diese zyklischen Schwankungen ver

ursachten weitere Fragestellungen, welche es zu beantworten galt.Der nächste Schritt war das Wechseln des Auspuffkrümmers und die Untersuchung des Einflusses dieser Massnahme auf den ersten Zylinder. Beim speziellen Krümmer strömen die Abgase durch ein gerades Rohr, welches die Abgas dynamik ändert.Die letzten Messungen galten nicht dem Druck, sondern der Tempe

ratur. Die Niederdrucksensoren im Auspuff werden durch ein eigenes Kühlsystem auf einer konstanten Temperatur gehalten. Die Firma KISTLER Instrumente AG lieferte zu den Standardkühladaptern einen Kühladapter mit Schutzscreen, einem Wärme und Partikelschutz. Es galt, mit speziellen Temperatursensoren den Wärmeeintrag dieser neuen Kühladapter zu beurteilen.

Afin d’effectuer un diagnostic efficace de la combustion d’un moteur Otto, l’utilisation de capteurs de pression dans le cylindre, dans le collecteur d’admission et d’échappement est indispensable.Notre travail consistait, d’une part à sélectionner les capteurs les plus appropriés aux mesures à réaliser, puis, d’évaluer les conséquences de la modification d’un paramètre tel qu’un colle-cteur d’échappement sur le déroulement de la combustion, à l’aide des capteurs de haute pressi-on retenus. D’autre part, en collaboration avec l’entreprise KISTLER Instrumente AG, de comparer l’influence de la température des gaz d’échappement sur deux types de support de capteurs dispo-sant d’un refroidissement.

Verbrennungsmotoren / Prof. Dr. Jan Czerwinski / Assistent Dipl. Ing. Thomas Hilfiker / in Zusammenarbeit mit KISTLER Instrumente AG – Experten: HansJörg Gisler / Christian Bach

Verbrennungsdiagnostik mittels Druckindizierung

Alain Treier

1983

078 721 51 91

alain.treier [at] gmail.com

Patrick Keller

1983

076 548 66 40

keller-patrick [at] bluewin.ch

Automobiltechnik


VA

Pressure Indication Mercedes M111 Engine

Comparison Original Pipe / Straight Pipe


Der Versuchsmotor ist ein LombardiniMotor mit zwei Zylindern und einem Hubraum von 505ccm. Der LombardiniMotor arbeitet nach dem Viertaktprinzip, hat pro Zylinder zwei Ventile und befindet sich in einer klimatisierten Kammer.

Alle Parameter der Motorsteuerung können auf einer PCOberfläche, die auf Matlab/Simulink aufbaut, eingegeben und beliebig verändert werden. Es können Funktionen programmiert werden, die gewisse Parameter während des Motorbetriebs verändern. Der Vorteil dieses Motors liegt darin, dass der Vergleich zwischen Benzin und Gas auf demselben Motor unter gleichen Bedingungen gemacht werden kann. Während des Motorbetriebs kann zwischen Gas und Benzin kontinuierlich umgeschaltet werden. Die Messdaten von sechs verschieden Abgaskomponenten, die Temperaturen und einige Motorgrössen werden über eine Schnittstelle aufgezeichnet. Zusätzlich wird der Druckverlauf im Zylinder mit KistlerIndizierzündkerzen synchron zum Kurbelwinkel aufgezeichnet. Der Druckverlauf ist eine wichtige Grösse zur Beurteilung der Verbrennung im Motor.

Bei den aktuell sehr stark angestiegenen Treibstoffpreisen wird immer wieder nach alternativen Kraftstoffen gesucht. Im Jahr 2007 wurden in der Schweiz 2500 Autos für den Betrieb mit Gas im-matrikuliert. Für den Gasbetrieb sind Anpassungen der Motoren notwendig. Deshalb befassen sich die Motoreningenieure mit der Untersuchung und Optimierung der Verbrennung. Im Rahmen dieser Bachelorarbeit werden die Verbrennung und die Emissionen an einem 4-Takt-Motor der Marke Lom-bardini untersucht. Ein Hauptziel ist die Untersuchung der Auswirkung des veränderten Verdich-tungsverhältnisses auf die Qualität der Verbrennung und auf die Schadstoffemissionen.

Verbrennungsmotoren / Prof. Dr. Jan Czerwinski / Assistent Dipl. Ing. Yan ZimmerliExperten: HansJörg Gisler / Christian Bach

Untersuchungen an einem Motor mit Gasbetrieb

Marc Oggier

1984

079 307 98 73

marcoggier [at] bluewin.ch

Roman Köstli

1983

078 825 84 77

koestli [at] gmx.ch

Automobiltechnik


BI

Vorschlag einer neuen Kolbengeometrie

Lombardini-Motor

Zündkennfeld

Elektrodenabstand an der Zündkerze von 0,4mm bis auf 1,2mm in 0,2mm Schritten erhöht. Es konnte festgestellt werden, dass sich die Entflammbarkeit des Gemisches im Brennraum mit zunehmendem Elektrodenabstand verbessert.Der Kraftstoffverbrauch kann nebst den konventionellen Methoden mit Durchflussmessung des Kraftstoffes

auch über die angesaugte Luftmenge und Luftzahl (Verhältnis Luftmasse zu Kraftstossmasse) zurückgerechnet werden. Die Messung der Luftmasse erfolgt mit einem handelsüblichen Heissfilm Luftmassenmesser. Pulsationen im Ansaugrohr, die durch das Schliessen des Einlassventils entstehen, beein

flussen das Messresultat. Um diese Pulsationen zu dämpfen, wurde ein Ausgleichsbehälter zwischen dem HeissfilmLuftmassenmesser und Drosselklappe montiert. Zur Überprüfung der Resultate wurde die Luftmasse zusätzlich mit einer Blende gemessen. Die Abweichungen bei der Luftmassenmessung konnte mit dem Ausgleichsbehälter wesentlich verkleinert werden. Durch die exaktere Bestimmung der Luftmasse kann der Kraftstoffverbrauch präziser berechnet werden, was die Genauigkeit der Auswertungen erhöht. Weiter wurde ein Zünd und Einspritzkennfeld auf den Motor angepasst und dabei das Verhalten während einer Lasterhöhung untersucht.

Erdgas (CNG, Compressed Natural Gas) besteht zum grössten Teil aus Methan. Durch die höhere Klopffestigkeit von CNG kann der Motor höher verdichtet werden und der Wirkungsgrad wird somit gesteigert. Bei früheren Diplomarbeiten wurde das originale Verdichtungsverhältnis von 8,7 auf 13,77 erhöht. Durch die Verdichtungserhöhung auf 13,77 wurde die Entflammbarkeit des Gemisches verschlechtert. Bei unserer Arbeit wurde die Verdichtung, durch den Einbau anderer Kolben, auf 12,5 reduziert. Zusätzlich wurde ein Vorschlag für eine andere Kolbengeometrie ausgearbeitet. Um den Einfluss des Elektrodenabstandes auf die Entflammbarkeit des Gemisches zu bestimmen, wurde der


Mit dem Projekt Fiat 500 Electra beabsichtigt eine Gruppe von Studierenden des Fachbereiches Automobiltechnik, ein Serienfahrzeug auf Elektroantrieb umzurüsten, welches dem Serienfahrzeug hinsichtlich Leistungsfähigkeit ebenbürtig ist. Als Grundlage dient ein Fiat 500 1.4 16V mit 73,5 kW.In mehreren Projektarbeiten haben Studierende des Fachbereichs Automobiltechnik der BFHTI Teila spekte des Projekts bearbeitet. Zudem haben die direkt beteiligten Studierenden parallel private Aktivitäten entwickelt. Im Rahmen dieser Arbeit soll das Projekt sowohl technisch wie betriebswirtschaftlich aus einer umfassenden Sicht untersucht, dokumentiert und auf ein sicheres Fundament gestellt werden. Für den zukünftigen Projektleiter entsteht ein Instrument, welches ihm ermöglicht, das Projekt zu steuern, die Aufgaben im richtigen Zeitpunkt wahrzunehmen, sowie die nötigen Ressourcen bereitzustellen.Der wichtigste Schritt in der Realisierung eines Projekts ist die Ausarbeitung des Gesamtkonzepts. Für den erfolgreichen Umbau des Fahrzeugs müssen bereits zu Beginn alle wichtigen technischen Aspekte betrachtet, analysiert und konzipiert werden. Dadurch kann in einem frühen Stadium erkannt werden, welche kritischen Punkte

vorhanden sind und ob Lösungsmöglichkeiten bestehen. Nebst dem eigentlichen elektrischen Antrieb, stellt vor allem die fahrzeugeigene Kommunikation zwischen den Steuergeräten (CANBus) eine Herausforderung dar. Ohne diese Kommunikation funktionieren im Fahrzeug die für die Sicherheit wichtigen Einrichtungen wie ESP oder ABS, aber auch die Klimaanlage nicht. Weil das Fahrzeug vom originalen Front auf Heckantrieb umgebaut wird, kommt der aktiven Sicherheit hohe Wichtigkeit zu. Da die elektrischen Bauteile wie Batterie und Motor eine erhöhte Masse aufweisen, müssen vor der Zulassung zusätzliche Prüfungen des Fahrzeugs durchgeführt werden.Durch das Gesamtkonzept sind die nötigen Ar beits schritte zur Umsetzung nun definiert und in der richtigen Abhängigkeit zueinander in

Durch die ständig steigenden Treibstoffpreise und die Diskussion zum Klimawandel wird der Ruf nach alternativen Antriebskonzepten immer grösser. Das Projekt Fiat 500 Electra, ein auf Elektroan-trieb umgerüstetes Serienfahrzeug, will der Öffentlichkeit zeigen, dass ein Elektrofahrzeug sport-lich und gleichzeitig ökologisch sein kann.Um ein Projekt dieser Grösse zielorientiert und in einem sinnvollen Ablauf durchführen zu können, bedarf es einer guten Planung. Dabei muss das erarbeitete Gesamtkonzept für das Fahrzeug mit der zeitlichen Planung und den finanziellen sowie personellen Ressourcen harmonieren. Zudem sollen die mit dem Projekt einhergehenden Stärken, Schwächen, Chancen und Risiken bekannt sein.

Automobiltechnik / Prof. Bernhard Gerster, Prof. Dr. Urs SauterExperten: Alfred Sasse, Andreas Stettler, Philippe Burri, Bruno Jäger

Konzeption Fiat 500 Electra

Jens Sörensen

1984

079 472 28 36

jens.soerensen [at] bluewin.ch

Michael Maag

1980

079 306 79 82

maag_m [at] hispeed.ch

Automobiltechnik


VA

Technisches Gesamtkonzept

einem Strukturplan zusammengeführt worden. Die jeweilig erwartete Dauer eines Projektschritts wird mit Hilfe der PERTGewichtung ausgelegt. Da die einsetzbaren Ressourcen noch nicht bekannt sind, konnten die Zuteilungen für die jeweiligen Arbeiten nur begrenzt gemacht werden. Für jeden Arbeitsschritt ist definiert worden, welche Kompetenzen die einzusetzende Ressource haben muss. Daraus resultieren zwei Projektpläne, die einerseits den Weg zur Umsetzung des Vorhabens durch Schulprojekte, anderer seits mit dem Einbezug externen Partner aufzeigen. Der reale Weg wird dazwischen liegen. Um ein bestmögliches Werkzeug für den Projektmanager zu realisieren, sind der Finanzplan, die Pflichtenhefte für offene Arbeiten, sowie wichtige Resultate direkt in den Projektplan integriert.


Durant le semestre d’été, deux collègues de la classe ont construit, sur la base d’un kart, un prototype hybride (essence/électricité). C’est à partir de cette plateforme qu’une idée de progrès est née. Cette évolution consiste à faire fonctionner ce même kart avec une télécommande. Pour réaliser un tel système, nous avons besoin d’actionneurs électriques qui réagissent aux signaux reçus. Les parties importantes pour diriger le véhicule correctement sont la télécommande, le moteur, la direction et les freins. Le moteur était déjà dessus, il nous restait donc trois projets différents, réalisés par trois étudiants différents, pour un même but final.

Mon travail de diplôme se focalise sur la partie des freins.

Afin de construire correctement mon système, il m’a été nécessaire de faire des mesures de forces de freinage et d’espace sur le kart pour le montage des pièces. Une fois terminé avec ces mesures, il m’a été possible de définir le couple et la puissance du moteur électrique. Pour limiter les coûts d’un moteur très puissant, une démultiplication par engrenage de différents diamètres est utile. L’engrenage de sortie sera relié à la pédale de frein qui sera poussé en fonction du signal envoyé par la télécommande. Pour diriger au mieux le moteur électrique, il m’a également été nécessaire de programmer un microprocesseur. Celuici sera le cerveau de mon système. Ce dernier décide, d’après les données insérées, de la façon dont doit tourner le moteur

en fonction des signaux reçus par la télécommande, du capteur de position de la pédale et s’il y a nécessité d’enclencher la sécurité ou non.

Le système de freins est un domaine très délicat, car si un problème quelconque surgit, il faut éviter à tout prix des conséquences désagréables, voire dangereuses. C’est pour cela qu’un système de sécurité mécanique doit pouvoir réagir avant qu’un dégât ne soit causé.

Cette sécurité d’urgence est effectuée par un ressort qui tire la pédale de frein tout le temps en position roues bloquées. La fonction de notre moteur électrique, dans ce cas, n’est pas de freiner lorsqu’il est enclenché, mais l’inverse. Grâce à ceci, si la construction rencontre un problème électrique, il nous suffira d’interrompre la transmission des forces entre les engrenages pour que le ressort réagisse au plus vite et bloque les freins.

Le but de ce travail de Bachelor est de transformer le mouvement rotatif d’un moteur électrique en mouvement linéaire afin d’actionner les freins sur un kart. Pour une telle construction, il est néces-saire d’avoir un microprossesseur qui dirige les opérations, une centrale de commande pour les réactions du moteur électrique et un système de démultiplication de forces pour limiter les efforts. Une fonction de sécurité doit être construite en cas de défaut du système pour éviter tout genre d’accidents.

Mécatronique / Prof. JeanFrançois UrwylerExperts: Joël Niklaus, Carlo Bosia

Actionneur électrique de freins

Luigi Malacarne

1982

malacarne.l [at] hotmail.fr

Automobiltechnik


VA


En septembre 2007, nous avons reçu le travail pour la réalisation d’un modèle du système d’injection Common Rail. Ce modèle sera utilisé par le laboratoire d’analyse des gaz d’échappement de Nidau pour la réalisation de différents essais, surtout pour la simulation de la consommation d’huile dans les moteurs.Le modèle réalisé est constitué par les composants principaux de l’injection Common Rail. Ces composants sont normalement utilisés sur des moteurs 2.5 dCi 4 cylindres de Renault.La pompe à haute pression (pression maximale 1800 bar) est entraînée par un moteur électrique asynchrone. Avec un potentiomètre il est possible de régler la pression du circuit d’injection.

Dans ce travail de Bachelor, les circuits électroniques pour le fonctionnement d’un injecteur selon les valeurs indiquées par Bosch (maison productrice du système), ont été étudiés, dimensionnés et réalisés sur des circuits imprimés. Pour la gestion automatisée du système et des paramètres, un micropro

cesseur a été choisi et programmé. Deux capteurs de type Hall permettent au processeur de recevoir les informations sur le fonctionnement du modèle et du point de début d’injection.

Le système d'injection Common Rail pour moteurs diesel représente un système mécanique doté d'une gestion électronique de pointe. Dans mon travail de Bachelor, j'ai eu l'occasion d'étudier et de réaliser, en partant de zéro, la par-tie électronique d'un système Bosch Common Rail destinée au commandement et au maintien de l'injection de carburant, sur un modèle d'injection. Ce projet m'a donné la possibilité d'utiliser beaucoup de connaissances dans la branche de l’électronique et de les appliquer à un système mé-canique, en approfondissant et en connaissant une partie de l'électronique aujourd'hui appliquée sur les véhicules.

Mécatronique des véhicules / Prof. JeanFrançois UrwylerExperts: Joël Niklaus / Carlo Bosia

Modèle système d'injection Common-Rail

Dario Mantegazzi

1984

079 423 67 58

dario_1984 [at] hotmail.com

Automobiltechnik


VA

La plus grande difficulté d’un système tel que le système d’injection est que l'électronique que nous avons développée doit commander et gérer de grandes énergies pendant un laps de temps extrêmement court, de l'ordre des millisecondes. Vu l’absence d’information détaillée (informations protégées par le bureau technique de Bosch), les circuits et les solutions techniques utilisés pour la réalisation de l’électronique de commande ont été étudiés et adaptés de manière exclusive sur le modèle. Pendant la phase d'ouverture d'un injecteur [a], une grande quantité d'énergie est utilisée durant un cours laps de temps, ce qui permet une ouverture rapide et précise. Pour obtenir cette phase, un condensateur chargé à 50 Volts a été utilisé. La capacité et les caractéristiques du condensateur ont été dimensionnées.

Par la suite, une phase de maintien [d] est nécessaire pour l'état d'ouverture. Le courant électrique dans le circuit doit être à tout moment relevé et réglé à une valeur qui ne doit pas dépasser 13 Ampères. La tension utilisée est la tension de service, dans notre cas 12 Volts.

*

a Phase d’ouverture b Phase de courant d’attractionc Transition vers la phase de

maintiend Phase de courant de maintiene Déconnexion

En même temps, l'énergie utilisée pour la phase d'ouverture doit être régénérée (recharge du condensateur à une valeur de 50 Volts), pour permettre la répétition de cette opération au début de la prochaine injection.

*Graphique page 32, Cahier Bosch, Système

d’injection diesel à accumulateur Common

Rail, série jaune, édition 2005.


ButDans le cadre de ce travail proposé par M. Markoff (qui a un garage et est le directeur de l’ASS), le but est de concevoir un outil de calcul qui donne la possibilité aux membres de l’association de voir simplement et rapidement les facteurs qui génèrent des coûts pendant un dépannage et de les analyser. Cet outil donne à l’entrepreneur une supervision de la structure des coûts de l’entreprise et l’aide à prendre différentes décisions, par exemple par rapport à l’engagement d’employés, l’achat et l’engagement de véhicules, la conformation du tarif, etc. Entre autres, la détermination des moyennes des différents secteurs peut démontrer les forces et les faiblesses de l’entreprise.

DéveloppementLe développement de l’outil a débuté au 6ème semestre comme travail de projet. Dans ce travail, une première conception de l’outil a été élaborée à l’aide du programme Excel. En parallèle, nous avons préparé une enquête qui répertorie des données sur le personnel, le mobilier, l’immobilier et les coûts des membres ASS. Puisqu’en général tous les employés ne génèrent pas les mêmes coûts – normalement une aide provoque moins de coûts qu’un spécialiste – le personnel a été partagé en cinq catégories. Aussi, nous avons fait la différence entre les propres véhicules et ceux achetés en leasing, ainsi que le propre immobilier et celui loué. Pendant le travail de Bachelor, le projet

a été complété à l’aide du “Visual Basic for Applications” beaucoup simplifié pour les futurs utilisateurs. Dans une prochaine étape, les données requises ont été groupées et des moyennes régionales ont pu être calculées.

Solution Grâce aux données requises par le domaine du dépannage, il a été possible d’établir un calcul qui prend en compte les quatre points importants suivants: le personnel, les véhicules avec les dispositifs auxiliaires comme des lunettes de dépannage ou une grue, l’immobilier et les autres coûts. Les prix actuels d’essence, les jours fériés qui tombent sur des jours ouvrables, les cotisations des employés (AVS, AI, etc.), les intérêts du capital investi dans les mobiles et les immobiles, le RPLP (impôts pour camions) et la productivité des employés sont aussi respectés dans le calcul. De plus, les frais à couvrir par le service de dépannage sont calculés à l’aide du pourcentage de chiffre d’affaires et du temps. L’outil informe aussi s’il est plus judicieux de facturer le véhicule par le temps d’intervention ou la distance parcourue pendant l’intervention. Monsieur Markoff est de l’avis, qu’avec cet outil, un instrument très utile sera désormais à la disposition de tous les membres de l’ASS.

La pression des coûts est en constante augmentation dans le domaine du dépannage. En effet, les assurances payent des forfaits ne s’harmonisant pas avec les établissements. Ainsi, une entreprise ne travaille probablement même pas de façon rentable. Dans ce travail, tous les facteurs qui engen-drent des coûts d’un garage ASS (Auto Secours Suisse) sont pris en compte

et analysés. A l’aide de cet outil, il sera possible aux membres de l’ASS de calculer leurs frais de manière simple et rapide.

Economie d’entreprise / Prof. Dr. Urs SauterExperts: Phillippe Burri / Bruno Jäger

Elaboration d’une base de calculs pour l‘ASS

Gabriel Meckl

1982

079 784 88 05

gmeckl [at] yahoo.com

Automobiltechnik


Schéma de calcul des coûts

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ZielIm Rahmen der Arbeit, die von Herrn A. Markoff (selbst Garageninhaber und Vorstandsmitglied ASS) vorgeschlagen wurde, ist für die ASS ein Berechnungstool zu entwickeln, das den Mitgliedern die Möglichkeit gibt, die für den Pannen und Unfalldienst relevanten Betriebskosten schnell und einfach zu ermitteln und zu analysieren. Das Instrument gibt dem Unternehmer einen Überblick über die Kostenstruktur seines Unternehmens und unterstützt ihn beim Fällen verschiedenster Entscheidungen, z. B. Mitarbeitereinsatz, Beschaffung und Einsatz von Fahrzeugen und Tarifgestaltung. Zudem sollen ihm die ermittelten Branchendurchschnitte Hinweise auf Stärken und Schwächen seines Betriebs geben.

EntwicklungIm 6. Semester wurde im Rahmen einer Projektarbeit ein erster Entwurf des Tools (Excel) entwickelt. Parallel dazu bereiteten wir eine Umfrage vor, um die erforderlichen Daten über das Personal, die Mobilien, Immobilien und die Kosten der ASSMitglieder zu erfassen. Da nicht alle Arbeitnehmer gleiche Kosten verursachen – ein Hilfsarbeiter erhält in der Regel weniger Lohn als ein Diagnostiker – wurden fünf Personalklassen geschaffen. Wir unterscheiden zwischen gekauften und geleasten Fahrzeugen sowie gemieteten und eigenen Immobilien.In der BachelorArbeit wurde der Entwurf ergänzt und mit Hilfe von Visual Basic for Applications für die angehenden Benutzer stark vereinfacht. In einem weiteren Schritt wurden die eingegangenen Daten zusammengefasst und regionale Durchschnittswerte ermittelt.

LösungAnhand der erhaltenen Daten aus den Pannen & Unfalldienstbetrieben wurde eine Rechnung aufgestellt, die alle wichtigen Punkte berücksichtigt. Die Berechnung erfolgte in vier Bereichen: Personal, Fahrzeuge und deren Hilfseinrichtungen wie Kran oder Abschleppbrille, Immobilien und weitere Kos ten. Aktuelle Treibstoffpreise, auf Werktage fallende Feiertage, Arbeitgeberbeiträge (AHV, IV usw.), Ver zinsung des investierten Eigenkapitals von Mobilien und Immobilien, ArbeitnehmerProduktivität und LSVA (LKWSteuer) fliessen ebenfalls als Variablen in die Berechnung ein. Wichtig ist die Berücksichtigung des Umsatz und Zeitanteils des Pannen & Unfalldienstgeschäftes am Gesamtgeschäft. Zudem wird der Benutzer informiert, ob es vorteilhaft ist, ein Fahrzeug über die Einsatzzeit oder die Einsatzdistanz zu verrechnen. Nach der Meinung von Herrn Markoff ist mit unserem Tool ein sehr hilfreiches Instrument entstanden, das die ASS allen Mitgliedern zur Verfügung stellen will.

Der Kostendruck im Pannen- und Unfalldienst nimmt in der Schweiz immer mehr zu. Versicherungen zahlen Pauschalen, welche aber nicht zwingend auf den eigenen Betrieb abgestimmt sind. So arbeitet ein Betrieb unter Umständen nicht einmal kostendeckend. In dieser Arbeit wurden kostenrelevante Informa-tionen von Mitgliedfirmen der ASS (Auto-Strassenhilfen-Schweiz) gesammelt,

analysiert und ausgewertet. Mit Hilfe des erarbeiteten Kalkulationstools können ASS-Mitglieder in Zukunft diese Auswertung einfach und schnell selber durchführen.

Betriebswirtschaft / Prof. Dr. Urs SauterExperten: Philippe Burri / Bruno Jäger

Erstellung einer Kostenkalkulationsbasis für die ASS

André Wipf

1978

076 390 07 57

andre.wipf [at] gmx.ch

Philipp Michel

1984

079 743 78 57

ph_michel [at] bluewin.ch

Automobiltechnik


BI

Schema der Kostenkalkulation


Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung des Antriebskonzepts für den Fiat 500 Electra. Ein Serienfahrzeug, das von einem 100PS Benzinmotor auf einen rein elektrischen Antrieb umgerüstet werden soll. Die Komfort und Sicherheitsmerkmale sowie die Fahrleistungen des Grundfahrzeuges sollen dabei beibehalten werden.Eine der wichtigsten Komponenten in einem Automobil stellt dessen Antriebsstrang dar. Der Antriebsstrang besteht in der Regel aus Motor, Getriebe und Differential. Durch diesen wird die Haupteigenschaft des Automobils, die autonome Fortbewegung, gewährleistet. Die Antriebsleistung muss vom Motor über geeignete Übertragungselemente mit einem möglichst hohen Gesamtwirkungsgrad bis auf die Antriebsräder geleitet werden. Damit wird die wertvolle mitgeführte Energie in den Vortrieb und nicht in Wärme umgesetzt. Auf der anderen Seite müssen die geometrischen Gegebenheiten des Grundfahrzeuges in die Überlegungen miteinbezogen werden.

VorgehensweiseAlle Komponenten, die zur Verwendung im Antriebsstrang in Frage kommen, werden in ihren Eigenschaften untersucht und dokumentiert. Der Einfluss eines MehrgangGetriebes im Antriebsstrang wird untersucht. Anhand verschiedener Lösungsvarianten wird gezeigt, wie der Antriebsstrang realisiert werden könnte. Mit Hilfe verschiedener Parameter werden die Vor und Nachteile der Varianten aufgezeigt und schliesslich eine Auswahl getroffen. Eine optimale Gesamtübersetzung mit den daraus resultierenden Konsequenzen wird erarbeitet. Ein weiterer Teil der Arbeit ist der Konzeption des Umbaus der künftig elektrisch angetriebenen Hinterachse gewidmet, damit die selektierte Antriebslösung überhaupt rea lisierbar wird.

Eine Entwicklung der zukünftigen Individualmobilität setzt eine Betrachtungsweise voraus, die fern ab jeder “öko-romantischen” Idealvorstellung liegt. Bis anhin wurden viele gute Projekte auf die Rä-der gestellt, jedoch ist es eine Traumvorstellung damit jene Kundenakzeptanz zu erlangen, die nötig wäre um dem Elektroauto den nötigen Vortrieb zu verschaffen. Und genau da versuchen wir mit dem Projekt Fiat 500 Electra den Nerv der zukünftigen Elektroauto-Käufer zu treffen.

Mechatronik / Prof. JeanFrançois Urwyler / BRUSA Elektronik AG / ASS AG AntriebstechnikExperten: Carlo Bosia, Joel Niklaus

Antriebskonzept für den Fiat 500 Electra

Christian Notz

1984

079 262 08 43

c.notz [at] gmx.ch

Automobiltechnik


VA

Skizze des gewählten Antriebsstrang konzeptes

Platzangebot im Bereich der Hinterachse

(Original)

AusblickDie Schnittstellen zwischen den einzelnen Komponenten wurden untersucht und für eine weiterführende Arbeit bereitgestellt. Als nächstes soll der Platz, der durch das Fahrzeug um die neue Achse gegeben wird, als Istzustand in CAD dargestellt werden. Danach können das VorschaltGetriebe entwickelt und allfällige Abänderungen an der Fahrzeugstruktur vorgenommen werden. Nach dieser Etappe des Projekts steht die Lösungssuche nach der bestmöglichen Aufhängung der gewählten Komponenten an, welcher besondere Beachtung geschenkt werden soll. Denn ihre Umsetzung trägt direkt zum Komfort der Passagiere bei.

Ausgangslage


Reisecars sind Personentransportmittel für Reisende oder Sportvereine zwischen dem Norden und Süden Europas. Aus Gründen beschränkter Platzverhältnisse für Reisegepäck oder Sportgeräte wird das Ladevolumen mittels eines Anhängers vergrössert. Bedeutend wird dies beispielsweise für Velos, die ein geringes Gewicht aufweisen, aber sehr grossen volumetrischen Platzbedarf einnehmen. Die Idee dieser Bachelor-Thesis liegt in der Optimierung des Ladevolumens des Anhängers, welche durch eine dynamische Deichselverlängerung realisiert werden soll. Ideal dabei ist, das Ladevolumen des Anhängers zu vergrössern und gleichzeitig positive Auswirkungen auf Kraftstoffverbrauch des Zug-fahrzeuges durch Reduktion von Luftwiderstand zu erreichen.

Konstruktion / Dipl. Ing. Sebastian Tobler / Zbinden Posieux SAExperten: HansJörg Gisler, Christian Bach

Dynamische Deichselverlängerung

Die Abmessungen eines Reisecars wie auch des gesamten Anhängerzuges sind in der Länge, Breite und Höhe gesetzlich vorgeschrieben. Aus diesem Grund kann nur eine Lösung zur Optimierung des Ladevolumens in Betracht gezogen werden, welche durch Verringerung der Distanz zwischen Zugfahrzeug und Anhänger erreicht werden kann. Das Ziel dieser BachelorThesis ist, in Zusammenarbeit mit dem Industriepartner Zbinden Posieux SA, die Entwicklung und Auslegung eines hydromechanischen Systems, welches die Deichsel durch den auftretenden Winkelunterschied zwischen Zugfahrzeug und Anhänger dynamisch verlängert. Dabei sind vor allem die geforderten Bewegungsabläufe dynamisch zu überprüfen, um die Funktionsweise des Systems im allgemeinen Strassenverkehr zu gewährleisten.

Grundsätzlich basiert das Funktionsprinzip des hydromechanischen Systems auf einer Volumenverdrängung, indem ein Zylinder durch mechanische Betätigung ein bestimmtes Volumen in einen zweiten Zylinder verdrängt. Daraus resultiert am zweiten Zylinder eine Ausstoss distanz, welche letztendlich die Deich selverlängerung bewirkt. Für die Entwicklung sind dabei sehr viele verschiedene Punkte zu beachten. Zum Einen sind dies die kinematischen Aspekte zur Gewährleistung aller Bewegungsabläufe, welche wiederum von den Normen im Strassenbau gegeben werden. Weiter müssen alle Einflüsse und Realisationsvarianten der Hydraulik und die gesetzlichen Bestimmungen für die Zulassung in Betracht gezogen werden. Die Herausforderung liegt

dabei in der Entwicklung verschiedener Systemlösungen, aber vor allem in der Berücksichtigung und optimalen Abstimmung aller relevanten Einflussgrössen, um daraus die bestmögliche Systemvariante zu definieren. Die konstruktive Ausarbeitung der dynamischen Deichselverlängerung kann ohne Definition der Systemvariante nicht vorgenommen werden, weil sonst die Funktions weise der Deichselverlängerung nicht gewährleistet werden kann. Die Vorteile der Zunahme von Ladevolumen und gleichzeitiger Reduktion von Luftwiderstand, durch den geringeren Abstand zwischen Zugfahrzeug und Anhänger, sprechen deutlich für die Realisierung einer dynamischen Deichselverlängerung.

David Roth

1984

078 851 47 56

dave.roth [at] gmx.ch

Automobiltechnik


BI


In vorausgegangenen Projektarbeiten wurde der Energiebedarf für den FIAT 500 berechnet (13 kWh für 200 km im Neuen Europäischen Fahrzyklus NEFZ) und der Elektromotor (Hybrid Asynchronmotor HSM6.17.12 von Brusa) bestimmt. In Zusammenarbeit mit der TEXX AG ist in dieser Bachelorthesis ein Konzept für das Bordnetz des FIAT 500 Electra entstanden.

Im Zentrum des Konzepts steht die LithiumIonenBatterie mit einem Energieinhalt von 27.2 kWh. Die Fahrbatterie wird entweder über ein 230 V oder ein 400 V Ladegerät aufgeladen. Das 400 V Ladegerät lädt die Fahrbatterie viermal schneller auf als dasjenige mit 230 V. Auf längeren Fahrstrecken kann somit die Zwischenladungszeit verkürzt werden. In der Schweiz gibt es 630

Stromtankstellen, welche nicht alle mit einer 400 V Steckdose ausgerüstet sind. Deshalb sind zwei Ladegeräte nötig. Das Battery Management System (BMS) der Firma TEXX AG überwacht die Lade und Entladevorgänge der Fahrbatterie.

Für die Steuerung des Elektromotors eignet sich der Umrichter DMC 524 der Firma Brusa. Der DC/DCWandler BMC 412 (Brusa) stellt genügend Leistung für die 12 V Verbraucher bereit. Als Puffer wird eine 12 V, 44 Ah Traktionsbatterie (Vlieselektrolyt) eingesetzt. Sie ermöglicht zudem, bei vollständig entladener Fahrbatterie die Fahrzeugbeleuchtung und weitere Funktionen über eine gewisse Zeit in Betrieb zu halten.Die Vehicle Control Unit (VCU) verarbeitet die Informationen des Gaspedals, des Rekuperationshebels und

des BMS. Gleichzeitig steuert sie den Umrichter. Im VCU sind verschiedene Fahrprogramme wie “Sparsam”,

“Normal” und “Sport” gespeichert. Der Fahrer hat die Möglichkeit, über ein Eingabegerät zwischen diesen Programmen zu wählen.Der aktuelle Stromverbrauch, die Fahrbatteriespannung und temperatur, sowie die verfügbare Kapazität kann der Fahrer von einem Bildschirm im Innenraum des Fahrzeuges ablesen.

Die Vakuumpumpe für den UnterdruckBremskraftverstärker und die Wasserpumpe, welche zur Kühlung des Elektromotors und des Umrichters dient, werden mit 12 V betrieben.Für die Regulierung der Innenraumtemperatur treibt ein Elektromotor den Klimakompressor an. Bei kälteren Temperaturen wird der Innenraum durch einen elektrisch betriebenen Durchlauferhitzer aufgeheizt. Der Elektromotor sowie der Durchlauferhitzer werden parallel zur Fahrbatterie geschaltet.

Der FIAT 500 Electra ist ein elektrisch betriebenes Fahrzeug, welches auf dem neuen FIAT 500 basiert. Das Fahrzeug wird mit einer Lithium-Ionen-Batterie ausgestattet, mit dem Ziel, einer benzin- oder dieselbetriebenen Version des gleichen Typs zu entsprechen. Das Fahrzeug muss alltagstauglich sein und den Anforderungen des Strassenverkehrsgesetzes vollumfänglich genügen. Mit diesem Projekt soll gezeigt werden, dass eine effizientere und umweltfreundlichere Mobilität nicht zu Lasten des Komforts und der Fahrleistungen gehen muss.Der Konsument will beim Energieverbrauch und bei den Emissionen sparen, nicht aber bei Komfort, Lifestyle und Fahrspass.

Fahrzeugelektrik und elektronik / Prof. Kurt Hug Experten: Joël Niklaus, Carlo Bosia

FIAT 500 Electra Bordnetz

Edwin Scherrer

1983

078 896 23 25

edwinscherrer [at] bluewin.ch

Automobiltechnik


VA

Prinzipschema FIAT 500 Electra


Mobilität muss nicht unbedingt immer nur ein Muss sein, sondern sollte auch immer wieder Spass bereiten und auch bei Freizeitaktivitäten nützlich sein. “Recreation Vehicle” heisst so viel wie Frei-zeitfahrzeug. Es entstand ein Konzept eines Kettenfahrzeuges, das in jedem Gelände uneinge-schränkte Mobilität und Fahrfreude liefern soll. Ob Sand, Matsch, Schnee oder Eis, das Fahrzeug soll durch jedes Gelände problemlos sein Ziel finden.

Konstruktion/ Sebastian Tobler/ Suter Racing TechnologyExperten: HansJörg Gisler/ Christian Bach

Recreation Vehicle Concept

Roman Schneuwly

1983

079 694 40 04

lohman [at] gmx.ch

Automobiltechnik


BI

Aufhängung

Kettenlaufwerk

Die Firma Suter Racing Technology (SRT), im Zürcher Oberland, ist eine innovative Firma die im Rennsport tätig ist, jedoch auch immer wieder Pläne zu neuen Ideen verwirklicht. Das äussere Design des “Recreation Vehicle” basiert in Teilen auf dem einer neuartigen Motorenrennyacht, welche bereits von SRT geplant und gefertigt wurde. Diese befindet sich zurzeit schon in der Testphase. Die Idee, ein Kettenfahrzeug zu entwerfen, das mit ähnlichem Design komfortabel und zuverlässig erscheinen soll, gelang bei einigen Interessenten auf offene Ohren. Somit konnte die Entwicklung weiter durchgeführt werden, um diese Idee zu verwirklichen.

KonzeptphaseIn der ersten Phase der Arbeit, wurde anhand der im Vorfeld erstellten Designstudie ein Modell auf CAD erstellt um so den Kunden eine erste Ideen vorzustellen. Die Einarbeitung in das Thema der Kettenfahrzeuge war dabei ein zentraler Punkt, obwohl dieses Konzeptfahrzeug ein maximales Gewicht von nur 3’000 kg aufweisen durfte. Die Grundlegende Geometrieauslegung des Laufwerkes war dabei noch nicht ein wichtiger Konstruktionsaspekt, um so schnell wie möglich ein brauchbares Resultat zu verwirklichen. Durch diesen Vorgang entstanden neue Ideen zur Aufhängung, der Kettspannung und des Antriebes, der als Hybridantrieb verwirklicht werden soll. Das Fahrzeug soll dabei aus leichten Materialien wie Carbon, Komposit, Aluminium oder Titan entstehen, um somit Gewicht einzusparen.

In der zweiten Phase der Arbeit ging es darum, die Aufhängung zu detaillieren und verschiedene Möglichkeiten betreffend des Schwingen

und Radlayouts sowie der FederDämpfereinheit zu untersuchen. Um eine optimale Lösung für das Leichtbaufahrzeug zur Federung und Dämpfung zu finden, wurde mit SRT eine Lösung entwickelt, die mit FederDämpfereinheiten von

“OffRoad” Motorrädern funktioniert. Dabei wurden verschiedene Möglichkeiten durchgegangen, wie viel der Aufbauwinkel auf der Schwinge betragen kann, um so eine geeignete Übersetzung der Kraft vom Rad in die FederDämpfereinheit zu verwirklichen.Die erste Idee der Schwinge bestand aus einem geschweissten Stahlrohrprofil. Als zweite Möglichkeit entstanden nun Varianten aus Aluminiumprofilen, die mit FEMAnalysen auf ihre Festigkeit überprüft wurden. Somit konnte zusätzlich auch Gewicht eingespart werden.

Das entstandene Produkt dieser Arbeit soll dem Auftraggeber einen erster Schritt zur Verwirklichung dienen, in der verschiedene Aufhängungsprinzipien durchdacht wurden um somit eine optimale Lösung zum Leichtbaukettenfahrzeug zu erhalten.


Als wichtigste Basis für das Sponsoringkonzept diente die Gesamtkonzeption des Fahrzeugs (siehe BachelorThesis von M. Maag und J. Sörensen, S. 28). Die hohen Ansprüche an den Elektromotor und den Komfort verursachen beim Umbau dieses Fahrzeuges sehr hohe Materialkosten. Erste Abklärungen bei den Herstellern und Importeuren der dazu notwendigen Komponenten ergaben Materialkosten von gegen 200'000 Schweizer Franken.

Drei Studenten des Fachbereichs Automobiltechnik haben sich zum Ziel gesetzt, ein bestehendes Grossserienfahrzeug mit Benzinmotor auf einen elektrischen Antrieb umzubauen. Dabei soll der Elektromotor mindestens soviel Leistung haben, wie der Benzinmotor und es sollen keine Abstriche im Komfort des Fahrzeuges gemacht werden. Dazu stellte ihnen Fiat Suisse SA einen Fiat 500 zur Verfügung. Diese Bachelor-Thesis hatte zur Aufgabe, ein Sponsoringkonzept für die Sicherstellung der Finanzierung der beträchtlichen Projektkosten zu entwickeln.

Betriebswirtschaftslehre / Prof. Dr. Urs SauterExperten: Philippe Burri / Bruno Jäger

Sponsoringkonzept für den Fiat 500 Electra

Philipp Stampfli

1982

078 617 09 39

philippstampfli [at] bluewin.ch

Automobiltechnik


VA

Fiat 500 Electra

Die steigende Umweltverschmutzung durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe erfordert ein Umdenken in unserer Gesellschaft. Die Gesellschaft nimmt zwar zur Kenntnis, dass der Ausstoss von CO2 für die Umwelt schädlich ist, jedoch will fast niemand deswegen eine Einschränkung in Kauf nehmen.Alle Fahrzeuge mit einem elektrischen Antrieb, die man heute kennt, haben immer viel weniger Leistung, Komfort etc. als benzinbetriebene Fahrzeuge. Dass so wenige elektrobetriebene Fahrzeuge heute in der Schweiz eingelöst sind, steht vielleicht im Zusammenhang damit, dass niemand auf Leistung, Komfort etc verzichten will. Deshalb hat sich das 'Team Electra' zum Ziel gesetzt, ein bestehendes Grossserienfahrzeug mit Benzinmotor auf einen elektrischen Antrieb umzubauen.

Um bessere Chancen bei weiteren Sponsoren zu haben, schloss das 'Team Electra' nun einen Kooperationsvertrag mit der Firma Texx Technologies, welche im Bereich des Batteriemanagements für Elektrofahrzeuge tätig ist, ab. Die Teile, unter anderem die LithiumIonenBatterien, die diese Firma zur Verfügung stellt, macht etwa einen Viertel der gesamten Kosten aus. Es sind noch weitere Sponsoren nötig, welche nun mit dem Sponsoringkonzept systematisch angegangen werden können.Während dieser Arbeit wurden auch Anträge für Unterstützung beim Bundesamt für Energie und für einen Innovationsfonds vorbereitet.


Das Projekt ModellHybridfahrzeug begann Mitte September 2007 aufgrund steigenden Interessens an Hybridfahrzeugen. Um das Prinzip und dessen Komplexität besser zu verstehen, wurde ein SerieHybrid angestrebt. Ein SerieHybrid ist ein Fahrzeug, das nur durch einen Elektromotor angetrieben wird. Die elektrische Energie wird in erster Linie durch die Batterien gewährleistet. Wenn diese entladen sind, springt der Verbrennungsmotor an, der einen Generator antreibt, welcher dann die Batterien lädt. Dieses Projekt erstreckte sich auf zwei Semester und wird mit der vorliegenden BachelorArbeit abgeschlossen. Der erarbeitete HybridAntriebsstrang wurde auf eine tragende Einheit eines GoKart aufgebaut.

Für die Fernsteuerung kommen Komponenten aus dem Flugmodellbau zum Einsatz. Die Fernsteuerung ist eine FUTABA FF6, welche mit einer Übertragungsfrequenz von 2,4 GHz arbeitet. Die Signale werden am Empfänger (auf dem Fahrzeug) durch eine entsprechende Schaltung aufbereitet, so dass sie mittels Mikrocontroller eingelesen und verarbeitet werden können. Der Mikrocontroller hat die primäre Aufgabe, die empfangenen Funksignale zu evaluieren und im Störungsfall eine Notbremsung einzuleiten. Beim Auftreten des Fehlers oder der Abwesenheit der Signale wird die Fehlerquelle entweder am LCDBildschirm angezeigt oder im Notfall die Speisung des ganzen HybridModells unterbrochen.

Da die Sicherheit die höchste Priorität hat, wurden auf der Fernsteuerung nicht nur ein NotausSchalter, sondern auch eine “Totmann”Funktion eingebaut. Mit letzterer kann im Notfall eine Vollbremsung eingeleitet werden.Eine weitere wichtige Aufgabe des Mikrocontrollers ist, die empfangenen Signale zu verarbeiten und an die restlichen Schnittstellen, elektrische Lenkung, elektrisch betätigte Bremse und Gas weiterzuleiten. Zwischen den jeweiligen Schnittstellen erfolgt ein andauernder Informationsaustausch über den Betriebszustand.Die entwickelte Schaltung mit den dazugehörenden Komponenten wurde auf dem HybridModell aufgebaut.

Die heutige Wirtschaft tendiert immer mehr auf verbrauchsarme, umweltfreundliche, wirtschaftliche, aber dennoch leistungsfähige Fahrzeuge. Aus diesem Grund wurde ein Modell-Hybridfahrzeug aufge-baut. Dieses ermöglicht es, den angehenden Studierenden das Hybridprinzip näherzubringen.Diese Bachelor-Thesis beschäftigt sich mit der Fernsteuerung des Hybrid-Modells. Meine Arbeit kon-zentriert sich hauptsächlich auf die Wahl des Konzepts der Fernsteuerung und der Wahl der jeweiligen Arbeitsfrequenzen sowie die Erarbeitung einer Schaltung zur Verarbeitung der Signale und auf einer Risikoanalyse. Parallel zu dieser Bachelor-Thesis laufen zwei zusätzliche Bachelor-Thesen, die sich einerseits mit der elektrischen Lenkung und anderseits mit elektrisch betätigten Bremsen beschäftigen.

Mechatronik / Prof. JeanFrançois UrwylerExperten: Joël Niklaus, Carlo Bosia

Konzept der Fernsteuerung eines Fahrzeugmodells

Martin Peter Stillhart

1986

076 435 33 43

martin.stillhart [at] hotmail.com

Automobiltechnik


VA

NOTAUS

LENKUNG

BREMSE

GAS

Fernsteuerung Empfänger Signalverarbeitung Hybrid-Modell


Als Grundlage dieser Arbeit dienten zwei vorgängig vom gleichen Team durchgeführte Semesterarbeiten. In diesen wurden die Motive, Bedürfnisse und Trends der Gymnasiasten bei ihrer Studienwahl detailliert untersucht:

Schnell wurde klar, dass der Bekanntheitsgrad des Fachbereichs Automobiltechnik unter den Gymnasiasten nicht sehr hoch ist. Mit der PRAbteilung der BFHTI (Berner Fachhochschule Technik und Informatik) einigte man sich, mit der BachelorThesis zwei konkrete Marketingmassnahmen umzusetzen: Erstens eine auf die Informationsbe

dürfnisse der Gymnasiasten zugeschnittene Broschüre und zweitens ein Plakat, welches den Bekanntheitsgrad dieses Fachbereichs an den Gymnasien steigern soll. Beide Massnahmen wurden während der zweiten Semesterarbeit konkretisiert.

Erläuterungen zur BroschüreDie Informationen, welche in dieser speziellen Broschüre eingebaut wurden, sind u.a. auch auf der BFHTI Homepage und in anderen Broschüren der Schule zu finden. Doch bisher waren diese Informationen oft mehr eine Art Randnotiz. Deshalb wurden alle für die

Gymnasiasten wichtigen Angaben für die Broschüre zusammengetragen, wenn nötig mit weiteren Erklärungen ergänzt und übersichtlicher dargestellt. Speziellen Wert legte man dabei auf die folgenden zwei Punkte: Erstens auf die Studienanforderungen wie zum Beispiel die benötigte, verkürzte Lehre. Zweitens auf die Hilfestellung für die Gymnasiasten, die sie

bei der Suche nach einem entsprechenden Lehrbetrieb in Anspruch nehmen können. So entstand eine Anleitung für den Übergang vom Gymnasium an den Studiengang Automobiltechnik.

Erläuterungen zum PlakatDie Idee hinter dem Plakat und dessen geplante Funktionsweise ist folgende: Der Student, ein ehemaliger Gymnasiast, stellt auf einem Plakat seine abgeschlossene BachelorThesis vor und wird mit Foto abgebildet und vorgestellt. Dieses Plakat wird dann in seinem ehemaligen Gymnasium aufgehängt und lädt die Gymnasiasten zu den TechDays, speziell in den Fachbereich Automobiltechnik ein. Durch das abgedruckte Foto des ehemaligen Gymnasiasten aus diesem Gymnasium schaffen wir einen viel persönlicheren Bezug für die Gymnasiasten, als wenn nur ein unpersönliches Standardplakat aufgehängt würde. Denkbar wäre natürlich, dass ein früherer Lehrer des Studenten diesen auf dem Plakat wieder erkennt und seine Neugierde derart geweckt wird, dass er mit seiner Gymnasialklasse die TechDays und den ehemaligen Schüler besucht.

ErfolgskontrolleUm den Erfolg der in dieser BachelorThesis realisierten Marketingmassnahmen aufzuzeigen und auf Veränderungen reagieren zu können, wurde zusätzlich ein Erfolgskontrollsystem entworfen.

Aufgrund der seit Anfang 2007 neu eingeführten Automobil-Lehrberufe wird voraussichtlich in naher Zukunft die Anzahl der Studenten im Fachbereich Automobiltechnik mit traditionellem Werdegang (Lehre inkl. Berufsmatura) enorm sinken. Weil die neu eingeführten Lehrberufe mehr Berufsschul-tage aufweisen als bisher, wird aufgrund der erhöhten Abwesenheit ein zusätzlicher BMS-Schultag von den Lehrbetrieben nicht gefördert. Um diesem Trend bereits zum jetzigen Zeitpunkt Gegensteu-er zu geben, wird alles daran gesetzt, das Automobiltechnik-Studium an den Gymnasien bekannter zu machen und die Maturanden für diesen Studiengang zu begeistern.

Betriebswirtschaftslehre / Prof. Dr. Urs SauterExperten: Philippe Burri; Bruno Jäger

Marketing für den Fachbereich Automobiltechnik

Jürg Stuker

1983

078 745 63 11

j.stuker [at] hotmail.com

Automobiltechnik


Nico Wyss

1983

078 824 46 60

wyss.nico [at] gmail.com

VA

Deckblatt der realisierten Broschüre


Samebutdifferent ist der Name eines Vereins, welcher sich zum Ziel gesetzt hat, das Gleich- und Anderssein von körperlich behinderten und nicht behinderten Menschen zu thematisieren. Diese Grundidee soll mit einem Tandem visualisiert werden, welches gemeinsam von einer querschnitts-gelähmten Person und einer nicht behinderten Person angetrieben wird. Die Zusammenführung des Hand- und des Fussantriebes auf ein gemeinsames Antriebsrad symbolisiert das Zusammenarbeiten. Dieses Tandem soll dem Verein in Zukunft für Distanzfahrten und PR-Zwecke zur Verfügung stehen.

Fahrzeugmechanik / Prof. Bernhard GersterExperten: Alfred Sasse, Andreas Stettler

Konzeption Hand-/Fusstandem

Martin Wäger

1982

079 696 05 59

mwaeger [at] gmx.ch

Automobiltechnik


VA

Konstruktion des Tandems mit Fuss- und Handantrieb

Über das Fahrverhalten und die notwendige Geometrie eines solchen Fahrrades sind bis anhin wenige Erkenntnisse vorhanden. Aus diesem Grunde wurden vorgängig im Rahmen einer Semesterarbeit verschiedene Prototypen erstellt und dabei deren Fahrtauglichkeit untersucht. Die aus den Prototypen gesammelten Ergebnisse stellten die Grundlage für diese BachelorThesis dar. Eine Anforderung bestand darin, dass trotz 2 Personen ein kleiner Radstand realisiert werden kann. Somit erhält das Tandem seine notwendige Wendigkeit. Die Sitzanordnung der beiden Fahrer wurde so weit festgelegt, dass die nicht behinderte Person mit ihrem Fussantrieb hinter der be

hinderten Person mit ihrem Handantrieb zu sitzen kommt. Dabei war zu beachten, dass die hintere Person über die vordere Person hinweg sehen kann. Mit einer Umgestaltung des Lenkers ist es möglich, beide Personen sehr nahe auf dem Fahrrad zusammenrücken zu lassen. Mit dieser Lenkerform erhält die hintere Person eine aufrechte Position und kann so über die vordere Person hinweg sehen. Die Lenkung wurde aus physikalischen Gründen der hinteren Person zugesprochen und wird mittels Lenkstange auf die Vordergabel übertragen. Die Verbindung beider Antriebe und Weiterleitung auf das Hinterrad stellte

eine weitere Herausforderung dar. Grundsätzlich tritt ein Velo

fahrer mit ungefähr 90 U/min in die Pedalen, während eine Handkurbel mit ca. 60 U/min betätigt wird. Diese Differenz wurde mit verschiedenen Übersetzungen der Ketten

ritzel realisiert. Beim

Befahren einer Steigung muss der Antrieb mit einer Handkurbel früher in einen kleineren Gang schalten können als ein herkömmlicher Fussantrieb, denn bekanntlich ermüden die Muskeln in den Armen früher als die Beinmuskeln. Aus diesem Grund wurde am Tandem eine zusätzliche Schaltung für die vordere Person reali siert. Ausgerüstet mit einem DreifachKettenblatt und einer Tretlagerschaltung Mountain Drive der Firma Schlumpf kann die vordere Person die Übersetzung für ihren Handantrieb eigenständig wählen und so früher in eine kleinere Untersetzung wechseln. Der Fahrradrahmen besteht aus Aluminium. Ein Gesamtgewicht von 25 kg wird angestrebt, wobei das Hauptaugenmerk auf der Langlebigkeit liegt und nicht auf dem Gewicht. Da es sich um ein Einzelstück handelt, ist zu verhindern, dass die vorgesehenen Velotouren jäh durch einen Rahmenbruch mit entsprechend negativen Folgen für die Gesundheit beendet werden.

Berner FachhochschuleTechnik und Informatik

Führen im Wandel – Die Führungskraft als Coach

Certificate of Advanced Studies (CAS) in Biel

April - November 2009

SekretariatTel. 031 335 51 11: ZentraleTel. 032 321 62 56: Marylou BregyE-Mail [email protected] /coaching/

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Die Firma Swiss Hutless, mit Sitz in Lyss, entwickelt und fabriziert Karts in verschiedenen Aus-führungen. Sie besitzt auch ein internationales Rennteam und kann mit dem Gewinn von mehre-ren Welt- und Europameisterschaften auf grosse Erfolge im Kartsport zurückblicken. Um weitere Erfolge erreichen zu können, ist es wichtig, auch technisch nicht stehen zu bleiben. Im Rahmen dieser Bachelor-Thesis wurde deshalb ein System entwickelt, das mit Hilfe von Infrarot-sensoren die Asphalt- und Reifentemperaturen misst und diese dann drahtlos zu einem Data Logger überträgt, auf dem die gemessenen Daten auf einer SD-Karte abgespeichert werden.

Telematik und Netze / Prof. Claude BrielmannExperte: Joseph Odiet, Ericsson

Data Logger für Go-Kart Reifentemperaturen

Sven Andenmatten

1985

sven_andenmatten [at] sunrise.ch

Elektro- und Kom-

munikationstechnik

BI

Sensormodul und Data Logger Karte

Swiss-Hutless Rennkart

KonzeptIn einer ersten Phase der BachelorThesis wurde ein Konzept für dieses modulare Data Logger System erarbeitet. Dabei wurden folgende Fragen abgeklärt: Mögliche Messgrössen, Bestimmung der genauen Position auf dem Rundkurs, Zeitreferenz und Synchronisationsmöglichkeiten, Energieverbrauch und Machbarkeit zur Übertragung der Daten durch das Mobilnetz. Die Messgrössen, die realistisch gemessen und abgespeichert werden können, sind diverse Temperaturen (Reifen, Asphalt, Motor, Auspuff), Geschwindigkeit des Karts, Runden und Abschnittszeiten, Distanz und Fahrrichtung mittels Richtungssensoren (zur Bestimmung der genauen Position auf dem Rundkurs), wie auch Positionssensordaten (Gaspedal, Bremspedal, Lenkrad). Diese Parameter werden auf verschiedenen Sensormodulen erfasst

und anschliessend drahtlos oder drahtgebunden über ein geeignetes BUS System (CAN Bus) zum Data Logger übertragen.

RealisierungIn einer zweiten Phase der BachelorThesis wurde ein Prototyp eines Sensormoduls für die Messung der Reifen und Asphalttemperatur, sowie eine zentrale Data Logger Karte entwickelt. Für die Temperaturmessung wurden kontaktfreie Infrarotsensoren der Firma Melexis verwendet, die über eine I2C Schnittstelle angesteuert werden können.Das Sensormodul führt alle 100 ms Temperaturmessungen durch und sendet anschliessend die Daten drahtlos an den Data Logger. Für

die drahtlose Übertragung wurde der nrf9E5 Chip von Nordic Semiconductor verwendet. Dieser hat den Vorteil, dass er einen 8051 Mikro controller, einen Analog/Digital Converter, sowie ein RF Modul in einem kompakten Chip vereint. Auf der Data Logger Karte wurde ein ARM7 Mikrocontroller von Atmel für die Steuerung der Peripherie eingesetzt. Dieser analysiert die drahtlos empfangenen Daten und speichert sie über die SPI Schnittstelle auf einer externen SD Karte übersichtlich in eine Datei. Zusätzlich ist der ARM7 für die Synchronisation zwischen den einzelnen Sensormodulen verantwortlich. Nach erfolgter Messung kann der Benutzer an einem PC die gespeicherten Daten auswerten. Für die Interaktion mit dem Benutzer wurde ein 6610Display von Nokia verwendet. Erste Tests auf der Kartbahn in Lyss verliefen erfolgreich.


Biologische Taktgeber bereiten Lebewesen auf Vorgänge vor, die regelmäßig zu bestimmten Zeiten stattfinden. Auch der Mensch besitzt eine innere Uhr. Schon vor dem Aufstehen, wenn wir noch schla-fen, wird die Körpertemperatur erhöht, die Herzfrequenz nimmt zu, der Blutdruck steigt. Alles als Vor-bereitung auf den erhöhten Energieverbrauch beim Aufwachen. Der Organismus wird hochgefahren, Magensäure wird produziert. Viel Zeit bleibt dem Körper dabei nicht. Denn schon eine Stunde später muss er bereits Höchstleistungen vollbringen. Ein abruptes Aufwachen, zum Beispiel durch einen We-cker, bringt den Körper durcheinander. Der Organismus lässt sich aber austricksen.

Technische Informatik / Prof. Dr. Elham Firouzi Experte: Peter Straub

Mikro Controller gesteuerter Dimmer

Michael Anderegg

1983

079 307 28 89

m.anderegg [at] schopf16.ch

www.schopf16.ch

Elektro- und Kom-

munikationstechnik

BI

Weitere Informationen: www.schopf16.ch/projekt.html

Prof. Dr. Till Rönneberg arbeitet an der medizinischen Fakultät der LudwigMaximilianUniversität München und ist weltweit der erste Professor für Chronobiologie. Er konnte beweisen, dass man die innere Uhr mit Licht austricksen kann. Woher das Licht kommt, ist letzten Endes egal, nur hell genug muss es sein. Ein Wecker oder schlagartiges Einschalten der Zimmerbeleuchtung bringt den Organismus durcheinander. Die Folgen seien zahllose Bedienfehler, Krankheiten oder Depressionen, die Unsummen kosten. Es gibt nun spezielle Wecker, welche die schlafende Person nicht mit unerträglichem Heulen, sondern mit langsam aufdämmerndem Licht wecken. Diese steuern aber lediglich eingebaute, sehr schwache Lampen an, welche ungenügend hell sind. Der Mikro Controller gesteuerte Dimmer geht da ganz andere Wege, er wird in die bestehende Zimmerbeleuchtung integriert. Diese ist in den meisten Fällen genügend hell ausgelegt. In erster Linie wird der Dimmer mittels Natel oder PDA gesteuert. Die Java Software kommuniziert über Bluetooth direkt mit dem Dimmer, so muss dieser nicht in direktem Sichtkontakt sein. Ist dies jedoch der Fall, lässt sich der Dimmer auch über die Fernbedienung der Stereoanlage oder des TVGerätes steuern. Er ist

in der Lage, bis zu drei Lichtquellen unabhängig voneinander zu steuern. Dazu gehören alle Arten von Lichtquellen, Leuchtstoffröhren eingeschlossen. Befindet sich im selben Zimmer noch ein Brandmelder, kann der Dimmer ebenfalls an diesen angeschlossen werden. Im Falle eines Feuers, werden alle Lichtquellen sofort eingeschaltet. Ebenso kann der Dimmer per Zufall seine Verbraucher ein und ausschalten. Sollte sich niemand in der Wohnung befinden, wirkt diese trotzdem bewohnt. Über das Natel ist es möglich, für jede Quelle unabhängig voneinander ver

schiedene Weckzeiten zu programmieren. Dabei wird bestimmt, um welche Zeit die Dämmerung beginnen soll und um welche Zeit eine gewisse Helligkeit erreicht werden soll. Der Dimmer stellt die Geschwindigkeit automatisch ein. Die minimale Dämmerungszeit beträgt eine Sekunde, gegen oben sind keine Grenzen gesetzt. Optimal wäre eine Dämmerung von 30 bis 45 Minuten und danach für rund 15 Minuten volle Beleuchtung. Durch Klatschen lässt sich die Dämmerung um eine vom Benutzer frei wählbare Dauer verschieben.


Wird eine Solarzelle beschattet, wirkt sie als Verbraucher. Die von den restlichen Solarzellen produzierte Energie wird in der beschatteten Zelle in Wärme umgesetzt. Dadurch wird sie stark erwärmt und kann zerstört werden. Die Bypassdioden werden parallel zu einer Gruppe von Solarzellen geschaltet, um im Falle einer Beschattung die Leistung in den davon betroffenen Zellen zu begrenzen. Damit wird eine unzulässige Erwärmung und die daraus folgende Zerstörung des Solarmoduls verhindert.Bei Blitzeinschlägen in der Nähe einer Solaranlage können durch den Blitzstrom hohe Spannungen und Ströme in die Modulschleifen induziert werden, was zur Zerstörung der zugehörenden Bypassdioden führen kann. Ein grosses Problem dabei ist, dass diese Dioden nach der Zerstörung meist einen Kurzschluss verursachen. Dadurch geht der Schutz verloren und das Modul wird unbrauchbar.Heute werden als Bypassdioden meist SchottkyDioden verwendet, da sie geringere Verluste verursachen als konventionelle Dioden. Allerdings sind sie nicht sehr spannungsfest und werden somit schneller zerstört als normale Dioden.

Das Ziel dieser BachelorArbeit war es, in der Nähe von Solarmodulen fliessende Blitzströme im Stossstromgenerator zu simulieren und zu untersuchen, wie empfindlich Bypassdioden sind und ob es eine Möglichkeit gibt, ihre Zerstörung zu vermeiden. Im Speziellen sollte herausgefunden werden, wie störungsanfällig die in einem Modul einlaminierten SMDBypassdioden sind.

In früheren Arbeiten wurde erkannt, dass Module mit metallischen Rahmen sehr viel widerstandsfähiger sind als rahmenlose Module. Bislang wurde aber ausser Acht gelassen, dass ein Modulrahmen auch an allen Verbindungsstellen sehr gut elektrisch kontaktiert werden muss. Ansonsten kann der im Modulrahmen induzierte Gegenstrom nicht ungehindert fliessen, wodurch der Schutz durch den Rahmen vermindert wird. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass durch eine bessere Kontaktierung des Rahmens und insbesondere der Ecken die Bypassdioden und somit die Solarmodule viel besser geschützt werden. Die einlaminierten SMDDioden dürften aufgrund dieser besseren Kontaktierung in der Praxis nicht viel störungsanfälliger sein als konventionelle Bypassdioden.Eine weitere Erkenntnis ist, dass eine Diodenkombination aus Schottky und SuppressorDioden sehr robust ist, da diese Kombination die Vorteile beider Diodentypen vereint. Durch den Einsatz dieser KombiDioden wird die Blitzstromfestigkeit von rahmenlosen Modulen auf etwa die gleichen Werte erhöht wie die von konventionellen Dioden in gerahmten Modulen.

Die Liberalisierung des Strommarktes und die im neuen Bundesgesetz über die Stromversorgung verankerte Einspeisevergütung für erneuerbare Energien machen den Betrieb von Klein- und Kleinst-kraftwerken und insbesondere von Photovoltaikanlagen für Privatpersonen immer attraktiver. Damit die Investitionen in solche Anlagen rentabel sind, müssen diese auch in Extremsituationen wie z. B. bei Gewittern fehlerfrei arbeiten. Die im Folgenden beschriebene Arbeit hat sich mit dem Thema der Belastung von Bypassdioden durch in der Nähe fliessende Blitzströme befasst.

Photovoltaik / Prof. Dr. Heinrich HäberlinExperte: Dr. Rudolf Minder, Minder Energy Consulting, Oberlunkhofen

Bypassdiodenbelastung durch nahe gelegene Blitzströme

Monika Münger

1985

078 776 55 69

monimuenger [at] gmx.net

Karin Annaheim

1985

076 388 41 41

karin [at] annaheim.ch

Elektro- und Kom-

munikationstechnik

Stossstromgenerator mit einem zu Test-

zwecken montierten Solarmodul

BU


In a previous collaboration between the Laboratory for Industrial Electronics and Dolphin EBikes GmbH the Nickel Cadmium battery pack was replaced by a Lithium Ion pack. Lithium Ion batteries need a Battery Management System (BMS) which constantly monitors cell voltages, temperatures and battery current.The new solution of the BMS and Motor Controller Unit designed in this BachelorThesis is based on an ARM processor of the new Cortex M3 family. The processor controls the Motor with a pulse width modulated signal and communicates with the BMS device over an I2C

serial bus. Furthermore, it measures the pedal frequency with a tachometer and the driving speed with a speed sensor placed on the back wheel of the bike to calculate the amount of support the motor must provide. An operation board with push buttons allows the user to

choose between five different power levels. Multifunctional LEDs on the board indicate the charge of the battery and show the selected power level. The bicycle lights are turned on automatically by the processor measuring the ambient brightness. However, the light can be turned on manually over the operation board.To ensure the safety of the cyclist several security measures have been implemented: The batteries are protected from overheating and overcharging by the BMS and in a load overcurrent situation the motor is turned off immediately by a security circuit that works independently from the processor. If the motor can’t be turned off properly a secondary security circuit shuts down the whole system.For long term performance evaluation and maintenance support the h a r d ware contains a microSD

card where data can be logged and read out by

an USB interface.The electronic circuit

is placed on a single Printed Circuit

Board (PCB). It follows all specifications to make

sure that the new system

can replace the old one without the need of

adjustments on the bike.

E-Bikes are experiencing an increase in popularity. The combination of human and electric power allows higher speed and a bigger range. The Dolphin iZip express, best rated in the E-Bike test of the consumer magazine “Kassensturz”, has been sold successfully in Switzerland for several years. Developer Dolphin E-Bikes GmbH has now found a distribution partner in the USA. The E-Bike company iZip has agreed to finance a redesign of the Dolphin iZip express. The aim of our Bachelor-Thesis was to design a fully digital battery management system and motor controller unit.

Industrial Electronics/ Prof. Dr. Andrea Vezzini/ Dolphin EBikes GmbH CH4053 BaselExpert: Urs Muntwyler

Fully Digital Electronics for the Dolphin E-Bike

Markus Germann

1984

079 203 63 94

germann.markus [at] gmail.com

Kevin Arm

1983

079 653 44 48

kevin.arm [at] gmx.ch

Elektro- und Kom-

munikationstechnik

Dolphin iZip express PCB

The E-Bike on the test bench

BI


AusgangslageJe komplexer ein Modell ist, desto grösser sind Rechenaufwand und Datenmenge. Aus diesem Grund sollen mit Hilfe der Simulationssoftware DIgSILENT Power Factory einfache, aber realitätsnahe Kraftwerkmodelle erstellt werden. Zur Entwicklung dieser Modelle soll einerseits ein vorhandenes komplexes Modell von Innertkirchen I schrittweise vereinfacht und zum anderen ein einfaches Modell von Grund auf neu aufgebaut werden. Ziel dieser Arbeit ist die Erstellung von zwei unterschiedlich komplizierten Modellen, welche je nach Anwendung, Eigenschaften und Genauigkeit eingesetzt werden können.

Vereinfachung des komplexen ModellsDas identifizierte Modell von Innertkirchen I soll vom verifizierten Modell ausgehend (topdown Ansatz) vereinfacht, untersucht und gegebenenfalls korrigiert werden. Durch das Einfügen von verschiedenen Varianten können die schrittweise vereinfachten Versuche nachvollzogen werden. Mit Hilfe der vereinfachten Modelle sollen Simulationszeit und Rechenaufwand verringert werden. Vor allem im Teil Turbinenregler und Erregersys tem sollen die meisten Änderungen vorgenommen werden.

Neuaufbau eines einfachen ModellsAls Basis dient hier ein simples Modell einer Synchronmaschine mit zwei einfachen Reglern für die Spannung und die Frequenz. Anschliessend wird dieses Modell fortlaufend verbessert und stetig überprüft (bottomup Ansatz). Dazu erhält das Kraftwerk einige zusätzliche komplexe Regler. Die Umschaltung zwischen Netz und Inselbetrieb ist ein wichtiger Bestandteil des einfachen Modells, ebenso das Verhalten der Wasserdüsen und des Ablenkers bei Laständerungen. Das einfache Modell soll zudem möglichst allgemein gehalten werden, um es in andere Kraftwerke zu integrieren.

KWO-NetzSobald die Kraftwerkmodelle in der Simulation ein realistisches Verhalten aufweisen, werden diese in das Netzmodell der 150 kV Hochspannungsanlage des KWO (siehe Abbildung) eingesetzt. Die Modelle im KWONetz sollen nicht nur im Insel, sondern auch im Netzbetrieb funktionieren. Deshalb werden alle Modelle mit einer Synchronisationseinrichtung ausgestattet. Die Phasenwinkel zwischen Generator und Netz werden gemessen, verglichen und anschliessend mit dem externen Netz (UCTE) verbunden.

Im Rahmen eines umfangreichen Forschungsprojektes mit diversen Partnern (Swissgrid, ETHZ, Uni Rostock) wurde bereits ein Dynamikmodell des Kraftwerkes Innertkirchen I (KWO) entwickelt und verifiziert. Mit diesem Modell kann das Verhalten des Kraftwerkes bei dynamischen Vorgängen sehr genau dargestellt werden. Die hohe Komplexität solcher detaillierter Modelle führt bei komplexeren Netzen mit vielen Kraftwerken zu einem hohen Rechenaufwand und langen Simulationszeiten. Für die Anlage Innertkirchen I sollen vereinfachte Modelle entwickelt werden, welche in Abhängigkeit von den jeweiligen Genauigkeitsanforderungen eingesetzt werden können. Die Ergebnisse werden auf weitere Kraftwerke übertragen und in einem Netzausschnitt des schweizerischen Hochspan-nungsnetzes (KWO) dargestellt.

Energietechnik / Prof. Michael HöckelExperte: Alfred Brechbühler

Vereinfachung von Dynamikmodellen für Speicherkraftwerke

Patrick Kronig

1984

079 560 10 31

patrick.kronig [at] gmx.ch

Tobias Arnold

1983

079 637 36 64

arnold.tobias [at] gmx.ch

Elektro- und Kom-

munikationstechnik

BI

Netzausschnitt KWO


AusgangslageDie Auszählung der Bakterien soll auf einem PC System geschehen, damit vorhandene Ressourcen verwendet werden können. Die dazu benötigte Hardware und Software muss im Rahmen des Projektes evaluiert und erstellt werden.

BildgewinnungDie Bakterienkolonien werden auf einem Gel aus Blutagar gezüchtet, welches ein guter Nährboden ist, sich jedoch nicht zum Fotografieren eignet. Deshalb musste eine geeignete Bildgewinnung gefunden werden. Bei der Analyse der Kolonien stellte sich heraus, dass sie sich leicht von der Oberfläche abheben und dadurch mit einer Dunkelfeldbeleuchtung zum Vorschein gebracht werden können. Für die Bildaufnahme kommt eine Industrie

kamera mit einer Auflösung von 3,3 Megapixel zum Einsatz. Mit dieser Auflösung lassen sich auch sehr kleine Kolonien noch detektieren. Die Bilder werden in MATLAB eingelesen und weiterverarbeitet.

BildverarbeitungNun folgt der wichtigste Schritt, die Bildverarbeitung. Die Kolonien müssen bei der so genannten Segmentierung vom Hintergrund getrennt werden. Da das Aussehen der Bakterienkolonien sehr stark variieren kann, durchlaufen die Bilder einen mehrstufigen Algorithmus, der sich dynamisch an die Kolonien anpasst. Dabei werden bekannte Verfahren eingesetzt, unter anderem Local Thresholding, Watershed Transformation sowie diverse morphologische Operationen.

BildanalyseJe nach Bakterienstamm kommt es vor, dass mehrere Kolonien miteinander verschmelzen. Solche Gruppen können nicht alle bei der Segmentierung getrennt werden. Für diese Aufgabe wurde ein Bayesklassifikator trainiert, der anhand verschiedener geometrischer Merkmale die Gruppen als 2er, 3er oder Mehrfachkolonien klassifiziert. Dieses Verfahren wird der Mustererkennung untergeordnet.

DatenausgabeUm die Software möglichst benutzerfreundlich zu gestalten, wurde eine grafische Oberfläche erstellt, mit der eine Serie von Agarplatten gezählt und die Resultate ausgegeben werden können.

Im Labor des Institut für Infektionskrankheiten (ifik) der Universität Bern wird das Modellbakterium Streptococcus pneumoniae (Pneumokokken) untersucht. Es ist ein häufiger Erreger von Blutver-giftungen, Hirnhautentzündungen, Lungenentzündungen sowie Mittelohrentzündungen beim Men-schen. Um die Resistenz gegen verschiedene Antibiotika zu testen, werden diese auf Blutagarplat-ten, einem idealen Nährboden, gezüchtet. Die Platten müssen anschliessend von Hand ausgezählt werden. Dieser Vorgang ist sehr aufwendig und fehleranfällig. Ziel der Thesis war es, eine Methode zum automatisierten Auszählen der Bakterienkulturen mittels Bildverarbeitung zu entwickeln.

Bildverarbeitung / Prof. Dr. Werner Jenni, Prof. Dr. Urs BruggerExperte: Hansjörg Klock, De La Rue International

Automatisierte Auszählung von Bakterienkolonien

Marcel Jost

1983

079 705 79 51

marcel.jost [at] onsonic.ch

Christian Baumberger

1984

079 831 75 34

ch_baumberger [at] gmx.ch

Elektro- und Kom-

munikationstechnik

BU

Bildausschnitt mit Bakterienkolonien Ausschnitt mit segmentierten KolonienAgarplatte


System on Chip DesignIn der heutigen Zeit werden an elektronische Geräte immer höhere Anforderungen gestellt. Die Kosten müssen möglichst gering, und der Platzbedarf minimal sein. Mit diesen Themen beschäftigt sich das System on Chip Design. Während früher ein System aus Mikrokontroller und vielen ICs bestand, die auf einer Leiterplatte aufgelötet wurden, geht der Trend heute dahin, alle möglichen Funktionen auf einem IC zu realisieren. Die eingesetzten Funktions einheiten können analoge, digitale oder gemischte Signale verarbeiten.Durch das Einbinden von ganzen Hardwareblöcken können hohe Geschwindigkeiten erreicht werden. Deshalb hat System on Chip Design auch eine grosse Bedeutung bei zeitkritischen Anwendungen.

SystemaufbauDer komplette Aufbau wird in einem FGPA realisiert. Dieses liest die Bilddaten über einen 16 Bit breiten Bus vom CMOSKameramodul ein. Die Bilddaten werden im RGBModus als BayerMatrix gelesen. Einstellungen am Modul wie Helligkeit, Kontrast, Schärfe etc. werden über den I2CBus vorgenommen.Im integrierten Echtzeitbetriebssystem (uC/OSII) wird ein Webserver realisiert, der die Verbindung mit einem PC über Ethernet ermöglicht. Ebenfalls über das Echtzeitsystem werden die Bilddaten interpoliert und in ein lesbares Dateiformat gewandelt (Bitmap).Dem Benutzer wird ein direkter Zugriff auf die Bilddaten über ein WebInterface ermöglicht, welches ihm auch gestattet, direkt Einstellungen am Kameramodul vorzunehmen.

RealisierungDie Realisierung des Projekts erfolgt mit dem Spartan3EStarterkit von Xilinx. Das SpartanBoard stellt eine Grosszahl an Peripherie zur Verfügung, welche in der Projektarbeit verwendet werden können. Die Programmierung erfolgt dabei über das Xilinx Plattform Studio. Die Software für den auf dem FPGA integrierten SoftcoreProzessor (Microblaze) ist komplett in C geschrieben. Die Einlesung der Daten erfolgt hardwaremässig. Dazu wird ein VHDLModul erstellt. Das WebInterface besteht aus einem Java Applet, welches in eine HTMLSeite eingebunden wird. Die Dateien für das WebInterface werden in einem Memory File System (MFS) im DDR RAM gespeichert.

Zur Ansteuerung eines Farbkameramoduls wird ein FPGA (Field Programmable Gate Array) einge-setzt. Damit werden die Bilddaten eingelesen und zu einer Bilddatei (Bitmap) weiterverarbeitet. Das ebenfalls integrierte Echtzeitbetriebssystem enthält einen Webserver, der die Kommunikation zwi-schen Benutzer und Kamera ermöglicht, sowie die erzeugten Bilddaten zum Download bereitstellt. Dem Benutzer steht ein Web-Interface zur Verfügung, welches ihm einerseits erlaubt, die Kame-rabilder anzuschauen und andererseits gestattet, diverse Einstellungen direkt am Kameramodul vorzunehmen.

System on Chip Design / Betreuer: Daniel HolzerExperte: Mario Giacometto, Aastra Telecom Schweiz AG

System on Chip Design: Ethernet Webcam

Lukas Kamber

1985

079 503 14 13

l_kamber [at] hotmail.com

Mathias Beck

1984

076 421 48 03

mathias.beck [at] mymail.ch

Elektro- und Kom-

munikationstechnik

BU

Systemübersicht


Z-Source InverterBeim ZSource Inverter handelt es sich um eine neue Wechselrichtertopologie, die erst vor 4 Jahren in einem Paper von Dr. Fang Zheng Peng vorgestellt wurde. Dabei wird die konventionelle 3Phasen Brückenschaltung mit einem Impedanznetzwerk im Zwischenkreis erweitert, welches es durch geschickte Ansteuerung der Leistungshalbleiter erlaubt, die Spannung am Ausgang des Wechselrichters sowohl im Abwärts als auch im Aufwärtswandlermodus zu betreiben. Dadurch ergibt sich ein insgesamt breiteres Anwendungsspektrum insbesondere, wenn die Energiequelle eine stark schwankende Spannung aufweist, wie es zum Beispiel bei Batterien, Brennstoffzellen und Solarzellenmodulen vorkommt. Interessanterweise hat die Anzahl der Publikationen zu diesem Thema erst in diesem Jahr

beträchtlich zugenommen und die Autoren kommen vor allem aus dem Umfeld der Automobilindustrie.

SimulationenEs wurden verschieden Simulationen in MATLAB/Simulink durchgeführt. Das Modell des Motors wurde näherungsweise dem realen BLDC angepasst und auch das Lastmoment entspricht dem der Wasserpumpe. Für die Simulationen wurde der Motor über den ZSource Inverter von einer Batterie gespeist. Die Resultate belegen, dass der Aufwärtswandlermodus des ZSource Inverters in Verbindung mit dem Motor funktioniert.

HardwareIm Hardwareteil dieser Projekt arbeit wurde der Boost Converter des vorhandenen Systems durch einen ZSource Inverter ersetzt. In einem

ersten Schritt wurde ein Prototyp, bestehend auf dem vorhandenen System, entwickelt. Dazu wurde die Schaltung modifiziert und es muss ten zwei neue Drosseln gebaut werden. Durch verschiedene Messungen konnte bewiesen werden, dass sich der ZSource Inverter für die Funktion als MPPT eignet. In einem weiteren Schritt konnte nun ein neuer Print hergestellt werden.

SoftwareDie Software konnte grösstenteils vom vorgängigen Projekt übernommen werden. Die Ansteuerung der Transistoren musste jedoch neu entwickelt werden, da nun zusätzlich zur Motorsteuerung auch das MPPTracking über die Vollbrücke realisiert wird. Durch Tests und Messungen wurde evaluiert, welche die beste Variante ist, um die Transistoren an zu steuern.

Die Ennos GmbH entwickelt eine Solarwasserpumpe für den indischen Markt. In vielen Wohnungen in Indien gibt es noch kein fliessendes Wasser. Die Solarwasserpumpe von Ennos bietet eine gün-stige Möglichkeit tagsüber mit Sonnenenergie Wasser aufs Dach des Wohnhauses zu pumpen, welches dann für die Bewohner zur Verfügung steht. Um die Energie des Solarmoduls optimal zu nutzen ist ein Maximum Power Point Tracker (MPPT) er-forderlich. Dieser betreibt das Solarmodul immer im optimalen Betriebspunkt. Diese Funktion wird neu von einem Z-Source Inverter übernommen. Die Pumpe wird von einem Brushless DC-Motor an-getrieben, welcher über eine Vollbrücke angesteuert wird.

Industrial Electronics / Prof. Dr. Andrea VezziniExperte: Urs Muntwyler

Z-Source Inverter for Solar Water Pump

Michael Berger

1985

079 745 45 24

bergermichael [at] bluewin.ch

Marc Berger

1984

078 774 35 06

marcberger [at] gmx.ch

Elektro- und Kom-

munikationstechnik

BI

Prinzipschema: Z-Source Inverter for Solar Water Pump


PAN-Funkmodul

Die drahtlose Datenübertragung ist auf absehbare Zeit einer der grössten Wachstumsmärkte der Halbleiterbranche. Bislang stand meist das Segment der Mobiltelefonie im Mittelpunkt. Dabei wurde oft übersehen, dass das interessanteste Marktsegment nicht die Mobiltelefonie ist – hier wird bald eine Sättigung eintreten – sondern die drahtlose Vernetzung von Maschinen sowie die drahtlose Datenübertragung im Konsumelektronikbereich.Während unserer Bachelor-Thesis haben wir uns mit einem LR-WPAN (Low Rate Wireless Personal Area Network) Modul der Firma RUAG Electronics auseinander gesetzt, um dieses auf dem Markt mit aktuellen Alternativen zu vergleichen und dessen Eigenschaften zu verbessern.

Information & Communication Technologies / Prof. Dr. Rolf Vogt, BFHTI, BielExperte: Hugo Ziegler, CSA Engineering AG, Solothurn / Betreuer: Rolf Arnet, RUAG Electronics, Bern

Philipp Cédric Nef

1978

phil.nef [at] bluewin.ch

François Blanc

1983

francois.eric.blanc [at] gmail.com

Elektro- und Kom-

munikationstechnik

BI

AusgangslageDer Geschäftsbereich Simulation & Training der RUAG Electronics zählt heute international zu den führenden Simulatorherstellern für Virtual und LiveTraining. Mit den Live Simulatoren werden die Fähigkeiten und Fertigkeiten eines Soldaten oder eines Angehörigen eines Sicherheitsdienstes in einer realen Umgebung trainiert.Das IntraSoldier Net und das dazugehörende Funkmodul werden eingesetzt, um diese Waffenanwendungen des Übungsteilnehmers, sowie die Wirkung von Waffen auf ihn zu simulieren. Innerhalb des Simulators sorgt das IntraSoldierNet für die Kommunikation zwischen der Zentralsteuerung der Körperausrüs tung und den drahtlos angebundenen Ausrüstungsgegenständen. Weiter wird das IntraSoldierNet für Datenübertragungen zwischen den Übungsteilnehmern untereinander verwendet. Die Betriebsfrequenz befindet sich im lizenzfreien 2,4 GHz ISMBand (Industial, Scientific and Medical).

ZieleIn einer vorangegangenen Projektarbeit wurde das Betriebsverhalten des bestehenden PANFunkmoduls, insbesondere dessen Reaktion auf externe Störungen, analysiert. Ziel unserer BachelorThesis ist es nun, die Zuverlässigkeit des Betriebsverhaltens zu optimieren. Dazu sollen systematische Fehler des betreffenden Kommunikationssystems erfasst und wenn möglich behoben werden. Im Weiteren ist eine Marktanalyse durchzuführen, welche alternative Technologien für diese Applikation aufzeigen soll. In dieser Marktanalyse sollen auch zukünftige Trends erfasst und für die avisierte Anwendung beurteilt werden.

UmsetzungDie Problemlösung umfasst zwei separate Teile. Zum einen wird in einer Studie die eingesetzte Technologie des Funkmoduls mit aktuellen und marktüblichen Alternativen verglichen. Dies soll vor allem darüber Aufschluss geben, ob ein Technologiewechsel Vorteile und Chancen für die Zukunft bietet.Der zweite Aufgabenbereich beschäftigt sich mit der Hardware des Moduls und soll mögliches Verbesserungspotenzial für das Betriebsverhalten aufzeigen. Die Optimierungen der Hardware werden in einem Redesign zusammengefasst und bilden die Grundlage für einen Prototypen. Referenztests zwischen dem vorliegenden Serien modul und dem Prototypen zeigen die Auswirkungen auf das Betriebsverhalten und dokumentieren so allfälligen Handlungsbedarf.

PerspektivenUnsere Erkenntnisse aus der Marktstudie und dem Redesign werden die Entscheidungsgrundlage für die zukünftige neue Ausrichtung des Funkmoduls bilden.Die neuen Technologien auf dem Markt der drahtlosen Sensornetzwerke, wie UltraWideband (UWB), führen sicherlich zu einer Verringerung der Koexistenzprobleme zu anderen Funksystemen und somit auch zu neuen Einsatzgebieten der LowRate PANFunkmodulen.PAN-Funkmodul


Idee durch EurobotWährend den Projektarbeiten in den letzten beiden Semestern entwickelten wir mit unserem Team einen Roboter, der an den Schweizer Meisterschaften für autonome Roboter teilnahm (Details dazu unter www.eurobot.org). Damit der Roboter gesteuert werden konnte, wurde er mit vielen Sensoren ausgestattet. Jedoch war es für uns sehr schwer, die richtigen Komponenten auszuwählen, ohne deren Handhabung zu kennen. Daraus entstand eine erste Idee für das Sensor Test Board. Auch das Bedürfnis alle Sensoren über die gleiche Schnittstelle anzusprechen, verstärkte den Wunsch nach einem Sensor Board.

PrototypWährend der BachelorThesis wurde ein Prototyp entwickelt, der die Messwerte der Sensoren ausliest und auf einer Benutzeroberfläche am Computer ausgibt. Der Benutzer selbst kann einstellen, welcher Sensor über welche Schnittstelle angesprochen wird. Er kann dabei zwischen den Schnittstellen SPI, TWI und analogen Eingängen wählen. Letztere werden mittels steckbaren Anpassschaltungen und einem A/DWandler auf dem Mikrocontroller verarbeitet. Anschliessend kann der Benutzer die Umrechnung der Messwerte einstellen, indem er die Parameter der Konfigurationsdatei auf der SDKarte an seine Bedürfnisse anpasst. So entsteht die Möglichkeit, das Sensor Test Board zu konfigurieren ohne im Programmcode Änderungen vornehmen zu müssen.

EinsatzmöglichkeitDas Sensor Test Board könnte auch im Unterricht eingesetzt werden und Studenten die Handhabung von Sensoren vermitteln. Mittels der USBSchnittstelle können die Messwerte auf den PC übertragen und im GUI visualisiert werden. Neue Sensoren kann man vereinfacht ausprobieren und erste Erfahrungen sammeln. Zudem kann ausprobiert werden, wie sich ein Sensor verhält und ob er sich für den gewünschten Einsatzbereich eignet.

Sensoren übernehmen in der digitalen Welt die Aufgaben, welche sonst die Sinnesorgane eines Menschen erledigen. Sie messen Temperatur, Druck, Luftfeuchtigkeit, Distanzen, Helligkeit und noch vieles mehr. Der Markt bietet eine grosse Auswahl um diese unterschiedlichen Bedürfnisse abzudecken. Meistens bringt ein neuer Sensor auch eine Neuentwicklung der Hard- und Software mit sich und dies ist mit einem erheblichen Aufwand verbunden. Mit dem Sensor Test Board wird dieser Aufwand auf ein Minimum reduziert.

Technische Informatik / Dipl. El.Ing. FH Gerhard KruckerExperte: Dr. Peter Schlatter

Sensor Test Board

Lukas Wüthrich

1984

079 757 65 35

Patric Bucher

1984

076 544 36 59

Elektro- und Kom-

munikationstechnik

BU

Erster Prototyp des Sensor Test Boards


Imaginons une entreprise possédant sur son réseau un système de calendrier partagé et ayant des collaborateurs souvent en déplacement qui doivent recevoir leurs rendezvous pour la journée. À l‘heure actuelle, ils sont obligés de passer au bureau le matin afin de les obtenir. En ajoutant le partage d‘agenda sur leur mobile, les employés ne seront plus forcés de passer au bureau avant d‘aller à leurs rendezvous. Il leur suffira de télécharger leur planning le matin et ils resteront informés de toutes les modifications de planification durant la journée. Ce n‘est qu‘un exemple d‘utilisation parmi tant d‘autres.

PrincipeNous avons utilisé DAViCal, un serveur de calendrier partagé du type CalDAV. Ce serveur permet de stocker les calendriers des utilisateurs et de créer des liens entre eux. Chaque utilisateur peut autoriser les autres utilisateurs à accéder à son agenda. Il peut aussi attri

buer les droits de ces accès (lecture seule, lecture et écriture, administrateur, etc). Les calendriers du serveur sont accessibles avec des applications clientes (ex. Mulberry, Evolution, etc.).Nous avons développé une application pour les téléphones portables permettant d‘accéder aux calendriers de la même manière que d‘autres applications sur ordinateur. Le système mis en place est représenté sur l‘illustration du principe général.

Serveur de calendriersLe serveur est programmé en PHP et les données sont gérées par une base de données relationnelle et objet (PostgreSQL). Nous y avons ajouté une nouvelle entrée de synchronisation spécialement conçue pour la communication avec des appareils mobiles. De nouvelles méthodes ont été ajoutées afin de rendre possible cette communication mais également dans le but d‘augmenter les performances du Midlet et la vitesse de la synchronisation.

L‘utilisation de la technologie mobile s‘est généralisée ces dernières années au point qu‘aujourd‘hui pratiquement chacun possède un téléphone portable. L‘évolution permanente dans ce domaine per-met aussi d‘utiliser son mobile pour de nombreuses applications en dehors de la téléphonie. La plupart des mobiles actuels possèdent un appareil photo, un lecteur de musique, un agenda, une connexion Internet (UMTS ou WLAN) ou même un GPS. L‘agenda se limite toutefois à un usage personnel, les rendez-vous étant uniquement disponibles sur le mobile de l‘utilisateur. Le but de ce projet a été de créer un nouvel agenda permettant de partager ses rendez-vous avec d‘autres personnes. Cela n‘existait pas jusqu‘à présent et se trouve être très intéressant pour la gestion des rendez-vous entre les collaborateurs d‘une entreprise.

Technique informatique / Prof. Dr. Elham FirouziExpert: Peter Straub

CalDAV sur mobile

Nicolas Turin

1987

nicolas.turin [at] gmail.com

Da Cunha Alves Rui Filipe

1985

078 859 62 34

ruifil [at] ruifil.com

Électricité et systèmes

de communication

BI

Captures d‘écran du Midlet

MidletUn Midlet est une application JAVA pour téléphone portable, la plupart des téléphones actuels sont compatibles JAVA. Un Midlet a été créé afin de réaliser l‘application pour mobiles. Celleci permet de gérer plusieurs comptes utilisateurs. Chacun d‘eux peut visualiser les calendriers des comptes auxquels ils ont accès . La base de données du téléphone a été utilisée pour optimiser l‘utilisation du calendrier. Ainsi les rendezvous sont enregistrés sur le téléphone et peuvent être synchronisés avec ceux du serveur à la demande de l‘utilisateur. L‘application a été développée en s‘inspirant du fonctionnement des calendriers existants. L‘utilisation est donc aisée et intuitive.

Principe général du système


AusgangslageDer pHWert ist ein Mass für die Stärke der sauren bzw. basischen Wirkung einer wässrigen Lösung. Bislang wurde er entweder mit Hilfe einer Glaselektrode oder eines IndikatorStreifens gemessen. Bei der IndikatorMethode wird der pHWert mittels eines Farbwertes definiert und kann so anhand einer Farbvergleichsskala bestimmt werden. Jedoch wirkt je nach Beleuchtung und Blickwinkel eine Farbe anders. Als Entwicklungsboard dient uns eine alte Diplomarbeit, mit welchem wir unser Messgerät über die vorhandenen Taster und Schnittstellen steuern. Ein geeigneter Farbsensor wurde im vorherigen SensorikModul evaluiert.

ZieleDie Hauptaufgabe ist es, ein handliches Demonstrationsmodell für die Farbmessung herzustellen. Dabei soll auch der Aspekt für die Verwendung im SensorikUnterricht genügend beachtet werden. Als Ers tes gilt es eine geeignete Beleuchtung der Messfläche zu entwickeln. Danach soll eine Möglichkeit gefunden werden, wie man die drei sehr kleinen Farbfelder des IndikatorPapiers voneinander trennen kann. Weiter soll eine präzisere Auflösung erreicht werden, als das von Auge möglich ist. Angestrebt wird eine Messgenauigkeit von ca. ± 0.25 pH. Der Messbereich soll zwischen pH 5 und 9 liegen, so deckt er die möglichen Werte des Trinkwassers ab. Dabei soll die Bedienung des Sensors möglichst einfach gehalten werden.

RealisierungDer IndikatorStreifen wird in einer Führung aufgenommen, so werden die Messflächen genau ausgerichtet. Da die Farbsensoren nicht genügend eng platziert werden konnten, wird das reflektierte Licht über Lichtwellenleiter auf die empfindliche Sensorfläche geleitet. Dadurch kann die Beleuchtung getrennt von den Sensoren aufgebaut werden. Somit sind die Sensoren vor einer direkten Beleuchtung geschützt. Die Beleuchtung erfolgt mit kleinen weissen LEDs. Der Sensor kommuniziert über die I2CSchnittstelle welche der verwendete Mikrokontroller (ATmega64) zur Verfügung stellt. Die Bedienung erfolgt über drei Taster und ein 4ZeilenDisplay. Weiter steht auf dem PC eine grafische Oberfläche zur Verfügung, mit welcher der Sensor angesteuert werden kann.

Farben haben für den Menschen seit seiner Existenz eine besondere Bedeutung. So symbolisieren eine rote Rose die Liebe oder eine weisse Taube den Frieden. Unser Auge hat die Fähigkeit feine Nu-ancen zu erkennen, jedoch nimmt nicht jeder Mensch eine Farbe gleich wahr. Ziel dieser Bachelor-Thesis ist es, die Grenzen und Möglichkeiten von Farbsensoren und Beleuchtung zu erforschen. Als Demonstrationsobjekt wird ein Messgerät aufgebaut, welches den pH-Wert über die Verfärbung eines Indikator-Streifens erkennt.

Sensorik / Prof. Daniel LanzExperte: Dr. Niklaus Affolter

Farbmessgerät

Simon Kunz

1983

032 510 64 83

simon.kunz [at] mailfilter.ch

Gerhard Eggimann

1984

079 231 24 79

geriegg [at] hotmail.com

Elektro- und Kom-

munikationstechnik

BU

Funktionsprinzip pH-Messgerät


Eurobot ist ein internationaler Wettkampf für autonome Roboter. Die drei besten Teams der Schweiz können sich am internationalen Finale mit Teams aus der ganzen Welt messen. Jedes Jahr ändert die Aufgabenstellung, die der Roboter zu erfüllen hat. Gewisse Komponenten können jedoch immer wieder verwendet werden. Dazu gehört auch der Antrieb.Ziel dieser Bachelorthesis ist es, ein Antriebsmodul zu entwickeln, welches das bestehende System durch seine Modularität, Geschwindigkeit und Präzision aufwerten soll. Zudem soll die Anwendung für nachfolgende Teams mühelos und funktionell sein.

Regelungstechnik, Mechatronik / Prof. Willi MerkExperte: Beat Ronner

Antriebsmodul Eurobot

Florian Neuhaus

1984

078 802 97 01

f.neuhaus [at] ieee.org

Simon Eggimann

1985

Elektro- und Kom-

munikationstechnik

BU

Bild des Antriebsmoduls

MotivationFür den Antrieb des Roboters sind bis dato Schrittmotoren zuständig. Häufig kommt es dabei zu Problemen mit Schrittverlusten. Zudem kann mangelnde Bodenhaftung nicht detektiert werden. Punkto Geschwindigkeit ist der bisherige Antrieb in der Schweiz durchaus konkurrenzfähig, jedoch fehlt es im internationalen Vergleich an Dynamik.

KonzeptLeistungsstarke bürstenlose Motoren ersetzen die Schrittmotoren. Die Wegmessung und Positionsbestimmung erfolgen mittels Schleppräder. Kompakte Komponenten aus dem RCModellbau tragen der Modularität Rechnung. Als Controller wird ein 8Bit Mikrocontroller eingesetzt, der drei Fahrmodi kennt. Ein dynamischer Modus erlaubt es, jedes Antriebsrad individuell anzusteuern. Ein Schrittmodus wird dazu verwendet, gerade Strecken oder Winkel zu fahren. Der Kettenmodus ist dazu da, um Wegpunkte nacheinander abzufahren. Die Kommunikation mit dem Antriebsmodul erfolgt über den CANBus.

RealisierungEin mechanischer Aufbau ist für seriöse Tests unumgänglich. So kann das Zusammenspiel der einzelnen Komponenten überprüft und optimiert werden.Das übergeordnete System steuert das gesamte Antriebssystem über

den CANBus. Der Mikrocontroller verarbeitet die empfangenen Nachrichten in Steuerbefehle. So kann er über einen pulsweitenmodulierten Ausgang die Fahrtenregler ansteuern. Die Fahrtenregler wiederum wandeln das PWMSignal so, dass die unabhängigen Motoren vorwärts oder rückwärts drehen oder gebremst werden.Als Rückmeldung über die gefahrene Strecke geben die inkrementellen Drehgeber 2048 Impulse pro Radumdrehung an die Eingänge des Mikrocontrollers. Die Herausforderung ist es nun, die Regelung der Motoren so zu gestalten, dass der Roboter immer sein Ziel möglichst schnell und präzise erreicht. Unerlässlich ist dabei auch, die Position des Roboters genügend oft

zu aktualisieren. So berechnet das System jede Millisekunde die neue Position und Ausrichtung des Roboters und kann Einfluss auf die Geschwindigkeit der Motoren nehmen. Mangelnde Bodenhaftung oder eine Radunwucht können so ausgeglichen werden. Um eine Kette von Wegpunkten möglichst schnell abzufahren, kann das System auch Kurvenfahrten veranlassen.Der Einsatz des Echtzeitbetriebssystems µC/OS II ermöglicht es, den hohen Anforderungen an die Funktionalität gerecht zu werden.Dem übergeordnete System steht es frei, jederzeit die Position des Roboters abzufragen, den Modus zu wechseln, einen Notstop zu veranlassen oder das Antriebssystem neu zu parametrieren.


AusgangslageDas bekannte Segelteam “BienneVoile” nimmt mit der eigenen Rennyacht, einer Mumm 30, an Regattas im In und Ausland teil. SaisonHöhepunkt ist die Tour de France à la Voile; ein Rennen rund um Frankreich. Die taktisch sehr komplexe Navigation ist ein wichtiger Erfolgsfaktor. Die heute erfolgreich eingesetzte Navigationssoftware “Maxsea” ermöglicht es, aufgrund verschiedener Parameter wie Wettervorhersage, Gezeiten und Strömungsberechnungen sowie den aktuellen Positions und Geschwindigkeitsverhältnissen, eine optimale Route zu berechnen.Bisher wurde ein TabletPC verwendet. Dabei wurden die Bordinformationen wie Wind, Boot Speed,

und GPS Position via Bluetooth dem TabletPC übermittelt. Es hat sich herausgestellt, dass ein TabletPC an Deck einer Rennyacht zu unhandlich und für die oft rauen Bedingungen zu wenig robust ist. Aus diesem Grund wurde nun ein neues System entwickelt.

PrinzipZentrales Element des neuen Systems bildet ein im Bootsinnern fix installierter Bordcomputer, auf welchem die Navigationssoftware installiert ist. Dieser hardwaremässig speziell zusammengesetzte Bordcomputer ist gegen Wasser, Feuchtigkeit und Stösse geschützt. Alle Schiffssensoren wie Wind, Boot Speed, Compass und GPS sind über ein FunkNetzwerk verbun

den. Über ein serielles Interface gelangen die NMEASensordaten auf den Bordcomputer, welcher die Daten multiplexiert, weiterverarbeitet und an die Anzeigegeräte sendet.

Als Anzeigegerät dient ein kleiner PocketPC, welcher ebenfalls in einem wasserdichten und stossfesten Gehäuse untergebracht ist. Er ist über eine WirelessLANVerbindung mit dem Bordcomputer verbunden. Damit lassen sich nun die Informa tionen des Bordcomputer auf dem 4“Display des Pocket PC’s visualisieren und mit Hilfe des TouchScreen editieren. Ein grösseres 12“TouchScreen unter Deck ermöglicht einen etwas besseren Überblick über die digitalen Seekarten.Weiter verfügt der Bordcomputer über eine BluetoothSchnittstelle über welche bis kurz vor dem Regattastart via Mobiltelefon die neusten Meteodaten vom Internet heruntergeladen werden können.

AusblickBereits im Juli wurde das System an der ersten Regatta eingesetzt. Dank den universellen Schnitt stellen kann das System noch weiter ausgebaut werden. So ist es durchaus vorstellbar, dass z. B. Trainingspartner auf zwei Booten auf die Bordinformationen des jeweiligen Sparringpartners zugreifen können, um dadurch ihre eigene Performance zu verbessern.

Seit dem Sieg der Alinghi im America’s Cup weiss jeder, dass bei grossen Segelwettbewerben, neben Glück und Können, das Boot mit seiner Ausrüstung einen wesentlichen Erfolgsfaktor bilden. Zur optimalen Information der Mannschaft wurde ein drahtloses Navigations- und Informationsnetz-werk eingerichtet. Mobile PDA’s ermöglichen einem Taktiker alle Bordinstrumentdaten schnellst-möglich zu analysieren und die beste Strategie auszuwählen.

Mobile Communication / Prof. Peter RaemyExperte: Armin Blum

Wireless Navigation W-NAV

Stefan Eggimann

1983

079 339 05 13

stefan.eggimann [at] gmx.ch

Elektro- und Kom-

munikationstechnik

BI

Prinzip-Schema des W-NAV-Systems


In der Automobil- und Fahrzeugtechnik müssen während Entwicklungs- und Testphasen von neuen Fahrzeugen zahlreiche Daten analysiert und ausgewertet werden, um das Betriebsverhalten der Neu-entwicklungen zu optimieren. Um diesen Prozess zu erleichtern, wurde das Telemetriemodul TeleSAM entwickelt. Es zeichnet sämtliche Fahrzeugdaten auf und sendet sie über das Mobilfunknetz an einen Webserver. Das Modul wird in das jeweilige Fahrzeug eingebaut. In erster Linie wurde das Telemetrie-modul für das brennstoffzellen-betriebene Automobil Hybrid-SAM entwickelt. Denkbar ist der Einsatz des Moduls auch im Car-Sharing Bereich, wo Mietfahrzeuge permanent überwacht und lokalisiert werden müssen.

Telematik und Netze / Prof. Claude BrielmannExperte: Joseph Odiet, Ericsson

Telemetrie für Fahrzeuge mit CAN-Bus

Dominic Frischherz

1981

079 795 76 30

dominic.frischherz [at] bluewin.ch

Lukas Flück

1984

079 645 39 09

lukas.flueck [at] mymail.ch

Elektro- und Kom-

munikationstechnik

BI BU

Systemprinzip TeleSAM

Universelles TelemetriemodulDas Telemetriemodul kann sämtliche Informationen wie z.B. Batteriespannung, Temperatur und Geschwindigkeit aus dem fahrzeuginternen CANBus verarbeiten und aufzeichnen. Das integrierte GPSModul liefert zusätzlich zu allen Messungen die aktuelle Posi tion des Fahrzeugs. Alle Messdaten werden mit einem genauen Zeit sowie Datumsstempel versehen und mittels GPRSVerbindung auf die Datenbank eines Webservers übermittelt. Die Zeitreferenz wird mit Hilfe der exakten GPSZeit perio disch synchronisiert. Das Telemetrie modul ist universell einsetzbar und in einem kompakten Gehäuse integriert. Es verfügt über die Schnittstellen RS232, CAN, SDKartenslot und USB.

WEB-Access & Log-FilesDas System ist so ausgerichtet, dass ein komfortabler Zugriff auf die Messungen und Daten möglich ist. Hierfür bieten sich die Varianten, alle Daten direkt von der SDKarte des Telemetriemoduls auf einem PC auszuwerten oder über das Internet mittels WEBAccess abzurufen. Beim WEBAccess zeigt sich der Vorteil, dass die Messwerte fortlaufend und praktisch in Echtzeit überprüft und analysiert werden können. Diese Eigenschaft ist auch im CarSharing Bereich gefordert.

EchtzeitbetriebssystemAn das Telemetriemodul werden hohe Anforderungen betreffend Hard und Software gestellt. Es müssen gleichzeitig Daten aus dem CANBus, der RealTimeClock und dem

GPSModul ausgelesen, verarbeitet, gespeichert und über das Mobilfunknetz versendet werden können. Um die dichte Kommunikation der einzelnen Module und Schnittstellen zu gewährleisten, ist der Einsatz eines Echtzeitbetriebssystems unabdingbar. Dank Multitasking können mehrere Prozesse parallel operieren. Eingesetzt wird das Echtzeitbetriebssystem μC/OS, welches sehr robust ist und häufig in der Industrie sowie in der Aviatik eingesetzt wird.

Ergebnis & TestsDas Telemetriemodul wurde bisher nur mit dem von uns entwickelten CANSimulator getestet. Es erfüllt zum jetzigen Zeitpunkt die grundlegenden Funktionen der Datenaufzeichnung und ist nun für Testfahrten mit dem SAM bereit.


ADT-200ADer ADT200A ist ein digitaler Amateurtransceiver. Es handelt sich hierbei um ein Sende und Empfangsgerät für den Amateurfunk. Im Gegensatz zu handelsüblichen Geräten besteht der ADT200A zum grössten Teil aus digitalen Bauelementen. Die Verarbeitungsschritte werden mit Hilfe eines DSP (Digitaler Signal Prozessor) realisiert. Zusätzlich soll ein WebModul integriert werden, um den abgesetzten Betrieb über Internet zu ermöglichen. In Betrieb wird ein Transceiver (Server) direkt an die Antenne angeschlossen. Ein oder mehrere Transceiver (Clients) können so über diesen Server den Funkbetrieb aufbauen. Weitere Informationen zum ADT200A unter www.adat.ch.

AusgangslageDer Mikrocontroller (LPC2368 von NXP) auf dem WebModul verfügt über verschiedene Schnittstellen, die es ermöglichen, Sprach und Kommandodaten von einem Transceiver über das Internet zu ver

senden. Die I2SSchnittstelle wird verwendet, um den AudioCodec mit dem Mikrocontroller zu verbinden. Die Kommandodaten zwischen dem WebModul und dem GUI (Graphical User Interface) bzw. DSP des ADT200A erfolgen über SPI. Ein integrierter Ethernetcontroller ist für die Datenübertragung über das Internet zuständig. Das eingesetzte Echtzeitbetriebssystem ist free RTOS. Weiter wird ein TCP/IPStack (uIP) verwendet, um Daten über das Internet zu verschicken. Die Datenübertragung erfolgt mit Hilfe von UDPPaketen. In einer vor angehenden Diplomarbeit wurde die Software für den abgesetzten Betrieb bereits entwickelt.

ZielDie Übertragung der Steuerdaten soll über die SSP0Schnittstelle erfolgen, da diese ein FIFO zur Verfügung stellt. Die Übertragungsart ist weiterhin SPI. Die Übertragung der Sprachdaten wird durch das Einbinden einer DMA (Direct Memory Access) optimiert, da so die Anzahl der Interrupts gesenkt werden kann. Dies sollte das System erheblich entlasten. Um die Qualität der Sprachübertragung zu verbessern, sollte der Füllstand des SprachdatenBuffers sampleweise und nicht paketweise korrigiert werden. Das System soll zusätzlich mit zwei Diensten erweitert werden. Der erste Dienst ist DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol). Mit Hilfe von DHCP kann der ADT200A eine IPAdresse vom ADSLRouter beziehen. Beim zweiten Dienst handelt es sich um DNS (Domain Name System). Anhand eines Hostnamens erhält man mit Hilfe von DNS die dazugehörende IPAdresse. Auf der ServerSeite kommt zusätzlich noch dynDNS zum Einsatz, welcher die IPAdresse des ADSLRouters bei einem DNSServer aktualisiert.

Im Rahmen des Projektes ADAT wird vom Ingenieurbüro H. Zahnd ein digitales Amateurfunkgerät (ADT-200A) entwickelt. Für dieses Gerät soll zusätzlich der abgesetzte Betrieb über Internet ermög-licht werden. So hat ein Amateurfunker die Möglichkeit, sich von einem beliebigen Standort aus mit einer Funkstation mit leistungsfähigen, grossen Antennen zu verbinden. Zu diesem Zweck wurde in einer vorhergehenden Diplomarbeit eine Software für ein Web-Modul entwickelt. Ziel dieser Bachelor-Thesis ist die Optimierung und Erweiterung der bestehenden Software sowie die Ausmessung der Übertragungsgrenzen.

Telekommunikation / Prof. Michel TripetExperte: Hans Zahnd

Kurzwellenfunk über Internet abgesetzt

Matthias Uhlmann

1981

matthias_uhlmann [at] gmx.ch

Andreas Flühmann

1982

fluehmann8 [at] bluewin.ch

Elektro- und Kom-

munikationstechnik

BU

Abgesetzter Funkbetrieb


Das RFDosimeter ist kein hoch genaues Messgerät. Viel mehr dient es der Analyse des Feldstärkenverlaufs während eines gewissen Zeitraumes. Die Feldstärke wird mit Hilfe der eingebauten Antenne ermittelt. Diese Antenne weist eine hohe Bandbreite auf bei kleinen Aussenmassen. Die sehr kleinen Pegel der Antenne werden von einem ein RFDetektor erfasst. Der RFDetektor wandelt den Eingangspegel logarithmisch skaliert in eine Spannung um, welche vom Mikrokontroller verarbeitet wird. Die minimal messbare Feldstärke liegt bei 0.3 µW/m2, die maximale bei 0.3 W/m2.

Durch die kleine und portable Bauform kann das Dosimeter über längere Zeit bequem auf sich getragen werden. Jede Sekunde wird ein Messwert aufgenommen und auf eine SDKarte geschrieben. Mit der eingebauten EchtzeitUhr werden die Messwerte mit einem Zeitstempel versehen. Während der Aufzeichnung wird der aktuelle Messwert auf das Display geschrieben, was eine Überprüfung vor Ort möglich macht. Sobald die Aufzeichnung abgeschlossen ist, können die Daten mittels SDKarte auf einen Computer geladen und ausgewertet werden. Durch den Zeitstempel kann man Rückschlüsse auf den Ort der Messung ziehen und diesen – bei zu hohen Werten – künftig meiden.

Bezüglich Aufzeichnungszeit kennt das Dosimeter fast keine Einschränkungen. Mit einer 2 GB SDKarte sind Aufzeichnungszeiten von bis zu anderthalb Jahren möglich. Damit die Antenne problemlos ausgetauscht werden kann, ist diese samt Verstärkerschaltung steckbar. Somit können, je nach Anwendung, verschiedene Antennen verwendet werden. Natürlich ist auch möglich, stationäre Messungen durchzuführen. Dabei könnten grössere Antennen eingesetzt werden, die präzisere Messungen möglich machten. Das Gerät unterstützt dabei mehrere parallele Messungen. Insgesamt könnten bis zu acht Antennen gleichzeitig angeschlossen werden.

Moderne Telekommunikationstechnologien wie GSM/UMTS, Funktelefone oder Wireless-LAN, wel-che elektromagnetische Felder erzeugen, finden im täglichen Gebrauch immer häufiger Anwendung. Während die Antennendichte stets zunimmt, steigt in der Bevölkerung die Skepsis gegenüber Neben-wirkungen, die durch elektromagnetische Strahlung verursacht werden können. In dieser Bachelor-Thesis wird ein Prototyp entwickelt, welcher über einen längeren Zeitraum die elektromagnetische Feldstärke aufzeichnet. Dabei stehen die gängigen Frequenzbereiche im Zentrum des Interesses.

EMV / Prof. Dr. Kurt LehmannExperte: Dr. Thomas Aschwanden

RF-Dosimeter

Manuel Gantner

1982

079 524 69 14

m.gantner [at] mac.com

Elektro- und Kom-

munikationstechnik

BU

Vereinfachtes Blockschaltbild mit Schnittstellen


ZielDas Ziel dieser Arbeit ist eine elektronische Schaltung, an der gemischt ohmsche/ induktive/ kapazitive Lasten angeschlossen werden können. Mit einem Potentiometer sollen verschiedene Schaltzeitpunkte eingestellt werden können, so dass man die Auswirkungen des Schaltzeitpunktes auf die anliegenden Spannungen beobachten kann.Weiter sollen mit einem Berechnungstool die optimalen Schaltzeitpunkte für verschiedene Lasten berechnet werden.Mit Hilfe dieses Versuchsaufbaus sollen zukünftige Studierende in Praktika zur Energietechnik auf die Gefahren der Schalthandlungen in elektrischen Energieübertragungsanlagen aufmerksam gemacht werden.

HardwareMit einer elektronischen Schaltung wird die Spannungsfestigkeit eines mechanischen Schalters nachgebildet. Diese simulierte Spannungsfestigkeit wird mit der angelegten Spannung am Schalter verglichen. Sobald die Spannungsfestigkeit kleiner wird als die angelegte Spannung, also beim Schliessen des Schalters, wird ein Signal erzeugt, das einen Leistungshalbleiter (IGBT) zum Leiten bringt. Wird die Spannungsfestigkeit wieder grösser als die angelegte Spannung, also beim Öffnen des Schalters, wird ein Signal erzeugt das den IBGT zum Sperren bringt. Mit diversen Potenziometern kann die Spannungsfestigkeit der Schaltung beeinflusst werden, so dass verschiedene mechanische Schaltertypen möglichst real nachgebildet sind.

BerechnungstoolUm die optimalen Schaltzeitpunkte zu berechnen, mussten zuerst die Differenzialgleichungen für verschiedene Schaltfälle aufgestellt werden. Anhand dieser Berechnungen können die Einschwingvorgänge aufgezeigt werden und die optimalen Anfangsbedingungen für möglichst kleines Überschwingen berechnet werden. Um die Berechnungen mit verschiedenen Lasten möglichst einfach zu machen, ist in MATLAB ein GUI entstanden, welches dem Benutzer erlaubt, verschiedene Lasten zu modellieren. Nach Auswahl des Schaltfalles wird dem Benutzer der optimalste und schlechteste Schaltzeitpunkt, also die Schaltzeitpunkte für kleinstes und grösstes Überschwingen, berechnet und ihm der Einschwingvorgang für diese Zeitpunkte aufgezeichnet.

Energietechnik / Prof. Dr. Kurt LehmannExperte: Dr. Thomas Aschwanden

Modell für synchrones Schalten

Überspannungen durch Schalthandlungen in elektrischen Energieübertragungsanlagen führen zu hohen Belastungen der Isoliersysteme und gefährden damit die Versorgungssicherheit. Mit Hilfe des synchronen Schaltens können Leistungsschalter so geöffnet und geschlossen werden, dass die resultierenden Überspannungen möglichst gering ausfallen. So werden die Betriebsmittel des um-gebenden Netzes und insbesondere die Leistungsschalter schonender und damit auch mit längeren Serviceintervallen betrieben.

Lukas Germann

1984

079 250 41 64

germl2 [at] hotmail.com

Elektro- und Kom-

munikationstechnik

BU

Synchron-Schaltmodul


Mit einem System on Chip (SoC) Design lassen sich komplexe Systeme in einem einzelnen Chip realisieren. Erweiterungen der Hardware können in VHDL (Hardware Description Language) geschrieben und anschliessend als IPCore in das bestehende Design eingebunden werden, was den Entwicklungsprozess dadurch erheblich beschleunigt und das System gut konfigurierbar macht. Durch die Einbindung von SoftcoreProzessoren ist es dem Benutzer überlassen, welche Teile seiner Anwendung in Hardware und welche in Software abgearbeitet werden sollen. Um den AudioSpektrumAnalysator zu realisieren wurde ein EvaluationBoard von Xilinx mit einem Spartan3eFPGA (Field Program

mable Gate Array) verwendet. Über den darauf integrierten Zweikanal AnalogDigitalwandler werden analoge Daten mit bis zu 44.1kHz abgetastet. Die gewandelten Werte werden von dem System abgeholt und im RAM abgelegt, danach von einer CFunktion per FFT (Fast Fourier Transform) vom Zeit in den Frequenzbereich gewandelt. Um den Zeitpunkt der Abtastung des Analogsignals so präzis wie möglich bestimmen zu können wird die Wandlung von einem TimerInterrupt ausgelöst. Dieser Interrupt wird an den an den MicroBlazeSoftcore weiterleitet über den OnChip Peripheral Bus (OPB).Erreicht dieser Interrupt den MicroBlaze so unterbricht er sofort den normalen Programmablauf und löst

mit der InterruptRoutine die Wandlung aus. Dies bedeutet, dass er dem SPIController (Serial Peripheral Interface) über den OPB den Befehl zur Wandlung übermittelt. Der SPIController steuert den Analog/DigitalWandler über den SPIBus an und liest die digitalen Werte in ein FIFOBuffer (First in – First out) ein. Diese Werte werden anschliessend vom auf dem MicroBlaze laufenden Programm eingelesen und in einem Array abgelegt. Sobald genügend Daten vorhanden sind, werden die Werte mit der FFTFunktion gewandelt. Diese Werte entsprechen nun dem Spektrum des gemessenen Signals und können noch visualisiert werden auf einem LCD oder auf dem PC.

Als System On Chip bezeichnet man ein System, bei dem die wichtigsten Komponenten auf einem einzelnen Chip integriert sind. In der Vergangenheit wurden Systeme aus mehreren integrierten Schaltungen aufgebaut wie z.B. Mikroprozessoren und deren Peripherie. Gegenwärtig verstärkt sich jedoch der Trend zur Realisierung solcher Systeme auf einem einzelnen Chip. Dies ermög licht kundenspezifische Lösungen, welche eine gute Performance erbringen und kostengünstig sind. Das Thema dieser Bachelor-Thesis war ein Audio-Spektrum-Analysator, welcher auf der Technolo-gie von System On Chip basiert.

Digitaltechnik / Daniel HolzerExperte: Mario Giaccometto, Aastra Telecom AG

System On Chip Design – Audio-Spektrumanalysator

Thomas Germann

1977

077 400 55 85

th_germann [at] besonet.ch

Elektro- und Kom-

munikationstechnik

BI

System-Blockschema


MotivationHörgeschädigte Personen sind oft unzufrieden mit den Einstellungen ihrer Hörgeräte und tragen diese folglich kaum. Die Idee ist es, mittels der digitalen Signalverarbeitung ein Testgerät für Hörbehinderte zu entwickeln, welches individuell eingestellt werden kann und einfach zu bedienen ist. Das Testgerät ist für den Heimgebrauch gedacht und soll nicht als Ersatz für ein Hörgerät dienen.

ZielDas Testgerät soll der hörgeschädigten Person die Möglichkeit geben, individuell auf Parameter Einfluss zu nehmen, welche eine Manipulation der akustischen Signale ermöglichen. Diese Parameter beeinflussen die Verstärkung verschiedener Frequenzkomponenten des Signals und kompensieren so Hörverluste.

Digitale SignalverarbeitungSolche Problemstellungen, wie das Verstärken verschiedener Frequenzkomponenten in einem Signal, werden vorzugsweise mit Hilfe der digitalen Signalverarbeitung gelöst. Ein ADWandler tastet ein verstärktes Mikrofonsignal ab und stellt die Abtastwerte dem digitalen Signalprozessor zur Verfügung. Verschiedene SoftwareAlgorithmen manipulieren diese Abtastwerte, wodurch der gewünschte Effekt entsteht. Die manipulierten Abtastwerte werden anschliessend wieder in analoge Signale gewandelt und ausgegeben.

RealisationUm die verschiedenen Frequenzkomponenten zu verstärken, setzen wir eine DFTFilterbank ein (DFT: diskrete FourierTransformierte). Die Eingangsabtastwerte werden mit Hilfe einer FFT (fast Fourier transform) in

Dass das Gehör mit zunehmendem Alter an Sensibilität verliert und nicht mehr den gesamten Hör-bereich abdeckt, ist keine Neuigkeit. Um diesem natürlichen Prozess entgegenzuwirken, gibt es bereits für jede Art von Hörschwächen spezifische Hörgeräte auf dem Markt. Diese werden in einem komplizierten Verfahren von einem Akustiker auf die Hörschwäche des Patienten abgestimmt. Be-sitzer von kommerziellen Hörgeräten sind jedoch vielfach unzufrieden, weil das Gerät nicht optimal eingestellt wurde. Das Ziel der vorliegenden Bachelor-Thesis ist es, dem Hörbehinderten ein Testge-rät zur Verfügung zu stellen, das dieser entsprechend seiner Hörschwäche selber einstellen kann.

Digitale Signalverarbeitung / Dr. Daniel von Grünigen, Ivo OeschExperte: Peter Richli

Testgerät für Hörbehinderte

Joachim Stöckli

1983

079 785 24 91

j.stoeckli [at] hispeed.ch

Michael Grzybek

1984

079 702 49 35

michaelgrz [at] bluewin.ch

Elektro- und Kom-

munikationstechnik

BU

Systemprinzip

den Frequenzbereich transformiert, danach einer Teilbandverarbeitung unterzogen und anschliessend mittels einer inversen FFT wieder in den Zeitbereich zurücktransformiert. In der Teilbandverarbeitung wird der Frequenzbereich in fünf so genannte Barkintervalle unterteilt. Diese lassen sich durch Stützwerte (Schieberegler am Gerät) individuell verstärken oder abschwächen. Damit an den Bereichsgrenzen durch unterschiedliche Positionen der Schieberegler keine Verstärkungssprünge entstehen, werden die Stützwerte durch eine kubische Splineinterpolation verbunden. Unter einer kubischen Splineinterpolation wird die Verbindung zweier Stützwerte mittels eines Polynoms dritten Grades verstanden. Zusätzlich zu den sechs Schiebereglern zur Beeinflussung des Frequenzspektrums kann die Lautstärke des linken und rechten Kanals individuell angepasst werden. Ein Mikrofon und ein LineInEingang erhöhen

die Einsetzbarkeit des Systems.


Die Grundidee des Projekts ist, die Lokomotive mit einem Rechner über eine SPS der Firma Selectron zu verbinden und die Strecke auf einem Bildschirm im Blickfeld des Lokführers nachzubilden. Auf dem Computer verarbeitet das Simulationsprogramm LOCSIM, welches an der BFHTI entwickelt wurde, die erhaltenen Signale und steuert einen Videofilm in Funktion von diesen Daten.

Die ganze Arbeit wurde in zwei Teile getrennt. Während des ersten Teils wurden alle historischen Schemata gesammelt und genau studiert. Wichtig war, die Arbeitsweise der ganzen Maschine bis ins kleinste Detail zu verstehen. Diese Vorbereitungsarbeit hat die ganze Projektarbeit 2 gedauert. In der Zwischenzeit wurden die Signale bestimmt, die für die Simulation nötig sind. Zu deren Verifizierung wurden verschiedene Messungen direkt auf der Lokomotive in Spiez durchgeführt. Im zweiten Teil der Arbeit, während der Bachelor Thesis, wurde die ganze Hardware aufgebaut und die SPS programmiert. Das Programmprinzip ist relativ einfach: Die aus der Lokomotive herausgeführten Signale werden gemessen, verarbeitet und über RS232 an den Computer gesendet. Ebenso werden die aus dem Simulationsprogramm LOCSIM kommenden Informationen angepasst und wieder der Lokomotive zugeführt.

Auf der Lokomotive müssen einige Änderungen durchgeführt werden, insbesondere um den Betrieb der Steuerstromkreise auch ohne Fahrleitungsspannung zu erlauben.Zudem müssen einige Signale angepasst werden, welche mit der SPS nicht kompatibel waren. In LOCSIM wurden zur vorbildgetreuen Simulation die Fahr und Bremseigenschaften der vier elektrischen Motoren nachgebildet, welche eine Leistung von je 735 kW entwickeln. Während der Simulation, sieht der Lokführer das aufgenommene Streckenvideo auf dem vor dem Stirnfenster montierten LCDBildschirm. Bei Bedarf kann ein Instruktor die Signale der Strecke beliebig verstellen um alle möglichen Betriebssituationen zu reproduzieren. Dank dieser Möglichkeit kann der Simulator auch für die Fahrpersonalausbildung eingesetzt werden, ohne dass eine reelle Strecke belegt wird.

Die Lokomotiven des Typs Ae 4/4 der BLS AG wurden zwischen 1944 und 1955 in acht Exemplaren gebaut. Bei dieser Maschine wurde erstmals ein Drehgestell ohne Laufachsen eingesetzt, dieses Prinzip wurde später weltweit als Basis für praktisch alle neuen Lokomotiven verwendet. Im Jahre 2004 wurden die letzten Exemplare aus dem regulären Dienst genommen und nur die Nummer 251 blieb als historisches Fahrzeug erhalten.Mit diesem Projekt will die BLS AG einen Simulator in der Lok einbauen, der für den Museumsbetrieb sowie für die Ausbildung geeignet ist. Zudem muss der Simulator leicht demontierbar sein um den normalen Betrieb der Lok zu ermöglichen.

Eisenbahntechnik / Prof. Dr. Hansjürg RohrerExperte: René Buser

Simulator der BLS-Ae 4/4

Sandro Guggiari

1985

079 577 12 94

sandro [at] sguggiari.ch

Elektro- und Kom-

munikationstechnik

BI

Simulatorprinzip

BLS-Ae 4/4


AusgangslageBreitbandige Oszilloskope sind auch heute noch zu gross und zu teuer, um als stetige Begleiter einem Ingenieur die Arbeit zu erleichtern. Der heutige Trend geht in die Richtung Standard PCs als Recheneinheit und UserInterface in Oszillioskope einzubauen. Wir nehmen diesen Weg auf, aber gehen ihn zu Ende: Eine intelligente Messspitze soll die Messsignale soweit verarbeiten, dass sie nur noch per USB an ein Computersystem (z. B. Laptop) zur Visualisierung übergeben werden können. Die Darstellung der Signale sowie die Steuerung der intelligenten Sonde, erfolgen über eine grafische Benutzerschnittstelle auf dem PC.

UmsetzungDie Erfassung und Aufbereitung der analogen Signale stellt eine grosse Herausforderung dar. Trotz der enor men Fortschritte in der analogen Schaltungstechnik müssen in diesem Bereich Grenzen ausgelotet werden, um die Anforderungen bezüglich der geforderten Bandbreite

von mindestens 200 MHz einhalten zu können. Auch bei der Wandlung der analogen Messsignale in digitale Daten ist die Geschwindigkeit der entscheidende Faktor. Obwohl sehr schnelle Wandlerbausteine auf dem Markt erhältlich sind, musste die Interleaved Sampling Technik verwendet werden, um die geforderte Abtastrate von 800 MS/s bis 1 GS/s zu erreichen. Mit mehreren parallelen Wandlern, welche zeitversetzt betrieben werden, kann ein entsprechend Vielfaches an Auflösung erreicht werden.Als zentrale Herausforderung stellt sich die Verarbeitung der digitalisierten Signale. Mittels geeigneter Algorithmen wird ein Informationsstrom von mehreren Gigabytes pro Sekunde auf einige wenige Kilobytes relevanter Daten pro Sekunde reduziert.Die Konfiguration der HardwareAlgorithmen in der Messsonde, als auch die Interaktionen des Benutzers, übernimmt ein embedded RISCProzessor.Die Benutzerschnittstelle konnte dank der Verwendung des QTFra

meworks (C++) plattformunabhängig und benutzerorientiert ausgestaltet werden. Besonderes Gewicht wurde auf eine einfache Benutzerführung gelegt, welche sich insbesondere an das Gewohnte lookandfeel von modernen, digitalen Speicheroszilloskopen anlehnt, so dass der Benutzer seine gewohnte Arbeitsumgebung beibehalten kann.

PerspektivenDie Machbarkeitsstudie des Projektteams scopeX legt die Grundlage zur Entwicklung einer Reihe sehr leistungsfähiger Messgeräte.Die Erweiterung der Funktionalität im Bereich der Messdatenverarbeitung durch Implementierung spezifischer Hardwarealgorithmen muss als höchste Priorität betrachtet werden. Das embedded Oszilloskop soll weder in der Präzision noch in der Funktionalität seinen grossen Brüdern nachstehen. Zudem bietet es eine Basis für weitere Arbeiten im Bereich der Hardwarealgorithmik und der digitalen Signalverarbeitung.

Der Fortschritt in der Miniaturisierung eröffnet neue Anwendungsgebiete. Warum sollte man also nicht gleich ein ganzes Oszilloskop in die Messspitze einbauen können, um diese dann per USB mit einem normalen PC zu verbinden. Die Software zur Visualisierung und Konfiguration läuft auf dem Computersystem, während dem die Erfassung und Verarbeitung der Signale mittels Hardwarealgo-rithmen direkt in der Messspitze geschieht.Das Projektteam scopeX hat die Herausforderung angenommen und mit der Entwicklung des embedded Scope einen Weg für die Realisierung breitbandiger, mobiler Messgeräte aufgezeigt.

Embedded Systems / Prof. Dr. Marcel Jacomet | Prof. Dr. Josef GötteExperte: Felix Kunz, DIGITALLOGIC AG

the embedded Oscilloscope

Simon Lukas Schlechten

1982

sschlechten [at] bluewin.ch

Andreas Habegger

1982

andreas.habegger [at] bluewin.ch

Elektro- und Kom-

munikationstechnik

BI

Systemübersicht des scopeX embeddedScope


Die Bachelorthesis befasst sich mit dem Prototypenaufbau und Test des Independent Hydrogen Power System kurz IHPoSE 300W. Dies ist ein portables Brennstoffzellensystem, welches in vielen verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden kann. Es beinhaltet den Brennstoffzellenstapel, die Gasperipherie und die Steuerung. Das Herzstück des Systems ist ein 24 Zellen Stapel der Firma CEKA vom Typ IHPoSS. Dieser wird mit Wasserstoff und Umgebungsluft

betrieben. Der Vorteil im Betrieb mit Luft gegenüber Sauerstoff liegt im Entfallen eines zusätzlichen Sauerstoffspeichers. Allerdings wird für die Zufuhr der Prozessluft zusätzlich eine Luftpumpe benötigt. Im Betrieb entsteht als “Abgas” dabei lediglich Wasserdampf. Dies ermöglicht den Einsatz in menschennahen Anwendungen, da die Umgebungsluft nicht zusätzlich belastet wird. Für den Fall, dass im Betrieb durch ein Leck Wasserstoff austritt, besteht ab einer Konzentration von vier Prozent in der Luft

Explosionsgefahr. Daher wird dieser recht zeitig mittels Gassensoren detektiert und das System heruntergefahren. Ein Brennstoffzellenstapel läuft nicht autark. Rund um den Stapel sorgt die Peripherie, bestehend aus verschiedenen Ventilen und Pumpen, für dessen reibungslose Funktion. Der Brennstoffzellenstapel ist luftgekühlt. Hierbei wird die Abwärme, die während des Betriebs entsteht, mittels Kühlrippen und Lüfter an die Umgebung abgegeben.

Das Kernstück der Steuerung ist ein STM32F103 Microcontroller, der mit C programmiert wird. Er wird zur Regelung und Überwachung des Gesamtsystems eingesetzt. Dazu werden verschiedene Daten, wie Temperatur, Strom, Zellspannung und Druck, erfasst und bearbeitet. Durch den Prototyp sollen Erfahrungen gewonnen werden, die in einer späteren Serienproduktion umgesetzt werden können.

Brennstoffzellensysteme besitzen das Potential, die zukünftige Energieerzeugung grundlegend zu verändern. Dafür sprechen sowohl der hohe Wirkungsgrad als auch die geringen Emissionen. Derzeit wird intensiv an einer Vielzahl von Anwendungen für Brennstoffzellensysteme gearbeitet. Dabei sind vor allem Systeme für den Hausenergiebereich sowie der Antrieb von Fahrzeugen her-vorzuheben. Sie dienen jedoch zunehmend auch als Ersatz von herkömmlichen Batteriesystemen, da sie höhere Kapazitäten und eine längere Lebensdauer aufweisen.

Energietechnik / Prof. Michael Höckel, Prof. Dr. Ulrich BurriExperte: Alfred Brechbühler

300W IHPoS-E Brennstoffzellensystem Prototypaufbau

Philipp Heusler

1984

079 200 73 58

heusler [at] gmail.com

Christoph Hänni

1984

079 708 37 44

kalternebel [at] bluewin.ch

Elektro- und Kom-

munikationstechnik

Brennstoffzellen Stapel IHPoS-S

BI


MotivationWährend zwei Semesterarbeiten wurde in einem siebenköpfigen Team ein Roboter für den EurobotWettbewerb entwickelt. Die Hauptsteuerung bildete ein Industrierechner, welcher über den CANBus mit zwei Hardwareknoten Sensordaten anforderte und Aktoren ansteuerte. Damit parallel entwickelt werden konnte, wurde die Arbeit in drei Teile zerlegt: Mechanik, Mechatronik und Informatik. Die Schwierigkeit dabei war, dass zum Testen der Funktionalität der CANKnoten immer eine lauffähige Softwareversion auf der Hauptsteuerung benötigt wurde. Daraus entstand der Wunsch nach einem Gerät, mit welchem mehrere Benutzer unabhängig voneinander auf den CANBus zugreifen können.

AnforderungenDer Benutzer soll den CANDebugger über ein einfaches Interface direkt auf dem Debugger oder via WLAN in einem Webfrontend bedienen können. Er bietet Funktionen zum senden, empfangen und aufzeichnen von Nachrichten. Um Abläufe zu testen, sollen zudem Sequenzen von Nachrichten programmiert werden können.

TestaufbauDas Herzstück des CANDebuggers bildet ein SingleBoard Computer mit einem PXA270 Prozessor. Als Betriebssystem verwenden wir Linux. Alle von uns benötigten Schnittstellen wie USB, Ethernet, CAN, TFT, sind auf dem Board integriert.

ImplementierungDer WirelessCANDebugger besteht aus mehreren Komponenten, welche wir selber entwickelt und teilweise übernommen haben. Dabei greifen wir auf den bestehenden LighttpdWebserver und die FastCGILibrary zurück, welche uns die Entwicklung des Webfrontends deutlich vereinfachen. Weiter konnten wir auf bestehende Software zum Kommunizieren über den CANBus, das Ansteuern vom Display und das Auslesen der Matrixtastatur zurückgreifen. Zu den selbst entwickelten Teilen gehören der CANDebugDaemon, das CANDebugInterface, das CANDebugWebInterface sowie das CANDebugCommunicationProtocol über welches unsere Komponenten kommunizieren.Der CANDebugDaemon arbeitet direkt mit dem CANBus zusammen und lässt sich über TCP/IP mit dem CANDebugCommunicationProtocol steuern. Für die direkte Bedienung des WirelessCANDebugger bildet das CANDebugInterface mit Tastatur und Display eine Schnittstelle zum Anwender. Daneben ermöglicht das CAN DebugWebInterface die Bedienung mittels Webbrowser. Dabei ist das CANDebugWebInterface durch die FastCGILibrary mit dem Webserver verbunden.

In der Industrie werden zur Ansteuerung von Aktoren und Sensoren zunehmend Bus-Systeme ein-gesetzt. Speziell für die Entwicklung der Hardwareknoten von bewegten Objekten wie z. B. Roboter, fehlt dabei oft eine komfortable Möglichkeit diese ohne die Hauptsteuerung zu testen. Ziel dieser Thesis ist es, ein Gerät zu entwickeln womit CAN-Nachrichten empfangen, angezeigt und gesendet werden können. Über eine Wireless-Verbindung sollen mehrere Benutzer in einem Web-Frontend auf den Bus zugreifen können.

Technische Informatik / Prof. Roger WeberExperte: Dipl. El.Ing. HTL Dominique Renevey, Siemens Schweiz AG

Wireless CAN-Debugger

Moritz Kobel

1983

079 794 50 40

moritz [at] kobelnet.ch

Philipp Haslebacher

1985

079 440 55 35

philipp.haslebacher [at] gmx.ch

Elektro- und Kom-

munikationstechnik

BU

Aufbau

Kommunikation


MotivationDie Schweizerische Vogelwarte Sempach ist an einem System zur Überwachung der Wanderung und Ansiedlung von Käuzen interessiert. Dazu sollen die Nistkästen mit einem Gerät ausgerüstet werden, welches die mit RFIDTags versehenen Vögel beim Ein und Ausgehen registriert. Das batteriebetriebene Gerät soll ein Jahr autonom funktionieren. Bei erfolgreichem Feldtest sollen bis zu mehrere 100 Kästen mit diesem Gerät bestückt werden.In unserer BachelorThesis haben wir einen ersten Prototyp erstellt.

SystemaufbauDas Betreten und Verlassen des Nistkastens wird mit einem Sensor detektiert. Hier stehen momentan noch verschiedene SensorTypen zur Auswahl um sich in einem Feldtest zu bewähren.Bei Detektion eines Vogels holt der Sensor den Mikroprozessor (Atmega644) aus dem stromsparenden Ruhemodus. Dieser Kontroller aktiviert für kurze Zeit den RFIDLeser und liest die Identifikationsnummer mittels magnetischer Kopplung aus. Zusätzlich wird der Zeitstempel aus dem Real Time Clock geholt und zusammen mit der ID des Vogels und einer einmaligen Kastennummer im internen Speicher abgelegt. Anschliessend schaltet der Mikrokontroller wieder in den Ruhemodus um.

Das System bietet verschiedene Bestückungsoptionen. Es kann mit einer SDKarte und/oder einem GSMModul bestückt werden. Die Variante mit der SDKarte bietet die Möglichkeit, auf das verhältnismässig teure GSMModul zu verzichten.

DatenmanagementJe nach Bestückung werden die Daten auf einer SDKarte als CSVDatei abgespeichert oder per GSMModul via PHPSkript in einer MySQLDatenbank eines Webservers abgelegt.Die Daten werden vom Gerät versendet oder gespeichert, sobald der interne Speicher des Kontrollers voll ist.

Da aber vor allem für die GSM Variante eine regelmässigere Datenaktualisierung Sinn macht, kann auch eine Alarmfunktion des Real Time Clock‘s den Sendevorgang auslösen. Somit ist auch eine Aktualisierung in einem frei wählbaren Zeitintervall möglich.Für die Anzeige der Daten auf dem Webserver wurde ein PHPSkript geschrieben, welches die Daten nach Datum geordnet direkt auf einer Webseite anzeigt.Bei der Variante mit SDKarte müssen die Daten zuerst in die Datenbank importiert werden oder können direkt in Excel geöffnet werden.

Die Schweizerische Vogelwarte Sempach will die Wanderung und Ansiedlung von Käuzen in der Schweiz untersuchen. Aus diesem Grund werden die Käuze in Zukunft zusätzlich zur normalen Be-ringung noch mit einem passiven RFID-Tag (elektronischer Chip mit Identifikationsnummer) ausge-rüstet. Anhand dieser Tags sollen die Bewegungen der Käuze registriert werden. Dazu wird jeder Unterschlupfkasten mit einem Gerät ausgerüstet, welches beim Ein- oder Austreten eines Kauzes, die Identifikationsnummer ausliest und mit einem Zeitstempel versieht. Die gewonnen Daten wer-den auf einer SD-Karte abgespeichert oder direkt an den Server der Vogelwarte gesendet.

Elektronik & Technische Informatik / Prof. Roland BrunExperte: Mario Giacometto, Aastra Telecom Schweiz AG

Überwachungseinrichtung für Käuze

Bruno Mosimann

1983

079 640 67 50

bruno.mosimann [at] gmx.ch

Martin Herrmann

1984

078 685 31 69

martin.herrmann [at] gmx.ch

Elektro- und Kom-

munikationstechnik

BU

Systemübersicht


Ein BrennstoffzellenElektroFahrzeug, in welchem neue effiziente Energie technologien integriert sind, ist heute sicherlich ein hochaktuelles Thema. Der momentane Benzinpreis von mehr als 2 Franken pro Liter, leistet dazu wahrscheinlich auch einen Beitrag. In diesem Hybridfahrzeug sind ein PEMBrennstoffzellensystem und ein Batteriemodul aus LithiumPolymerAkkumulatoren zu einem Antriebsstrang kombiniert.

InbetriebnahmeAus einer vorangehenden Diplomarbeit konnte ein im Prinzip fertiggestellter Hybrid SAM II übernommen werden, der nach wenigen Detailarbeiten in Betrieb genommen werden sollte. Der “Teufel” steckt allerdings sprichwörtlich in diesen Details. Anhand eines Beispiels soll beschrieben werden, wie viel Aufwand manchmal hinter einer solchen Arbeit steckte, und dass für einen einwandfreien Betrieb mehrere Teilsysteme zusammenspielen müssen.

BatteriemodulDas Batteriemodul wurde letztes Jahr nach eingängigen Tests auf dem Batterieprüfstand im SAM eingebaut. Es stellte sich allerdings heraus, dass die integrierten Spannungswandler defekt waren. Als Grund dafür konnten kurz zeitige Überspannungen an den Eingängen identifiziert werden. Diese traten am Ausgang des geregelten Spannungswandler zwischen Brennstoffzelle und den Batterien auf, wenn diese weggeschaltet wurden. Obwohl der Fehler bereits in der Projektarbeit 2 gefunden und die Bestellung unmittelbar aufgegeben wurde, waren in den 7 Wochen bis zur Lieferung keine Tests des Gesamtsystems möglich. Um die bestellten Wandler zu schützen, waren dann ein kleiner Umbau und Softwareanpassungen im Batteriemodul und im DC/DCWandler nötig. Ebenfalls wurde die maximale Zellspannung der Akkus etwas herabgesetzt, was die Speicherkapazität um knapp 5 % verringert. Da die Batterie als Speicher zwischen der Brennstoffzelle und dem Antrieb dient, stellt dies aber keine Funktionseinbusse dar. Erst jetzt ermöglichte das Batteriemodul die eigentliche Inbetriebnahme des Fahrzeugs.

Der Hybrid SAM II ist ein dreirädriges Brennstoffzellen-Elektro-Fahrzeug für 2 Personen. Das Chassis stammt aus einer Kleinserie der Firma CREE. Letztes Jahr wurde das Vorgängermodell, der FC-SAM, in einer Diplomarbeit umgebaut. Das Brennstoffzellensystem wurde erneuert, ein Lithium-Polymer- Akku-Stapel entwickelt und die Steuerung neu programmiert. In dieser Bachelor-Thesis wurden zuerst die einzelnen Teilsysteme und daraufhin das gesamte Fahrzeug in Betrieb genommen. Hierbei wur-den im Labor unterschiedliche Belastungen simuliert. Im Anschluss an die Bachelor-Arbeit können mit wenig Aufwand typische Fahrkennwerte auf dem Rollenprüfstand und in Feldtests ermittelt werden.

Energiesysteme – Mechatronik / Prof. Michael HöckelExperte: Alfred Brechbühler, Energie Service Biel

Inbetriebnahme Hybrid SAM II

Markus Hutter

1984

078 789 55 83

markushutter [at] gmx.ch

Elektro- und Kom-

munikationstechnik

BI

Hybrid SAM II


AusgangslageDie bestehende Sécheron Steuerelektronik des Triebwagens ABeh4/4II der Berner Oberland Bahnen ist am Ende ihres Lebens zyklus angelangt.

ZielZiel der Arbeit ist die Realisierung einer neuen SPS Steuerung. Dazu gehören die Planung des Projektes, die Herstellung des Prototyps, die Programmierung der Software, sowie die Inbetriebnahme auf dem Fahrzeug.Damit bei dieser Modernisierung keine Überraschungen bezüglich der Steuerungen entstehen, wird dieser Prototyp entwickelt, welcher anschliessend ausgiebig getestet und noch optimiert werden kann.

RealisierungAls Grundlage dieser Arbeit war ein eingehendes Studium des Triebwagens sowie der alten Steuerung notwendig. Weil die Funktionalität beibehalten werden soll, musste bei der HardwarePlanung darauf geachtet werden, dass die Ein und die Ausgänge unverändert über

Der Triebwagen ABeh4/4II ist ein Schmalspurschienenfahrzeug der Berner Oberland Bahnen und wurde 1985 in Betrieb genommen. Die drei Triebwagen dieses Typs der BOB sollen in ungefähr zwei Jahren komplett saniert werden. Die bestehende Sécheron Steuerelektronik des Triebwagens wird durch eine moderne SPS Steuerung ersetzt. Dafür wurde nun eine Prototypensteuerung entwickelt und in Betrieb genommen. Bis zur Sanierung sollen mit dem neu entwickelten Prototyp Erfahrungen gesammelt werden, damit beim Umbau eine moderne, zuverlässige und ausgereifte Steuerung zur Verfügung steht.

Mechatronik / Prof. Markus Moser Experte: Felix Kunz, DIGITALLOGIC AG

Modernisierung der Steuerung, Triebwagen ABeh4/4II BOB

Beat Knuchel

1985

079 704 36 07

bknuchel [at] gmx.ch

Elektro- und Kom-

munikationstechnik

BI

Funktionsprinzip der neuen Steuerung

ABeh 4/4II BOB

nommen werden. Da die neue Steuerung in einem identischen Gehäuse wie die bisherige Sécheron Steuerelektronik eingebaut wurde, kann der Triebwagen innert kürzester Zeit auf den neuen Prototyp umgerüstet werden.Im Software Teil wurde die Traktionssteuerung entwickelt und die schon bestehende Bremssteuerung und Regelung integriert.Zum Abschluss der Arbeiten kon nten erfolgreiche Testfahrten auf dem DepotGelände der BOB in Zweilütschinen und auf der Fahrstrecke absolviert werden.

AusblickDa der Prototyp funktionsfähig ist und eine gute erste Version der Software realisiert wurde, können nun darauf basierend weitere Entwicklungen, Verbesserungen und Optimierungen durchgeführt werden.

Deshalb soll ein Prototyp einer modernen SPS Steuerung (Speicher Programmierbaren Steuerung) der Firma Selectron entwickelt werden, welcher die bestehende Steuerung ersetzt. Dabei soll die Funktionalität identisch bleiben.


FunktionsweiseDie Fahrzeiten werden auf einer RFIDKarte gespeichert. Die exakte Zeit wird aus dem GPSSignal entnommen, das durch das GSM/GPSModul bereitgestellt wird. Dieses ist auch für die Kommunikation mit dem Webserver zuständig. Die erfassten Fahrzeiten werden zum Webserver übertragen und dort von einem Skript in die Datenbank eingetragen. Ist die Karte persönlich, erfolgt die Zuordnung zum Teilnehmer automatisch. Falls nicht, erscheint die Fahrzeit anonym in der Rangliste, bis die entsprechende RFIDKarte ausgewertet wurde.

HardwareAls Steuereinheit wird ein ARM7 Mikrokontroller von Atmel verwendet. Die Peripherie besteht im Wesent

Seit mehreren Jahren können sich Rennfahrer im Berner Oberland auf verschie-denen Strecken aneinander Messen. Zu diesem Zweck wurde bisher eine Zeitmess-anlage gemietet. Die Erfassung der Zeiten erfolgte durch Bedrucken von Tickets mit darauffolgender manueller Auswertung am Computer durch den Veranstalter.

Die in diesem Projekt entwickelte Anlage ermöglicht eine kontaktlose Zeiterfassung mittels RFID-Karten. Die Renndaten werden drahtlos zu einem Webserver übertragen und anschliessend mit einer eigens dafür entwickelten Managementsoftware ausgewertet. Daten von persönlichen Karten werden sofort dem Teilnehmer zugeordnet.

Technische Informatik / Ulrich Burri, Martin MühlemannExperte: Stefan Brunner, CSA Engineering AG

Zeitmessung mit RFID

Rico Zoss

1984

079 540 38 71

rico.zoss [at] gmail.com

Moritz Leiser

1985

078 760 59 81

moritz.leiser [at] gmail.com

Elektro- und Kom-

munikationstechnik

Funktionsschema der gesamten Anlage

lichen aus folgenden Teilen: RFIDModul, GSM/GPSModu l , 3Zeilen Display und SDKarte. Der Benutzer interagiert mit der Anlage über drei Taster und erhält visuelle und akustische Rückmeldungen vom Display, den 2 LEDs und dem Signalgeber. Auf der SDKarte werden alle Fahrzeiten in einer Backupdatei gesichert, damit diese notfalls rekonstruiert werden können. Zusätzlich dient die SDKarte zur Konfiguration der Anlage als Start oder Zielsta tion. Dies ermöglicht die Verwendung identischer Hard und Firmware in den beiden Anlagen.

ManagementsoftwareMit der Managementsoftware können die Renn und Teilnehmer daten verwaltet werden. Die verschiedenen Einträge können editiert und die verwendeten RFIDKarten ausgewertet werden. Bei der Eingabe von Teilnehmerdaten werden Vorschläge gemacht, um doppelte Einträge zu verhindern und die Eingabe zu erleichtern. Eine weitere Funktion ist das Erstellen der Kon

figurationsdateien für die Anlagen.Die Software ist in C++ mit der QtKlassenbibliothek pro grammiert und verfügt über ein Authentifizierungssystem, welches den Datenschutz gewährleistet. Die Sicherstellung erfolgt, indem die Zugriffsrechte der jeweiligen Benutzer

auf die von ihnen verwalteten Rennen beschränkt werden.

WebserverAuf dem Webserver ermöglicht ein PHPSkript die dynamische Abfrage der Resultate in verschiedenen Ranglisten. Zusätzlich können auch Detailinformationen zu den erfassten Fahrzeiten eines Teilnehmers abgerufen werden. Ausserdem wurden Skripte erstellt, welche regelmässig die Datenbank sichern und verschiedene Auswertungen übernehmen. Auch die Registrierung einer RFIDKarte über ein Formular auf der Webseite ist möglich. Dies ermöglicht den dezentralen Vertrieb von persönlichen Karten.

Weitere Informationen:www.beo-timing.ch

BI


AusgangslageDas Wireless Camera System basiert auf einem Messsystem, das in früheren Diplomarbeiten entwickelt wurde. Dieses ermöglicht die Übertragung von Daten über Funk in einem lizenzfreien ISMBand bei 2.4 GHz, wobei die Bruttodatenrate bei 1 Mbit/s liegt. Das System ist modular aufgebaut und verfügt bereits über einen USBInterface, microSDKartenslot und Realtimeclock.

ErweiterungFür das vorhandene Wireless System wurde das in der Abbildung 1 ersichtliche Kameramodul entwickelt.

1) Bestehendes Wireless System2) Kamera 3) Infrarot Scheinwerfer4) Helligkeitssensor5) Bewegungsmelder

Der Einsatz von IRScheinwerfer, Bewegungsmelder und Helligkeitssensor ermöglicht die Abdeckung eins breiten Einsatzgebietes.Für das Kameramodul sowie das PCInterface wurde eine Firmware geschrieben, welche im Gegensatz zum ursprünglichen Messsystem die bidirektionale Datenübertragung ermöglicht.Die Bedienung des Systems erfolgt mittels einer ebenfalls während der BachelorThesis entwickelten graphischen Benutzeroberfläche.

SystemaufbauDer Systemaufbau ist in der Abbildung 2 dargestellt. Es besteht aus drei Komponenten: dem Kameramodul, dem PCInterface sowie einem Computer.In das System können bis zu 14 Kameras eingebunden werden, welche autonom Fotos schiessen, sei es durch eine Bewegungsdetektion oder durch das Stellen des AufnahmeTimers.Falls eine Kamera eine Bewegung detektiert, kann sie dies den anderen

Die kabellose Datenübertragung nimmt in der heutigen Gesellschaft einen immer wichtigeren Stel-lenwert ein und findet in den verschiedensten Gebieten Anwendung. Das hier vorgestellte Wireless Camera System wurde für die Wildtierbeobachtung entwickelt.Es ist ein proprietäres Bildübertragungssystem mit bis zu 14 Kameras, die in einem Netzwerk be-trieben werden. Die aufgenommenen Bilder können innerhalb des Kameramoduls gespeichert und zu einem beliebigen Zeitpunkt über Funk abgerufen werden. Die Auswertung des Bildmaterials der verschieden positionierten Kameras erlaubt die Beobachtung eines grösseren Gebietes.

Hochfrequenztechnik, Technische Informatik / René Obi, Martin AebersoldExperte: Hans Zahnd

Bildübertragung über Wireless Link

Philippe Ulli

1985

079 612 57 30

philippe.ulli [at] gmx.ch

Daniel Lüdi

1983

076 392 90 15

daenu.l [at] gmail.com

Elektro- und Kom-

munikationstechnik

BU

Abb. 2 - SystemaufbauAbb. 1 - Wireless Kamera Modul

Geräten im System mitteilen. Diese starten dann ebenfalls eine Aufnahme. Die Bilder werden auf einer microSDKarte im Kameramodul gespeichert, wo sie zu einem beliebigen, späteren Zeitpunkt über Funk abgerufen werden können. Es ist auch eine LiveÜbertragung der Bilder möglich, bei der die Aufnahmen direkt zum Computer gesendet werden.

AnwendungsgebietDas Wireless Camera System ist durch den IRScheinwerfer auch für Aufnahmen in der Dunkelheit geeignet und erfüllt damit alle Voraussetzungen für Tierbeobachtungen. So könnten zum Beispiel Wildschweine überwacht werden, die ansonsten nur sehr schwer lokalisierbar sind.

AusblickDurch den modularen Aufbau kann das Wireless Camera System fast beliebig ausgebaut werden. Sowohl bei der Hardware, wie auch bei der Software wurde darauf geachtet, dass das System eine möglichst grosse Betriebsautonomie aufweist.


Das Grundsignal eines VokalsJeder Vokal hat im Prinzip das gleiche Grundsignal – es ist quasiperiodisch und entsteht durch die Schwingung der Stimmlippen im Kehlkopf. Es hat eine Grundschwingung mit der Grundfrequenz und harmonische Oberschwingungen deren Frequenz jeweils ein ganzzahliges Vielfaches der Grundfrequenz ist. Die Amplituden nehmen mit zunehmender Frequenz stark ab.

VokaleDie Vokale entstehen erst, wenn die Schallwellen der Stimmlippen das so genannte Ansatzrohr, den Resonanzraum der durch Rachen, Mund und Nase gebildet wird, durchwandern. Dabei werden bestimmte Frequenzbereiche des Grundsignals relativ verstärkt oder abgeschwächt. Frequenzbereiche wo das Signal relativ verstärkt wird, nennt man Formanten. Sie bestimmen, welcher Vokal gehört wird und die Klangfarbe einer Stimme.

Das DemonstrationsprogrammMit dem entwickelten Programm lässt sich ein beliebiges Grundsignal künstlich erstellen, in dem man Grundfrequenz und Amplitude bzw. Phase aller Harmonischen frei wählen kann. Das Ansatzrohr lässt sich mit einer Reihe von parallel geschalteten variablen Bandpassfiltern 2. Ordnung simulieren. Jedes Bandpassfilter entspricht

dabei einem Formanten und hat frei einstellbare Mittenfrequenz, Bandbreite und Verstärkung. Mit dem Programm können beliebige Vokale und Laute selber kreiert und akustisch wiedergegeben werden. Wenn man will, kann man günstige Konfigurationen für die spätere Wiederverwendung abspeichern. Zur Illustration wird das Signal im Zeit und Frequenzbereich dargestellt.

Tag für Tag benutzen wir unsere Stimme um zu sprechen, zu lachen, zu singen, oder hin und wieder um unserem Ärger Raum zu geben. Obwohl wir am Tag um die 25 000 Wörter aussprechen, wissen viele nicht, warum ein 'A' anders klingt als ein 'E'. Um dieser Frage auf den Grund zu gehen, und um die Antwort darauf möglichst anschaulich und flexibel zu illustrieren, wurde im Rahmen dieser Bachelor-Thesis ein Demonstrationsprogramm entwickelt.

Technische Informatik / Betreuer: Dr. Urs Brugger, Ivo OeschExperte: Dr. Peter Winter / Auftraggeber: Audiologische Station Inselspital Bern, PD Dr. Martin Kompis

Akustisches Demonstrationsprogramm

Niklaus Maurer

1985

079 658 08 60

nmaurer [at] hesaves.ch

Elektro- und Kom-

munikationstechnik

BU

Programmoberfläche beim editieren des Grundsignals für den Vokal 'A'

Gesucht

Sputnik Engineering AG, Höheweg 85, CH-2502 Biel/Bienne, Tel. + 41 (0)32 346 56 00, Fax + 41 (0)32 346 56 09, [email protected]

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Ausgangslage Die algerische Staatsbahn hat bei der Firma Stadler Rail eine Bestellung von 64 Fahrzeugen des Typs FLIRT (Flinker Leichter Innovativer Regional Triebzug) aufgegeben. Die Produktion dieser 25 kVFahrzeuge läuft auf Hochtouren, die ersten beiden Fahrzeuge sind kürzlich in Algerien eingetroffen. An der Innotrans 2008, welche Ende September in Berlin stattfinden wird, soll dem Messebesucher das Gefühl vermittelt werden, mit einem solchen Fahrzeug irgendwo in Algerien unterwegs zu sein.

ZieleAm Fahrzeug soll für den Simulationsbetrieb möglichst wenig abgeändert werden. Die Simulation soll so weit als möglich das Originalprogramm des Fahrzeugleitgerätes FLG beinhalten. Dabei wird die gesamte Fahrdynamik auf einem Computer nachgebildet, der gleichfalls den Führerstandsausblick auf die Strecke berechnet. Da an der Ausstellung das Fahrzeug auf der HilfsbetriebEbene mit Energie versorgt wird (Speisung über Depotsteckdose), müssen die entsprechenden Verknüpfungen und Verriegelungen im FLG neu programmiert bzw. umgangen werden. Sicherheitstechnische Überlegungen für die Ausstellung müssen ebenso beachtet werden wie die Tatsache, dass gewisse Anlageteile nicht funktionieren sollen bzw. dürfen.

Die Innotrans ist eine der grössten Eisenbahnausstellungen Europas. Die Firma Stadler Rail aus Bussnang wird an der Innotrans 2008 Ende September in Berlin eines ihrer neuen Fahrzeuge, einen FLIRT SNTF, ausstellen. Dieser Fahrzeugtyp wird für die algerische Staatsbahn gebaut. Damit dieses Fahrzeug für die Messebesucher attraktiver wird, soll für die Ausstellung ein Simulator in einen Führerstand eingebaut werden, der mit den üblichen Bediengeräten des Lokführers bedient werden kann. Das Fernziel dieses Projekts ist es, Teile der Lokführerausbildung auf diesem Simu-lator machen zu können.

Eisenbahntechnik / Prof. Dr. Hansjürg RohrerExperte: René Buser

Simulator für den Triebzug FLIRT von Stadler Rail

Thomas Megert

1984

079 561 67 77

t.megert [at] bluemail.ch

Elektro- und Kom-

munikationstechnik

FLIRT SNTF

BI

RealisierungDas Fahrzeug wird aus dem Normalbetrieb über einen definierten Tasten kombinationsdruck in den Simulationsbetrieb versetzt. Während der Simulation werden sämtliche Signale, die vom PC zur Berechnung der Fahrdynamik benötigt werden, im FLGProgramm abgezweigt und über eine serielle Schnittstelle an den Computer übergeben. Anhand dieser Daten werden mit dem Simulationsprogramm LOCSIM, welches an der BFHTI entwickelt wurde, die Werte berechnet, die vom Fahrzeug benötigt, aber durch denn Simula tionsbetrieb nicht geliefert werden können. Die Anlageteile auf dem Fahrzeug werden so weit als möglich normal angespeist. Es macht einen Simulator schon faszinierend, wenn man z. B. hört, wie sich beim Anfahren die Bremsen lösen…Ein grosser Teil der Arbeit wurde in Bussnang bei Stadler durchgeführt. Dies hatte den Vorteil, dass Programmänderungen immer direkt an einem Modell getestet werden konnten und der Simulator auf dem Fahrzeug in Betrieb genommen werden konnte.

Typenskizze des Fahrzeugs


Caractéristiques des réseaux mobiles ad hocLes réseaux mobiles ad hoc sont caractérisés par plusieurs propriétés. Aucune administration centralisée n’est présente, chaque nœud mobile forme, de façon ad hoc, une infrastructure du réseau. Les nœuds se déplacent d’une manière aléatoire et le seul moyen de communication est d’utiliser une interface sans fil.La topologie du réseau étant dynamique, les routes changent continuellement. Il faut donc les tenir à jour. Les contraintes énergétiques constituent également une caractéristique de ce type de réseau.

RoutageLe routage est un point important dans les réseaux mobiles ad hoc. Il faut être capable de déterminer le chemin optimal par lequel les paquets vont transités jusqu’à la destination en minimisant l’activité des nœuds.Le réseau doit être capable de s’organiser automatiquement et rapidement afin de pouvoir s’adapter aux changements de topologie. Du fait de l’absence d’infrastructure fixe et de la mobilité des stations, chaque nœud est mis à disposition pour participer au routage et joue ainsi le double rôle de station et de routeur.

Un nouveau protocoleCe réseau est constitué de plusieurs nœuds mobiles qui représentent les animaux d’élevage, mais également d’un point d’accès fixe vers lequel doivent être acheminés les messages des différents nœuds.Un nouveau protocole de routage a été développé afin de s’adapter au mieux à notre application. Ce réseau est caractérisé par le fait qu’il n’existe qu’une seule destination (le point d’accès). Dans une première phase, le point d’accès va envoyer périodiquement des balises de découverte de routes. Les nœuds qui sont à portée du point d’accès vont recevoir ces balises et les émettre plus loin, ceci jusqu’à ce que tous les nœuds ayant une liaison indirecte avec le point d’accès reçoivent cette balise. Chaque fois

qu’une balise transite par un nœud, l’adresse de ce dernier est ajoutée à cette même balise. Cette séquence d’adresse est mémorisée par les nœuds; ils connaissent ainsi l’adresse du nœud à qui ils doivent envoyer leur message pour atteindre le point d’accès.

RésultatsLe nouveau protocole a été testé avec succès sur cinq nœuds. Ces tests ont été effectués avec différentes topologies fixes représentant des cas extrêmes. Des configurations plus complexes, notamment avec un plus grand nombre de nœuds, seront simulées.Ce protocole est développé pour une autonomie énergétique des modules de 90 jours.

Ce projet de télémétrie sur animaux d’élevage s’inscrit dans le cadre d’une collaboration entre la Haute école Technique et Informatique et la Haute école d’agronomie. La capacité d’être informé sur l’état de reproduction ou de santé des animaux permet d’optimiser les moyens mis en œuvre pour, par exemple, inséminer au moment idéal.Les données physiologiques mesurées sur les animaux, qui permettent de définir l’état dans lequel l’animal se trouve, doivent parvenir à un point d’accès qui sera en mesure de traiter ces informations.

Télématique et Réseaux / Prof. Claude BrielmannExpert: Joseph Odiet, Ericsson

A mobile Ad hoc Network for Cattle Telemetry

Antoine Mettler

1984

079 576 50 21

antoine.mettler [at] gmail.com

Électricité et systèmes

de communication

BI

Structure du réseau mobile


AusgangslageDie neu entwickelten Bediengeräte der Speiseverteilwagen können, abhängig von der Speise, unterschiedliche Programme zur Speisenerwärmung abarbeiten. Zudem speichern sie die aktuellen Betriebsdaten. Durch die Analyse dieser Daten ist es möglich, im Störungsfall schnell den Fehler zu finden. Im Moment werden diese Daten manuell mit einem sogenannten iButton übertragen, was in einem Spital mit bis zu hundert Speiseverteilwagen sehr aufwändig ist.

ZielIn dieser Arbeit soll ein Funknetz realisiert werden, mit dem der Datenaustausch zwischen dem Speiseverteilwagen und dem zentralen PC automatisiert wird. Der Datenverkehr soll bidirektional sein. Es soll möglich sein, Änderungen am

Programm des Bediengerätes vorzunehmen und die Betriebsdaten zu analysieren.

RealisierungAm Anfang der Arbeit stand die Auswahl der richtigen konzessionsfreien drahtlosen Technologie. Die Auswahlkriterien waren der Stromverbrauch, der Preis, die Reichweite und die Zeit, die benötigt wird bis das Funkmodul im Netzwerk angemeldet ist. Das Resultat war, dass ZigBee die Technologie ist, die alle Kriterien am besten erfüllt.ZigBee wurde speziell für einen kleinen Stromverbrauch und eine

geringe Datenrate entwickelt. Die Module senden im 2,4 GHzBand mit einer Leistung von bis zu 10 mW. Dadurch kann eine Reichweite von 100 Metern realisiert werden. Die Übertragungsrate liegt bei 250 kBit/s. Einer der grössten Vorteile von ZigBee ist der Stromverbrauch. Im SleepMode hat das Funkmodul eine Stromaufnahme von 6 µA. Diese geringe Stromaufnahme ermöglicht es, die ZigBee Module mit einem Akku zu speisen. Der Akku wird aufgeladen, wenn der Speiseverteilwagen am 230 VNetz angeschlossen ist.Das ZigBee Modul auf dem Speiseverteilwagen sucht im Abstand von 2 Minuten nach einem Funknetz. Wenn kein Funknetz in Reichweite ist, kehrt es in den SleepMode zurück. Ist das Modul aber in Reichweite eines Funknetzes, so meldet es sich an und sendet seine aktuellen Betriebsdaten über den ZigBeeKoordinator, der das Netzwerk organisiert, an den zentralen PC. Der PC wertet die Daten aus und gibt sie auf einem Bildschirm aus. So ist das Küchenpersonal immer über den aktuellen Status des Wagenparks informiert und kann gezielt Wagen mit Störungen oder Defekten aus dem Verkehr ziehen. Sollen die Speisen anders erwärmt werden, können die Änderungen am zentralen PC vorgenommen werden und die Bediengeräte der Speiseverteilwagen werden automatisch programmiert, sobald der Wagen in Funkreichweite ist.

In Spitälern und Heimen wird das Essen mit Speiseverteilwagen auf die verschiedenen Etagen verteilt. Damit das Essen beim Patienten warm serviert werden kann, haben diese Speiseverteilwagen eine in-tegrierte Induktionsheizung, die über ein Bediengerät gesteuert wird. Im Rahmen der Bachelor-Thesis soll ein Funknetz für den Datenaustausch zwischen dem Bediengerät auf dem Speiseverteilwagen und einem zentralen PC erstellt werden. Mit dieser Funkverbindung ist es möglich das Bediengerät zu pro-grammieren und im Störungsfall die erfassten Betriebsdaten dem zentralen PC zu übermitteln.

Mechatronik / Prof. Markus MoserExperte: Felix Kunz, DIGITALLOGIC AG

Funknetz für lokalen Datenaustausch

Benjamin Moser

1983

079 202 43 64

benjmoser [at] gmx.ch

Elektro- und Kom-

munikationstechnik

BI

Schematische Darstellung des ZigBee-Netzwerks

ZigBee Modul mit den

Massen 38.0 x 13.5 x 2.0 mm


Vorschubachsen werden in Werkzeugmaschinen verwendet um den Schlitten, auf welchem die Werkstücke für die Bearbeitung befestigt werden, zu bewegen. Prinzipiell aufgebaut sind sie aus einem Motor, welcher die gesamte Achse antreibt, einem Getriebe und einem Kugelgewindetrieb, der die Rotationsbewegung des Motors in eine lineare Bewegung umwandelt. In solchen mechanischen Systemen treten starke, nichtlineare Reibungskräfte auf, welche Abnutzungen und Reibungswärme

verursachen, was die Genauigkeit und Lebensdauer der verwendeten Komponenten verringert. Zudem entsteht bei Richtungsänderungen der Vorschubachse Umkehrspitzen von einigen Mikrometern, welche die Fertigungsgüte der Werkstücke massgeblich negativ beeinflussen. Ziel dieser Arbeit ist es, geeignete Methoden und Lösungsansätze zu finden um die erwähnten Störeinflüsse zu beheben.

Um erste Erkenntnisse über das dynamische Verhalten solcher Achsen

zu erhalten, wurde mittels Matlab, einem numerischen Simulationsprogramm und der Konstruktionspläne der zu untersuchenden Maschine, ein physikalisches Modell der Vorschubachse ohne Reibung erstellt. In einem weiteren Schritt wurden Messungen an einem Mikron UCP 600 Vario Bearbeitungszentrum der Firma GF Agie Charmilles AG vorgenommen um anschliessend die Messresultate mit jenen der Simulationen zu vergleichen. Durch

Bei modernen Werkzeugmaschinen werden, durch höhere Vorschubgeschwindigkeiten und Beschleu-nigungen, jährlich Leistungssteigerungen erzielt. Zudem lassen sich aufgrund steigender Arbeits-genauigkeiten und engerer Tolerierungen immer kritischere und komplexere Werkstücke herstellen. In den Vorschubachsen dieser modernen Maschinen entstehen enorm hohe Reibungskräfte und bei Richtungsänderungen Umkehrspitzen, welche die Fertigungsgenauigkeit negativ beeinflussen. Im Rahmen dieser Bachelorthesis sollen Lösungsansätze gefunden werden um diese Umkehrspitzen durch geeignete Regelungsverfahren zu kompensieren.

Regelungstechnik / Prof. Dr. Josef GoetteExperte: Felix Kunz, DIGITALLOGIC AG

Reibungskompensation einer Vorschubachse

Alain Reimann

1984

079 424 43 53

alain.reimann [at] gmail.com

Elektro- und Kom-

munikationstechnik

BI

Fertigungsmaschine UCP 600 Vario

Kreisformtest mit überhöhten Umkehrspitzen (Faktor 500)

diese Gegenüberstellung konnte das dynamische Verhalten der Reibungskräfte nachgebildet werden.Das daraus entstandene, reibungsbehaftete Modell kann nun verwendet werden, um geeignete Regelungsverfahren für die Kompensation der Störeinflüsse zu analysieren. Weiter werden auch konstruktions sowie regelungstechnische Vorschläge gemacht, um das dynamische Verhalten der Werkzeugmaschine zu verbessern.


AusgangslageMit dem Link Layer Discovery Protocol (LLDP) können Geräteinformationen an die direkten Nachbarn im lokalen Netzwerk weitergeleitet werden. Dieser Austausch funktioniert auch über geblockte Ports, da die Daten an eine MulticastAdresse gesendet werden. Dies ist eine wichtige Voraussetzung, um alle Nachbargeräte in die Fehlererkennung miteinzubeziehen.In so genannten Management Information Bases (MIBs) werden die über LLDP gesammelten Informationen gespeichert. Die jeweils benötigten Informationen werden danach über das Simple Network Management Protocol (SNMP) abgerufen und stehen somit dem Konfigurationsfehlererkennungstool zur Verfügung.

RealisationNach der Auflistung der möglichen fehlerhaften Konfigurationszustände für PROFINET wurde eruiert welche Fehler mit den vorhandenen Informationen überhaupt erkannt werden können. Aus den gemachten Erkenntnissen wurde im Anschluss ein Regelsatz erstellt, der als Fundament des Fehlererkennungstools dient. Danach wurde aus diesem die Erweiterung für PROFINET programmiert.

ZieleDie Ziele der Arbeit sind: Eine Analyse der möglichen Fehl

konfigurationsszenarien für PROFINET durchzuführen und zu dokumentieren.

Für ein bereits bestehendes JavaTool zur LLDPFehlererkennung eine Erweiterung für PROFINET zu implementieren.

AusblickIn einem weiteren Schritt kann die Software in die Firmware der Hirschmann Geräte eingebunden werden, damit dann über das WebInterface von jedem Gerät aus eine Fehlererkennung durchgeführt werden kann.

Die Firma Hirschmann Automation & Control entwickelt und produ-ziert Netzwerkkomponenten, die im industriellen Bereich Verwendung

finden. Diese Geräte weisen einen hohen Funktionsumfang auf, durch den automatisch auch die Komplexität der Netzwerksysteme steigt. Daher tritt immer wieder der Fall auf, dass sich bereits bei der Gerätekonfiguration Fehler einschleichen. Diese Konfigurationsfehler gilt es aufzuspüren und in geeigneter Form zu visualisieren.

Automation / Prof. Max FelserExperte: Josef Meyer, Ericsson AG / Auftraggeber: Hirschmann Automation & Control GmbH

PROFINET Konfigurationsfehlererkennung mittels LLDP

Marc Rufener

1983

079 390 05 83

marc_rufener [at] belponline.ch

Elektro- und Kom-

munikationstechnik

BU

Visualisierung

Funktionsweise


Abhilfe soll eine elektrische Fahrleitungsheizung schaffen. Bei einem genügend grossen Strom durch die Leitungen soll der Raureif oder die Eisschicht zum Schmelzen gebracht werden. Das Fahrleitungsnetz wird mit Drehstrom bei 1150 V, 50 Hz versorgt.

UrsacheRaureif ist ein fester Niederschlag, der sich aus unterkühlten Wassertropfen von leichtem Nebel oder direkt aus dem in der Luft enthaltenen Wasserdampf durch Resublimation bildet. Hierfür ist eine sehr hohe relative Luftfeuchtigkeit von über 90% und eine Lufttemperatur von unter 8 °C nötig. Die entstehende Wärme wird dabei durch Konvektion an die umgebende Luft abgegeben, daher erhöht Wind die Bildung von Raureif.Eisschichten entstehen meistens durch gefrierenden Regen bei einem Temperatursturz.

Erforderliche LeistungZunächst musste das physikalische Verhalten dieser Anordnung und der damit verbundene Wärmestrombelag genauer untersucht werden. Dieser gibt an, welche Leistung pro Meter Fahrleitungsdraht zur Erwärmung benötigt wird. Wesentlichen Einfluss haben die Umgebungstemperatur sowie die Windgeschwindigkeit. In der Jungfrauregion haben wir es mit extremen Bedingungen zu tun. An einem durchschnittlichen Wintertag werden locker Temperaturen von 20 °C und Windgeschwindigkeiten von 40 km/h gemessen. Rechungen ergaben, dass wir hierzu rund 50 W/m benötigen, was der Wärmestrahlung einer handelsüblichen Glühbirne entspricht.

LösungsvariantenSind die Übersetzungsverhältnisse zwischen zwei Transformatoren am Leitungsnetz unterschiedlich gross, fliesst dazwischen ein Ausgleichsstrom. Messungen ergaben jedoch,

dass mit den bestehenden Transformatoren kein so grosser Strom erreicht werden kann um die geforderte Heizleistung zu erfüllen.Eine andere Möglichkeit bietet die Kurzschlussvariante. Hier wird mit einem Transformator ein Strom in die Leitung gespeist. Die Leitung wird in einer anderen Station kurzgeschlossen. Mit den bestehenden Transformatoren war dies nur möglich, wenn fast das komplette Fahrleitungsnetz zwischen der Kleinen Scheidegg und Jungfraujoch verwendet wurde, um einen genügend grossen Leitungswiderstand zu erreichen. Damit nicht der komplette Betrieb eingestellt werden muss, wird in der ausgearbeiteten Lösungsvariante mit einem speziell bemessenen Transformator nur im von Vereisung gefährdeten Leitungsstück geheizt. Ein Heizvorgang dauert rund 7 Minuten, somit bleibt genügend Zeit, um die Leitung von Raureif zu befreien, bevor sich ein Zug in diesem Streckenabschnitt befindet.

Die Jungfraubahn ist eine Zahnradbahn im Berner Oberland. Sie führt von der Kleinen Scheidegg durch Eiger und Mönch bis auf das Jungfraujoch. Dabei überwindet sie auf einer Länge von rund 9 Kilometern fast 1400 Höhenmeter und etwas mehr als 7 Kilometer der Strecke liegen im Tunnel. Im Streckenabschnitt zwischen Fallboden und Eigergletscher kommt es häufig zu Betriebsstörungen infolge von Raureif- und Eisablagerungen auf den Fahrleitungen. Dadurch wird ein kontinuierlicher Stromfluss zum Triebfahrzeug verhindert und der Zug bleibt in der Maximalsteigung stehen. In die-ser Diplomarbeit sollen deshalb verschiedene Lösungsvarianten zur Beheizung der Leitungen un-tersucht werden.

Energie und Eisenbahntechnik / Prof. Dr. Hansjürg RohrerExperte: René Buser

Fahrleitungsheizung Jungfraubahn

Oliver Schenker

1984

079 780 56 02

o.schenker [at] bluemail.ch

Elektro- und Kom-

munikationstechnik

BI

Einpoliger Kurzschluss zwischen den Stationen Eigergletscher und FallbodenRaureifbildung


Noch gibt es keine Standardlösungen zur InhousePositionierung, respektiv Navigation. Die meisten Versuche basieren auf der weit verbreiteten WLANTechnologie (Wireless Local Area Network). Bei diesem Ansatz wird anhand der Signalabschwächung auf die Distanz geschlossen. Die Methode birgt einige Vor und Nachteile in sich. Einerseits ist WLAN weit verbreitet, andererseits ist die Genauigkeit, wegen Reflexionen, unbefriedigend.

Um einen weiteren Ansatz zu prüfen, wurde mit einer anderen Technologie gearbeitet. Untersucht wurde die

Möglichkeit eines IndoorNavigationssystems, welches auf Blue tooth basiert. Die Vorteile liegen in der weiten Verbreitung dieses Funkstandards. So sind beispielsweise fast alle Mobiltelefone mit Bluetooth ausgerüstet, was den Aufwand auf der Benutzerseite klein hält. Die Option eines Positionssystems, welches auf Bluetooth basiert, wurde bis jetzt im Standard noch nicht vorgesehen, jedoch wird bereits eine solche Ergänzung diskutiert.

Zur Abklärung der Positionsgenauigkeit wurden Messungen unter verschiedenen Bedingungen und

Anordnungen vorgenommen. Zudem wurde eine Testsoftware programmiert, welche zur Analyse der Benutzerseite dient. Die Ergebnisse wurden dann als Gesamtes ausgewertet, um damit die Technologie auf ihre Navigationsfähigkeit zu analysieren.

Mit den momentanen Möglichkeiten, welche Bluetooth bietet, ist ein Positionssystem schwierig zu realisieren. Die Resultate sind jedoch teilweise überraschend und die daraus resultierenden Erkenntnisse bieten eine gute Grundlage, um das komplexe Thema weiterzubearbeiten.

Schnell einen Weg von A nach B zu finden, hängt heutzutage nicht nur von einem guten Orientie-rungssinn ab, sondern viel mehr vom Einsatz der richtigen Technik. Navigationssysteme, welche meist über Satellitensignale die momentane Position errechnen, existieren bereits in einer grossen Vielfalt. Ein Ziel wird ohne Vorkenntnisse der Umgebung gefunden. Wie sieht es nun aber aus, wenn keine Satellitensignale empfangen werden können? Mit dieser Frage beschäftigt sich die Arbeit von Michael Schüpbach. Es gilt, Ansätze für ein Navigationssystem zu prüfen, welches z. B. in geschlos-senen Räumen zum Einsatz kommen kann.

Elektro und Kommunikationstechnik / Prof. Peter RaemyExperte: Armin Blum

Positioning by Short Range Devices

Michael Schüpbach

1981

079 209 19 62

m_schuepbach [at] gmx.ch

Elektro- und Kom-

munikationstechnik

BI

Energie Wasser Bern – Partner von Swisspower

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In der heutigen, sich schnell verändernden Gesellschaft ist es wichtig, seinen Standort und sein Um-feld zu kennen. Dies trifft auch in der Technik zu, besonders im Bereich der künstlichen Intelligenz. Autonome Roboter müssen ihren Standort und ihre Umgebung kennen, um ihre weiteren Schritte davon abhängig machen zu können. Bei den Eurobot-Projekten der Berner Fachhochschule werden solche Roboter entwickelt – Ziel dieser Bachelor-Thesis ist es, diesen ein multifunktionales Lokali-sationssystem mittels Bildverarbeitung zur Verfügung zu stellen.

Bildverarbeitung / Dipl. El.Ing. FH Ivo OeschExperte: Dipl. El.Ing. HTL Dominique Renevey, Siemens Schweiz AG

CamPSy – Camera based Positioning System

Severin Wanzenried

1984

079 641 78 58

wanzenriedseverin [at] hotmail.com

Kaspar Steiner

1984

kaspar.steiner [at] bluewin.ch

Elektro- und Kom-

munikationstechnik

BU

EurobotEurobot ist ein internationaler Roboterwettbewerb, in dem Teams aus jungen Leuten ihre autonomen Roboter gegeneinander in den Ring schicken. Die drei besten Teams pro Land dürfen sich an der Europameisterschaft gegen internationale Konkurrenz aus über 20 Ländern behaupten. Jedes Jahr wird die Aufgabenstellung von Eurobot geändert, aktuelle Informationen werden jeweils auf www.eurobot.org publiziert. Seit 2006 nimmt auch die Berner Fachhochschule daran teil.

ProduktZentrale Faktoren an den EurobotWettbewerben sind das Auffinden von Objekten und die Navigation auf dem Spieltisch.Genau dort setzt CamPSy an: Mit drei am Spielfeldrand angebrachten Digitalkameras und mittels Bildverarbeitung und Mathematik werden Roboter und andere Elemente auf dem Spieltisch erkannt und deren Position bestimmt.Im Rahmen dieser BachelorThesis wurden die Anforderungen an die einzelnen Systemkomponenten Kamera, Objektiv und Computer abgeklärt und eine SoftwareLib rary erstellt. Hauptaufgabe ist die Bildverarbeitung und die Auswertung der daraus gewonnenen Daten, insbesondere die Lokalisation der einzelnen Objekte.

Systemprinzip und ZentralsystemDie rechenintensive Bildauswertung ist auf drei Computer an den Kamerastandorten ausgelagert. Dort werden Azimut und Elevation bestimmt, unter welchen die jeweilige Kamera, wie in der Abbildung ersichtlich, die Objekte sieht. Diese Winkel werden anschliessend zu einer vierten, zentralen Einheit gesendet. Die Kombination dieser Daten ergibt Gleichungssysteme, aus denen die Objektpositionen auf dem Tisch eindeutig bestimmt werden können.

ObjekterkennungDie Objekterkennung ist möglichst umgebungsunabhängig realisiert. Dazu werden verschiedene Verfahren wie Merkmalsextraktion, Distanz und HoughTransforma

tionen verwendet. Weiter im Einsatz ist ein Differenzbildverfahren, welches nicht nur das Erkennen von Objekten, sondern auch das Entfernen letzterer zu detektieren vermag. Über den Einsatz der verschiedenen Verfahren können zudem Einschätzungen zur Zuverlässigkeit einzelner Objektdaten gewonnen werden.

Mit all diesen Möglichkeiten können zukünftige Roboter ihre Umgebung besser in ihre taktischen Entscheidungen einfliessen lassen und damit den nötigen Unterschied zu ihren Gegnern schaffen!

CamPSy-Prinzipskizze mit angepeiltem Objekt


In vielen dezentralen Anwendungen wird die bisher analoge Messwerterfassung digitalisiert. Dies ergibt neue Herausforderungen: Die Messwerte müssen zeitsynchron erfasst und über ein Medium (z.B. Netzwerk) möglichst schnell an eine Zentrale übertragen werden. Ziel dieser Bachelor Thesis ist es, auf einem Mikroprozessor-System eine zeitsynchrone Digitalisierung von Messdaten und die anschliessende Übertragung über Ethernet zu realisieren. Die Wandlung der Daten soll auf ein ex-ternes Zeitsynchronisationssignal ausgelöst werden.

ICT, Technische Informatik, Energietechnik / Peter Aeschimann, Michael BernhardExperte: Dr. Peter Schlatter

Synchrone Messdatenübertragung über Ethernet

Matthias Zaugg

1985

079 680 55 87

matthias.zaugg [at] gmx.ch

Philipp Stucki

1984

079 736 16 84

stucki.philipp [at] bluewin.ch

Elektro- und Kom-

munikationstechnik

BU

Entwicklungsboard AT91SAM7X von Atmel mit Wandlereinheit

AusgangslageZum Erfassen von Strom und Spannungen in Unterwerken werden sogenannte MergingUnits hergestellt. Diese besitzen eine gewisse Anzahl analoge Eingänge und digitalisieren die Daten. Das jetzige Bachelor Thesis Projekt ist für 14 A/DWandler ausgelegt. Die Daten werden nach dem IEC 6185092 Standard über Ethernet übertragen.

DatenübertragungGrundlage der Anforderungen legt die Normenreihe IEC 61850. Die Normenreihe ist strikt objektorientiert aufgebaut und deckt einheitlich die Kommunikation zwischen allen drei typischen Ebenen (Prozessebene, Feldebene, Stationsebene) ab. Da die MergingUnits nur die

Abtastwerte übertragen müssen, ist eine volle Implementation von IEC 61850 jedoch nicht nötig. Der Wandlerdatenaustausch setzt direkt auf dem Layer 2a des ISO/OSIReferenzmodells auf und ermöglicht eine schnelle Übertragung der gewandelten Daten.

ZeitsynchronisationUm die Berechnung der Leistung und des Energieflusses zu vereinfachen, müssen alle Messungen in der Unterstation gleichzeitig erfolgen. Damit die Synchronität gewährleistet ist, wird an alle MergingUnits ein Synchronisationssignal in der Form eines SekundenImpulses gesendet. Die Wandler werden exakt auf diesen Synchronisations puls ausgelöst und die Daten einige μs später versen

det. Der Takt für die Messung und den Versand der Resultate beträgt 4kHz.

UmsetzungIn dieser Bachelor Thesis wurde das vorhergehend erstellte Konzept umgesetzt, um so eine Machbarkeitsstudie zu erarbeiten. Auf dem Entwicklungsboard AT91SAM7X von Atmel mit einem ARM7TDMI Kern operiert das Echtzeitbetriebssystem μC/OSII von Micrium. Dieses System bietet wesentliche Vorteile für zeitkritische Anwendungen, erlaubt eine höhere Wartbarkeit und nutzt Systemressourcen effizient.Dieses Projekt ist der Beginn einer Serie von Arbeiten zum Thema zeitsynchrone Messdatenübertragung über Ethernet.


Solarmodule erreichen durch ständige Weiterentwicklung immer höhere Wirkungsgrade. Dabei darf auch die Peripherie nicht vergessen werden. Der MPPTair soll als DC/DC-Wandler die maximale Leistung aus einem Solarsystem holen und dabei einen möglichst hohen Wirkungsgrad erreichen. Um Solarsysteme auch für den mobilen Einsatz, wie z. B. im Solarflugzeug, attraktiv zu machen, muss das Leistungsgewicht optimiert werden.Die Berner Fachhochschule in Biel hat bereits preisgekrönte DC/DC Wandler für Solarrennen entwickelt. Mit Hilfe dieses Know-hows ist es gelungen, das Leistungsgewicht für den MPPTair stark zu reduzieren, ohne dabei an Effizienz einzubüssen.

Industrial Electronics / Prof. Dr. Andrea Vezzini / drivetek ag, CH 2563 IpsachExperte: Urs Muntwyler

MPPTair – Lightweight Solar Power Optimizer

Samuel Summermatter

1984

079 236 86 45

sam.summer [at] bluemail.ch

Elektro- und Kom-

munikationstechnik

BI

Mobilität wird in unserer Gesellschaft sehr gross geschrieben. Die fossilen Brennstoffe werden immer knapper und das Bedürfnis nach erneuerbaren Energien immer grösser. Auch für die Mobilität werden innovative Lösungen gesucht. Durch grossartige Pionierarbeit, sei es bei Solarstrassenrennen oder der Konstruktion von Solarflugzeugen, werden die technischen Möglichkeiten an die Öffentlichkeit getragen.

Der MPPT newGeneration, welcher von der Berner Fachhochschule speziell für Solarrennen entwickelt wurde, erreicht einen Wirkungsgrad von bis zu 99%, ist aber nicht gewichtsoptimiert. Mit dem MPPTair wurde ein DC/DCWandler mit einem sehr guten Leistungsgewicht entwickelt. Somit ist dieser Wandler prädestiniert für den Einsatz in der Luft, in einem

Solarflugzeug oder einem solarbetriebenen Zeppelin.

Aufbauend auf einem bereits in einer Diplomarbeit realisierten Leistungsteil wurde der MPPTair in Betrieb genommen und überarbeitet. Zudem wurden Regelansätze simuliert und im System integriert.Durch den Einsatz eines Digitalen Signal Prozessors (DSP) wurde eine komplette digitale Regelung möglich. Die neusten Technologien ermöglichen es, Schaltfrequenzen bis zu 400 kHz mit hoher Auflösung zu generieren. Dadurch können kleinere Kapazitäten, und vor allem kleinere Induktivitäten, eingesetzt werden. Das Design wird dadurch flach und leicht.

Mit der gewählten „four interleaved Boost Converter“ Topologie wird der Rippelstrom minimiert. Durch den BoarderlineBetrieb können die Schaltverluste verringert werden. Trotz eines hohen Wirkungsgrades ist es notwendig, die Leistungshalbleiter zu kühlen. Durch den Einsatz einer aktiven Kühlung kann auch hier das Gewicht reduziert werden.Um den Einsatz in einem modernen System zu ermöglichen, wurde für die Kommunikation eine flexible CANSchnittstelle implementiert.

Voll digitale Speisungen sind im Bereich der Stromversorgungen ein klarer Trend und das hier erworbene Sachwissen wird deshalb auch ausserhalb der exotischen Anwendung

eines solarbetriebenen Segelflugzeugs immer wichtiger werden.

MPPTair: Leistungsprint mit Controllerboard


AusgangslageZum GECKOSystem sind schon einige Module realisiert worden. Es existieren unter anderm das MainModul, welches ein grosses FPGA, verschiedene zusätzliche Speicher (DRAM, Flash usw.) und einige Schnittstellen (USB, Ethernet usw.), Taster und LED's aufweist. Neben der SystemSpeisung befinden sich im RoboterModul zwei DCMotoren mit einfachen Inkrementalgebern, sowie Ultraschall und Infrarotsensoren für eine einfache Umgebungserfassung. Durch den modularen Aufbau lassen sich die zahlreiche Module des GECKOSys tem stapeln.

VorgehensweiseIn meiner Bachelorthesis habe ich mit Hilfe von MatLab und Simulink einen Regler entworfen, welchen ich zusammen mit der dSpace Auto Box (Hardwarebeschleuniger auf welchem Simulink Modelle in Echtzeit lauffähig sind) an den Motoren des RoboterModuls ausgetestet habe. Die nächste Herausforderung war die MotorenGeschwindigkeit mit dem MainModul zu ermitteln. Die Inkrementalgeber liefern 2 mal 16 Pulse pro Umdrehung. Basierend auf Pulsbreitenmessungen habe ich in VHDL einen Encoder entwickelt, welcher in der Lage ist sehr tiefe bis sehr hohe Umdrehungszahlen

mit konstanter und hoher Präzision zu messen. In einem zweiten Schritt habe ich den Regler in VHDL entwickelt. Dazu musste zuerst auf Ebene Simulink der kontinuierliche Regler in einen diskreten FixpunktRegler transferiert und zusätzlich eine Divisionseinheit in Hardware realisiert werden. Hardware Encoder und Regler habe ich erfolgreich ausgetestet und die gewünschten Resultate erhalten.

PerspektivenMit dem in VHDL realisierten Encoder/Regler können künftige Entwickler auf einer höheren Abstraktionsebene dem GECKORoboter

"Intelligenz" einhauchen, wie z.B. Linien folgen, sich frei im Raum bewegen oder ähnliches.

Das GECKO-System ist eine Hardware/Software Entwicklungsumgebung, welche dazu dient, den Studenten die digitale Signalverarbeitung und Mikroelektronik mit Hilfe praktischer Übungen näher zu bringen. Das GECKO-System ist modular aufgebaut und bietet somit verschiedene Einsatzmög-lichkeiten. Das Roboter-Modul ermöglicht es zusammen mit dem Main-Modul einen intelligenten Roboter zu bauen. Das Main-Modul beherbergt im wesentlichen ein sehr grosses FPGA, mit wel-chem komplexe Hardware realisiert werden kann. Das Roboter-Modul beinhaltet die Stromversor-gung und zwei DC-Motoren mit Inkrementalgebern. Das Ziel der Bachelorthesis war es, diese Mo-toren zu regeln und den entsprechenden Algorithmus in Hardware zu implementieren.

Embedded Systems / Prof. Dr. Josef Götte | Prof. Dr. Marcel JacometExperte: Felix Kunz, DIGITALLOGIC AG

Intelligenter Roboter

Michael Trittibach

1983

079 248 07 74

trittibach [at] gmail.com

Elektro- und Kom-

munikationstechnik

BI


AusgangslageDie Firma MoserBaer AG aus Sumiswald BE stellt Uhrenanlagen für viele verschiedene Einsatzbereiche her.Dazu gehören auch die bekannten SBBUhren. Die Anlagen bestehen aus einer Hauptuhr, die mehrere Nebenuhrwerke ansteuert und bei Bedarf justiert. Um ihre Uhrwerke effektiver prüfen zu können, gab MoserBaer schon voriges Jahr die Diplomarbeit 'Automatische Uhrwerkprüfung‘ in Auftrag. Die Vorrichtung, die bei dieser ersten Arbeit entstanden ist, kann bei 24 Uhrwerken die Positionen der Minuten, Stunden und Sekundenzeiger mit einer Toleranz von ca. ±3° dreimal in der Sekunde erfassen.

ZieleBasierend auf dieser Arbeit sollen die nötigen Änderungen implementiert werden, um die Erfassung von 40 Uhrwerken bei gleicher Präzision und Kadenz zu ermöglichen. Zusätzlich soll eine grafische Bedieneroberfläche erstellt werden, um eine einfache Bedienung der Prüfanlage garantieren zu können.

RealisierungDie auf dem Testpanel angebrachten Uhrwerke werden jetzt mit einer Industriekamera (anstelle der früheren Webcam) aufgenommen. Die Uhrwerke sind mit speziellen Testzeigern bestückt, welche im Zentrum und an den Enden Farbmarkierungen besitzen. Um Rechenzeit zu sparen, werden nur die einzelnen Kreisbahnen um die Zent ren der jeweiligen Uhrwerke ausgewertet. In diesen Kreisbahnen wird nach den Farbmarkierungen der Zeiger gesucht. Anschliessend werden die Winkel berechnet und abgespeichert. Zeitkritische Funktionen mussten in C oder C++ realisiert werden, um die geforderte Systemleistung zu erreichen.

Die genaue und reproduzierbare optische Überprüfung von Uhrwerken ist für Menschen kaum möglich. Daher befasst sich meine Bachelor-Arbeit mit der automatischen Prüfung von Uhrwerken. Diese soll mit Hilfe von einer Industriekamera, einem PC und Bildverarbeitungsalgorithmen die Zeigerpositionen von Uhrwerken erfassen und aufzeichnen. Um die Bedienerfreundlichkeit zu gewährleisten, soll eine grafische Bedieneroberfläche erstellt werden.

Bildverarbeitung / Prof. Dr. Werner Bäni | MoserBaer AG, Sumiswald BEExperte: Hansjörg Klock

Automatische Uhrwerkprüfung

Michael Tschumi

1982

Elektro- und Kom-

munikationstechnik

BU

Datenflussdiagramm


Seit 1987 misst eine private Vereinigung rund um das Atomkraftwerk Mühleberg die Radioaktivität. Die Messdaten der einzelnen Standorte wurden bisher auf einem Papierstreifen ausgedruckt, zentral gesammelt, ausgewertet und auf dem Internet veröffentlicht. Das System soll nun auf einen modernen Stand gebracht werden. Mehrere Messstationen müssen in der Lage sein, die Radioaktivität zu mes-sen, diese zu bewerten und schliesslich eine Verbindung via GPRS mit einem Server aufzubauen, um die Messdaten auf dem Internet zur Verfügung zu stellen. Falls sich überhöhte Radioaktivitäts-Werte ergeben, soll ein Alarmzustand ausgelöst werden, um eine zeitreelle Überwachung zu ermöglichen.

Communication / Prof. Peter RaemyExperte: JeanMarie Leclerc

Wireless Sensor Network

Nicolin Zogg

1985

079 415 98 50

nicolin.zogg [at] gmail.com

Elektro- und Kom-

munikationstechnik

BI

Hardware übersicht

MessstationDie Messstation besteht grundsätzlich aus einem GeigerMüllerZählrohr (der die GammaStrahlungen misst), einem Mikrocontroller der Familie AVR und einem Modem.Im Normalfall werden die Strahlungswerte via GPRS täglich an einen Server gesendet. Stellt die Messstation aber eine Erhöhung der Radioaktivität fest, nimmt sie Kontakt mit dem Server auf, welcher die benachbarten Sensoren auf deren Messwerte überprüft um eine effektive Notsitua tion zu erkennen.

HardwareDie entwickelte Hardware besteht hauptsächlich aus den folgenden Teilen: Einem Eingang für das externe Zählrohr mit relativer Pegelanpassung, einem Mikrocontroller ATMega164P, und dem GSM/GPRS Modul TelitGM862. Das Ganze wird aus dem Netz oder aus einem Akkumulator gespiesen. Als Anzeigen dienen verschiedene LEDs und ein akustisches Signal. Es gibt zwei serielle Schnittstellen: Die eine dient als Überwachung der Kommunikation zwischen Mikrocontroller und Modem, die andere ist als möglicher Erweiterungseingang (Wind oder RegenSensor) vorgesehen.

werden diese Werte mit den vorherigen verglichen. Die Software ist auch für den Aufbau der GPRSVerbindung zum Server zuständig.

ServerDer zentrale Server sammelt die Daten von mehreren Messstationen, speichert diese in einer Datenbank und stellt die Messdaten auf dem Internet zur Verfügung. Die serverseitige Programmierung ist Teil einer parallellaufenden Bachelorthesis von Stefan Kobel (Seite 117). Das KommunikationsProtokoll wurde in enger Zusammenarbeit definiert.

AusblickDer Mikrocontroller ermöglicht diverse Anpassungen. Dieses Projekt ist ausbaufähig (Erweiterungen oder Änderungen von möglichen Sensoren).

SoftwareDer Mikrocontroller lässt sich mit der bevorzugten CSprache programmieren. Die Software muss in der Lage sein, die Impulse aus dem Zählrohr zu summieren, und die 5minütigen sowie einstündigen Durchschnitte zu kalkulieren. Um einen möglichen Alarm auszulösen,


Die Aufgabenstellung umfasste das Entwerfen eines Konzepts für den Einsatz eines Wireless Sensor Netzwerks (WSN) im Bereich der Altersbetreuung, sowie die Evaluierung von unterschiedlicher Hardware für die Realisierung eines Prototypen. Dabei sollten auch die Sicherheits und Datenschutzaspekte berücksichtigt werden, da vertrauliche Patientendaten verarbeitet werden.

In einem Wireless Sensor Netzwerk formieren sich viele kleine Sensormodule per Funk selbstständig zu einem Netzwerk, welches anschliessend zur Übermittlung der Messdaten verwendet werden

kann. Solche Sensoren können unter anderem Beschleunigungen (d. h. Bewegungen), Lichtintensität und Temperatur messen. Sie können sehr kompakt gebaut werden, was eine komfortable Integration der Sensoren in Kleidung und Accessoires ermöglicht. Die Sensoren eignen sich also ideal, um Betagten eine zusätzliche Sicherheit in ihrem Alltag zu bieten.

Im Rahmen unserer BachelorThesis haben wir mit Hilfe von Sensorknoten der Firma Crossbow einen Prototyp entwickelt, welcher innerhalb eines Gebäudes die Lokalisierung von Personen ermöglicht. Dazu

müssen zunächst alle Räume des Gebäudes mit so genannten Basisstationen (BS) ausgestattet werden. Sie bilden das WSN, welches zur Übermittlung der Daten verwendet wird. Trägt eine Person einen Sensor auf sich, so kann anhand der Stärke der Funkverbindungen zwischen dem Sensor und den Basisstationen der ungefähre Aufenthaltsort (d. h. der Raum, in der sich die Person befindet) festgestellt werden. Das WSN und die Position des Sensors, bzw. der Person werden in einem GUI (Graphical user interface) im Backend dargestellt (siehe Abbildung). Der Prototyp dient als Grundlage für weitere Entwicklungen.

Funkverbindungen können sehr einfach abgehört werden. Die Knoten innerhalb eines WSN sind in ihrer Rechenleistung und ihren Energiereserven sehr limitiert, weshalb eine Verschlüsselung der Daten nicht in Frage kommt. Stattdessen virtualisieren wir die Benutzer des Systems, indem wir keine Daten übertragen, welche einen direkten Rückschluss auf eine Person ermöglichen. Ausserdem unterbinden wir das einspielen von gefälschten Daten durch Authentisierung mit symmetrischen Schlüsseln.

Die heutige Gesellschaft wird immer älter und die Anforderungen an die Betreuung von betagten Menschen steigen. Drahtlose Funknetzwerke können wesentlich zur Erleichterung dieser Betreuung beitragen. So könnte man beispielsweise mit Hilfe eines solchen Netzwerks Extremsituationen und Unfälle erkennen und einen entsprechenden Alarm auslösen. Wir erarbeiteten im Rahmen des Pro-jekts einen Prototyp, welcher mit Hilfe eines drahtlosen Netzwerks eine Lokalisierung von Personen innerhalb eines Gebäudes ermöglicht und sich somit hervorragend für den Einsatz in Alterswohn-heimen eignen würde.

Mobile Computing / Prof. Dr. Franz MeyerExperte: Peter Matti

Health Care Sensor Network

Mario Gruber

1983

m [at] riogruber.ch

Sergej Arganov

1983

sergej.arganov [at] gmx.ch

Jonathan Aebischer

1985

aebischer [at] gmail.com

Informatik

Informatique

BI

Indoor-Positionierung mit einem Wireless Sensor Netzwerk (WSN)


Ziel unserer Bachelorthesis war es, einen Prototyp der bestehenden Inventardatenbank der PostFinance nach den firmenweiten Standardtechnologien zu entwickeln.Die Architektur unseres Prototyps liefert einen kompletten Ansatz, um die bestehende Inventardatenbank unter möglichst geringem Aufwand in die Standards überführen zu können. Zudem ist die Architektur offen für Erweiterungen, Veränderungen und bietet eine gute Flexibilität für ein zukünftiges Einführen einer neuen Standardtechnologie.Als Basistechnologie wurde uns JEE (Java Enterprise Edition) für die

Applikation und Oracle für die Datenbank vorgegeben. Wir haben uns zusätzlich für den Einsatz der renommierten JEEFrameworks Struts und Hibernate entschieden. Struts, um den graphischen Inhalt für das WebFrontend aufzubereiten und Hibernate für die Realisierung eines objektrelationalen Mappings der persistenten Daten.

Offen für ÄnderungenDas Grundkonzept basiert auf einem klassischen ModelViewControllerAnsatz, der vom StrutsFramework schon umgesetzt wird. Das hilft, die verschiedenen Applikationskompo

nenten sauber voneinander zu trennen und erleichtert somit eine spätere Erweiterung oder Änderung der Applikation. Durch die Implementierung weiterer JEEAnsätze haben wir diese Trennung noch klarer vollzogen und uns somit auch eine Ablösung des StrutsFrameworks ermöglicht. Hibernate hingegen dient der Verbindung zwischen der Applikation und der Datenbank. Hibernate (zu deutsch “Winterschlaf”), ermöglicht Persistenz, also das Speichern des Zustandes eines Objektes in einer Datenbank. Dies verschafft uns eine Unabhängigkeit von der verwendeten Datenbanksoftware Oracle 10g. Unsere Implementierung ist jedoch auch offen für die Ablösung von Hibernate durch eine andere Speichertechnologie.Die Automatisierung der Datenbank erfolgt über eine XMLLadeschnittstelle, wobei alle durch Agents gesammelten Systemdaten in einem vorgängig definierten XMLFormat abgespeichert und dann von unserer Applikation in die Datenbank geladen werden können.Wir haben mit unserem Prototyp eine Applikation entwickelt, die die wichtigsten Funktionen einer automatischen Inventardatenbank beinhaltet. Wir sind davon überzeugt, mit unserer Arbeit unser Ziel, eine Basis für eine standardisierte und professionell betreibbare Applikation zu entwickeln, erreicht zu haben.

Die genaue Kenntnis über alle in einem grossen Rechenzentrum betriebenen Server, Hard- und Soft-ware-Komponenten bietet eine Grundvoraussetzung für die optimierte Beschaffung und einen sta-bilen Betrieb der Systeme einer Firma. Die Firma PostFinance hat eine zentrale Inventardatenbank (ZIDB) entwickelt, die alle ihre Systeme beschreibt. Die meisten Daten werden automatisch auf dem neuesten Stand gehalten und stehen den Angestellten für die tägliche Arbeit zur Verfügung. Die jet-zige Datenbank funktioniert zwar gut, doch sie muss für den professionellen Betrieb nach den firmen-weiten Standards neu erstellt werden. Dies hat uns dazu bewogen, unsere Bachelorthesis zu diesem Thema zu entwickeln.

Datenbankapplikation / Prof. Dr. Dieter ProfosExperte: Dr. Simon Moser, SEEGroup

ZIDB2 – Weiterentwicklung einer Inventardatenbank

Thomas Walter Fürst

1982

078 666 06 43

fuerst.thomas [at] gmail.com

Janine Aegerter

1981

078 754 80 57

janineaegerter [at] gmail.com

Informatik

Informatique

BI

Aufbau ZIDB


Zuerst wurden alle gewünschten Prozesse und Zustände analysiert und anschliessend in einem Design abgebildet. Wichtig war dabei die Einfachheit und Klarheit der Benutzerführung. Die Applikation sollte selbsterklärend sein und damit Zeit ersparen. Weiter musste immer ersichtlich sein, welche Mietobjekte sich wann wo befinden. Zudem muss das Personal Warnhinweise erhalten, sollte ein Objekt nicht oder zu spät retourniert werden, und kann daraufhin rechtzeitig entsprechende Aktionen einleiten.

Der Warenkorb für Buchungen kann vielseitig eingestellt werden, z. B. durch die Angabe, wie viele Objekte maximal gemietet werden können. Zudem soll ein Produkt, das sich in einem Warenkorb befindet, einem anderen Benutzer als nichtbuchbar angezeigt werden. Die Mietobjekte können der Einfachheit halber immer Dienstag bis Dienstag oder Freitag bis Sonntag gemietet werden. Hier war die Abstimmung der Logistik mit der Schweizer Post und die Maximierung der Vermietungsmöglichkeiten die Herausforderung.

Bei der Bestellung kann der Benutzer je nach Bonität – welche bei jeder Neuanmeldung aus Sicherheitsgründen geprüft wird – zwischen Vorauskasse, Nachnahme, Zahlung per Postcard oder Kreditkarte wählen. Die Post und Kreditkartenzahlung ist über eine externe Zahlungsschnittstelle angebunden.

Bei der Bezahlung kann der Kunde einen RabattCoupon eingeben, sofern er einen besitzt.

Ist die Bestellung bezahlt, wird automatisch ein PDFDokument generiert, welches zugleich als Lieferschein verwendet werden kann. Das Personal braucht dann nur noch das Produkt zu verpacken und auszubuchen, wobei die PostTrackingnummer eingegeben wird. Damit hat man jederzeit die Übersicht, wo sich das Produkt gerade befindet. Das Ausbuchen kann auch per Mobiletelefon oder PDA erfolgen, was hilfreich ist, wenn im Lager kein PC mit Internet zur Verfügung stehen sollte. Das System kann mit Barcode oder RFIDLesern erweitert werden.

Die Kunden werden jeweils per SMS/EMail über eine Änderung im Status ihrer Bestellung informiert.

Für die Geschäftsleitung werden im AdministrationsBackend in Echtzeit Kennzahlen wie z. B. Umsatz, Überschuss, Gewinn etc. des Webshops aufbereitet. Zugriffe auf die Webseiten des Shops werden geloggt und können für MarketingZwecke ausgewertet werden. Interessant ist für das Management des Webshops auch die Auswertung, wie häufig die Produkte vermietet werden.

Die Software wird laufend weiterentwickelt. Es sind bereits Ideen zu Ergänzungen vorhanden, die aufgrund des Kundenverhaltens analysiert, realisiert und dann implementiert werden sollen.

Für eine Firma wurde ein, unter der Adresse www.rentalens.ch erreichbarer, Online-Webshop für die Vermietung von Objektiven und digitalen Spiegelreflexkameras entwickelt. Die technische Heraus-forderung im Projekt lag bei der korrekten Anzeige der freien Mietdaten für die Produkte und der sicheren Buchung und Bezahlung. Zudem wurde besonderes Augenmerk auf die Bedürfnisse des Vermieters und die Unterstützung der verschiedenen Prozesse bei der Suche, der Buchung und dem Versand von Mietobjekten gelegt. Nebst über ein Web-Backend kann die Administration der Mieten auch über eine PDA/Mobilephone-Schnittstelle erfolgen.

ECommerce / Prof. Michael RöthlinExperte: John Schaer

Analyse und Design eines Webshops für die Vermietung

Rolf Arni

1981

rolf.arni [at] gmx.net

Informatik

Informatique

BE


Die Thesis befasst sich in einem ersten Teil mit den aktuellen Technologien, welche in heutigen Autorennspielen eingesetzt werden. Die meisten Entwickler bedienen sich einer Ideallinie, um ihre Fahrzeuge steuern zu lassen. Neben diesem Hilfsmittel werden verschiedene Situationen geskriptet. Dazu Dr. Andreas Gerber, Geschäftsführer der Firma Xaitment, in der Februarausgabe (2008) der Spielezeitschrift Gamestar: “Viele Teams merken erst viel zu spät, dass ihre künstliche Intelligenz nicht wie gewünscht funktioniert. Und dann wird eben das meiste geskriptet”. Im Artikel mit dem Namen “Künstliche Dummheit statt künstliche Intelligenz” wird aufgezeigt, dass die KIEntwicklung von vielen Herstellern nicht ernst ge

nommen wird. Die heutigen Spiele sind optisch gesehen auf einem sehr hohen Niveau und unterscheiden sich daher nicht mehr so stark voneinander, wie das früher noch der Fall war. Gerade deshalb sollten sich die Entwickler doch der künstlichen Intelligenz widmen, denn nur so können sie sich von den andern abheben.

ImplementationUm selbst eine geeignete KI zu realisieren, wurden verschiedene Varianten entworfen. Danach wurde entschieden, das Fahrzeug mit Hilfe von neuronalen Netzen steuern zu lassen. Diese stellen eine vereinfachte Abstraktion des Gehirns dar und die Überzeugung, mit Hilfe dieser Technologie ein nahezu

“menschliches” Verhalten zu modellieren, war vorhanden. Zusätzlich wurde ein Roboter mit Hilfe von Fuzzy Logik realisiert. In einem zweiten Teil wurde mit Hilfe der Software TORCS eine eigene Implementationen realisiert. TORCS (The Open Racing Car Simulator) ist ein Framework zum Erzeugen von Rennspielsimulationen. Dazu wurde ein SoftwareDesign erstellt, um die Applikation von der Grundsoftware abzulösen und Erweiterungen zu vereinfachen. Im Verlaufe der Arbeit zeigte sich, dass die Entwicklung der KI ein steiniger und holpriger Weg ist. Feine Einzelheiten entscheiden über Sieg und Niederlage. Jedoch konnte, trotz kleinerer Probleme, eine funktionierende Implementation entwickelt werden.

FazitEine RennspielKI zu entwickeln benötigt viel Zeit und Aufwand. Eine perfekte Runde scheint schier unmöglich. Viel Zeit wurde in die Optimierung der einzelnen Varianten gesteckt. Jedoch lässt sich aus den verwendeten Techniken noch mehr herausholen. Auch die Idee, dass sich das Fahrzeug selbst verbessert, ist revolutionär. Es gibt nur wenige System, die solche Fähigkeiten aufweisen. Abschliessend gilt es zu sagen, dass die Entwicklung einer soliden künstlichen Intelligenz nicht trivial ist. Spielehersteller werden sich in Zukunft vermehrt der Intelligenz ihrer Spiele zuwenden.

Die perfekte Runde – eine Vorstellung bei der jedem Motorsportfan das Wasser im Mund zusammen-läuft. Wie ein Profirennfahrer sollte die Implementation aus Fehlern lernen und ihren Fahrstil perfek-tionieren. Dabei soll sie sich nicht, wie in anderen Rennsimulationen, an einer virtuellen Ideallinie orientieren, sondern nur mit visuellen Informationen und der erschaffenen Intelligenz die Runde ab-solvieren. Spielehersteller träumen von der perfekten künstlichen Intelligenz für ihre Renn boliden, die intelligente Überholmanöver ausführen, die menschliche Spieler unter Druck setzen und deren Fehler eiskalt ausnützen.

Künstliche Intelligenz / Prof. Dr. Bernhard Anrig, Prof. Dr. Rolf HaenniExperte: Andreas Dürsteler

Learning Car – Das intelligente Auto

Steve Aschwanden

1984

steve.aschwanden [at] gmail.com

Nathanael Möri

1983

nathanael.moeri [at] gmail.com

Informatik

Informatique

BI

Learning Car während eines TORCS-Rennens auf der Strecke © TORCS


Ziel der BachelorThesis “Virtual Operation Room Setup Tool” ist es, ein SzenenDesigner zu entwickeln, welcher das Einrichten von virtuellen Operationsräumen ermöglicht und unter verschiedenen Betriebssystemen lauffähig ist. Das Forschungsprojekt Hovisse ist eine Zusammenarbeit von verschie denen Institutionen. Es hat die Be strebung operative Eingriffe von Ärzten und deren Planung mittels der Informatik zu vereinfachen, weiterzuentwickeln, sowie qualitativ zu verbessern.

Szenen-DesignerDer Designer erlaubt es, Objekte in den virtuellen Operationsraum einzufügen, zu verschieben, ro tieren, kopieren und löschen. Weiter soll es möglich sein, Objekte zu parametrisieren und deren Informationen abzurufen.Zur Erstellung der Szenen steht ein Objektkatalog in Form einer XMLDatenbank zur Verfügung. Dieser stellt Informationen zu den Objekten, wie Geometrie, Beschreibung und Klassifizierung, zur Verfügung und umfasst Objekte wie Charakteren, Operationsinstrumente, Mobi liar, Infu sionen, Stethoskope, Röntgengeräte und weiteres. An hand dieser Einzelobjekte lassen sich in

dividuelle Szenen zu sam men stellen, welche die Arbeits umgebung des Operations teams auf zeigen.

ImplementationDie Applikation baut auf den C++ Frameworks I3D und Qt von Trolltech auf. Das I3D Framework wurde im Rahmen von Hovisse entwickelt und war ursprünglich nur für das Betriebssystem Windows verfügbar. So wurde zu Beginn der Implementierung dieses Framework auf Linux portiert, um den Ein satz auf einer Zweitplattform zu ermöglichen. Das Rendering der Szenen erfolgt mittels der plattform un ab

hängigen grafischen Program mierschnitt stelle OpenGL.Bei der Planung der Applikation wurde speziell Wert darauf gelegt, ein generisches Interaktionskonzept zu verwenden, was wiederum die Bedienung der Anwendung verein heit lichen soll. So soll die Be dienung der Anwendung ohne grosse Vor kenntnisse oder Lesen von Doku mentationen möglich sein. In einem späteren Stadium kann die Anwendung auch zur Erstellung von Ausbildungsszenarien für Opera tionsteams verwendet werden, welche anschliessend im Simulator visua lisiert werden.

Hinter dieser abstrakten Bezeichnung steht das Ziel, eine Software zu entwickeln, mit welcher die räum liche Organisation von Operationsabläufen definiert werden kann. Die Software bildet ein Teil-stück des Forschungsprojekts Hovisse. Bestrebung dieses Projekts ist, Wege zur Optimierung von Operations prozessen mittels der Informatik zu finden. Die räumlichen Zusammenstellungen wer-den an schliessend in einem bereits realisierten Simulator berechnet und visualisiert. Damit können letztlich ideale Aufstellungen eruiert werden, die zu einer Kostenersparnis bei Operationen führen.

Virtual Reality / Prof. Urs Künzler, Robert HauckExperte: Dr. Federico Flueckiger, SUPSI

Virtual Operation Room Setup Tool

Stefan Bettler

1983

stefan.bettler [at] gmx.ch

Informatik

Informatique

BI

Operationsszene im Vorschaumodus


Le problème de la sécurité sur les machines ayant un accès à l’Internet est devenu de plus en plus important. La Smart Card est une solution très appropriée pour remédier à certaines menaces. Celle-ci permet une identification personnelle grâce à ses clés secrètes inaccessibles de l’extérieur, offrant ainsi une sécurité maximale. Elle permet également d’accomplir des opérations cryptogra-phiques comme la signature ou l’encryption de données. Le but de notre thèse a été d’implémenter la communication USB entre une carte ne fonctionnant pas en tant que Smart Card et un ordinateur. Grâce à cela cette dernière en deviendra une.

ITSecurity / Dr. Endre BangerterExpert: M. JeanMarie Leclerc, directeur du Centre des Technologies de l'Information (CTI) de l'État de Genève

Integration of a Smart Card with the Windows OS

IntroductionSpinOff de la HTI, AXSionics SA, a créé une carte (voir image : Carte AXSionics) utilisée, à l’heure actuelle, pour des transactions sécurisées sur l’Internet. Pour cela, elle dispose d’un système de reconnaissance d’empreintes digitales et d’une technologie de transfert optique. Cette solution est prometteuse et devrait très prochainement apparaître sur le marché.La carte d’AXSionics est de la taille d’une Smart Card, mais ne regroupe pas les fonctionnalités comme le logon, la signature de documents, etc. Elle possède également un port USB, qui n’est utilisé que pour recharger sa batterie et mettre à jour son firmware. Le travail accompli a permis à cette carte d’être reconnue et de fonctionner comme une Smart Card. Cela signifie donc des transactions avec un PC et des fonctions de sécurité.

SolutionEn ce qui concerne le développement, nous avons recherché, implémenté et designé toute l’architecture

pour la communication USB entre la carte AXSionics et un ordinateur (voir schéma d’utilisation), permettant à celleci de fonctionner comme une Smart Card. Il a fallu tout reprendre depuis le début, allant de l’interrogation des registres ou la conversion hexadécimale jusqu’à l’envoi de messages ou l’implémentation d’une fonction cryptographique.

Cyrill Rohr

1985

079 215 29 68

cyrill.rohr [at] bluewin.ch

José Beuchat

1986

079 794 13 11

jose.beuchat [at] bluewin.ch

Informatik

Informatique

BI

Schéma d’utilisation

Carte AXSionics

Pour commencer, il a fallu trouver une architecture permettant de faire fonctionner le protocole USB avec notre produit. Si possible, l’ordinateur hôte ne devrait pas avoir à installer de driver spécifique pour bénéficier des services de la carte.L’architecture choisie est PC/SC, un standard créé notamment par Microsoft et décrivant l’intégration de Smart Cards et Smart Card readers avec des ordinateurs. Ceci nous offre une compatibilité quasi totale avec les drivers existants. En effet, n’importe quel système d’exploitation peut être utilisé.Pour la communication USB, nous avons strictement suivi la norme ISO 7816. Celleci précise toutes les étapes, requêtes, réponses ou erreurs à implémenter pour le dialogue entre une Smart Card et un PC. En ce qui concerne le driver, Microsoft en met un à disposition (usbccid.sys). Nous l’avons donc choisi afin de ne pas avoir à en créer un nousmêmes et pour offrir un plus grand confort à l’utilisateur. Ce driver est générique et déjà présent avec le système d’exploitation Windows Vista, mais doit être installé sur les autres plateformes.


Die Firma Enterasys bietet mit ihrem Produkt Secure NetworksTM eine Lösung an das Verhalten von einzelnen Clients zu überwachen und zu kontrollieren ohne vorherige lokale Installation eines NACAgents. Im Rahmen eines Proof of Concepts wurden die Geräte der Firma Enterasys im Netzwerk des Managementzentrums und der SoftwareSchule Schweiz integriert. Zum Einsatz kamen eine DSCC (Dragon Security Command Console), die für die Netzwerk überwachung eingesetzt wurde und ein NAC (Network Access Control). Auf einem NAC sind verschiedene Policies gespeichert, die er den Clients zuweist. In einer Policy ist festgelegt, welche Rechte und Dienste ein Client nutzen kann. Die Daten zur Überwachung bezieht der DSCC von im Netzwerk eingesetzten Sensoren und weiteren Informationsquellen wie z.B. Den Authentisierungsservern. Die Ziele während unserer Bache

lorThesis waren, beim Aufbau der Installation dieser Geräte mitzuwirken, diese zu dokumentieren und die DSCC und den NACController auf einen Einsatz an der BFH hin mit diversen Testszenarien zu prüfen. Nach einer ersten Einarbeitung in die Thematik und dem Kennenlernen der Enterasys Produktpalette stand die InstallationsWoche auf dem Programm. Zusammen mit den Mitarbeitern von Enterasys konnten wir die gesamte Anlage innerhalb von knapp zwei Tagen in Betrieb nehmen. Anschliessend wurde die Installation komplett dokumentiert, um so die Zusammenhänge der Komponenten aufzuzeigen. In einem geschützten Bereich des Netzwerks wurden verschiedene Gefahren für ein Netzwerk simuliert und geprüft, wie man mit den neuen Komponenten reagieren kann. Nachdem wir die Geräte auf Herz und Nieren getestet hatten, entwarfen wir mehrere Implementationsmöglich

keiten für die BFH und gaben die Empfehlung ab, dass uns der Einsatz dieser Lösung in der BFH sinnvoll erscheint, vor allem die Überwachung. Die Schwierigkeiten bei einer kommenden Einführung der EnterasysLösung wird in der Feineinstellung der Komponenten und dem damit verbundenen Aufwand liegen. Die Thematik schätzen wir als komplex ein, deshalb wird es auch nötig sein, Mitarbeiter die mit Secure NetworksTM arbeiten werden, ausreichend zu schulen. Wie die ausgeführten Tests zeigten, sind die Optionen mit Secure NetworksTM sehr viel versprechend. Die Möglichkeiten im Bereich des NetzwerkMonitoring und auch im Bereich des Network Access Control sind sehr umfassend und in einem wachsenden und immer neuen und vielfältigen Bedrohungen ausgesetzten Netzwerk wie dem der BFH äusserst hilfreich.

Die Netzwerkinfrastruktur einer Firma, wie auch die unserer Schule ist immer öfters bekannten und neuen Gefahren ausgesetzt. Viele Hersteller bieten Lösungsvorschläge an um ein Netzwerk zu kon-trollieren und überwachen. Sie sind zwar grundsätzlich realisierbar, benötigen aber die volle Kontrolle über alle vernetzten Devices durch den zuständigen Service-Betreiber. Für eine atypische Netzwer-kinfrastruktur wie die einer Schule mit vielen privaten Rechnern (Studenten,Gastreferenten) ist dies jedoch kein gangbarer Weg. Abhilfe bietet ein neuartiges Sicherheits-Konzept von Enterasys. Es be-nötigt keine zusätzliche Software auf den privaten Rechnern und ist deshalb für unsere Schule inte-ressant.

Netzwerksicherheit/ Rolf Lanz, Gerhard HassensteinExperte: Andreas Dürsteler, Swisscom

Port- und Sicherheitsüberwachung im BFH-Netzwerk

Philippe Schmid

1978

077 410 43 78

ph.schmid17 [at] gmail.com

Roger Beyeler

1985

079 568 82 67

beyelerroger [at] gmx.ch

Informatik

Informatique

BI

Einstiegsseite in der Dragon Security Command Console


Das SpielGo ist über 4000 Jahre alt und begeistert noch heute viele Spieler. Es wird zwischen zwei Teilnehmern mit schwarzen und weissen Steinen gespielt. Abbildung 1 zeigt ein kleines Brett in der Eröffnungsphase. Die Originalgrösse des Spielfeldes ist 19 x 19.

AusgangslageIn der Informatik spricht man wegen der Verzweigung bei jedem Zug im Spiel von einem Baum, der den Verlauf des Spiels darstellt und gegen unten wächst. Die Ausgangsstellung ist dann jeweils die Wurzel und weitere Züge lassen den Baum in die Breite und Tiefe wachsen. Bei gängigen Spielen ist es nicht möglich in nützlicher Zeit von der Ausgangsstellung bis zum Schluss alle Varianten durchzugehen. Deshalb muss nach beschränkter Tiefe oder Zeit der Wert der Stellung geschätzt werden.Tabelle 1 zeigt eine Abschätzung der Anzahl möglicher Zustände (A) eines Spiels und die geschätzte Grösse eines Baumes (E), der das Spiel löst. Go ist insofern ein

Spezialfall, dass es auch auf dem 9 x 9 Feld trotz einer vergleichbaren Komplexität mit Schach viel schlechter vom Computer gespielt werden kann.Nicht nur der Verzweigungsgrad, sondern auch das Problem der Stellungsbewertung machen Go zu einer Herausforderung.

Baumsuche und EvaluationZur Entscheidungshilfe, welcher Zug als nächster ausgeführt werden soll, wird ein Spielbaum aufgebaut. Die angetroffenen Stellungen müssen vor einer Terminalstellung heuristisch bewertet (evaluiert) werden. Je nach Suchverfahren werden die Stellungsbewertungen nach oben gereicht oder mit früheren Resultaten kumuliert.Das Suchverfahren B* benutzt die Evaluationsfunktion auch, um den Baum asymmetrisch in Richtung des vielversprechendsten Zuges aufzubauen.Abbildung 2 zeigt einen kleinen Baum mit Bewertungen für B*.Zur Bewertung einer Spielstellung werden im Monte CarloVerfahren mehrere Spiele, von der zu bewertenden Position bis zu einer Terminalstellung, eher zufällig zu Ende gespielt.

Go ist eine Herausforderung im Bereich künstlicher Intelligenz. Während Schachprogramme bereits Weltklasseniveau erreicht haben, spielen Go-Programme, selbst auf kleineren Brettgrössen als dem traditionellen 19 x 19-Feld, weit schwächer als menschliche Spieler. Sowohl in Schach als auch in Go-Programmen für kleinere Felder wird zur Entscheidungsfindung ein Suchbaum generiert. Bei Go hat sich insbesondere bewährt, die Blätter des generierten Suchbaumes mit einem Monte Carlo-Verfahren zu bewerten und die Bewertung mittels dem UCT-Verfahren zur Wurzel zu propagieren. Wir haben das eher klassische Baumsuchverfahren B* kombiniert mit der Monte Carlo-Simulation implementiert und mit UCT verglichen.

Artificial Intelligence / Betreuer: Dr. Jürgen EckerleExperte: Han van der Kleij, RTC RealTime Center AG

Spielbaumsuche mit Monte Carlo Simulation in Go

Markus Blösch

1979

Informatik

Informatique

BI

Spielbaum für B*

Komplexität von Spielen und Computerstärke

Go Spiel

Die bewährte Suchmethode Upper Confidence Bounds for Trees (UCT) wurde für Monte CarloEvaluationen entwickelt. Sie diente als Vergleich für unsere B*Implementation.

UmsetzungWir haben die Spiellogik, die künstliche Intelligenz und ein Protokoll zur Kommunikation mit anderen GoProgrammen in Java realisiert.

ResultatB* wurde in verschiedenen Varianten mit dem bewährten Monte CarloVerfahren UCT verglichen. UCT hat sich stärker als verschiedene Varianten von B* erwiesen. Wir vermuten, dass B* mehr Schwierigkeiten als UCT hat, mit der Ungenauigkeit der Stellungsbewertung umzugehen.

Spiel log10(E) log10(A) Mensch-Pc

Dame 17 32 Mensch < PC

Othello 30 58 Mensch < PC

9x9 Go 40 85 Mensch >> PC

Schach 50 123 Mensch <= PC

15 x 15 Gomoku 100 80 gelöst

19 x 19 Go 160 400 Mensch >> PC


Today’s cell phones provide rich functionality to produce multimediabased content like pictures or videos. Problems occur when a user wants to transfer content from the cell phone to a computer. Further more, applications like Google Earth and Panoramio pointed out that people want to allocate content with its place of creation and share it with other people. With GTUC it is possible to easily bring content out of the user’s cell phone onto a server. Newly created content is tagged with the position of its creation and the user is able to publish his content so that other people can access it.

DesignGTUC can be divided into two parts, one located on the cell phone and one on a server.

On the cell phoneGTUC discovers when the user creates any content (e.g. takes a picture) and tags it with his current position. This is done automatically without any intervention of the user. At the time the user wants to transmit its content, he starts a second piece of software where he can send all newly created content to the server. Alternatively, he can select specific content items that he wants to transfer. For the transfer the user can select the type of network, for example UMTS or WLAN.

On the serverAll content items, that a user has transmitted, are saved on a central server. The user can access his content on the server over a web page. There, he has not only the possibility to download his content, but also the view on a map where the content items have been created. If he wishes to, he can also share his content with other users or browse their shared content.

Imagine that you are hiking in the mountains. Somewhere on the route you discover a stunning view which you capture with your cell phone’s camera. The first problem arises when you are back home and want to transfer the picture to your computer. How can I connect my cell phone to the computer, which wire do I have to use and which software is necessary – GTUC gets you rid of these questions. Once the picture is on your computer, you may wonder where on your hike you have taken it. Again, GTUC is your solution.

Mobile Communication / Mohamed MokdadExperts: Prof. Dr. Torsten Braun (University of Bern), Dr. Daniel Rodellar (Swisscom)

GTUC – Geo-tagged user content

Silvan Häusler

1984

silvan.haeusler [at] gmx.ch

Yves Bonjour

1984

yves.bonjour [at] gmail.com

Informatik

Informatique

BI

Screens on the cell phoneThe GTUC web page


IdeeZiel dieser Arbeit ist es, einem Fussballverein einerseits eine Plattform zu bieten um sich präsentieren zu können und anderseits diese Plattform auch zu nutzen, um verschiedene Vereinsarbeiten zu unterstützen und zu automatisieren. Der Club Manager integriert diese beiden Punkte. Daten wie Adressen, Mannschaften und Sponsoren sollen zentral verwaltet werden. Diese Daten können dann wiederum genutzt werden, um Informationen auf der eigentlichen Website anzuzeigen. Somit ist es nicht nötig, dass der Webmaster bereits vorhandene Informationen ein zweites Mal erfassen muss. Jedes Vorstandsmitglied hat seine benötigten Informationen für jeden Arbeitsschritt so immer vorhanden und muss sie nicht erst zusammensuchen. Das Konzept wurde mit einem Fussballverein erarbeitet und auch für diesen umgesetzt.

UmsetzungDie Applikation mit der integrierten Webseite wurde modular aufgebaut und dabei eine klassische DreiSchichtenArchitektur (Datenschicht, Logikschicht und Darstellungsschicht; siehe Grafik) eingesetzt. Für

die Umsetzung des Projektes wurde das Microsoft ASP.netFramework mit der Programmiersprache C# verwendet. Um die Benutzerfreundlichkeit zu steigern wurden verschiedene AJAXKomponenten eingebaut, welche den Umgang mit der Applikation deutlich erleichtern.Ein wichtiger Punkt des Projektes war, ein Benutzer/Rollenkonzept zu erstellen, so dass die verschiedenen

Vereinsfunktionäre in ihrem Zuständigkeitsbereich die notwendigen Tätigkeiten durchführen können.Die wichtigsten Module dieser Applikation sind die Saisonverwaltung, in der die Mannschaften mit den dazugehörenden Spielern verwaltet werden, sowie das Eventmanagement, bei dem Vereins und Mannschaftsanlässe geplant werden können.

Nicht nur in einem Unternehmen ist eine Software unerlässlich, welche die Geschäftsprozesse unter stützt und verschiedene Arbeitsschritte automatisiert. Auch in Vereinen wächst das Bedürfnis nach Softwarelösungen zunehmend. Ein Verein möchte sich gegen aussen präsentieren können und vereinsinterne Prozesse so einfach wie möglich halten, damit ein reibungsloses Vereinsleben garantiert werden kann. Vereinsarbeiten beruhen meistens auf freiwilliger Basis, deshalb ist es von grossem Nutzen, wenn diese Arbeiten so einfach als möglich gehalten werden.

Web and BusinessApplications / Marcel PfahrerExperte: van der Kleij Han, RTC RealTime Center AG

Club Manager – Die Fussballvereinsverwaltung

Manfred Schmutz

1981

manfred.schmutz [at] gmail.com

Reto Boschung

1981

reto.boschung [at] gmail.com

Informatik

Informatique

BE

Architektur


Im ersten Bildausschnitt ist ein Teil des Dünndarms ersichtlich. Die Messung des Durchmessers über die Zeit erlaubt die Darstellung der Darmbewegung anhand einer Bewegungskurve. Für die Auswertung der Darmbewegung stand zu Beginn der Arbeit keine Software zur Verfügung. Sämtliche Messungen mussten von Hand vorgenommen werden. Eine Untersuchung kann gut 300 bis 1’000 Bilder beinhalten und nach Wunsch werden pro Bild mehrere Messpunkte gesetzt bzw. ausgemessen. Bis heute wurde auf eine quantitative Auswertung in aller Regel verzichtet und Aussagen wurden ausschliesslich mittels qua

litativer und damit sehr individueller Interpretation gemacht. Genau diese “persönliche” Interpretation gilt es aber im heutigen klinischen Alltag an Patienten aus ethischen, klinischen und legalen Gründen möglichst zu vermeiden, da hier die grösste Fehlerquelle liegt. Das Diagramm zeigt zwei Bewegungskurven. Die eine zeigt einen nahezu sinusartigen Verlauf und entspricht einer normalen DarmMotilität. Die zweite Kurve ist nahezu linear, sie entspricht einem paralytischen (“gelähmten”) Darmsegment. Die quantitative, manuell eher unpräzise und gleichzeitig aufwändige Auswertung braucht enorm Zeit und ist im Alltag einer

Klinik nicht einsetzbar. MRBefunde des Darmes nehmen jedoch stetig zu und die Bewegungsdarstellung wird zunehmend in die Routine der Untersuchung integriert. Eine Software, die diese Auswertung in kurzer Zeit durchführen kann ist von grossem Nutzen für den klinischen Alltag. Durch eine reproduzierbare Messtechnik konnte eine Methode gefunden werden, welche als Referenz für weiterführende Projekte verwendet werden kann. Die entstandene Anwendung basiert auf einem Mix zwischen managed und unmanged C++ Code und verwendet die Bibliotheken OpenCV (Bildverarbeitung) und DCMTK (Medizinische Daten).

In der Magnetresonanz Tomographie (MRT) werden Bilder aus dem Körperinnern durch ein starkes Magnetfeld erzeugt. Das Verfahren ist seit Jahren eine etablierte Technik für die medizinische Diag-nostik. Die technische Entwicklung der MRT erlaubt immer schnellere Bildaufnahmen, so dass heute Untersuchungen an sich bewegenden Strukturen im menschlichen Körper durchführbar sind. Neben der heute bereits etablierten Darstellung des Herzens erlauben neue Entwicklungen auch die Analyse der Darmbewegung. Im Gegensatz zum Herzen wird aber für den Darmbereich Neuland beschritten. Es besteht heute keine Alternativ-Technik zur Darstellung und Quantifizierung der Motilität, also der Bewegung des Darmes.

Computer Perception and Virtual Reality / Prof. Roger CattinExperte: Yves Petitpierre

Messung der Darm-Motilität aus MRI Sequenzen

Stephan Raible

1982

stephan [at] raible.ch

Bendicht Samuel Büchi

1984

bendicht.buechi [at] tocube.ch

Informatik

Informatique

BI


The goal of our project was to study and understand Android before developing a multimedia application for it. The Android Multimedia Player (AMP) is able to play audio and video files and to display pictures. Our application is userfriendly and offers an intuitive way to access media files (audio, video and image). To achieve this, AMP supports scanning a directory on the device for media files and organising them in music, video and pictures. In addition the extraction of information about the artist, album and title of music files is supported to allow a user to select songs according to these criteria. For picture selection a thumbnail gallery is provided.

ApproachThe AMP project was conducted according to the Unified Software Development Process, adapted to our needs. As a proof of concept, prototypes were developed to check the feasibility of different features. For the development of AMP, Eclipse was used with the Android Development Tools Plugin using the Android Software Development Kit. To make our application as modular as possible, it is separated into four main parts that are independent from each other. One part is the graphical user interface (frontend) and the others are services

each performing one of the following tasks: media scanning (Media Scanner Service), providing information about media files (Media Info Service) and audio playback (Media Player Service). In order to store information about media files a SQLite database is used.

ResultWith our modular approach we have managed to construct an application that offers a convenient way for other developers to extend it. For users, AMP is intuitive and allows the watching of videos and pictures as well as listening to music even without the need of the user interface (e.g. while writing an SMS or surfing the web). As no Android devices are on the market yet, our application has been developed for an emulator and will be deployed on devices as soon as they are available. We realised our project with the use of opensource technologies (Eclipse, Ant, Subversion, among others) for a brand new open source platform. To conclude, AMP will allow technically inexperienced users to turn their upcoming Android mobile devices into music players, video players and picture galleries.

Today many people use their mobile phone as music player, video player or picture storage media. In addition to this, there is a trend to develop open source software for mobile devices. Under Google's lead, the Open Handset Alliance released Android in November 2007. Android is an open source platform for mobile devices which is based on a Linux operating system and offers a software deve-lopment kit for the Java programming language. As this brand new system still lacks a multimedia application, we decided to offer this functionality with the Android Multimedia Player.

Mobile Computing / Prof. Dr. Olivier BibersteinExpert: Armin Blum, OFCOM/BAKOM

AMP – Android Multimedia Player

Tobias Soder

1982

tobias.soder [at] gmail.com

Thomas Hofstetter

1982

th.hofstetter [at] gmail.com

Mauro Carabotti

1986

zeekox [at] gmail.com

Informatik

Informatique

BI

AMP Architecture

Audio Playback


est un système de conversion VoicetoMail en tant que service à valeur ajoutée. Le système, à l’état de prototype permet, en appelant un numéro précis depuis un téléphone portable, de dicter un mémo à un système de conversion qui pourra ensuite être transmis par email à l’adresse désirée.

“Smart people talk and do not type.” Voilà l’idée de base du projet. En effet, ce projet a été conçu pour aider les entrepreneurs n’ayant pas d’assistant(e), à simplement dicter leurs mémos. Les avantages de ce système résident dans la possibilité de communiquer avec ses collaborateurs depuis n’importe quel endroit en Suisse et à n’importe qu’elle heure.

MoDi est un outil performant, facile à utiliser et toujours à portée de main (presque plus personne ne sort sans son téléphone portable). Le client peut dicter rapidement des mémos et choisir à qui les envoyer; à sa propre adresse email ou de le transmettre comme message vocal ou texte à un collaborateur. Grâce à MoDi, le client peut efficacement dicter des mémos et les transmettre instantanément à la personne concernée, sans perdre de temps. Le choix du type du message (texte ou vocal) permet une réutilisation plus rapide de l’information dictée (pour la modi

fier depuis un éditeur de texte par exemple). Le prix du service, opéré par surtaxe du numéro d’appel, est relativement bas comparé aux alternatives existantes pour les mêmes fonctionnalités (dictaphone, assistant personnel, …).

Application vocaleL’utilisateur appelle le service MoDi et peut commencer rapidement une nouvelle dictée par commande vocale. Une fois la dictée du mémo terminée, il peut choisir à qui il veut l’envoyer.

TranscriptionLa transcription des mémos est effectuée à l’aide d’un outil de transcription automatique présent sur le marché. Lorsque cet outil a terminé la transcription, MoDi envoie le mémo à la personne cible par email ainsi qu’une notification par SMS.

Application webLes 15 derniers mémos peuvent être téléchargés, édités et transférés par email depuis le site Internet de MoDi.

Le développement de la téléphonie mobile a créé un besoin pour de nouvelles applications, per-mettant de rester en contact constant avec son entreprise et son entourage. L’amélioration de la qualité des technologies vocales (synthèse et reconnaissance vocale) permet leur intégration dans de nouvelles applications. C’est le cas de MoDi (Mobile Dictation) qui permet de dicter des mémos depuis son téléphone portable, puis de les transmettre par adresse e-mail sous forme audio et texte (transcrit automatiquement par un système informatique).

Web & Business Applications / Prof. Rolf GasenzerExpert: Dr. Thomas Siegrist

– Mobile Dictation

Alexandre Moraviec

1984

alexandremoraviec [at] gmx.ch

Dimitri Colella

1985

dicolella [at] hotmail.com

Sonja Chèvre

1985

sonja.chevre [at] gmail.com

Informatik

Informatique

BI

Appel du service MoDi par l’utilisateur

Après traitement des informations, envoi du

mémo par e-mail et d’une notification par SMS

Connexion au site Internet, identification par

SMS


Our solution, interactive mobile TV or just INMOTV, not only was planned to playback the DVBH stream, but we also tried to include various other features into the application. The final version of the application is written in Symbian, which allowed us to accomplish most of our goals. On the server side we used a LAMPServer for providing content to the application. The communication between the application and the server ist done via HTTPGET, a simple way to keep the expensive data traffic low.

The applicationWritten in Symbian, our application is the core of the INMOTV solution. The application screen is divided into 4 sections: TV, ticker, logo and menu. All but the TVsection are loaded via HTTPGET, with the help of an embedded webbrowser, from our Webserver, this means we are able to dynamically change the buttons, logos and messages without the need of reinstalling the whole application. This offers us a lot of flexibility for future developments of the INMOTVclient. The 3 sections are also responsible for the interactivity in our application, for example the ticker, that can show text messages while we are watching TV. Or the menu, where we can buy products, vote or give feedback. Since all that is dynamically loaded from the server, we can easily modify it without the need of an reinstall.

ConclusionDuring our bachelor thesis we were faced with a lot of problems, most of them we were able to solve. Although some of the major porblems were simply out of our scope. One of our biggest problems was the

support for DVBH for Symbian or J2ME mobile phones. Neither Nokia or Sun had the support for DVBH implemented, so we were forced to choose another way around it.But all in all it was a interesting work and fun to do it.

Until now normal television for handheld devices used to be over UMTS or GPRS/EDGE by creating an unicast connection to a streaming server. This configuration worked fine when only few people used it, but with more and more UMTS-ready cellphones reaching the market, the TV providers were facing a serious problem. The solution they came up with was DVB-H, which stands for Digital Video Broadcast – Handheld. The advantage of DVB-H is that it is a broadcast system, so it doesn’t matter how many people are watching TV. Although it is a broadcast system it is possible to use an UMTS connection for interactivity. Our solution tried to use everything the standard offered.

Mobile Computing/ Prof. Rolf GasenzerExpert: Peter Matti

Interactive Mobile TV

Samuel Rothenbühler

1983

078 731 60 69

bfhbook [at] swissunique.ch

Benoit Rebetez

1985

079 827 89 67

benoit [at] rebetez.org

Philipp Collatz

1978

076 316 90 27

collatz [at] gmx.ch

Informatik

Informatique

BI

Overview of the INMOTV-architecture


AusgangslageZurzeit gibt es nur limitierte Hilfsmittel, wenn es darum geht, dass sich der Chirurg auf eine operative Knochenbruchbehandlung vorbereiten muss. So werden in jedem Fall zwei Röntgenbilder gemacht, um das Ausmass und den ungefähren Verlauf der Frakturlinie bestimmen zu können. Bei komplizierten Brüchen werden zusätzlich mit Hilfe der CT 3DVolumenmodelle erzeugt. Geht es aber anschliessend darum prä operativ das Implantat an die Bruchstelle anzupassen, d. h. zu positionieren und zu biegen, so obliegt dies dem Vorstellungsvermögen des Chirurgen. Es werden von Hand Skizzen angefertigt und an Plastikknochenmodellen Überlegungen getätigt. Eine weitere Problematik ist die Wahl und Positionierung der Schrauben, die Implantat und Knochen oder einzelne Knochenfragmente zusammenhalten. Hier ist die Schraubenlänge äusserst relevant, denn z. B. zu lange Schrauben verletzten das umliegende Gewebe bei der Austrittsstelle aus dem Knochen.

Die LösungAls Ergebnis der BachelorThesis entstand eine Software, welche es ermöglicht, Verlaufslinien für Knochenimplantate oder Schraubentrajektorien an virtuellen 3DKnochenmodellen festzulegen. Voraussetzung für die Modellierung ist ein haptisches Gerät. Das während der BachelorThesis verwendete Gerät war das Modell Phantom Omni der Firma SensAble. Die Stiftform dieses Geräts bietet das ideale Werkzeug um Verlauflinien für Knochenimplantate und Trajektorien für Schrauben festzulegen. Als Grundlage wird ein Knochenmodell im STLFormat benötigt. Durch das Setzen von 3DPunkten wird eine Verlaufslinie am virtuellen Knochen definiert. Eine Schraubentrajektorie wird jeweils durch die Position und

Lage des haptischen Gerätes bestimmt. Die Länge der Trajektorie wird automatisch über die Schnittpunktberechnungen bestimmt. Die Software wurde in C++ entwickelt und baut auf dem H3DFramework auf, einem Open SourceProjekt der Firma SensGraphics. Dieses Framework wird für das grafische wie auch für das haptische Rendering eingesetzt. Die Benutzerschnittstelle wurde mit der Klassenbibliothek Qt der Firma Trolltech entwickelt.

AusblickAufbauend auf diese Arbeit wird in einer Abschlussarbeit der Softwareschule Schweiz die gesamte Implantatmodellierung realisiert. Als Schnittstelle wurde die Verlaufslinie des Implantates definiert.

In der operativen Versorgung von Knochenbrüchen werden metallische Implantate verwendet, welche prä-operativ durch Biegen, dem Knochen des Patienten angepasst werden müssen. Diese Implantatanpassung ist massgebend für den Genesungsprozess des Knochenbruchs. Dank modernen Bildgebungs-verfahren wie die Computertomographie (CT), sind dreidimensionale Knochen modelle vorhanden. Die entwickelte Software ermöglicht anhand dieser virtuellen dreidimensionalen Knochen modellen, die effektiven Knochenkonturen haptisch am Computer abzulesen, wie auch Verlaufslinien für Knochenimplantate und Schraubentrajektorien haptisch zu definieren.

Virtual Reality and Computer Haptics / Prof. Urs KünzlerExperte: Andreas Dürsteler, Swisscom AG

Implantatanpassung am 3D-Knochenmodell

Raino Pfluger

1984

raino.pfluger [at] quickline.com

Mauro Dorigo

1980

076 380 69 11

mauro.dorigo [at] gmx.ch

Informatik

Informatique

BI

Screenshot der Software im Einsatz


AusgangslageDie schnelle Entwicklung der Medizintechnik, insbesondere auch im Bereich der bildgebenden Verfahren, eröffnet immer wieder neue Anwendungsmöglichkeiten. Im Bereich der Tomographie (Computertomographie CT, KernspinTomographie MRI, PositronenEmissionsTomographie PET) kann die Entwicklung der Anwendungen derzeit kaum mit der ausserordentlich schnellen technischen Entwicklung der Geräte mithalten. Moderne Tomographen liefern nicht nur Bilder, sondern tatsächlich Volumendaten bzgl. anatomischer und funktionaler Eigenschaften des Gewebes. Der aus einer einzelnen Untersuchung eines Patienten resultierende Datensatz kann daher Milliarden von Messwerten umfassen. Ein Schlüsselelement für die Entwicklung neuer medizinischer Anwendungsgebiete ist die Visualisierung dieser Datenmengen. Eine geeignete Visualisierung erlaubt dem Arzt eine schnelle Bewertung der gewonnenen Daten. Die ebenfalls erst seit kurzem verfügbare enorme Leistungsfähigkeit moderner Hardware erlaubt nun die Handhabung und Darstellung dreidimensionaler Datensätze in Echtzeit.

RealisationDie Rohdaten aus den PET/CT Geräten liegen im so genannten DICOM Format vor. Diese Daten enthalten nebst Informationen über den Patienten auch die eigentlichen Schnittbilder (axiale Ansicht). Mit einem geeigneten Algorithmus können aus diesen Bilddaten auch die sagittale (seitlich) und die koronale (von oben) Ansicht des Patienten rekonstruiert werden (Multiplanare Reformation MPR). Diese Darstellungsart ist seit längerem bekannt und wird für die Erstbegutachtung der Röntgenbilder eingesetzt. Eine Erweiterung besteht nun darin, die getrennten PET/CT Daten zu fusionieren und entsprechend darzustellen. Um die Schichtbilder volumetrisch darstellen zu können, wird der Volume Ray Cast Algorith

mus verwendet. Mit dieser Technik wird es möglich, Oberflächen und Innenstrukturen des Körpers dreidimensional darzustellen. Mittels Transferfunktionen können bestimmte Bereiche (z. B. Knochen oder Organe) der Ausgangsdaten grafisch hervorgehoben werden. Die gewonnenen Modelle entsprechen nun in Art und Weise einer zusammenhängenden 3DDarstellung der MPR und können im Raum bewegt sowie stereoskopisch betrachtet werden. Unter Stereoskopie versteht man ein Verfahren, welches zwei identische Bilder, jeweils leicht winkelverschoben, für das linke und rechte Auge erzeugt. Die Kanaltrennung erfolgt entweder farblich oder per Zeitmultiplexing. Das Hirn erzeugt nun aus diesen Bildinformationen einen Tiefeneindruck.

Die ständig steigenden Datenmengen und Anforderungen der Nuklearmedizin, nicht nur im Bereich der Diagnostik, sondern auch im Bereich der Planung chirurgischer Massnahmen oder der Bestrah-lungsplanung, erfordern innovative Ansätze für die Interpretation und Bewertung der gewonnenen PET/CT Daten. Das Team HORUS hat sich für die Bachelor-Thesis dieser Herausforderung ange-nommen und in Zusammenarbeit mit Herrn Dr. Thilo Weitzel vom Universitätsspital Insel Bern einen Prototyp entwickelt, der es erlaubt, 3D-Modelle aus Daten von PET/CT Geräten zu generieren und mit entsprechender Hardware stereoskopisch darstellen zu lassen. Dies ermöglicht eine reale 3D-Ansicht medizinischer Problemstellungen.

Virtual Reality / Prof. Urs KünzlerExperte: Dr. Federico Flückiger

– 3D Visualisierung von PET/CT Untersuchungen

Peter von Niederhäusern

1977

079 318 26 60

pvonnied [at] gmail.com

Alain Muttscheller

1981

078 740 07 81

muttsch [at] gmail.com

Stefan Egli

1980

077 406 01 72

egli.stefan [at] gmail.com

Informatik

Informatique

BI

3D Volume Rendering mit HORUS. Basis sind CT Schnittbilder.


Die Telekurs Card Solutions ist ein Unternehmen der Telekurs Holding und zuständig für die Datenverarbeitung von verschie-

denen Wertkarten (Maestro, Visa). Da täglich etwa 3 Millionen Trans aktionen von Bankomaten und anderen Terminals verarbeitet werden, besteht eine hohe Anforderung an eine schnelle und sichere Verarbeitung. Als Grundlage dienen HP NONSTOP-Server für die Datenverarbeitung. Als Program-miersprache wird in den meisten Fällen Cobol eingesetzt. Cobol wird von HP NONSTOP unterstützt und erlaubt schnelle Zugriffe auf die Datenbanken. Das Testen der Funktionalität dieser Server ist sehr umständlich. Das Ziel dieser Arbeit ist es, ein Tool zum Testen dieser Server zu entwickeln.

BUG 2 / Prof. Pierre FierzExperte: Herr Han van der Kleij

Cobol Server Test Tool für HP Nonstop Systeme

Sven Schöni

1985

Dominic Fuhrimann

1983

Informatik

Informatique

BI

Das Bug 2 Tool

Für die Definition von Datenstrukturen wird in der HP NONSTOPUmgebung die Data Definition Language (DDL) verwendet. Die DDL kann für verschiedene Sprachen kompilliert werden. Dadurch entstehen Sprachspezifische Datenstrukturen. In der Cobol Datenstruktur werden die einzelnen Elemente in folgender Form definiert: 06 AIDKID PIC 9(2). Diese Linie symbolisiert einen zweistelligen nummerischen Wert, der den Namen AIDKID hat. Eine kompilierte CobolStruktur hat viele von diesen Einträgen, die im Ganzen mehrere “Objekte” repräsentieren. Diese Objekte symbolisieren den Request oder den Response eines CobolServers. Unser Tool liest nun

mit Hilfe des Java Cross Compiler (JavaCC) diese Strukturen ein. Danach kann der User einen CobolServer definieren. Dort gibt man auch an, welche eingelesene Struktur man als Response oder als Request verwendet. Danach kann man die Werte über ein GUI in die Struktur einfüllen. Die ausgefüllte Datenstruktur wird nun von unserem Tool zu einem Request umgewandelt und als Bytestream von unserem Client zum HP Host gesendet. Dort wird er von einem “Proxy” den wir in Cobol geschrieben haben zum Cobol Server, den wir testen wollen, gesendet. Bei diesem Server wird der Request nun bearbeitet und eine Res ponse wird erstellt. Diese wird wiederum über unseren Proxy zurück zu un

serer ClientApplika tion gesendet. Dort kann man nun im GUI die Response anschauen. Das Tool wurde als Eclipse Rich Client PlugIn und als StandAlone Applikation entwickelt.Diese Version vom BUG 2Tool soll nur einige Grundfunktionen implementieren. Während der Diplom arbeit wird das Tool mit weitern Funktionen erweitert und sollte danach einige einfache Testfunktionen zur Verfügung stellen. Ein wichtiges Ziel wird sein, dass man die Strukturen mit Informationen aus einer Datenquelle ausfüllen kann und danach die Response auch mit diesen Informationen überprüfen kann. Somit sollte eine einfache Testumgebung für CobolServer realisiert werden.


Dans les dernières années les systèmes d’informations géographiques (SIG), c’estàdire des systèmes d‘informations reliant des données à leur emplacement cartographique ou géographique, sont de plus en plus utilisés dans de nombreuses applications et domaines. Aussi dans les systèmes décisionnels ces données spatiales ou géographiques ont été introduites, car ils supportent un point de vue supplémentaire qui améliore l’analyse et la décision. L’introduction de ces données permet aux communes d’avoir une vision plus complète du territoire et des habitants grâce à l’affichage de cartes géographiques dynamiques comme pour exemple la visualisation de la distribution de l’âge ou des salaires des citoyens sur le territoire, le tout sur requête et de manière automatique.

Au cœur d’un système d’information géographique, se situe la capacité de localiser une information dans l’espace et réciproquement de rechercher les informations pertinentes à un endroit donné.Dans une première phase de recherche sont prises en compte les caractéristiques pour avoir une vision d’ensemble générale des données géographiques en Suisse, qui concernent soit les règles à respecter pour les utiliser soit, où cela sera possible, pour obtenir les géodonnées.

De l’autre coté il y a les aspects techniques. Pour développer un prototype qui permet de tester la faisabilité de l’analyse et de la visualisation des données géospatiales dans une carte on a utilisé SQL Server 2008, disponible encore en version Beta, pour la création de l’entrepôt de données et pour leur manipulation, les langages C# et AJAX pour la partie logique, et enfin Virtual Earth pour l’affichage des données sur une carte d’une façon dynamique.

Ce travail se situe dans le contexte du projet mère “Plate-forme stratégique pour petits et moyens communes”, actuellement en développement au département TI de la HESB à Bienne, qui a comme objectif primaire la mise à disposition d’un tableau de bord pour l’amélioration de l’efficacité de gestion des communes. Dans ce contexte, l’objectif général de ce mémoire est de présenter une recherche sur la possibilité d’introduire des données géospatiales dans un cockpit pour communes et d’étudier donc la faisabilité, du point de vue technologique, de l’intégration et de la visualisation de ces données géospatiales. C’est une recherche introductive en fonction d’un travail de diplôme.

Application de gestion / Prof. Marcel PfahrerExpert: Andreas Dürsteler, Swisscom IT Services AG

Cockpit pour communes, un premier pas vers l‘espace

Jasmine Genola

1982

079 270 60 76

jgenola [at] gmail.com

Informatik

Informatique

Architecture du cockpit

BI


VisionMit dem Projekt “Augmented Reality Bone Viewer” wurden eine Vorstudie und ein Prototyp für ein Produkt realisiert, welches in Zukunft die zurzeit manuelle und nicht computerunterstüzte Operationen ablösen soll. Den Chirurgen soll ein zielgerichtetes, einfaches und innovatives Hilfsmittel bereitgestellt werden.

Momentan werden die präoperativen Daten, wie biespielsweise das Röntgenbild am Leuchtschirm, oft schlecht erreichbar im Raum platziert. Mit dem “Augmented Reality Bone Viewer” wird dem Chirurgen das Wegblicken vom Patienten erspart, indem die präoperativen Daten zu jeder Zeit in einer ergonomischen Art zur Verfügung gestellt werden.Mit der Erstellung eines Prototypen wurde eine Lösung geschaffen, mit Hilfe derer ein Einblick in die Möglichkeiten von Augmented Reality im medizinischen Bereich gegeben werden kann. Damit sollen Abschätzungen über deren Nutzen in einem Operationssaal gemacht und

das “Look & Feel” solcher Hilfsmittel erprobt werden können.Anhand der von uns erstellten TestSzenarios sollen Ärzte präzise Angaben machen können, in welche Richtung sich unser Prototyp weiterentwickeln soll. Dies ist ein wichtiger Blick in Richtung Zukunft der computergestützten Operation.

FunktionsweiseVor der Operation wird im Computertomographen ein 3DModell des Knochens aufgenommen. Dieses Modell und die vom Spital standardisierte Planungsdatei dienen uns als Eingabe für unser System. Die Positionsdaten werden mit einem Trackingsystem ermittelt und an die Software weitergeleitet. Die Bewegungen des Patienten sowie des

Das Projekt “Augmented Reality Bone Viewer” ist eine Vorstudie zur rechnerunterstützten Operation, welche in Zusammenarbeit mit der CARCAS, Forschungsgruppe des Universitätsspitals Basel durch-geführt wurde. Bei dieser neuen Methode wird dem Chirurgen die Silhouette des zu operierenden Knochens mit Hilfe eines Head-Mounted, Displays auf das Auge projiziert. Dadurch kann der Chirurg sowohl das reale Bein des Patienten, als auch den künstlichen Umriss des Knochens zu jeder Zeit an der richtigen Position sehen. Im Rahmen dieses Projekts wurde eine Machbarkeits studie durchge-führt und ein Prototyp, speziell für die Operation des Oberschenkelknochens, realisiert.

Augmented Reality / Prof. Urs Künzler, Prof. Roger CattinExperte: Prof. Dr. Federico Flueckiger, Fernfachhochschule Schweiz

Computerunterstützte Operation

Lars Schnyder

1986

0796759434

lars.schnyder [at] gmail.com

Lorenz Grimm

1984

0788406404

lorenz.grimm [at] gmail.com

Informatik

Informatique

BI

Ansicht der Software aus Sicht des Arztes. Hier zur besseren Darstellung schwarz und somit

ohne realen Hintergrund bzw. See-Through-Funktionalität.

Optical See-Through Head-Mounted Display

Chirurgen werden immer neu berechnet. Dadurch steht dem Chirurgen die Silhouette des Knochens stets in korrekter Lage zur Verfügung. Da die Information als 3DModell vorhanden ist, kann eine bessere räumliche Wahrnehmung des Objekts erreicht werden.

TechnologieDie Software des Prototypen ist modular aufgebaut. Der Softwarekern ist plattformunabhängig und läuft auf Windows und Unix. Die verschiedenen Hardwareschnittstellen für das Einlesen und die Darstellung des Knochens inklusive Silhouette sind unabhängig vom Kern entwickelt worden und können auch für zukünftige Versionen einfach ausgewechselt und weiterentwickelt werden.


Der klassische AnsatzDie klassische Anwendung des Navigationsgerätes mit integriertem GPSEmpfänger alleine reicht nicht für eine zukunftsgerichtete und profit orientierte Weiterentwicklung der Location Awareness. Allen heuti gen Ansätzen ist gemein, dass die Ortung “draussen”, unter freiem Himmel geschieht, also in einer Makroumgebung und nicht innerhalb eines Mikrosystems, welches nicht über aufwendig bestimmte GPSDaten verfügt. Die bereits vor handenen “Lokalisierungsverschmutzungen” wie WLANs können so nicht genutzt werden.Der Mehrwert, der sich in einer Karte abbilden lässt, ist sehr begrenzt. Die Karte dient als Leitplanke des Contents. Es lassen sich alle möglichen Points of Interest darin festhalten, aber ohne diese Bezugspunkte innerhalb einer Karte fehlt diesen Lokalisierungen ein wesentlicher Informationsgehalt.

Die neue GenerationAurora verfolgt den Ansatz, dass dem Endkonsumenten die genaue Position nicht mehr mitgeteilt wird. Die Implementierung beruht auf einem proaktiven Dienst, welcher in einem Client verankert ist. Dieser besteht aus einem Location

col lec tor und einem Flexboard zur Darstellung des lokalisierten Serviceangebotes. Der Locationcollector übernimmt die Aufgabe des Sammelns der Standortinformationen und das Flexboard übermittelt diese Information zum Server, damit der passende Inhalt vom Server ins Flexboard gelangt und so dem User präsentiert wird. Die Information des Aufenthaltsortes wird direkt in Content übersetzt.

Grenzenloser LBSDas Einsatzgebiet des Aurora Clients ist vielfältig bzw. generisch. Dementsprechend gibt es unendlich viele Möglichkeiten ein solches Angebot zu platzieren: als Dienstleistung, Promotionshilfsmittel, prozessunterstützendes Instrument, Funangebot und weitere mehr. Aurora beschränkt die Businessmodelle nicht auf B2CBeziehungen, sondern ermöglicht auch eine Vielzahl von B2BAnwendungen.

Der ShowcaseAnhand der RailCity Bern wurde die Realisierbarkeit eines derartigen Location Based Services analysiert und bewiesen. Die bestehende Infrastruktur ganz ohne Erweiterungen (zusätzliche Accesspoints zur Orientierung) erwies sich als fast taugliche Umgebung. Erfolgreich liessen sich einzelne Gebiete ermitteln, jedoch überstrahlten sich gewisse Accesspoints zum Teil und führten zu einer Unschärfe der Resultate.Trotzdem wurde damit bewiesen, dass bereits heute interessante Anwendungsszenarien zu LBS vorhanden sind, welche sich von einer einfachen Strassenkarte loslösen. Dazu ist auch keine aufwendige und neue Infrastruktur notwendig, sondern vielmehr lässt sich mit geschickter Kombination von Infrastrukturerweiterung und eventuellen Technologiemixen eine definierte Umgebung mit einem LBS versorgen.

Aurora unterscheidet sich bewusst von den bestehenden Ansätzen der Implementierung eines Location Based Services. Dabei wurde die Zwangsjacke “Strassenkarte” verlassen und eine univer-selle Machbarkeit aufgezeigt und eine Implementationsvariante eines solchen Services realisiert. Durch Feststellung der aktuellen Position des Clients können lokalisierte Inhalte im mobilen Portal angezeigt werden. Die Softwarearchitektur ist für verschiedene Lokalisierungsmethoden ausgelegt und zusätzliche oder neue Möglichkeiten sind einfach zu implementieren.

Location Based Client Behaviour / Prof. Dr. Jacques Boillat, Prof. Dr. Peter SchwabExperte: Walter Eich, Zühlke Engineering AG

Aurora

Khôi Tran

1982

project_aurora [at] bluewin.ch

Christian Hirschi

1976


Frédéric Grossmann

1979


Informatik

Informatique

BE

Aurora – Kommunikationsflussmodell


StAgent ist ein System zur Überwachung von Schweineställen, das leicht auch für andere Anwen-dungen in der landwirtschaftlichen Tierhaltung angepasst werden kann. Seine Aufgabe ist es, den Stallbesitzer zu warnen, wenn Not am Schwein ist. Unser Prototyp kann mit zahlreichen Sensoren die Temperatur im Stall messen und im Bedarfsfall verschiedene Personen über ihre Mobiltelefone alarmieren. Die Verantwortlichen werden sofort benachrichtigt und können rechtzeitig reagieren.StAgent wurde so konzipiert, dass anstelle von verdrahteten auch drahtlose Sensoren eingesetzt werden können. Zudem können auch andere Bedingungen als die Lufttemperatur, wie z. B. die CO2-Konzentration, gemessen werden.

Mobilekommunikation / Dr. Hj. KellerExperte: JeanJacques Jaquier

StAgent – Stall-Agent

Mike Lawson

1978

contact [at] ml-net.ch

Roman Jakob

1979

stroganow [at] gmx.de

Stephanie Gugger

1980

ste.gugger [at] gmail.com

Informatik

Informatique

BE

Die Aufgabe: Im landwirtschaftlichen Bereich sind zahlreiche kleinere Höfe zu finden, welche als Nebenerwerb Schweinemast betreiben. Versagt das Belüftungskonzept, herrschen im Stall innert kürzester Zeit Temperaturen und Gase vor, welche rasch den Tod der Tiere zur Folge haben können. Eine aus tierschützerischer, aber auch aus finanzieller Sicht sehr unerbauliche Situation. Es muss schnell reagiert werden, um Schaden abzuwenden. Da nicht jeder Landwirt direkt neben seinem Mastbetrieb wohnt und eine dauernde Präsenz in dessen Nähe nahezu unrealisierbar ist, drängt sich eine standortunabhängige Alarmierungsmethode auf. Wir hatten das Glück, von einem Bauern auf dieses Problem, sein Problem, aufmerksam gemacht zu werden und fanden so zu diesem spannenden Thema.

Funktionsweise: Unser System löst die gestellte Aufgabe, indem es die Temperaturen im Stall misst und beim Auftreten von abnormalen Messwerten die verantwortlichen Personen über ihre Mobiltelefone kontaktiert. Im Alarmzustand würde StAgent autonom die erste Notfallnummer anrufen und ein paar Minuten auf einen Rückruf warten, der signalisiert, dass der Alarm angekommen ist. Sollte dieser jedoch ausbleiben, wird die nächste Nummer informiert usw. Wird der Alarm bestätigt, bleibt dem Informierten eine etwas längere Zeitspanne, um vor Ort die normalen Verhältnisse wieder herzustellen, ehe der Alarm von neuem ausgelöst wird.

Technik: Das System wurde so konzipiert, dass mehrere Teilsysteme gleichzeitig ausfallen müssten, bevor es seinen Auftrag nicht mehr

erfüllen könnte (kein Single Point of Failure). Weitere Merkmale sind austauschbare Sensorsysteme, damit unterschiedlichste Bauten einfach mit Sensoren ausgerüstet werden können und variable Sensortypen, mit denen auch andere Messgrössen als Temperaturen berücksich

tigt werden können. Als Benutzerinterface dienen das Mobiltelefon des Besitzers und eine dafür von uns entwickelte JavaApplikation, welche eine besonders einfache Konfiguration und Statusabfragen per SMS erlaubt. Die Software wird von einer Vielzahl aktueller Geräte unterstützt. Herzstück des Konzepts sind zwei von uns in C programmierte FoxBoards basierend auf Linux, die über ZigBeeFunkmodule miteinander kommunizieren. Das eine Foxboard dient dabei dem Zweck, das alarmierende System zu überwachen und eine Redundanz zu gewährleisten. In einer späteren Diplomarbeit beabsichtigen wir, den aktuellen Prototypen um Funktionen wie Messaufzeichnungen und Datenaustausch mit einem Server zu erweitern.


Problem SolutionIntroductionThe goal of our bachelor thesis was to create an application for mobile phones, which allows users to easily navigate along a given path; if they get lost, an alert signal can identify their locations.Since resources which are available on most mobile phones are still limited, parts of the map, called tiles, are dynamically downloaded from a map provider when they are needed, and deleted from the phone if they get obsolete. Unfortunately data transfer still costs a lot of money these days; thus, a good inbetween solution of saving things on the phone and download them later had to be found.Most users want to share their trails with friends; because of this, we

wanted to allow users to record their own routes and store them in a database on the internet where others may download and reuse them later. Thus, we did not only develop a mobile application, but also a route server where users can share their routes with the world.

ImplementationSince the goal is to reach as many users as possible, we used Java 2 Micro Edition to implement our mobile application. J2ME is supported by virtually every mobile phone on today’s market. On top of that we used J4ME and KXML libraries which were used to access GPS information and storing positioning data in an open format (For an easy creation of routes we support Google Earth’s KML format).

As stated earlier, Java 2 Micro Edition and its application to reach as many users as possible, it should be noted that not every mobile phone today has a builtin GPS receiver. Therefore, we created support of accessing GPS receivers over Bluetooth through J4ME. We are now able to use the “Location API for J2ME (JSR179)” for mobile phones with integrated GPS receiver as well as “Java Bluetooth (JSR82)” for mobile phones without GPS receiver to get the actual coordinates.Finally we set up a server that provides our application with the map tiles. Since the map tiles are only pictures, our application is able to handle tiles from Google Maps or Yahoo Maps in future versions, if a suitable map provider class is implemented.

Problem IdentificationWith increasing computing power of mobile devices, location based services are becoming more important. Already a variety of mobile phones has included GPS receivers and in the future they will probably be part of the standard feature set a mobile phone has. But not many applications, which extend the usual map feature, are currently available.Considering this situation in mind, we tried to create a navigation software especially for hikers, bi-kers, or tourists, who usually take paths beyond vague street maps.

Mobile Applications / Mohamed Mokdad, Dr. Daniel RodellarExperte: Prof. Dr. Torsten Braun

Mobile Route Tracking

Benedikt Willi

1985

079 666 23 36

ben.willi [at] gmail.com

Pasquale Guida

1982

079 413 37 45

pasquale.guida [at] gmail.com

Informatik

Informatique

BI

Map exchange procedure


AusgangslageHeute besitzt jeder Benutzer im Internet unzählige Identitäten, um die vielen verschiedenen Dienste zu nutzen. Identitätsmanagement soll dem Benutzer helfen, die situativ passendste Identität anzunehmen. So ist es zum Beispiel in einem Internetshop üblich, dass man als Käufer seine Adresse preisgibt, Telefonnummern und Geburtstagsdaten aber zurückbehält. Das HigginsFramework vereinfacht diesen Prozess ohne Sicherheits oder Datenschutzverlust.SmartCards sind seit mehr als einem Jahrzehnt ein fester Bestandteil unseres Alltags. Ein bekannte Anwendung ist die Debitkarte oder auch ECKarte genannt. Damit die SmartCard benutzt werden kann, muss sie durch einen PINCode (persönliche IdentifikationsNummer) entsperrt werden. Mit dem PINCode schützt man Speicherbereiche und die Benutzung der kryptographischen Funktionen auf der SmartCard. Allerdings werden SmartCards bisher kaum im heterogenen Umfeld eingesetzt und viele Anbieter bieten spezielle Software für ihre SmartCards.

TechnologienDas HigginsFramework ist eine EclipseApplikation und ist folglich in JAVA programmiert.Microsoft unterstützt seit Windows 2000 den so genannten PC/SCStandard, welcher auch von vielen SmartCardHerstellern verwendet

wird. Dieser definiert das Kommunikationsprotokoll zwischen Computer, Kartenleser und SmartCard. Dieser Standard definiert allerdings

keine Funktionalitäten der SmartCard oder wie diese anzusprechen sind. Hier hat Microsoft in den letzten Jahren eine generische Windows API entwickelt, welche für die einzelnen SmartCards mit so genannten MiniDrivern arbeitet.Das Java Native Interface (JNI) ist ein ProgrammierFramework, das die Kommunikation zwischen Java und C++ Code erlaubt. Damit können Programmierer ihre JavaProgramme mit Funktionalitäten erweitern, die von der JavaVirtualMachine nicht unterstützt werden (z.B. spezielle Gerätetreiber) oder zu wenig effizient sind (z. B. mathematische Funktionen). Hier wird JNI dazu verwendet um die Kommunikation zwischen Higgins(Java) und den Windows APIs (C++) zu ermöglichen.

IntegrationUnsere Integration erweitert das HigginsFramework über bestehende Interfaces so, dass als Speicherort für Identitäten anstelle der Festplatte eine an den Computer angeschlossen SmartCard ausgewählt werden kann. Hierzu haben wir Higgins um ein Modul erweitert, welches in der Lage ist über JNI auf eine von uns geschriebene Dll zu zugreifen. Diese Dll ermöglicht unserem Modul das Auffinden aller vorhanden SmartCards und kontrolliert ob für diese ein MiniDriver vorhanden ist. Wird ein MiniDriver gefunden, stellt die Dll eine Verbindung her zu dessen Input/OuputFunktionen.

Das Angebot an Dienstleistungen im Internet wächst beständig. So ist es unterdessen schwierig für den Benutzer, seine zahlreichen Identitäten zu verwalten. Hier schafft das benutzerzentrierte Identitäts-Framework Higgins Abhilfe. Es ermöglicht eine einfache Benutzung und Verwaltung von Identitäten auf einem Computer. Was aber nun, wenn man mehrere Computer besitzt oder auch an fremden Orten arbeiten will? Hierzu bietet sich die Nutzung von Smart-Cards an. Mit ihren manipulationssicheren Speichern erlauben sie es dem Benutzer seine Identitäten sicher überall hin mitzunehmen. Das Ziel dieser Arbeit ist es nun, dass Higgins Smart-Cards als Speichermedium für Identitäten verwenden kann.

Identitätsmanagement & Privacy / Dr. Endre Bangerter Experte: Andreas Spichiger, Postfinance

Smart-Card Integration in das Higgins-Framework

Peter Linder

1983

plinder [at] gmail.com

Severin Hauser

1985

job [at] dizz.ch

Informatik

Informatique

BI

Komponenten für die Integration


ZONA ist ein Windows Mobile 6 Facebook Client, welcher dir ermöglicht unterwegs mit deinen Freunden verbunden zu bleiben. Mit Hilfe von Bluetooth erkennst du, ob sich jemand deiner Freunde in deiner nahen Umgebung befindet. Über einen selbst entwickelten Bluetooth Chat kannst du dich mit diesen Personen unterhalten.

Ein Grossteil unserer BachelorThesis bestand darin eine Marktanalyse zu erstellen. Fragen nach dem Bedarf, der Distribution, der möglichen Konkurrenz und den Einnahmequellen einer solchen Applika tion sollten beurteilt werden. Um die technische Umsetzung zu überprüfen, wurde zusätzlich ein Prototyp erstellt, welcher die beschriebenen Funktionen erfüllt.

DesignUm ZONA ein Gesicht zu geben, wurde ein Design für die Applikation erarbeitet. Die folgenden Screenshots zeigen das Logo und die Contacts Page. Das ganze GUI ist auf Touch Screen Bedienung ausgelegt. So können beispielsweise die Kontakte mit dem Finger gescrollt werden.

Bluetooth DiscoveryDie Umsetzung gestaltete sich schwierig. Bluetooth kann gleichzeitig max. 7 offene Verbindungen zu andere Bluetooth Geräten erhalten. Wir haben den PeertoPeer Ansatz gewählt um diese Grenze zu überschreiten. Es sind immer für kurze Dauer jeweils zwei Geräte miteinander verbunden. Diese tauschen untereinander die Userprofile aus und geben die Verbindung wieder frei. Um das Ganze performant zu gestalten ist die ganze Applikation mit Threads optimiert. Mit dem von uns implementierten, zeitgesteuerten Algorithmus konn

Freunde treffen, Beziehungen knüpfen, Interessen teilen, sich austauschen – die sogenannten So-cial Communities boomen regelrecht. Facebook, Xing und Co. haben Welten geschaffen, wo sich im Dschungel des World Wide Web Menschen treffen. Facebook allein hat über 60 Mio. registrierte Benutzer. Mehr als 80% besuchen täglich das Portal und aktualisieren ihr eigenes Profil um sich anderen mitzuteilen. Warum jedoch dies nur vor dem PC tun? Unterwegs mit dem Handy mit Freunden verbunden sein, falls anwesend, diese in der eigenen Umgebung erkennen und über den integrierten Chat Kontakt aufnehmen – dies ist ZONA.

Prof. Mohamed Mokdad, Prof. Dr. Peter SchwabExperte: Armin Blum

ZONA – Mobile Social Community

Romero Daniel

1981

daniel.romero [at] gmx.ch

Michel Müller

1985

mich3l [at] live.com

Ivan Indic

1982

Informatik

Informatique

BE

Logo & Contacts Page

ten wir aufzeigen, dass mit sehr kurzen Verzögerungen über 50 Geräte in der gleichen Umgebung mit Bluetooth erkannt werden können. Normalerweise wäre bei ca. 12 Geräten Schluss. Dies ist dadurch bedingt, dass Bluetooth Geräte während eines Discoverys nicht erkannt werden können.

Profile SharingUm eine rasche Erkennungsrate und den damit verbunden Profilaustausch zwischen den Benutzern zu gewährleisten, teilt jedes Gerät allen anderen, mit denen es verbunden ist, seine Benutzerprofile mit. Dadurch wird in kürzester Zeit erreicht, dass sich alle Benutzer in der Umgebung kennen.

ZONA bringt die Social Community auf die Strasse und dir in die Hand.

Timed Synced Algorithmus

Profile Sharing


AusgangslageIm Modul Spieletheorie haben wir bereits ein Mühlespiel entwickelt, welches es erlaubt, zwei Computerspieler gegeneinander antreten zu lassen. Die Zugauswahl des Computerspielers wird anhand einer sehr einfachen künstlichen Intelligenz auf der Basis eines Spielbaumes ausgeführt. Die Bestimmung der Qualität eines Spielzuges erfolgte mittels eines von uns selbst definierten heuristischen Bewertungssystems. Es bestand keine grafische Benutzerschnittstelle, die Spielzüge einer Partie wurden in einer gewöhnlichen Textdatei protokolliert. Dieses Mühlespiel diente als Basis des BachelorThesisProjekts.

ZieleDas zukünftige Mühlespiel soll ermöglichen, dass ein menschlicher Spieler gegen einen Computerspieler antreten kann oder auch eine Partie zwischen zwei menschlichen Spielern stattfinden kann. Um dies sinnvoll gewährleisten zu können, ist eine grafische Schnittstelle zum Benutzer notwendig. Zudem soll die recht einfache künstliche Intelligenz durch das Verwenden eines Neuronalen Netzwerks verbessert werden, damit das Spiel gegen den Computer nicht zu leicht ist. Dieses Neuronale Netzwerk gilt es selbst zu entwerfen und zu trainieren, damit es seine Bewertungsaufgabe möglichst optimal wahrnehmen kann.

RealisierungDie intuitive Benutzeroberfläche erlaubt es dem Anwender, gewisse Einstellungen zur Wahl der künstlichen Intelligenz und deren Parametern einfach vorzunehmen, um anschliessend eine Partie zu spielen. Mittels eines Meldungsfensters werden die Spieler über die nächste anstehende Aktion informiert. Eine konsolenartige Ausgabe listet alle ausgeführten Spielzüge der aktuellen Partie auf, damit die Spielzugabfolge jederzeit zurückverfolgt werden kann. Anhand einer zusätzlich erstellten Lernumgebung ist es möglich, ein eigenes Neuronales Netzwerk mit selbst wählbaren Eingabeparametern zu erstellen. Dieses Neuronale Netzwerk kann anschliessend hinsichtlich seiner Aufgabe trainiert und zum Spielen verwendet werden. Es ist auch möglich, ein vorhandenes Neuronales Netzwerk zu laden und weiterzutrainieren.

Künstliche Intelligenzen, lernende Applikationen und Neuronale Netzwerke… Dies sind Schlagwör-ter, welche in der heutigen Zeit in der Robotertechnik, bei Simulatoren und bei Computerspielen sehr verbreitet sind. Es geht darum, den Maschinen eine gewisse Intelligenz zu geben, damit die-se aufgrund bereits erlernter Daten optimale Entscheidungen treffen können. Einer solchen künst-lichen Intelligenz bedient sich auch der Computergegner unserer Mühlespielapplikation, wenn es darum geht, einen für ihn vorteilhaften Spielzug zu wählen.

Spielapplikation mit künstlicher Intelligenz / Prof. Dr. Jürgen EckerleExperte: Han van der Kleij, RTC RealTime Center AG

Mühleprogrammierung mit künstlichen Neuronalen Netzen

Ralf Mauerhofer

1983

079 716 17 41

r.mauerhofer [at] gmx.ch

Andreas Iseli

1983

076 327 52 50

andreas.iseli [at] gmx.net

Informatik

Informatique

BI

Mühlespielapplikation


In der heutigen Zeit werden Kauf- und Verkaufstransaktionen immer häufiger über das Internet ge-tätigt. Für viele Privatpersonen oder Kleinbetriebe ist der Aufwand zur Erstellung eines eigenen Webshops aber zu gross. Für Anbieter innovativer Produkte oder selbst gemachter Spezialitäten kann die Plattform Emporium daher zu einem attraktiven neuen Vertriebskanal werden. Bei Empo-rium eröffnen Anbieter mit wenigen Klicks einen eigenen Shop im Internet und werden so Teil des globalen Marktes. Durch kostengünstige Dienstleistungen soll eine grosse Anzahl an Verkäufern angesprochen werden, was zu einem breit gefächerten Sortiment führt, welches wiederum auch für Käufer äusserst attraktiv ist.

EBusiness & Web / Prof. Michael RöthlinExperte: Dr. Thomas Siegrist, NetModule AG

Emporium – your personal business

Sandro Schmid

1982

schmid.sandro [at] gmail.com

Matthias Jäggli

1983

emporium [at] met-jay.ch

Informatik

Informatique

BI

Marktplatz #1Gesamtfunktion

Ziel von Emporium ist es, ein OnlineMarktplatz, also ein Vermittler zwischen Verkäufern und Käufern, zu werden. Die inhaltliche Gestaltung von Warenangeboten, die Warenpräsentation und die Abwicklung des Verkaufs bleiben Sache der Handelspartner. Hingegen unterstützt Emporium seine Kunden mit einer breiten Palette an Dienstleistungen. Diese reichen von Eingabemasken für das Erstellen von Warenangeboten bis hin zu einer umfangreichen Onlinehilfe, welche alle Fragen zum Umgang mit Emporium beantwortet. Die Benutzung von Emporium wird so zu einem Kinderspiel, was (hoffentlich) dazu führt, dass auch bezüglich Internettechnologien weniger versierte Leute angezogen werden und den Dienst zahlreich nutzen.

Emporium soll sich als Handelsplattform für ein grosses Sortiment von verschiedenen Produkten eignen. Von selbst gemachten Delikatessen über handgefertigte Unikate kann alles Erdenkliche auf Emporium angeboten und gefunden werden. Emporium ist aber keine Börsenplattform wie Ebay. Gebrauchtwaren wird man hier nicht finden.

Emporium basiert technisch auf CakePHP, einem Framework, welches dazu konzipiert wurde, wiederkehrende Programmierarbeiten zu erleichtern, und das perfekt mit der Datenbank MySQL zusammenspielt. CakePHP folgt dem ModelViewControllerPattern, welches Empo rium vollständig adaptiert. Das Front end ist mit XHTML und CSS aufgebaut, dynamische Interface Elemente sowie AjaxRequests werden durch jQuery gestützt.Damit Emporium zu einem Erfolg wird, muss das System performant sein, denn kurze Reaktionszeiten sind bei Besuchen potenzieller Käufer entscheidend für die Akzeptanz. Zudem muss die Plattform in der Lage sein, eine grosse Anzahl an

Transaktionen gleichzeitig zu handhaben und eine sehr hohe Verfügbarkeit aufweisen.

Nach dem Abschluss der BachelorThesis soll die Plattform noch mit Softwarelösungen von Zahlungs und Logistikanbietern ergänzt werden, damit Einkäufe beispielsweise bequem mittels Kreditkarte bezahlt und Lieferungen elektronisch überwacht werden können.


AusgangslageDie Anwendung von XML Security in der Praxis ist nicht einfach. Für jede Funktion wie Verschlüsseln, Entschlüsseln, Signieren und Validieren bedarf es vieler Codezeilen. Dazu kommt, dass es viele Varianten gibt, die unterschiedlich gehandhabt werden müssen.

ZielsetzungDas zu entwickelnde Tool besteht aus zwei Komponenten: Einer Bibliothek, welche die sicherheitsrelevanten Funktionen anbietet, und einer grafischen Oberfläche, welche XMLDokumente anzeigen und die Funktionen der Bibliothek verwenden kann.

Die Bibliothek hat einen hohen Abstraktionsgrad und implementiert die W3CStandards für Verschlüsselung und Signatur.Mit der grafischen Oberfläche können XMLDokumente oder Teile davon intuitiv signiert, validiert, verschlüsselt und entschlüsselt werden.

LösungUm eine einfache Bedienung zu ermöglichen, bietet das XML SecurityTool eine grafische Benutzeroberfläche, mit welcher die Funktionen einfach benutzt werden können. XMLDateien können mit wenigen Klicks intuitiv geöffnet werden.Danach findet man auf der linken Seite eine BaumAnsicht des XMLDokumentes und auf der rechten Seite das XMLDokument in Textform mit Syntax Highlighting. Wird ein Element im XMLBaum selektiert, so kann dieses einfach verschlüsselt, entschlüsselt, signiert oder validiert werden. Um diese Funktionen verwenden zu können, müssen vorgängig Schlüssel (Secret Key, Key Pair) generiert werden, was ebenfalls mit dem XML SecurityTool erfolgt. Nach Anwendung einer Sicherheitsfunktion können die XMLDokumente wieder gespeichert werden.

Als Plattform-unabhängige Sprache ist XML besonders gut für den Austausch von Daten und Dokumenten geeignet. Bei der Übertragung von sensiblen Daten müssen Authentizität, Integrität und Vertraulichkeit gewährleistet werden können. Die vom W3C definierten Standards XML Signature und XML Encryption bieten diese Möglichkeit, indem sie Mechanismen zum Signieren und Verschlüsseln von XML-Dokumenten definieren. Die Komplexität dieser Standards erfordert aber gute technische Kenntnisse sowie ein hohes Mass an Abstraktion. Deshalb haben wir ein grafisches Tool entwickelt, mit dem sich XML-Dokumente einfach und intuitiv signieren und verschlüsseln lassen.

XML Security / Betreuer: Prof. Dr. Stephan FischliExperte: Armin Blum

XML Security-Tool

Cédric Zumbach

1985

078 789 34 55

zumbi7 [at] gmail.com

Antoine Rime

1981

078 654 10 30

antoine.rime [at] gmail.com

Sergio Klemensberger

1983

079 307 21 13

s.klemensberger [at] gmail.com

Informatik

Informatique

BI


Die MotivationDamit ein Forschungsnetzwerk seine Dienstleistung anbieten kann, muss es Projekte durchführen können, bei welchen es von der Industrie und von öffentlichen Förderinstitutionen unterstützt wird. Dies zu erreichen bereitet viele administrative Herausforderungen. Die Forschungspartner zu finden gelingt nur, wenn die Kompetenzen innerhalb des Netzwerkes bekannt sind. Deshalb müssen die Personen, welche die gewünschten

Kompetenzen besitzen, schnell und einfach zu finden sein.Die Unterstützung durch die Kommission für Technologie und Innovation wird nur geleistet, wenn ein entsprechender Antrag für jedes neue Forschungsprojekt gestellt wird. Deshalb müssen die Projekte und deren Termine übersichtlich verwaltet werden können.

“DOSALIX – Project Driver” soll diese und weitere Aufgaben erleichtern.

Das ProduktDa die Mitglieder der Forschungsnetzwerke dezentral arbeiten, wird ein Werkzeug benötigt, welches von überall benutzt werden kann. Eine ClientServerArchitektur drängt sich auf. Implementiert wurde Dosalix als Web Applikation, welche aus verschiedenen Schichten besteht. Diese beginnen bei den Daten, gehen über die Geschäftslogik und enden in der übersichtlichen Benutzeroberfläche. Die Umsetzung der Applikation bediente sich der modernsten Java Technologien, d. h. Enterprise Java Beans finden ihre Anwendung in der Geschäftslogik und die Benutzeroberfläche setzt JavaServer Faces ein. Um den Anforderungen gerecht zu werden, entstand ein Konzept, welches die drei Entitäten: Personen, Institutionen und Projekte, fokussiert. Diese drei stehen miteinander in Relation.

Fortschritt und Entwicklung basieren auf dem Zusammenspiel zwischen Unternehmen und For-schungseinrichtungen. Ein lückenloser Informationsaustausch zwischen diesen Partnern führt zur optimalen Allokation von Kapital und Wissen. Unsere Bachelorthesis soll die Forschungsnetzwerke, welche den Brückenschlag zwischen der Industrie und der Forschung vollziehen, unterstützen. Das Ziel der Arbeit ist eine Web-Applikation, die eine Koordination zwischen den Mitgliedern der Netz-werke, den Firmen und den öffentlichen Förderinstitutionen ermöglicht. Integraler Bestandteil der Anwendung ist die Suche nach Information. Mittels “DOSALIX – Project Driver” ist es ein leichtes, die Frage “Wer verfügt über die Fähigkeiten meine Problemstellung zu lösen?” in kürzester Zeit zu beantworten.

Web basierte CRM Lösung für ICTnet / Prof. Rolf JuferExperte: Dr. Walter Eich, Zuehlke Engineering

Erfolgreich koordinierte Forschung dank DOSALIX

Samuel Psota

1982

Dominic Klemm

1981

Informatik

Informatique

BI

Aufbau der Schichten

Übersicht der Entitäten

Eine Person arbeitet in einer Institution und leitet Projekte. Diese können wiederum von einer Institution Unterstützung erhalten. Des Weitern besteht die Möglichkeit, alle Entitäten nach verschiedenen Kriterien zu durchsuchen. So kann Beispielsweise die gewünschte Person mit der Angabe ihrer Fähigkeiten und Kompetenzen schnell und einfach gefunden werden. Bei der Entwicklung der Applika tion wurde bedacht, dass in Zukunft weitere Anforderungen dazu kommen könnten. Deshalb ist Dosalix innerhalb der Geschäftslogik in Modulen aufgebaut und nur lose über Interfaces mit der Benutzeroberfläche verbunden. Dieser Aufbau ermöglicht eine einfache Einbindung weiterer Module.Mit “DOSALIX – Project Driver” haben Forschende ein Hilfsmittel für ihre täglichen Aufgaben, jetzt und in Zukunft.


Ausgangslage Seit zwanzig Jahren betreibt der unabhängige Verein REM (RadioaktivitätsErfassungsnetz Mühleberg) Sensoren, welche rund um das Kernkraftwerk Mühleberg die Radioaktivität erfassen und protokollieren. Die Messresultate werden im Internet unter www.radioaktivitaet.net veröffentlicht. Die bestehenden Sensoren drucken die Messwerte auf einen Papierstreifen aus. Diese werden zentral gesammelt, digitalisiert und als Grafiken der Allgemeinheit präsentiert.

Ziele Mit einem neuen Sensor soll dieser Vorgang vereinfacht werden. Daten sollen nicht mehr auf Papier gedruckt werden, sondern kabellos direkt ins Internet übertragen werden. Durch die Verwendung von GPRS kann für die Übertragung auf ein bestehendes und stabiles Netzwerk mit direktem InternetZugang zurückgegriffen werden

Der neue Sensor wird in einer parallel laufenden BachelorThesis von Nicolin Zogg entwickelt (Seite 87) .

Die Herausforderung der vorliegenden Arbeit bestand darin, ein effizientes Protokoll zu entwickeln, welches die zuverlässige Übermittlung und automatische Auswertung ermöglicht.

Protokoll und AuswertungDas entwickelte Protokoll setzt auf das HTTPProtokoll auf und verwendet dessen Methoden. Die Auswertung erfolgt direkt auf dem WebServer durch eine Sammlung von PHPSkripts. Für die Auswertung werden die Daten in einer MySQLDatenbank abgelegt.

SimulatorUm die Funktion des Protokolls und der ServerSkripts während der Arbeit zu überprüfen, wurde ein Simulator entwickelt. Diese JAVA Applikation generiert Messdaten und kann diese über das TCP/IP

Protokoll an einen Webserver übermitteln. Dabei hält sich der Simulator an die Regeln des Protokolls.

Vorteile Dank der automatischen Übertragung können die Daten nicht nur viel detaillierter aufgezeichnet werden, sondern sie stehen auch unmittelbar und mit viel weniger Arbeits aufwand zur Verfügung. Die Verwendung von weit verbreiteten Schnittstellen erlaubt den kostengünstigen Betrieb. Die Serverseite stellt keine speziellen Ansprüche und kann deshalb auf einem einfachen HostingAngebot betrieben werden.

AusblickDas Protokoll wurde so entworfen, dass auch auf ändernde Anforderungen eingegangen werden kann. So ist eine Ausweitung der Messungen auch auf andere Anwendungen durchaus denkbar.

Messdaten effizient über grössere Distanzen übertragen – eine Herausforderung für ein Wireless Sensor Network. Für den Verein REM (Radioaktivitäts-Erfassungsnetz Mühleberg) wird ein Proto-koll entwickelt, mit dessen Hilfe Messdaten von verteilten Sensoren drahtlos an eine zentrale Stelle übermittelt werden können – schnell und kostengünstig.

Mobile Kommunikation / Prof. Peter RaemyExperte: JeanMarie Leclerc

Wireless Sensor Network – Radioaktivitäts-Erfassungsnetz

Stefan Benjamin Kobel

1982

Informatik

Informatique

BI


mecept soll Leben retten!

Java ClientEntwickelt wurde die Prototypapplikation mecept mit Java. Damit die Software auch offline benutzt werden kann, stehen die Daten verschlüsselt in einer integrierten Datenbank zur Verfügung. Die Client software befindet sich auf dem Rechner des Arztes. Nachdem elektronisch ein neues Rezept erfasst wurde, wird vor dem Drucken automatisch überprüft, ob zwischen den Medikamenten Wechselwirkungen bestehen. Ist dies der Fall, werden diese dem Arzt mitgeteilt.

User Interface DesignEine der wichtigsten Anforderungen bestand darin, dass die Software sehr einfach und schnell zu bedienen ist. In einer Notfallstation sollen innert Sekunden Interaktionen zwischen den Medikamenten überprüft werden können. Dauerrezepte sollen nur einmal erfasst und schnell wieder gefunden werden. Der mecept Client bietet dem Arzt bei der Eingabe unterstützende Hilfe wie zum Beispiel Autovervollständigungen.

Aktualisieren der DatenEin Server ist für das Aktualisieren der Daten verantwortlich. Dieser überprüft regelmässig bei unserem externen Datenlieferanten über einen Webservice den neusten Datenbestand ab. Damit kann der Server für den Client Updatepakete bereitstellen. Die Pakete werden versionisiert, damit der Server weiss,

welche Daten er einem Client noch anbieten muss. Ist beim Aufstarten des Clients eine Internetverbindung vorhanden, so wird automatisch überprüft, ob der Datenbestand aktuell ist. Ist dies nicht der Fall, werden die nötigen Pakete automatisch heruntergeladen und in die Datenbank integriert.

Jährlich sterben in der Schweiz rund 10'000 Menschen aufgrund von Wechselwirkungen zwischen Medikamenten! Verordnet ein Arzt mehrere Medikamente zur gleichen Zeit, ist es möglich, dass diese untereinander interagieren. So kann der Abbau von einem Medikament verstärkt oder ge-hemmt werden. Solche Interaktionen können lebensgefährlich sein. Da es jedoch immer eine grös-sere Auswahl an Medikamenten auf dem Markt gibt, ist die Situation für Ärzte immer weniger über-schaubar. Diese Tatsache nahm die openconcept AG als Anlass mecept zu realisieren. Die Software mecept soll dem Arzt eine grosse Unterstützung bieten und automatisch sämtliche Rezepte nach Interaktionen überprüfen.

Java Applikation / Reto E. König / openconcept AGExperte: Han van der Kleij

Roman Winterhalder

1981

079 309 30 31

Stephan Kobel

1984

kobu [at] gmx.net

Informatik

Informatique

mecept wurde für das Schweizer Softwareunternehmen openconcept AG realisiert.

BI


Computer Perception and Virtual Reality / Prof. Roger CattinExperte: Yves Petitpierre

GALILEITM vermisst die Hornhaut des Auges mit Hilfe zweier verschiedener Arten von Bildern: Aufsichtsbilder mit gespiegelten Linien (so genannte Placidoringe) und Spaltbilder, welche den Querschnitt durch das Auge abbilden. Durch das Detektieren der Placidolinien und der Kanten in den Spaltbildern können sehr genaue Daten über die Vorderkammer des Auges gewonnen werden. Allerdings muss dazu eine grosse Menge an Bildmaterial ausgewertet werden, was entsprechend zeitintensiv ist. ZiemerGroup ist als Herstellerin bestrebt, die Geschwindigkeit ihres Gerätes weiter zu steigern.

Grafikkarten sind in der Lage, eine bestimmte Berechnung in einem einzigen Schritt auf eine Vielzahl von Datenelementen anzuwenden.

Dies ist zwar dank Erweiterungen wie MMX oder SSE auch auf der CPU möglich, jedoch nur in einem weitaus geringeren Ausmass. Da die zur Bildverarbeitung eingesetzten Algorithmen oft dieselbe Berechnung auf eine grosse Anzahl von Bildpunkten anwenden, kann die hohe Parallelität der Grafikkarte grundsätzlich gut genutzt werden. Bereits beim im Rahmen dieser Arbeit portierten Algorithmus zeigte sich jedoch schnell, dass sich nicht alle Teilschritte ohne weiteres parallelisieren lassen. Es ist also oft unumgänglich, diese – soweit möglich

– zu modifizieren oder stattdessen nach einem alternativen Ansatz zu suchen.

Die Techniken, Grafikkarten auch für Aufgaben zu nutzen, die nicht

direkt im Zusammenhang mit der Grafikausgabe stehen, sind relativ neu. Ursprünglich war die ganze Grafikpipeline fix verdrahtet. Um stets ausgefeiltere Grafikeffekte zu ermöglichen, wurden die Shader zu immer leistungsfähigeren, besser programmierbaren Prozessoren weiterentwickelt. Dadurch wurde es nebenbei möglich, die hohe Rechenleistung der Grafikkarte auch für andere Zwecke zu nutzen. Es wurden Sprachen wie Brook entworfen, welche die 3DPipeline völlig abstrahieren. Auch die Grafikkartenhersteller haben erkannt, dass sich hier ein neues Marktsegment für die eigentlich bereits existierende Hardware zu öffnen beginnt und veröffentlichen eigene Programmierumgebungen.

Niemand wartet gerne auf ein Ergebnis. So auch bei GALILEITM, einem Gerät, das zur Ausmessung der Hornhaut des Auges dient. Zur Verkürzung der Wartezeit auf die Bildverarbeitung von GALILEITM würde eine schnellere CPU nur sehr beschränkt beitragen. Im Gegensatz dazu versprechen die neu verfüg-baren Möglichkeiten zur Nutzung der Grafikkarte eine bedeutende Leistungssteigerung bei zugleich verhältnismässig geringen Beschaffungskosten. Grund genug, diese Möglichkeiten einmal genauer zu analysieren und zugleich anhand einer in GALILEITM anzutreffenden Problemstellung aufzuzeigen, was es konkret bedeutet, bestehende Bildverarbeitungsalgorithmen mit Hilfe von NVIDIA CUDA auf die Grafikkarte zu portieren.

Speed by GPU

Andreas Müller

1985

079 415 26 60

andreas.mueller [at] solnet.ch

Manuel Kötter

1984

078 656 00 53

m [at] koetter.ch

Informatik

Informatique

Aufsichtsbild mit PlacidoringenSpaltbild (Scheimpflug)

BI


IntroductionOn current operating systems every network transaction is controlled by the kernel network stack. Often the interface between user space and network stack is realized by a socket.Behind every network traffic a lot of handling is required according to the network protocols. Ethernet, ARP, IP, TCP, UDP and so forth. Most of the work is done by the network stack. As this is central and a highly sensitive concern to security, the stack is located in the kernel which is specially protected. This means we have no control of our data and what happens to it. Especially the receiving of packets without interaction of the kernel network stack is very hard. This situation could lead to unwanted responses to some requests. For standard usage, this is reasonable, but for some circumstances it could be disadvantageous. Examples where our approach could be used and would have advantages are with security (exploits of the network stack would have less serious consequences), with easy development of network protocols and with secu rity tools.

AnalyzesThe point of interest of this Thesis was to bypass the kernel network stack. To resolve this problem we have analyzed several approaches. We have chosen TAP (virtual network device driver) as our base out of four analyzed technologies (netchannels, raw sockets, modified network driver, TUN/TAP).

RealizationOur final solution consists of several parts. A daemon, a library and a client. We combined the most

suitable methodology to get a solid base which would be easy to use and would allow further development. We built up a library to make it possible to turn on and off the desired functionality without affecting the daemon. If something other than a network stack is wanted or an other project would want to extend the functionality, it would be realizable without much difficulty. The whole initialization happens within the daemon and all the modifications are included in the library.

Networking / Adrian GschwendExpert: Prof. Dr. Torsten Braun, University of Bern

The Integrated Alternative Network Stack in User Space is a technology that provides a network stack in user space. In most of today's operating systems the network stack is located in the kernel space. This bachelor thesis is a proof of concept for a user space network stack which could have advantages in security and educational purposes. We have analyzed different approaches in the context of bypassing the kernel network stack and tried to find a direct way from network card to user space without interaction of the kernel network stack.As a result of this research we have paid special attention on virtual network device drivers and created our own method of resolution based on them.

IANUS

Thierry Tschanz

1981

tscht [at] gmx.ch

Urs Krebs

1982

ukrebs [at] gmx.net

Informatik

Informatique

IANUS scheme

BI

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Das auf WebServices basierende Framework, erlaubt es, Geräte von unterschiedlichen Herstellern sowohl als InformationsKonsumenten als auch als InformationsProduzenten anzubinden. Die Informationen sind mit geographischen Merkmalen ausgestattet, wodurch diese von mobilen Geräten ortsabhängig gefiltert und angezeigt werden können. Der Benutzer dieses Frameworks hat die Möglichkeit, an einem beliebigen Ort alle in der Nähe zur Verfügung stehenden Informationen und Dienste direkt zu konsumieren.

Location Based InformationPrimäres Ziel des LBS Frameworks ist es ortsbasierte Informationen zur Verfügung zu stellen. Unter einer Information wird zum Beispiel ein Taxi, Restaurant oder eine Staumeldung verstanden. Solche Informationen werden nachfolgend als Serviceobjekte bezeichnet. Diese Service objekte können beliebig definiert werden und mit Hilfe von Metadaten genau beschrieben werden. Metadaten dienen dazu, Serviceobjekte, Services und Nachrichten generisch mit Informationen (Text, Bilder etc.) zu erweitern.

GPS-TrackingIst ein Serviceobjekt mobil (Taxi, LKW etc.) muss dieses die Möglichkeit haben, seine aktuelle Position dem Framework mitzuteilen. Dazu wurde ein WebService entwickelt, welcher es ermöglicht diese GPS Daten zu empfangen und zu verarbeiten.

MessagingService, Serviceobjekte und Benutzer können untereinander Nachrichten verschicken und gegebenenfalls darauf antworten. Eine Nachricht kann sowohl eine einfache als auch komplexe Information sein. So kann das Messagingmodul auch dazu verwendet werden, Aufträge an Serviceobjekte zu senden (Disposition).

SearchengineDie Searchengine ist die zentrale Verarbeitungsstelle der Suche. Sie kann Abfragen (z. B. die Suche nach einem italienischen Restaurant im Umkreis von 500 Metern einer bestimmten Position) absetzen und gefundene Objekte (Service, Serviceobjekte, Nachrichten) zurückgeben. Auch das Zusammenstellen und speichern von Abfragen ist mit Hilfe der Searchengine möglich.

Mit der Verbreitung von intelligenten mobilen Geräten, die sowohl über integrierte GPS-Empfänger verfügen sowie zum Teil auch Kommunikationsverbindungen ins Internet anbieten, eröffnet sich ein neues Anwendungsgebiet im Bereich Mobile Computing. Informationen und Dienste können nun po-sitionsgebunden direkt auf einem mobilen Gerät verfügbar gemacht werden. Zudem erlaubt es die Technologie, dass Konsument sowie Produzent der Information mobil sind. Durch die Vielzahl von Service-Anbietern und unterschiedlichen Plattformen, auf denen die Dienste angeboten werden hat, der Konsument keine Möglichkeit, einfach auf alle verfügbaren Informationen zuzugreifen.

Location Based Services / Michael RöthlinExperte: Dr. Andreas Spichiger, Die Schweizerische Post

Generic LBS-Framework

Alain Preibsch

1984

lbsframework [at] gmail.com

Christoph Mäder

1984


Michael Läderach

1984


Informatik

Informatique

Beispiel Szenario: Taxi Sevice

BE


Mit steigender Relevanz und Kundenwirksamkeit einer Applikation, steigt auch das Bedürfnis nach einerseits Messbarkeit und andererseits der Steigerung und Sicherstellung der Qualität ebendieser Applikation. SoftwareTesting ist demnach eine analytische Massnahme zur Sicherstellung dieser Softwarequalität. Die beiden erwähnten Bedürfnisse können in den verschiedenen Phasen eines Projekts unterschiedlich stark von Bedeutung sein: So können durch SoftwareTesting bereits während der Entwicklungsphase mögliche Designfehler erkannt und vermieden werden; es dient als konstruktive Unterstützung. Während dem Betrieb kann die Qualität und die Funktionalität einer Software gemessen und entsprechend darauf

reagiert werden, wodurch SoftwareTesting als analytisches Instrument dient.

Kosten für ÄnderungenDer Einsatz von UnitTests ist mit Mehraufwand verbunden, soviel steht fest. Typischerweise sind dies ungefähr 20% der Entwicklungskosten eines Informatikprojekts. Entwickler wie Projektleiter weltweit sind sich aber einig, dass die Kosten für Änderungen während eines Projekts exponentiell steigen, je später im Projektzyklus sie durchgeführt werden müssen. Ziel wäre es also, die Änderungskosten stets gering zu halten. Aus diesem Grund ist ein WasserfallModell für Informatikprojekte ungeeignet. Ein agileres Modell wie TestDriven Development (TDD) mit TestFirst

bietet mehr Vorteile. UnitTests und die dadurch entstehende TestSuite (TestBibliothek) sind hierbei ein nützliches Instrument.

Vorteile von TDDDurch das iterative Vorgehen und die stetige Erweiterung der TestSuite wird verhindert, dass neue Funktionen Fehler in bestehende Module einer Applikation einführen. Ebenfalls werden mit TDD Probleme des SoftwareDesigns früh im Entwicklungszyklus gefunden, womit die Kosten für Korrekturen gering gehalten werden können, was wiederum direkt in Kosteneinsparungen resultiert. Das SoftwareDesign wird ebenfalls verbessert, da man gezwungen ist, den Code flexibler und besser testbar zu gestalten.

Empfehlung an die AbteilungTestDriven Development bietet viele Vorteile, weshalb UnitTesting in Zukunft vermehrt eingesetzt werden sollte. Hierbei spielen die verwendeten Tools eine zweitrangige Rolle. Wichtiger sind die Veränderungen im Denk und Entwicklungsprozess der gesamten Abteilung. Gänzliches Weglassen von automatisierten Tests spart zwar etwas an Mehraufwand, kann sich aber zu einem späteren Zeitpunkt mit einem Vielfachen an höheren Korrekturkosten rächen.

In dem sich rasch wandelnden Umfeld der Informationstechnologie ist die ste-tige Sicherstellung der Softwarequalität eines der obersten Ziele. So auch bei der Abteilung Microsoft.Net der Schweizerischen Post, wo Webapplikationen mit ASP.Net C# entwickelt werden. Für das Testing fehlt der Abteilung bis heute je-doch ein standardisiertes Vorgehen: Je nach Entwickler und Kunde werden Tests sehr pragmatisch angegangen, was zu unterschiedlicher Software- Qualität führt. Mit dieser Bachelor-Thesis wurde analysiert, wie Unit-Tests in den Soft-

wareentwicklungsprozess bei IT13 eingefügt werden können und welche Vorteile/Risiken eine solche Änderung der Prozessstruktur bringen kann.

Unit-Tests im Bereich .Net

SoftwareEngineering / Prof. Dr. Olivier BibersteinExperte: Dr. Simon Moser, The SEE Group

Moritz Leuenberger

1984

moritz.l [at] gmx.ch

Informatik

Informatique

Die Kosten für Änderungen im Verlaufe eines Informatikprojekts

BI


Die meisten Stadtführungen, ob in Papierform oder als Audio-Guide, folgen einer festgelegten Route. Das Konzept von ParEasy will diese Gegebenheit ändern, indem der Benutzer seine Führung selber gestalten kann.

www.pareasy.ch

Informatik / Betreuer: Rolf JuferExperte: JeanJacques Jaquier

ParEasy – CityGuide

Matthias Mahr

1980

079 325 27 82

matthias.mahr [at] munds.ch

MotivationIn der heutigen Zeit kauft sich der Besucher einer Stadt einen “traditionellen” Führer und mietet, wenn sich dies anbietet, einen AudioGuide, wenn er eine Sehenswürdigkeit besichtigt. Diese Lösungen sind aber eigentlich relativ “unflexibel”, deshalb meine Idee, die Gestaltung der Führung dem Benutzer zu überlassen und ihm das Resultat direkt mitzugeben.

ZielMein Hauptziel war es, einen multimedialen und personalisierbaren CityGuide zu schaffen. Über die jeweilige Webseite kann sich der Besucher einer Stadt bereits zu Hause über mögliche Routen sowie Sehens würdigkeiten und interessante Plätze informieren und somit

vor seiner Abreise ein individuelles Programm zusammenstellen. Mit Hilfe der webbasierenden Lösung trifft er seine Wahl; die Führung wird ihm dann für seinen mobilen Player zur Verfügung gestellt. Für den Betreiber der Webseite soll es zudem einfach sein, neue Inhalte hinzuzufügen und bestehende anzupassen. Dies soll aktuelle und ständig erweiterte Informationen garantieren.

UmsetzungIm Rahmen meiner BachelorArbeit habe ich den webbasierenden CityGuide konzipiert, umfangreiche Studien ausgearbeitet und anschliessend eine BetaVersion erstellt. Ich habe mich bei der Umsetzung für die Programmiersprache Ruby on Rails entschieden.

Weiterentwicklung während der DiplomarbeitDie Inhalte sollen vorerst auf iPods übertragen werden können. Zu einem späteren Zeitpunkt wäre auch der Einsatz von multimedialen GPS gedacht. Weiter soll die Möglichkeit getestet werden, den CityGuide für die iPhones und iPod touchs von Apple anzubieten. Mit diesen Geräten bestehen weitere sehr interessante Möglichkeiten, den CityGuide mit zusätzlichen Funk tionen zu versehen. Beide Geräte sind im Grunde MiniComputer; sie eröffnen damit die Möglichkeit, eine Anwendung direkt auf den tragbaren Geräten laufen zu lassen.

Informatik

Informatique

BE


La plupart des visites guidées de villes, en format papier ou comme audio guide, suivent un itinéraire donné. ParEasy souhaite modifier cette réalité en permettant aux utilisateurs de concevoir eux-mêmes leurs visites guidées.

www.pareasy.ch

Informatique / Responsable: Rolf JuferExpert: JeanJacques Jaquier

ParEasy – CityGuideInformatik

Informatique

BE

MotivationActuellement, le visiteur d’une ville achète un guide “traditionnel” ou loue, quand cela est proposé, un audio guide pour visiter un monument particulier. Ces solutions ne permettent toutefois pas d’être flexibles. C’est pourquoi il m’est venu l’idée de donner aux visiteurs la possibilité de créer leurs propres guides et de leur fournir le résultat.

ObjectifMon objectif principal a été de réaliser un city guide multimédia et personnalisé. Par un site web, le visiteur d’une ville peut s’informer avant son départ des itinéraires possibles, ainsi que des monuments et lieux d’intérêt à visiter. Il peut ainsi, en amont de son séjour, composer un programme sur mesure. Le visiteur

fait son choix à l’aide d’une solution web; le résultat est ensuite mis à disposition et il peut charger son guide individuel sur son baladeur.

RéalisationJ’ai conçu le city guide basé sur le web dans le cadre de mon travail de bachelor. Pour cela, j’ai effectué plusieurs études à grande échelle et j’ai réalisé ensuite une version bêta de la solution. J’ai choisi, pour la réalisation, le langage de programmation Ruby on Rails.

Développement dans le cadre du travail de diplômeDans un premier temps, les contenus peuvent être téléchargés sur un iPod. Par la suite, l’usage de GPS multimédia est également envisageable. En outre, je souhaite tester

la possibilité de proposer un city guide compatible avec un iPhone ou un iPod touch d’Apple. Ces outils permettraient notamment d’ajouter des fonctions intéressantes au city guide. Il s’agit, en effet, de miniordinateurs qui permettent de faire fonctionner une application directement sur le baladeur.


Warum?Schon lange existieren Dienste, welche es ermöglichen SMS über eine Webseite oder via EMail zu versenden. Anbieter, die entsprechende Dienste anbieten, haben sich ihren Platz auf dem Markt längst gesichert.Es stehen viele Applikationen zur Verfügung, mit denen man diese Dienste nutzen kann. Für Mobiltelefone findet man erstaunlicherweise fast keine Anwendungen, welche IPbasierte SMSDienste nutzen. Dies wollen wir mit dem Projekt SMSoverIP ändern.

Was?In erster Linie zielte unsere Arbeit darauf ab, ein geeignetes Protokoll zu entwickeln, welches erlaubt, auf einfache und sparsame Weise Nachrichten zu übermitteln und Bestätigungsmeldungen zurückzu

schicken. Im nächsten Schritt wurde ein Server geplant und entwickelt, welcher einerseits das SOIProtokoll versteht und andererseits in der Lage ist, beliebige SMSGateways anzusprechen. Schliesslich haben wir eine ClientApplikation entwickelt, mit welcher sich der SMSoverIPDienst nutzen lässt.

Wie?Kern unserer Arbeit sollte das selbstentwickelte SOIProtokoll sein. Unser Ziel war es, die Komplexität und den Umfang unseres Protokolls auf ein Minimum zu beschränken. Klar war, dass es über HTTP oder HTTPS einsetzbar sein soll. Weiter legten wir fest, dass die Adressierung der Nachrichten über die Mobilfunktelefonnummer geschehen soll. Weil das HTTPProtokoll nicht verbindungsorientiert ist, mussten wir unserem Protokoll

eine Session hinzufügen. Damit der Server einem angemeldeten Client jederzeit eine Nachricht schicken kann haben, wir einen CallbackMechanismus vorgesehen. Das heisst, dass der Client einen Aufruf an den Server macht, welcher so lange blockiert wird, bis der Server eine Nachricht an den Client schicken möchte.

Mit den folgenden Frameworks und Technologien haben wir einen Server und einen Client für das SOIProtokoll gebaut:

Client .Net 3.5 & NetCF 3.5 CryptoAPI Mono Silverlight J2ME

Server ServletContainer (Bsp: Apache

Tomcat) Spring Spring Web Flow / MVC JPA (Java Persistence API) Hibernate HSQLDatenbank

Bislang konnten wir die erste Version des Servers und einen ersten PCClient in C# implementieren. Das Projekt wird fortgesetzt, weitere Informationen erfahren Sie auf der SMSoverIPWebseite.

Projektwebseite: http://smsoverip.sourceforge.net

Der Siegeszug von IP-basierten Diensten macht auch vor dem Mobilfunkbereich nicht Halt. In letzter Zeit überbieten sich die marktführenden mobilen Telekommunikationsanbieter mit immer schnelleren und billigeren Datenabonnementen. Im Bereich SMS tut sich gleichzeitig vergleichsweise wenig. Die Preise für das Versenden von SMS bleiben konstant auf hohem Niveau.Vergleicht man die Übermittlungskosten einer einfachen SMS mit dem entsprechenden Daten volumen über ein mobiles Internetabonnement, entdeckt man enorme Preisunterschiede.

Software Engineering & Mobile Kommunikation / Prof. Dr. Arno SchmidhauserExperte: JeanJaques Jaquier

SMSoverIP, SMS zum Datentarif

Sepp Hannes Renfer

1979

078 854 10 72

sepp.renfer [at] gmail.com

Daniel Marthaler

1978

079 549 94 47

info [at] macart.ch

Informatik

Informatique

BE


ContexteLes systèmes de votes électroniques commencent gentiment à apparaître dans la vie des citoyens. De plus en plus de cantons (niveau suisse) et pays (niveau international) créent et testent des systèmes d’Evoting. Les études et résultats de ces tests prouvent que le taux de participation augmente grâce à la votation via Internet et que les gens qui ont été sondés, disent apprécier ce nouveau système. C’est donc dans ce contexte de développement d’une nouvelle technologie de vote que nous avons réalisé notre thèse de bachelor. Nous avons développé un système servant de base de connaissances pour les études et implémentations futures.

Fonctionnement globalCette solution de vote par Internet a été réalisée dans le but de garantir l’anonymat des votants (pseudonymie). Pour ce faire, des codes d‘accès sont générés aléatoirement et sont distribués au citoyen. Grâce à ce système, il est impossible de lier un vote à une personne.Chaque transaction utilise de l‘XML-Encryption et XML-Si-gnature, ce qui permet de garantir la confidentialité et l‘intégrité lors de la communication. Les bulletins de vote sont cryptés chez le client via notre application et ne peuvent être décryptés qu’au moment du décompte (end-to-end Encryp-tion), ce qui garantie une sécurité optimale.

UtilisationConcrètement, la mise en place du système se fait en trois parties.La première est la génération des codes d’accès, c’est l’école qui s’en occupe via notre application. Il lui est possible de créer des codes d’accès pour chaque étudiant ou personne ayant le droit de vote. Une fois ces informations individuelles générées, chaque personne reçoit un courriel lui indiquant qu’une session de vote est ouverte.La deuxième partie se fait du côté élève (votant). Il télécharge notre application qui lui permettra de recevoir ses codes en toute sécurité. Une fois l’application téléchargée et ses informations personnelles entrées, il reçoit des codes d’accès le rendant totalement anonyme lors de la phase de vote.La dernière phase est le vote. L’élève (votant) télécharge une nouvelle application lui permettant de voter avec les codes d’accès récupérés ultérieurement.

Ce système garantit une sécurité optimale. L’utilisateur n’est pas connu lors du vote car un pseudonyme est utilisé et le transfert ne peut pas être écouté, le bulletin de vote étant crypté du client jusqu’à l’urne électronique où sont sauvegardés les votes.

Les systèmes de votes par Internet réalisés à l’heure actuelle rivalisent tous d’ingéniosité. Il en existe plusieurs versions différentes notamment à Neuchâtel et à Genève et sont un réel apport à la démo-cratie. En effet les sondages montrent un plus grand taux de participation lors de votes électroniques (E-voting). Cela prouve l’importance d'un tel système. Ce projet représente une version créée spé-cialement pour les écoles spécialisées suisses, il allie la facilité de mise en place et d’administration avec une sécurité solide et un coût d’exploitation raisonnable.

Informatique / Prof. Dr. Eric Dubuis, Prof. Gerhard HassensteinExpert: van der Kleij Han

E-voting

Marc Pietronigro

1986

076 338 12 67

marcpietronigro [at] gmail.com

Pablo Molina

1986

078 891 09 19

pab_mol [at] hotmail.com

Informatik

Informatique

BI

Diagramme UML de communication de notre système


Das existierende Framework und die vorhandenen Bots wurden von Studenten der HSR (Hochschule für Technik Rapperswil) entwickelt, hauptsächlich für Testzwecke und für Leute, die das Spiel gerne kennen lernen möchten. Es war am Anfang nicht sicher, ob sich die bekannten Ansätze der künstlichen Intelligenz überhaupt auf dieses Spiel anwenden lassen. Zum einen spielt der Zufallsfaktor eine grosse Rolle und zum anderen besitzt das Spiel durch die grosse Anzahl an möglichen Zügen eine hohe Komplexität, die es nahezu verunmöglicht zukünftige Spielsituationen voraus zuberechnen.

Der bestehende Bot war darauf ausgelegt, bei bestimmten Kombinationen von Figurpositionen und Karten ein bestimmtes Verhalten zu zeigen. Softwaretechnisch gesehen war das eine Aneinanderreihung von ifthenelse Anweisungen, was ein sehr starres Verhalten des Bots bewirkt hat. Unser Ansatz war, alle möglichen Spielzüge auszuführen und den resultierenden Spielzustand als Gesamtes zu bewerten. Dieses Konzept konnten wir schliesslich einfach auf klassische Spielalgorithmen wie den MiniMax erweitern.

Als nächstes stellte sich das Problem der hohen Komplexität des Spiels. Zur Vereinfachung haben wir generell immer angenommen, dass der Gegner alle möglichen

Karten in seiner Hand hält. Dieses Problem haben wir mit verschiedenen Ansätzen zu lösen versucht; erstens haben wir die Anzahl Spielkarten mittels Wahrscheinlichkeitsberechnungen bestimmt und zweitens konstruierten wir Bots, die nur eigene Züge berechnen und optimistisch davon ausgehen, dass der Gegner sich nicht bewegt.

Parallel zur Entwicklung von verschiedenen Spielalgorithmen erweiterten wir zudem unser Framework. Am Anfang konzentrierten wir uns hauptsächlich auf die neue, schnellere Datenstruktur, die einen grossen Einfluss auf die Geschwindigkeit unserer Algorithmen ausübt. Später

haben wir verschiedene Zusatzmodule entwickelt, wie z. B. eine Statistik über gespielte Spiele oder ein zusätzliches GUI. Am Schluss entstand eine unabhängige Gameengine, die nicht mehr auf das “Bodesuri”Framework angewiesen ist, aber weiterhin eine Anbindung unserer Bots ermöglicht.

Letztendlich ist ein Framework entstanden, in dem wir beliebige Bots gegeneinander spielen lassen und anhand der Statistik auswerten können, welcher sich besser geschlagen hat. Zusätzlich haben wir zehn verschiedene BotImplementationen entwickelt, die mit unterschiedlichem Erfolg dieses Spiel meistern.

DOG ist ein zunehmend verbreitetes Spiel aus der Schweiz, das eine gewisse Ähnlichkeit mit “Eile mit Weile” aufweist. Gespielt wird jedoch mit Karten anstatt mit Würfeln und je zwei Spieler bilden zusam-men ein Team. Dies führt zu wesentlich interessanteren taktischen Möglichkeiten.

Unser Ziel war es, mittels Techniken aus der künstlichen Intelligenz einen möglichst starken automatischen Spieler (Bot) zu entwickeln. Ausgangspunkt unserer Arbeit war ein

existierendes Framework (Bodesuri), das aber nur rudimentäre Bots zur Verfügung stellt. Durch die Tatsache, dass sich dessen Datenstruktur nicht optimal für unsere Algorithmen eignete, implemen-tierten wir die Spiellogik schliesslich selbst.

Künstliche Intelligenz / Dr. Rolf Hänni, Prof. Dr. Jürgen EckerleExperte: Dr. Andreas Spichiger, Postfinance

IntelliDOG

Christoph Tschui

1985

078 678 01 59

chtschui [at] bluewin.ch

Kathrin Schenk

1983

Thierry Peng

1983

thierry.peng [at] gmx.net

Informatik

Informatique

BI


Biometrie, die Vermessung von Lebewesen zwecks deren Identifikation, gewinnt in der heutigen Zeit der Überwachung und Automation immer mehr an Bedeutung. Diese Technologie ist nicht in allen Bereichen unumstritten, kann aber, wie hier gezeigt, artgerechtes Forschen unterstützen. Der Ocean Research and Education Society (ORES) ist es nun dank der Sliver Applikation möglich, ihren Walbe-stand zu katalogisieren und sich bei der Zuordnung unidentifizierter Individuen durch biometrische Vermessung unterstützen zu lassen.

Biometrieapplikation / Prof. Roger CattinExperte: Yves Petitpierre

Sliver – Whale Identification Database

Stephan Wyder

1982

sliverwhale [at] gmx.ch

Christian Ramseyer

1977

sliverwhale [at] gmx.ch

Informatik

Informatique

BE

Ba_dDES-15 aka Harrison

Die Grundlage: das Konturbild

AusgangslageORES untersucht unter anderem das Wanderverhalten von Zwergwalen im St. LorenzKanal in Kanada. Dazu müssen die auf den Untersuchungsausflügen gesichteten Wale identifiziert werden können. Die Beobachtung eines Wals wird jeweils mit Fotos sowie Hand und Audionotizen dokumentiert, damit die Auswertung zu einem späteren Zeitpunkt gewährleistet werden kann. Dabei tragen die Fotos einen wichtigen Beitrag zur Identifikation der Individuen bei.

Das Pendant zum mensch-lichen FingerabdruckZwergwale zeichnen sich durch eine oft sehr charakteristische Rückenflosse aus, welche sich beim Atmen und Fressen oberhalb des Wasserspiegels befindet. Daher liegt es nahe, dass man diese verwendet, um Wale zu unterscheiden. Flossen können Kerben und Narben enthalten, welche es ermöglichen, heraus

zufinden, um welchen Wal es sich handeln könnte. Diese Verletzungen sind aber nicht immer vorhanden, oder sie verändern sich im Laufe der Zeit. Dadurch ist man darauf angewiesen, die Form der Flosse allgemein zu charakterisieren.

Das VorgehenAus einem geeigneten Foto, welches den zu identifizierenden Wal möglichst rechtwinklig von der Seite zeigt, wird mit der Unterstützung des Benutzers die Kontur der Flosse extrahiert. Diese Flossenkontur bildet die Grundlage für die automatische Identifikation des Wals. Anschliessend wird die Kontur vermessen und die Resultate mitder Datenbankverglichen.

Die Sliver Applikation zeigt eine Liste der vorhandenen Wale auf, welche nach dem Gesichtspunkt 'Ähnlichkeit' sortiert ist. Der schlussendliche Entscheid, um welchen Wal es sich handelt, fällt nach wie vor der Benutzer. Er erspart sich jedoch die Arbeit, Konturbilder zu erstellen und hunderte davon manuell zu vergleichen, um Ähnlichkeiten herauszusuchen.

Die biometrischen MerkmaleUm einen Vergleich zu ermöglichen, muss als erstes die Flossenkontur mit Hilfe der Fourier Transformation normalisiert werden. Für die eigentliche Identifikation werden dann 5 Deskriptoren verwendet. Im Wesentlichen handelt es sich dabei um Distanzverhältnisse, Positionen von markanten Punkten und einem Winkel in der Spitze der Flosse. Damit ist es möglich, einen grossen Teil der sich auf den ersten Blick sehr ähnlichen Walflossen zu unterscheiden.


EinführungIn den letzten Jahren nahm die Popularität elektronischer Wahl und Abstimmungssysteme stetig zu. Während einige Staaten solche Sys teme bereits auf nationaler Ebene einsetzen, sind andere wie z. B. die Schweiz oder Österreich deutlich zurückhaltender, und das nicht ohne Grund.Viele Vorteile sprechen für den Einsatz elektronischer Wahlsysteme anstelle des traditionellen, papierbasierten Wahlvorgangs. Mit der Möglichkeit der Wählerinnen und Wähler, ihre Stimme bequem von zu Hause aus abzugeben, können z. B. auch Personen erreicht werden, deren Mobilität aufgrund von Krankheit oder Unfall eingeschränkt ist. Ausserdem kann der administrative und zeitliche Aufwand bei der Auszählung erheblich verringert werden, da bereits die Ersterfassung der Stimmen auf elektronischem Weg erfolgt.Demgegenüber stehen allerdings grosse Bedenken, was die Sicherheit betrifft. Die NichtKontrollierbarkeit des Internets ist dabei nur ein Aspekt. Ebenso zu berücksichtigen sind z. B. die Gefahr vor systematischen, automatisierten Wahlmanipulationen in grossem Stil, die potenziell unsicheren Computer der Wählerinnen und Wähler, die eindeutige Identifizierung von Wahlberechtigten bei gleichzeitiger Anonymität der Stimmabgabe usw.

ZielsetzungZiel ist es, ein EVotingSystem zu schaffen, das über genügend Sicherheit verfügt, um sowohl von Fachleuten wie auch von Wählerinnen und Wählern als vertrauenswürdig eingestuft zu werden. Der Quellcode und das Design sollen frei zugänglich sein.

ApplikationDie Applikation gibt die Möglichkeit, die Daten am Anfang der Wahl einzupflegen und bis zur Ende der Wahl nicht mehr daran denken zu müssen. Dem Wähler steht die Möglichkeit frei, übers Internet oder das lokale Intranet einen persönlichen, jedoch vollständig anonymen Stimmausweis, dank der blinden Signatur des Registrierung

Servers, zu beantragen. Später kann er gegen Vorweisen dieses Ausweises seine Stimme beim EVotingServer abgeben.Am Ende der Wahl werden die Resultate veröffentlicht und den Wählern die Möglichkeit gegeben, diese zu überprüfen.

TechnologieAuf der Kommunikationsebene wird mit SSL gearbeitet. Weil dies aber nicht in allen Fällen ausreichend ist, bietet sich der Einsatz von XMLSecurity an, welche im Zusammenspiel mit WSSecurity sehr flexible Möglichkeiten für die Datenübertragung und Sicherung bietet. Clientseitig wird dank JavaTechnologie eine gewisse Plattformunabhängigkeit erreicht.

Das E-Voting-Projekt ist ein vollständig elektronisches, per Internet zugängliches Abstimmungs-system, welches primär für den Einsatz im universitären Umfeld entwickelt wird. Mittels starker Krypto graphie und ausgefeilten Protokollen sollen Sicherheitsziele wie Anonymität der Abstim-menden, Verhinderung von Stimmenkauf oder von Wahlmanipulationen und Nachvollziehbarkeit des Ergebnisses erreicht werden. Das E-Voting-Projekt baut auf einem an der Wirtschaftsuniversität Wien entwickelten System auf, ist jedoch schlanker und einfacher als dieses. Seine Schlüsselmerk-male sind der Verzicht auf eine PKI, der Einsatz von blinden Signaturen sowie die Entkopplung von Registrierungs- und Abstimmungsvorgängen.

WSSecurity / Prof. Dr.Eric Dubuis, ITSecurity / Prof. Gerhard HassensteinExperte: Han van der Kleij, RTC Real Time Center

Heinz Reno Wittig

1982

heinz.wittig [at] bluewin.ch

Adrian Rühl

1974

adrian.ruehl [at] gmx.net

Informatik

Informatique

BE

System


IntroductionL’intérêt de mettre en place une authentification unique dans une entreprise permet de régler certains problèmes, comme le fait de se connecter à chaque service à l’aide d’un mot de passe différent, de donner du travail supplémentaire au service de maintenance, pour gérer la perte de mot de passe et encore d’utiliser des codes secrets trop simples pour pouvoir s’en souvenir. C’est pourquoi l’authentification unique apporte un grand bénéfice pour l’entreprise en permettant de ne se connecter qu’une seule fois à l’aide d’un nom d’utilisateur et mot de passe pour accéder à

tous les services disponibles. Ces services pour une école sont par exemple les activités de l’entreprise, les annuaires et l’espace personnel au travers de partages. Nous allons voir dans les prochains points, le travail effectué pour cette thèse.

Étude des SSO et de ShibbolethUne étude des SSO existants a été faite dans cette thèse. Shibboleth qui a été vu en profondeur, est utilisé dans 75% des hautes écoles en Suisse et permet le partage de ressources numériques en ligne entre différents établissements n’utilisant pas forcément le même service d’authentification.

Intégration des machines dans Active DirectoryDans le cadre de l’authentification unique, il fallait trouver une solution pour utiliser un seul compte utilisateur sur différentes machines tout en ayant accès aux différents partages et services. C’est pourquoi, nous avons intégré toutes les machines dans Active Directory pour permettre l’authentification unique à l’aide de l’annuaire LDAP (Active Directory). L’utilisateur s’authentifie lors de la phase de login, puis accède aux services et partages qu’il souhaite sur n’importe quelle machine sans nouvelle demande de mot de passe. Les machines ayant été intégrées sont : Windows XP, SUSE 10.3, Ubuntu 7.10 et Fedora 8.

Code java pour l’authentification sur l’annuaire LDAPCette partie de travail consistait à faire un code Java pour s’authentifier sur l’annuaire LDAP à l’aide d’une page web. Pour cela l’annuaire JNDI a été utilisé dans le code Java et Tomcat en tant que serveur web a permis de déployer les servlets. L’utilisateur s’authentifie sur la page à l’aide de son compte Active Directory, puis peut accéder à des ressources protégées sans se reconnecter tant que la session ou le navigateur ne sont pas clos.

L’authentification unique dans une entreprise apporte notamment une plus grande simplicité pour les utilisateurs et une administration plus facile à gérer. Pour la thèse de bachelor, différents types de SSO (Single Sign On) et logiciels ont été étudiés, et plus particulièrement le système Shibboleth pour l’authentification unique entre établissements. La mise en œuvre consiste à faire l’authentification unique sur un annuaire LDAP, en l’occurrence Active Directory, dans un portail où plusieurs systèmes d’exploitation cohabitent, ainsi qu’une page web en Java pour s’authentifier sur Active Directory.

Authentification unique / Prof. Dr. Abdelatif MokeddemExpert: M. JeanMarie Leclerc, directeur du Centre des Technologies de l'Information (CTI) de l'État de Genève

Authentification unifiée dans un portail

Vasupree Ryser

1985

078 745 43 31

vasupree [at] hotmail.com

Informatik

Informatique

BI

Schéma du réseau utilisé


EinführungGing es früher noch darum, mit einer erfolgreichen Schadsoftware Ruhm zu ernten, treten heute finanzielle Interessen in den Vordergrund. Eine breite Auswahl steht den Internetkriminellen zur Verfügung. Kriminelle Organisationen haben vieler lei Möglichkeiten dritte finanziell zu schädigen und auszubeuten. Schadsoftware Architekturen, welche raffinierte Tricks einsetzten um unerkannt zu operieren; AntiAntiVirenerkennungs Garantien und Dienstleistungen und sogar Produkte welche die Schadsoftware unbemerkt auf den PCs der Opfer installieren, so genannte Malware Distribution Kits.

Reverse Code EngineeringReverse Code Engineering (RCE) ist ein etabliertes Verfahren, um Struktur und Verhalten von Software zu verstehen, ohne dass der Quelltext vorliegt. Eine Vielfalt von mächtigen Werkzeugen steht zur Verfügung, um das Verhalten eines Programms zu studieren. Diese Techniken wurden in der Arbeit zur Analyse einer Schadsoftware angewendet. Leider wissen die Autoren von Schadsoftware über Reverse Code Engineering bestens Bescheid und tun alles, um die Analyse so schwierig wie möglich zu gestalten. In der Arbeit werden diese Probleme und Techniken erklärt und die Vor und Nachteile dieser beschrieben.

AnalyseEine Schadsoftware die zum Diebstahl von OnlineBankkontodaten verwendet wird, wurde in der Arbeit analysiert und erläutert. Massnahmen, die diesen Prozess erschweren, werden erläutert und diskutiert. Durch die, in dieser Arbeit gefundenen Wege ist es ausserdem möglich, diese Software noch genauer zu analysieren.

Wichtige Infrastrukturen sind mehr und mehr vernetzt, um den Ansprüchen der modernen Welt ge-recht zu werden. Schadsoftware aus der ganzen Welt ist eine Bedrohung für diese Infrastrukturen. In den letzten Jahren hat sich der kriminelle “Untergrund” immer weiter professionalisiert. Es ist daher äusserst wichtig, Möglichkeiten zu haben neue Schadsoftware zu verstehen, was ihre Ziele sind, wie sie sich ausbreitet und welchen Schaden sie anrichten kann.

ITSecurity / Dr. Endre Bangerter, IndustrieBerater: S. BurschkaExperte: Stefan Brunner El. Ing. HTL/NDSE

Reverse Engineering von Malware

Till Salzgeber

1984

till.salzgeber [at] gmail.com

Informatik

Informatique

BI

Aufrufgraph einer analysierten Subfunktion


Die Informatik sollte dem Menschen die Arbeit erleichtern. Aus diesem Grund werden Programme entwickelt. Wenn aber die Verwendung von Computern die Arbeit nicht erleichtert, sondern er-schwert, wird diesem Vorsatz nicht Rechnung getragen. In einer Firma mit einem ERP-System werden Rapporte von den Mitarbeitenden erfasst, ausge-druckt und an eine Stelle weitergeleitet, wo diese Daten im zentralen System wiederum erfasst werden. Dieser Umstand kostet Papier, Zeit und Ressourcen. Die komfortabelste Lösung bietet ein Webportal für die Erfassung der Rapporte der einzelnen Mitarbeitenden und eine direkte Kommuni-kation mit der Microsoft Dynamics NAV Datenbank.

Papierlose RapportierungDie Erfassung der Rapportierung erfolgt in einer Excelliste und wird nach dem Ausdruck auf Papier durch die erneute manuelle Erfassung in die zentrale Datenbank eingegeben. Eine direkte Erfassung in Microsoft Dynamics NAV hätte einen enormen Anstieg der Lizenzkosten zur Folge. Eine Schnittstelle für die Exceldatei wird nicht als gute und vor allem nicht als endgültige Lösung angesehen, da die Dateien nicht zentral abgelegt werden. Benötigt wird ein Programm, auf das jeder Mitarbeitende zugreifen kann, ohne dass

sich, die Anzahl der Microsoft Dynamics NAV Benutzer erhöht.Eine fremde Applikation einzusetzen setzt eine Schnittstelle zu der Microsoft Dynamics NAV Datenbank voraus und eine vollständige Integration kann so nicht erreicht werden.Als Lösung bietet sich eine Internetseite an. Jeder Mitarbeitende erhält einen Zugriff und kann seine geleisteten Stunden erfassen. Diese Daten werden direkt in die zentrale Datenbank übertragen. Nach einer Onlinevisierung durch den Vorgesetzten werden sie weiterverarbeitet.

Kommunikation mittels MSMQIn der Anforderungenanalyse wurden verschiedene Möglichkeiten für die Kommunikation der Webseite mit Microsoft Dynamics NAV geprüft. Als beste Lösung hat sich MSMQ (Microsoft Message Queue) herausgestellt. MSMQ ist eine von Microsoft zur Verfügung gestellte Schnittstelle für die asynchrone Kommunikation mit der Datenbank. Für den Einsatz des ERPSystems von Microsoft wird eine Windowsplattform vorausgesetzt. Windows kann deshalb auch als Technologie für die Kommunikation mit einer externen Applikation eingesetzt werden. Mit der Unterstützung des Applikationsservers wird in der Datenbank ein Zugriff vorgenommen und die Kommunikation zwischen der Datenbank und dem Webportal kann erfolgen. Benötigt wird somit nur eine Benutzer lizenz. Die Mitarbeitenden können bei vorhandener Internetverbindung von überall in der Welt ihre geleistete Zeit erfassen. Ebenso können Vorgesetzte die Rapporte visieren. Damit wurde eine einfache und kosten günstige Lösung für die Erfassung der Arbeits rapporte gefunden.

Nachfolgende DiplomarbeitDie BachelorThesis umfasst die konzeptionelle Arbeit und den Nachweis der technischen Realisierbarkeit. Die Umsetzung der Weblösung wird im Rahmen einer Diplomarbeit mit Visual Studio 2008 und .NET erfolgen.

Kommunikation mit Microsoft Dynamics NAV / Prof. Dr. Urs Sauter Experte: Thomas Jäggi, BKW Bern

DynamicTime

Miriam Marlen Schluep

1977

miriam.schluep [at] gmail.com

Informatik

Informatique

BI


Die PET/CTUntersuchungen werden inzwischen regelmässig zur Therapiekontrolle bzw. zur Kontrolle des Verlaufs einer Erkrankung eingesetzt. Dies führt zu mehrfachen Untersuchungen eines Patienten.Das Ziel dieser Arbeit ist, eine Software zu entwickeln, welche die RePositionierung eines Patienten bei wiederholten Untersuchungen erleichtert und verbessert. Mittels Bilddaten, die durch unterschiedlich positionierte Kameras angefertigt werden, soll dem Assistenten ein Hilfsmittel für die PatientenPositionierung gegeben werden. In erster Linie wird diese Positionierung über optisches Feedback erfolgen z.B. über einen Bildschirm im PET/CT Raum. Die Bildgebung soll durch mehrere Kameras erfol

gen, welche gleichzeitig ein Bild des Patienten aus verschiedenen Blickwinkeln aufnehmen. Aus den so entstandenen Bilddaten lassen sich sowohl 2D, als auch 3D Informa tionen extrahieren, welche über die Unterstützung der Patientenpositionierung hinaus für verschiedenste Einsatzzwecke in der Diagnostik oder zur Unterstützung einer Biopsie dienen könnten.Wir haben einen Aufbau der 5 Kameras mit Schiene und ein kleines GUI mit welchem man die Kameras ansteuern kann entwickelt. Zudem haben wir mit verschiedenen Algorithmen durch OpenCV die Möglichkeit, einzelne Gesichtsmerkmale (z.B. Nase oder Ohren) zu erkennen und als Struktur über dem Live Bild darzustellen.

Mit Hilfe von digitaler Bilderfassung und Verarbeitung soll die Re-Positionierung von Patienten bei wiederholten PET/CT Untersuchungen verbessert werden. PET/CT ist ein Kombinationsgerät aus Positronen-Emissions-Tomographie und Computertomogra-phie und wurde erst im Jahr 2001 in die klinische Routine eingeführt.Die Vorteile der gleichzeitigen Erfassung anatomischer und funktionaler Eigenschaften des Gewe-bes führten zu einer schnellen Verbreitung dieser Untersuchungsmethode.Genauere Positionierungen ermöglichen eine bessere Beurteilung des Krankheitsverlaufs.

Registrierung der Patientenposition für PET/CT UntersuchungenAuftraggeber: Thilo Weitzel, Inselspital Bern, Abteliung für Nuklearmedizin | Experte: Yves Petitpierre

PetPos

Tobias Schwarz

Informatik

Informatique

BI

Dieses Projekt wurde zu dritt gestartet. Die 2 anderen Teammitglieder (Jörg RuppeTanner, Roman Schmid) sind von der Software Schule Schweiz und haben ein anderes Abgabedatum, ca. 2 Monate später. Deswegen ist die Arbeit noch nicht vollständig.


AusgangslageDie Firma Datasport ist seit 25 Jahren in der Zeitmessung und Datenverarbeitung von Breitensportanlässen tätig. Für die Erstellung von Ranglisten und Statistiken wurde bis anhin eine firmeneigene Software verwendet, die den Export von Listen in verschiedene Ausgabeformate wie CSV ermöglicht. Oft beziehen Journalisten die Resultate von Sportanlässen noch an der jeweiligen Veranstaltung direkt von den anwesenden Mitarbeitern von Datasport. Dies bedeutet allerdings für letztere einen enormen

Zusatzaufwand, weil die Resultate oft nach bestimmten Kriterien gefiltert werden müssen, die wiederum häufig zu wenig präzise formuliert sind, sodass im Nachhinein unter Zeitdruck noch zusätzliche Exporte nachgeliefert werden müssen. Im vorliegenden Projekt wurde nun ein Portal konzipiert, das es Journalisten erlaubt, Startlisten, Ranglisten sowie Statistiken zu grösseren Events selbständig in einem Webbrowser zusammenzustellen und in der gewünschten Formatierung herunterzuladen.

ZielErklärtes Ziel des Projekts war, die bestehende Applikation in einer Weise neu zu konzipieren, dass

heutigen Anforderungen bezüglich Benutzerfreundlichkeit, Sicherheit und Vertraulichkeit bei der Datenbearbeitung und übermittlung über das Internet Rechnung getragen wird. Ausserdem sollte eine Schnittstelle zur (existierenden) ResultateDatenbank geschaffen werden, die es Journalisten ermöglicht, Daten selbst auszuwählen. Dabei musste sowohl eine Selektion nach Kategorie, Land, Kanton oder Postleitzahlbereich der Teilnehmer als auch eine Auswahl der Darstellungsparameter (Feldtrennung per Tabulator, per Komma oder über fixe Tabellenbreite) angeboten werden.

UmsetzungAufgrund firmenspezifischer Vorgaben wurde die Lösung in der Programmiersprache Delphi in Zusammenspiel mit ASP .NET implementiert. Auf dieser Plattform wurden im Rahmen der Bachelorarbeit auch umfangreiche Versuche zur Optimierung der Datenaufbereitung durchgeführt. Die entwickelte Server komponente erhält Daten direkt aus einer Zeitmessapplikation (via EMail) und übernimmt das Parsing und das Eintragen in die Datenbank. Die von Journalisten in der ResultateDatenbank selektierten Daten werden im WebClient zwecks interaktiver Formatierung mit AjaxTechnologie (d. h. ohne störendes Neuladen) in einer VorschauWebseite angezeigt. So sehen Interessenten jederzeit die aktuell eingestellte Ansicht am Bildschirm, unter Verwendung von Echtdaten.

Die Internet-Abfrage des eigenen Resultats nach Sportanlässen ist für viele Breitensportler eine wichtige Bestätigung und eine Vergleichsmöglichkeit mit ihrer Konkurrenz. Allerdings ist es je nach Sportart nicht immer einfach, die geeignete Form der Aufbereitung und Darstellung zu finden. Noch schwieriger ist es für (Sport-)Journalisten, die Resultate in kurzer Zeit in eine für die Darstellung in einer Zeitung geeignete Form zu bringen. Daher wurde in diesem Projekt ein webbasiertes Portal für die Selektion und schnelle Aufbereitung von Resultaten geschaffen, das eine intuitive und einfache Bedienung erlaubt.

Informatik / Prof. Michael RöthlinExperte: John Schaer

Entwicklung eines Presse-Tools zur Resultateabfrage

Michael Waehli

1980

079 694 70 26

michael [at] waeh.li

Informatik

Informatique

BI

Funktionsweise des PRESS-Importers


ProblemstellungEs existieren bereits viele Messstationen, die unabhängig voneinander Messdaten sammeln, welche meistens nur für proprietäre Systeme interpretierbar sind. Um an die Messungsdaten zu gelangen, muss für jede Applikation eine Schnittstelle zu den Messstationen entwickelt werden. Es fehlt eine einheitliche Beschreibung der Messdaten und der Gebäude. Diese könnte bei einer zentralen Registrierungsstelle im Web gespeichert werden. Dadurch wären alle Informationen zu einer Messstation und deren Messdaten übers Internet erreichbar und jederzeit abrufbar.

LösungsansatzUm dieses Problem der verteilten und nicht standardisierten Daten in den Griff zu kriegen, braucht es eine Technologie die sehr flexibel ist. Es bietet sich das semantische Web an zur Beschreibung der stetig ändernden, technischen Umwelt. Mit diesem Thema befasst sich das EUProjekt STEN (http://www.sten.eu). Diese Vereinigung von Experten versuchen ein Beschreibungsvokabular zu kreieren, um technische Welten zu beschreiben. Auf diesem Vokabular basiert dieses Projekt.Da mit dem semantischen Web logisches Wissen vermittelt wird, lassen sich auch logische Schlussfolgerungen ermitteln. Es wird ver

sucht, diese verteilten Daten durch Regeln qualitativ zu verbessern, um schlussendlich auf ein gewünschtes Resultat zu kommen. Dies wird mit der RuleEngine vom JenaFramework umgesetzt. Das JenaFramework ist eine JavaSchnittstelle zu den Technologien des semantischen Web.

UmsetzungEs wurde eine Website mit JSF (Java Server Faces) entwickelt. Über diese hat ein Gebäude besitzer die Möglichkeit, seine Daten zum Gebäude zu beschreiben. Es lassen sich auch die Ergebnisse der Auswertung einsehen. Als Endresultat wird eine Energie etikette vergeben.

Die effiziente Energienutzung ist schon seit Jahren zu einem wichtigen Punkt in der Umweltpolitik geworden. Dazu wurden bis anhin verschiedene Massnahmen getroffen, um diesen stetig wach-senden Energieverbrauch in den Griff zu kriegen. Dazu gehören unter anderem die Energieetiket-ten für Kühlschränke, Kraftfahrzeuge und Lampen. Man versucht dieses Prinzip auch auf Gebäude anzuwenden. Das Projekt testet die Anwendbarkeit von neuen Technologien im Zusammenhang mit technischen Messungen von Gebäuden und Messstationen.

Informatik / Prof. Jufer RolfExperte: Dr. Spichiger Andreas

Rule-Engine mit Jena

Christof Wyden

1985

076 539 23 00

christof.wyden [at] gmail.com

Informatik

Informatique

BI

Screenshot der Applikation

Berner FachhochschuleTechnik und Informatik

Führen im Wandel – Die Führungskraft als Coach

Certificate of Advanced Studies (CAS) in Biel

April - November 2009

SekretariatTel. 031 335 51 11: ZentraleTel. 032 321 62 56: Marylou BregyE-Mail [email protected] /coaching/

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AusgangslageDen in der vorangehenden Projektarbeit entworfenen Versuchsrahmen galt es nun in die Realität umzusetzen. Damit verschiedene Säschare verglichen werden können, ist der Rahmen mit einer geeigneten Zugkraftmesseinrichtung zu versehen. Weiter sollte es möglich sein, modifizierte Komponenten zum Vereinzeln und Einbringen der Körner anzubauen, um einen regelmässigen Kornabstand zu erreichen. Zusätzlich soll die Geometrie der Säschare so verändert werden, dass die Zugkraft abnimmt. Es galt eine flexible, robuste und agrar taugliche Lösung mit guter Funktions zuverlässigkeit zu konstruieren.

AblaufIn einer ersten Phase wurde der Versuchsrahmen fertig entworfen, in Produktion gegeben und zusammengebaut. In einem ersten Feldversuch konnten die Tauglichkeit des Rahmens überprüft und letzte Änderungen vorgenommen werden. Die Zugkraftmesseinrichtung wurde mittels Dehnungsmessstreifen realisiert. Anhand von geeigneten Kalibriermessungen konnten Kalibrierkurven erstellt werden, die für die Auswertung der Zugkraftmessungen erforderlich sind. Zeitgleich wurde an den verschiedenen Varianten der Korn und Düngerablagen sowie den geometrischen Änderungen an der Säschar gearbeitet. Erste Zugkraftmessungen konnten durchgeführt, protokolliert und ausgewertet werden.

AusblickMit dem entwickelten Versuchsrahmen ist es nun möglich, verschiedene Säschare in Bezug auf die erforderliche Zugkraft zu untersuchen. Dank dem modularen Aufbau kann ein Wechsel der Säschar in relativ kurzer Zeit realisiert werden. Es gilt nun, in Absprache mit Agronomen, aussagekräftige Versuchsreihen durchzuführen und statistisch auszuwerten. Der Versuchsrahmen dient somit als Baustein bei der Suche nach energieeffizienteren, bodenschonenden Anbausystemen.

International werden Lösungen zur pfluglosen Aussaat (“no-tillage”) untersucht. In der Schweiz ist dies die SHL in Zollikofen, welche mit dem LANAT und der LANDAG eine enge Zusammenarbeit pflegt. Hauptzielsetzungen sind die Bodenschonung durch Minderung der Bodenbelastung sowie die gleich-zeitige Reduktion der erforderlichen Leistung für die Zugmaschine und somit der Produktionskosten. Bestehende Direktsaatmaschinen für Mais wie der Cross-SlotTM-Opener begünstigen zwar ein opti-males Mikroklima im Boden, verlangen aber enorme Zug- und Niederdruckkräfte. Zudem steigern stetig steigende Treibstoffpreise die Nachfrage nach energie-effizienteren Maschinen.

Mechatronik – Konstruktion / Prof. Fritz Bircher, Prof. Walter GüllerExperte: Dr. Paul Gygax

Versuchsgerät für Einzelkornsaat

Andreas Schulte

1983

079 486 44 07

a.schulte [at] gmx.ch

Mathias Bärtschi

1983

079 664 64 71

mathias.baertschi [at] gmx.ch

Maschinentechnik

Mécanique

BU

CAD-Modell des Versuchsrahmens Versuchsrahmen im Feldeinsatz


AusgangslageKaffee ist unser täglicher Begleiter

– dass seine Produktion auch Gefahren für die Umwelt birgt, ist wenig bekannt. Bei der Produk tion von Rohkaffee entstehen grosse Mengen organischer Abfälle. Gleichzeitig benötigt die Trocknung des Roh kaffees Prozessenergie. Die Verbrennung organischer Abfälle aus der Kaffeeverarbeitung produziert Prozesswärme und verhindert umweltschädliche Emissionen, die sonst bei der Lagerung der Kaffeepulpe entstehen.Das Ökozentrum entwickelt ein Verbrennungssystem, das diese Abfälle verbrennen kann. Die dabei entstehende Energie wird zur Kaffeetrocknung verwendet. Dadurch können Ressourcen gespart werden. So können grosse Anteile der stark umweltbelastenden Pulpen als Energieträger genutzt werden. Die fertig entwickelte Ofenanlage wird lokal in Entwicklungsländern produziert.

HerausforderungDie Aufgabe besteht darin, diese feuchten Pulpen energieeffizient zu trocknen um eine Verbrennung überhaupt möglich zu machen. Das Ziel dieser Arbeit war es, Messresultate und Konzepte einer vorangehenden Semesterarbeit umzusetzen und einen Prototyp zu konstruieren. Wichtig dabei war die Verwendung von einfachen Techniken. Der Trockner soll in einer rauhen Umgebung störungsfrei arbeiten und vom Personal vor Ort bedient werden. Die Umgebungsbedingungen mit Temperaturen von 2030°C und einer Luftfeuchtigkeit von 60–80% sind herausfordernde Voraussetzungen für einen optimalen Trocknungsvorgang.

ErgebnisseVorgängig einigte man sich auf eine kontrollierte Förderung mit Vibrationstechnik und einer Lufttrocknung mit einem Ventilator. Die wichtigen Komponenten wurden dimensioniert und in die Konstruktion eingebaut. Es konnte eine Konstruktion ausgearbeitet werden, die den Herausforderungen gewachsen ist. Die Ziele für den maximalen Energie bedarf und die maximalen Herstellkosten konnten eingehalten werden. Mit diesen Unterlagen kann das Oekozentrum einen Prototyp bauen lassen und diesen dann mit der übri gen Anlage testen und optimieren.

In verschiedenen Ländern wird Kaffee angebaut, verarbeitet und als Exportprodukt in die ganze Welt verkauft. Bei der Trennung der Kaffeebohne vom Fruchtfleisch, in einem so genannten “Entpulper”, bleibt die Kaffeepulpe als Abfall übrig.Das Oekozentrum in Langenbruck will diese Abfälle wiederverwerten und startete ein Projekt in El Salvador. Das Ziel ist es, diese Pulpen zu verbrennen um mit der erhaltenen Wärme, die Kaffeebohnen zu trocknen. Damit die Verbrennung überhaupt möglich ist, müssen die Pulpen vorgängig getrocknet werden.

Verfahrenstechnik / Eugen Wüthrich, Prof. Dr. Kurt GrafExpert: Dr. Rudolf Bauer

Auslegen eines Kaffeetrockners für El Salvador

Simon Bätscher

1984

sbaetscher [at] gmx.ch

Maschinentechnik

Mécanique

BU

3D-CAD ModellKaffeekirschen


AusgangslageIn der Schweiz sind ungefähr 260 Milchsammellastwagen in Betrieb. Sie alle sind mit einem automatischen ProbenahmeSystem ausgestattet, um pro Ladestelle eine Probe für die Qualitätskontrolle und Gehaltsbezahlung zu erhalten. Diese ProbenahmeSysteme müssen jährlich geprüft werden. Das Verfahren nennt man Homologierung. Neben den hohen Kosten ist auch die Zuverlässigkeit der aufwändigen Prozedur unbefriedigend. Es soll ein neues, zuverlässiges und kostengünstiges Verfahren für die Homologierung gefunden werden.

ProblemstellungBei den Proben ist wichtig, dass sie einerseits repräsentativ sind, das heisst, dass in den Probeflaschen über die gesamte Fördermenge gleiche Teile Milch entnommen werden, und andererseits, dass keine oder zumindest eine vernachlässigbare Durchmischung mit vorheriger Milch stattfindet. Ein grosses Problem ist die Verschleppung der Milch im System. Verschleppung bedeutet, dass Milch im System zurückbleibt. Gut veranschaulicht wird die Verschleppung, wenn man ein Glas Milch trinkt und danach beobachtet, wie an den Wänden die Milch “kleben” bleibt.

Anhand eines Testaufbaus wurde das Verschleppungsverhalten der Milch untersucht. Mit der Variation von verschiedenen Parametern wie Strömungsgeschwindigkeit, Milchtemperatur und Luftdruck wurde das Verhalten der Milch in RohrSystemen charakterisiert. Dank den gewonnenen Erkenntnissen konnten verschiedene alternative Varian ten ausprobiert und untersucht werden, nämlich das Färben des Milchfettes und der Proteine, das Färben der gesamten Milch sowie das Spülen der RohrSysteme mit Wasser.

ErgebnisseDie Verschleppung der Milch hat einen wesentlich kleineren Einfluss auf die Verfälschung der Proben als bisher angenommen. Viel mehr scheint die Verfälschung im Zusammenhang mit der Bauart der ProbenahmeSysteme zu sein. Aus dieser Erkenntnis wird es unumgänglich sein, Untersuchungen mit gefärbter Milch auf den Lastwagen zu machen, um eventuelle Problemstellen in den Probenahmesystemen zu finden.

Mit Milchsammellastwagen wird die Milch direkt beim Landwirt abgeholt. Auf diesen Lastwagen hat es ein Probenahmessystem. Das System muss regelmässig überprüft werden, was zeitintensiv und teuer ist. Diese Überprüfung soll einfacher und kostengünstiger gestaltet werden.Um Lösungen finden zu können, musste zuerst das Verhalten der Milch in Rohr-Systemen unter-sucht und verstanden werden. Anhand der Erkenntnisse konnten verschiedene Lösungsvarianten ausgearbeitet werden, nämlich das Färben der Milch und das Spülen mit Wasser.

Verfahrenstechnik / Dr. Guido Bucher / Dr. Juraj CizmarExperte: F. Scheuter

Prüfprozedur der Probenahme auf Milchsammelwagen

Philipp Bernhard

1984

Maschinentechnik

Mécanique

BU

Milchsammellastwagen der Firma CREMO


AusgangslageIm Rahmen der vorangehenden zweiten Projektarbeit wurden verschiedene technische Konzepte für eine luftgelagerte Positioniereinheit angefertigt und anhand einer technischen und wirtschaftlichen Bewertung verglichen. Die Luftlagerung soll im Wesentlichen die bestehenden Probleme bezüglich Reibung, Schmierung und Positioniergenauigkeit beheben können. Nach der Evaluation und der Entscheidung für eine Variante mit NormLuftlagerbuchsen und eine mit Rechtecklagern mit einer speziellen Kanal und Düsengeometrie, wurden die Konstruktionszeichnungen für die Fertigung der Funktionsmuster angefertigt.

ZieleDie BachelorThesis befasst sich mit der Inbetriebnahme der konstruierten und gefertigten Funktionsmuster. Dabei geht es in einem ersten Schritt um die Regelung des Voice Coil Antriebs (Tauchspule), welcher für den Hub verantwortlich ist. Dabei werden die relevanten Regelparameter für Positions, Geschwindigkeits und Stromregler berechnet und anschliessend anhand eines Matlab SimulinkModells überprüft. In einem weiteren Schritt wird die Regelung in Betrieb genommen und anhand diverser Sprungantworten getestet. Weiter wird eine Steuerung aufgebaut, welche insbesondere das Referenzieren der Anschläge zur Aufgabe hat. Dabei sollen diese mit

einer verringerten Geschwindigkeit angefahren und gespeichert werden. Durch ein Benutzerinterface hat der Benutzer die Kontrolle und Übersicht über das System, wobei er die anzufahrende Sollposition eingeben und weitere Eingabeparameter wie Schwingungen und Stromstörungen vorgeben kann. Allfällige Fehler (z.B. Überlaststrom) sollen von der Steuerung erkannt und behoben werden können.Abschliessende Messungen bezüglich Positioniergenauigkeit und Steifigkeit sowie eine technische und wirtschaftliche Bewertung sollen Auskunft darüber geben können, welche Variante am besten geeignet ist: lineargeführt, luftgelagert mit Luftlagerbüchsen oder luftgelagert mit Rechtecklagern.

Für die Kontrolle von Halbleiterwavern müssen Linsen und optische Gitter hochdynamisch und prä-zise positioniert werden. Die Firma Roullier&Hirt beliefert einen renommierten Hersteller von 3D-Waver-Inspection-Systemen mit einer mechatronischen Positioniereinheit, welche durch eine Li-nearführung gelagert wird. Diese Linearführung soll durch ein Luftlager ersetzt werden können.

Mechatronik / Prof. Dr. Reinhold KrauseExperte: Christian Koblet

Luftgelagerter Linearantrieb für Waver-Inspection

Pascal Bläsi

1983

079 756 47 81

pascalblaesi [at] bluewin.ch

Maschinentechnik

Mécanique

BU

Messung der Sprungantworten des Voice CoilsFunktionsmuster mit Norm-Luftlagerbuchsen


EinleitungDie Materialbearbeitung mit Lasersystemen entwickelt sich rasant weiter. Oftmals treten in der Entwicklungs oder gar in der Produktionsphase verblüffende Erscheinungen auf, welche das Materialverhalten grundlegend verändern können. Die neuen Eigenschaften können verwendet werden, um bestehende Prozesse zu verbessern oder sogar zu ersetzen. Im Rahmen der BachelorThesis galt es, die Laserparameter für die beschriebene Oberflächenstruktur sowie eine verwertbare Anwendung zu finden. Hierzu wurde eine ParameterStudie gemacht, anschliessend wurden die Verschleissfestigkeit, die Verschleissart, der Gleitreibungskoeffizient und die Benetzbarkeit bestimmt.

ErgebnisseDie Haupteinflussfaktoren, die zur entstandenen Oberflächenstruktur führen sind die Peakleistung (Leistung pro Laserpuls [kW]) und die spezifisch eingebrachte Energie [J/mm2]. Mit Hilfe von LSMAufnahmen (Laser Scanning Mikroskop) konnte die Oberflächenrauheit vor und nach den Versuchen gemessen und verglichen werden.

Zur Bestimmung der Gleitreibungskoeffizienten μ wurden Versuche an konventionell und laserbearbeiteten Prüfstücken durchgeführt. Anhand der erhaltenen Messresultate konnte eine leichte Erhöhung der Reibungszahl nachgewiesen werden. Die erwähnten LSMAufnahmen dienten zudem der Bestimmung der Verschleissfestigkeit und Verschleissart. Hier zeigte sich eine eindeutige Senkung der Verschleissfestigkeit im Vergleich zu den konventionell hergestellten Teilen. Um das Verhalten in einem

geschmierten System abzuschätzen, wurde die Benetzung der Oberfläche bestimmt. Die Ausbreitung eines Wassertropfens auf einer Testfläche diente als Mass der Benetzbarkeit, dabei wurde keine bedeutsame Änderung durch die Laserbearbeitung festgestellt.

FazitAus den Messungen zur Ermittlung der Oberflächeneigenschaften konnten keine konkreten Anwendungsmöglichkeiten für den erzeugten Effekt gefunden werden.

Laser Surface Engineering / Prof. Dr. Guido Bucher, Prof. Dr. Juraj CizmarExperte: Dr. Dietmar Kramer

Oberflächenmodifikation mit ps-Laser

Erst seit jüngerer Zeit können Erfahrungen in der Materialbearbeitung mit kommerziell verfüg-baren Pikosekunden-Lasersystemen gesammelt werden. Bei unlängst durchgeführten Versuchen mit Stahl, trat ein merkwürdiger Effekt an der bearbeiteten Oberfläche auf. Es entstanden Zonen mit kristallähnlicher Form, in denen sich kleine runde Löcher bildeten (Abb.: entstandene Ober-flächenstruktur). Die Laserparameter, bei denen der Effekt entstand, galt es herauszufinden. Zu-gleich sollten technisch relevante Eigenschaften wie Reibungs- und Verschleissfestigkeit ermittelt werden. Anhand dieser Untersuchungen sollte das Anwendungspotential einer derart behandelten Oberfläche abgeschätzt werden können.

Reto Bösiger

1983

078 621 37 81

reto.boesiger [at] gmx.net

Maschinentechnik

Mécanique

BU

Entstandene Oberflächenstruktur


ErgebnisseBei Messungen mit kurzen Leitungen sind immer wieder physikalisch schwer erklärbare Druckverläufe gemessen worden. Zudem hatten schon geringste Änderungen der Messstelle zur Folge, dass gewisse Phänomene nicht mehr oder viel stärker registriert wurden. Einige konnten durch Reflektionen und Überlagerungen von Druckwellen erklärt werden.Grundsätzlich gilt allerdings: je länger die Messkette, desto schlechter ihr Übertragungsverhalten. Doch auch der Durchmesser der Rohre ist ein wesentlicher Faktor. So werden die Druckänderungen bei kleineren Durchmessern mehr gedämpft. Zu grosse Durchmesser, resp. Elemente mit grösseren Volumen, verschlechtern das Übertragungsverhalten ebenfalls.Mit den neuen Erkenntnissen kann die Firma ALSTOM ihre Druckmessketten noch besser auslegen und ihre Gasturbine durch genauere Messsignale weiter optimieren.

Haben Sie sich schon einmal gefragt, was in einem langen, dünnen Rohr passiert, in welches Sie hi-nein blasen? Wie lange dauert es, bis eine Druckänderung am anderen Ende feststellbar ist? Gibt es eine Kombination von Rohren, die das Übertragungsverhalten des Druckes verbessert? Diese Fragen sind besonders für Ingenieure des Gasturbinen-Testcenters der Firma ALSTOM interessant. Da die Temperaturen bei Gasturbinen zu hoch sind, um die Drucksensoren an ihr Gehäuse zu montieren, muss der Druck mittels Stahlleitungen weggeführt werden. Doch was geschieht mit dem Druck im Rohr auf dem Weg zum Sensor und wie kann der Messaufbau verbessert werden? Ziel dieser Arbeit ist es, solche Fragen zu klären.

Maschinentechnik / Prof. Beat Engeli, BFHTI / Dr. Martin Treiber, ALSTOM TestcenterExperte: Dr. Rudolf Bauer

Ansprechverhalten pneumatischer Messleitungen

Stefan Brechbühl

1984

079 453 44 69

stefan_brechbuehl [at] hotmail.com

Maschinentechnik

Mécanique

BU

Schnitt durch eine GT26

Die Firma ALSTOM hat sich unter anderem auf die Produktion von Gas und Dampfturbinen spezialisiert. Im Jahr 1996 wurde in Birr ein GasturbinenTestcenter gebaut, um Neu und Weiterentwicklungen zu testen. Heute wird dort eine Gasturbine des Typs GT26 betrieben, die bis zu 288 MW elektrische Leistung produziert.Während den Tests werden mehrere tausend Signale gleichzeitig gemessen und aufgezeichnet. Von grossem Interesse sind vor allem Drücke, Temperaturen, Vibrationen, Massenströme und Abgaszusammensetzungen.Um das Verhalten der Gastur bine bei Zustandsänderungen zu unter suchen, ist es notwendig das Ansprechverhalten der einzelnen Messketten zu kennen. Es muss bekannt sein, wie schnell eine Messkette reagiert, bzw. wie schnell die Signale gemessen werden müssen, damit eine Änderung des Messsignals richtig erfasst werden kann.Diese Arbeit soll das zeitliche Verhalten der pneumatischen Elemente und der Druckmesskette näher untersuchen.

VorgehenUm das Übertragungsverhalten von pneumatischen Elementen zu untersuchen, wurden sie mit einem Drucksprung beaufschlagt. Da der Eingangssprung nicht ideal ist, wurde der Druckverlauf vor und nach dem zu untersuchenden Element aufgezeichnet. Nach einer Aufbereitung der Rohdaten wurden die beiden Verläufe durch ein Modell approximiert.Um erste Abschätzungen machen zu können, mit welcher maximalen Frequenz ein solches Drucksignal übertragen wird, wurden einige kürzere Messleitungen mit allen Elementen nachgebaut. Im dargestellten BodeDiagramm ist ein Beispiel einer Übertragungsfunktion aufgetragen. Das Diagramm zeigt, wie schnell und mit welcher Amplitude der Druck am anderen Ende des Rohres feststellbar ist.

Bode-Diagramm einer pneumatischen Messkette


Ziel der ArbeitIm Rahmen einer Vorstudie soll ein Teststand auf Basis Ink Jet Technik aufgebaut werden, um die Möglichkeiten der Anwendung dieser Drucktechnologie auf zylindrische und konische Objekte zu untersuchen. Hierbei geht es darum geometrische, dynamische, physikalische und datentechnische Einflussfaktoren qualitativ und quantitativ zu beschreiben, um die Rahmenbedingungen bzw. Parameter eines Pflichtenheftes für eine Umsetzung in eine Seriemaschine zu haben.

RealisationEs wurde ein Konzept entwickelt, mit welchem horizontal wie auch vertikal gedruckt werden kann. Da beim digitalen Drucksystem mit vier Farben (Cyan, Magenta, Yellow, Schwarz) gearbeitet wird, sind mindestens vier Druckköpfe erforderlich. Um verschiedene Druckkopfanordnungen untersuchen zu können, wurde eine Wechselplatte mit diversen Anordnungen entwickelt. Um eine Rasterhaltigkeit bei den Druckpunkten von ca. 20 μm zu gewährleisten, wurde die Anlage einer FEMAnalyse (Finit Element Methode) unterzogen. Der Becher oder die Tube wird auf eine

Spindel gesteckt, welche auf einem Schlitten angebracht ist. Da für das Drucken UVFarben verwendet werden, ist der gesamte Druckbereich vor UVStrahlen zu schützen. Dies wurde mit einem Gehäuse realisiert, welches mit einer Klappe geöffnet und wieder verschlossen wird. Um die Druckqualität zu gewährleisten, muss die Farbe möglichst schnell mit einer UVLampe gehärtet werden, welche ausserhalb des Gehäuses angebracht ist.Zur Aufgabe der Arbeit gehörte auch das in Betrieb nehmen des Teststandes. Umgesetzt wurde dies mit einer SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung), welche über EtherCAT mit einem IndustriePC kommuniziert. Die diversen Einstellungen, wie z.B. Drehzahl der Spindel, Verfahrgeschwindigkeit des

Die Firma Polytype AG aus Freiburg stellt Druckmaschinen für runde, ovale oder eckige Objekte wie Becher und Tuben her. Das derzeitige Verfahren dieser Anlagen ist ein Trocken-Offset Druck mit bis zu 8 Farben. Für zukünftige Generationen von Druckmaschinen möchte die Polytype AG die Chan-cen, Risiken und Limiten vom Digitaldruck für ihre Anwendungsbereiche ermitteln. Anstoss hierzu ist der Marktdruck der viel flexiblere Maschinen hinsichtlich Umrüstzeit und Operating, sowie den Druck fotorealistischer Bilder verlangt.

Mechatronik / Prof. Fritz BircherExperte: Jürg Schmid

Teststand für Ink-Jet-Druckversuche

Fabian Bürli

1984

079 511 30 52

buerli_fabian [at] hotmail.com

Maschinentechnik

Mécanique

BU

3D-CAD Modell des Teststands

Zu bedruckende Objekte

Schlittens sowie Druckort können über die Benutzeroberfläche eingegeben werden.

DruckablaufNachdem das zu bedruckende Objekt auf der Spindel angebracht wurde, gibt man in der Benutzeroberfläche die gewünschten Werte für Druckgeschwindigkeit und Drucklage ein. Danach wird der StartBefehl gegeben und die Steuerung arbeitet ihr Programm ab. Der Schlitten fährt in den Druckraum, wo das Objekt bedruckt wird. Nach dem Drucken fährt der Schlitten wieder aus dem Druckraum heraus und die Farbe wird mit der UVLampe gehärtet. Nach dem Härten fährt der Schlitten wieder in die Ausgangslage zurück und das fertige Objekt kann entnommen werden.


AusgangslageHerkömmliche Methoden zur Strahljustage bei Flachbettschneidanlagen sind relativ ungenau, erfordern daher viel Fingerspitzengefühl und sind entsprechend zeitaufwändig. Mit dem Einsatz eines Messsensors soll dieser Vorgang verbessert werden, um eine genauere Justage zu erzielen. Die Grundidee zur Lösung besteht darin, dass durch Ausmessen der Strahlabweichung an verschiedenen Punkten genügend Informationen gewonnen werden können, um eindeutig auf die Dejustage der einzelnen Spiegel zu schliessen. Ein entsprechendes Konzept soll in einer automatisierten und anwenderfreundlichen Wartungshilfe integriert werden.

UmsetzungMit Hilfe einer Simulation wird der Strahlengang bei verschiedenen Spiegelkonstellationen mit Überlegungen aus der geometrischen Optik nachgebildet, um die Abhängigkeit zwischen Strahlabweichung und der Dejustage der einzelnen Spiegel zu untersuchen. Aus den gewonnenen Erkenntnissen werden analytisch mathematische Formeln für die Verdrehwinkel der drei Spiegel gesucht. Die berechneten Winkel geben Auskunft über die vorzunehmende Spiegeljustage: Dem Anwender werden die zu verstellenden Einstellschrauben anzeigt.

In der Simulation funktioniert dieses Konzept zuverlässig und mit sehr guten Ergebnissen. In der praktischen Anwendung dagegen ist die Präzision der Justage beschränkt durch Ungenauigkeiten der Fahrachsen, des Sensors und der Einstellmöglichkeiten, sowie durch unerfüllte Voraussetzungen, wie z.B. die genaue Position der Laserquelle. Diese Hindernisse führen zur Erkenntnis, dass das erarbeitete Konzept mit den momentan eingesetzten Mitteln nicht zu einer Justage mit befriedigender Genauig keit führt.Als Alternative wird ein einfaches Justageprogramm kreiert. Die Einstellung eines Spiegels erfolgt dabei direkt nach der Messung entlang der entsprechenden Achse. Der Reihe nach werden auf diese Weise die drei Umlenkspiegel justiert. Anschliessend wird der Benutzer aufgefordert, die Position der Laserquelle zu korrigieren. Mit Abschluss dieser Einstellung ist die Anlage eingerichtet und ein genaues Schneiden sichergestellt.

Moderne Laserschneidanlagen benutzen Umlenkspiegel, um den Laserstrahl in die gewünschte Posi tion zu bringen. Im Falle der Flachbettschneidanlage Bystar der Firma BYSTRONIC Laser AG sind drei Spiegel für die Strahlführung verantwortlich. Nun kann es sein, dass einer oder mehrere Spiegel dejustiert sind. Folglich verschiebt sich der Strahlengang und der Laser trifft nicht mehr genau am gewünschten Punkt auf (s. Abb.). Ziel dieser Bachelor-Thesis ist es, ein Konzept zu erar-beiten, das aus Messungen dieser Strahlabweichungen (Δx, Δy) die zur korrekten Justage vorzuneh-menden Spiegeleinstellungen ermittelt.

Laser Surface Engineering / Prof. Dr. Beat Neuenschwander / Simon Scheidiger, BYSTRONIC Laser AG, NiederönzExperte: Dipl. Ing. ETH Beat Schär, Peter Paul Knobel

Automatisierte Spiegeljustage in Flachbettschneidanlage

Peter Cam

1985

petercam [at] gmx.ch

Maschinentechnik

Mécanique

BU

Strahlführung


Aufbau RoboterzelleDer zugunsten der Teilehandhabung eingesetzte Industrieroboter wird von einer mobilen Zelle umgeben. Die Zelle wird mittels AluminiumprofilSchienen zusammengehalten und lässt sich durch absenkbare Rollen an den Ecken zu unterschiedlichen Werkzeugmaschinen manövrieren. Dieses Prinzip bietet uns den Vorteil, dass wir stets denselben Roboter für differierende Anwendungen gebrauchen können. Zusätzlich ist der Roboter mit einem VisionSystem ausgerüstet, welches die IstPosition zwischen der Maschine und der Roboterzelle erfasst.

Umbau WerkzeugmaschineDas moderne, mit sieben gesteuerten Achsen ausgestattete Dreh und Fräszentrum Index G200 ist für Werkstücke nahezu beliebiger Form einsetzbar. Nebst diesem positiven Aspekt hat die Werkzeugmaschine jedoch den Nachteil, dass die Türbewegungen nicht automatisiert wurden. Durch die vollzogene Auslegung und spätere Montage eines doppeltwirkenden Pneumatikzylinders im oberen Bereich der Maschinentüre konnte man der Bearbeitungsmaschine eine weitere Automatisierungsstufe nachrüsten.

Einsatz Gesamtsystem (Robo-terzelle und Werkzeugmaschine)Die Verknüpfung beider unabhängig voneinander laufenden Systeme wird mittels programmierbaren digitalen Ein und Ausgängen vollzogen. Dabei wird der zyklische Robotereinsatz mit dem eingespeicherten NCProgramm der Werkzeugmaschine (Master) abgestimmt. Sobald der IR die Maschine bestücken will, muss dieser zuvor seitens der Maschine die Bestätigung erhalten haben, dass sich die Werkzeugmaschinentüre in der Posi tion “geöffnet” befindet. Würde der Roboter das nötige Eingangssignal nicht beachten, könnte dies durch die an sonsten eintreffende Kolli sion grössere Beschädigungen beider Teilsys teme mit sich ziehen. Ein weiterer relevanter

Abgleich beider Industriemaschinen betrifft das Thema Sicherheit. Hierzu ist es zwingend notwendig, dass die jeweilig verfügbaren NotAusTaster beider Einzelsysteme zusammen verknüpft werden, damit in einem allfälligen Störfall sofort beide Systeme gleichzeitig stillgelegt werden können.Um die Bediensicherheit des Gesamtsystems zu gewährleisten, ist einerseits die Roboterzelle an den gefährdeten Seiten mit PolycarbonatPlatten abgedeckt und auf der anderen Seite wird die Bearbeitungsmaschine stirnseitig an der Türe mit einer Sicherheitsschaltleiste ausgerüstet, die auf mechanisch ausgelöste Druckstellen reagiert und dem pneumatisch angetriebenen Zylinder sofort die Luftzufuhr entzieht.

Durch den stetig zunehmenden Zeitdruck und die immer kleiner werdenden Losgrössen in der Produktion verändern sich die Anforderungen an eine flexible Automation speziell im Umfeld der Werkzeugmaschinenindustrie. Die zum Teil konventionell betriebenen Maschinen werden vermehrt durch Anbindung einer sinnvollen Automatisierung dem heutigen Entwicklungsstand angepasst. Die Nachrüstung bringt uns eine Taktzeitreduzierung für die Stück zu Stück-Fertigung und führt dadurch automatisch zu einer Produktionssteigerung. Durch die zusätzlich erreichbare Mehrpro-duktion sind wir in der Lage die Fertigungskosten zu senken und das Produkt zu einem attraktiven Preis auf dem Markt anzubieten.

Automatisierte Fertigungsverfahren / Christoph StrahmExperten: Peter Knobel, Beat Schaer

Mobile Handlingzelle mit Industrieroboter

Mathias Steuri

1982

079 646 73 58

mathiassteuri [at] gmx.ch

Siew Keng Chuah

1983

078 796 80 09

siewkeng_chuah [at] yahoo.co.uk

Maschinentechnik

Mécanique

BU

Mobile Handlingzelle im Einsatz


Seit jüngster Zeit sind neue industrietaugliche Laser mit ultrakurzen Laserpulsen auf dem Markt erhältlich. Mit ultrakurzen Laserpulsen bewegt man sich im Bereich der “kalten Ablation”. Bei der kalten Ablation wird das Material direkt und ohne Aufschmelzen verdampft, wodurch eine sehr hohe Qualität der Gravur erreicht werden kann. Damit jedoch ein Druckergebnis in höchster Qualität erreicht wird, reicht es bei weitem nicht aus, die Gravur mit einfachen Näpfchenformen aufzubauen. Ein gutes Druckergebnis hängt stark von den Näpfchenformen und der Anordnung auf dem Druckzylinder ab.

Im Labor für LaserMikromaterialbearbeitung der Fachhochschule Technik und Informatik Burgdorf befindet sich ein UltrakurzpulsLaser system mit Repetitionsraten von 1Hz – 1MHz bei den Wellenlängen 1064nm, 532nm und 355nm. In einer Reihe von Untersuchungen wurden mit diesem System Kupferschichten bei verschiedenen Laserparametern bearbeitet und topographisch mit dem LaserScanning Mikroskop (LSM) ausgewertet.Ziele der Untersuchungen waren unter anderem, konkrete Aussagen zur Näpfchenerzeugung mit UltrakurzpulsLasersystemen zu machen. Grundsätzlich waren opti

male Laser parameter bei den verschiedenen Materialien zu ermitteln, um eventuell Volumen, Form und Tiefe der Näpfchen zu beeinflussen. Mit den optimalen Laserparametern, musste eine bestmögliche Strategie gefunden werden mit der hochauflösende 3DStrukturen erzeugt werden können. Durch gezieltes Anordnen von Einzelnäpfchen konnten mit ultrakurzen Laserpulsen dreidimensionale Pyramiden im Mikrometerbereich geschaffen werden.Mit dieser Fähigkeit zur freien Formgestaltung der Näpfchen mit ultrakurzen Laserpulsen eröffnen sich unzählige neue Möglichkeiten im Tiefdruck.

Die MDC Max Daetwyler AG entwickelt und baut Anlagen für die Formenherstellung im Tief- und Flexo-druck und gehört somit zu den Pionierunternehmen in diesem Bereich. Neben anderen Technologien - z.B. mechanische Verfahren - werden zum Gravieren der Tiefdruckzylinder auch Laser eingesetzt. Die von der MDC Max Daetwyler AG eingesetzten Laser mit Kurzpulsen arbeiten sehr erfolgreich und effizient. Dennoch ist infolge immer höher werdender Anforderungen der Einsatz von neuen Techno-logien unerlässlich.

Laser Surface Engineering / Prof. Dr. Beat NeuenschwanderExperte: Dr. Dietmar Kramer

Lasergravieren mit Ultrakurzpuls-Lasersystem

Pascal Dietiker

1983

079 692 82 30

p.dietiker [at] gmx.net

Maschinentechnik

Mécanique

BU

PyramideNäpfchen


Die Gruppe Laser Surface Engineering der Berner Fachhochschule in Burgdorf forscht und arbeitet an verschiedenen Projekten der LaserMikroMaterialbearbeitung mit kurzen und ultrakurzen LaserPulsen. Die zu bearbeitenden Materialien reichen von Metallen über Keramiken und Gläsern bis hin zu Kunststoffen.In einem der Forschungsprojekte wird eine Verbesserung des Wirkungsgrades im Bereich der Einkopplung von Pumpstrahlung angestrebt. Das Pumplicht kann sowohl von vorne als auch von der Seite in die Faser eingekoppelt werden.

Die zum Einsatz kommenden Fasern sind unterschiedlicher Natur. Darunter befinden sich auch Fasern mit internen Mikrostrukturen, sogenannte Photonic Crystal Fibers (PCF). Da an die Geometrie und Oberfläche der bearbeiteten Glasfasern hohe Ansprüche gestellt werden, kann weder geätzt, gelasert noch mit Wasserstrahl geschnitten werden. Die Oberfläche muss optische Qualität (λ/10) besitzen. Das bedeutet die Unebenheit auf der Oberfläche dürfen nicht höher als 1/10 der Wellenlänge des Laserlichts sein, d.h. lediglich einige 10nm. Ein

gutes Ergebnis wird deshalb nur mit Schleifen und Polieren erreicht. Dazu werden die benötigten Geometrien mit Diamant geschliffen und poliert. Um an der Faser die hohen Genauigkeiten erreichen zu können muss auch die Schleifmaschine diese Anforderungen erfüllen. In Anbetracht der relativ dünnen Fasern von 170 500 μm wird auch ersichtlich, dass bei der Schleifmaschine keine Vibrationen auftreten dürfen und ein wiederholgenaues Positionieren unbedingt erforderlich ist. Alle diese Anforderungen konnten erfüllt und ein gutes Resultat erzielt werden.

Faserlaser verschiedenster Art sind heute ein sehr aktuelles Thema. Ein Faserlaser ist eine spezielle Form des Festkörperlasers, in dem das Laserlicht im Kern einer Glasfaser erzeugt wird. Zum Ein- und Auskoppeln der Laserstrahlung sowie zum Pumpen müssen die Fasern bestimmte Geometrien aufweisen. Die Anforderungen an die Qualität der zu bearbeiteten Geometrien und Flächen sind sehr hoch. Um diese Anforderungen erfüllen zu können, wurde im Rahmen dieser Bachelor-Thesis, eine Schleifmaschine entwickelt.

Laser Surface Engineering / Prof. Dr. Beat NeuenschwanderExperte: Dr. Dietmar Kramer

Schleifen und Polieren von optischen Fasern

Martin Frieden

1979

Maschinentechnik

Mécanique

BU

Photonic Crystal Fiber

Quelle: Institut für angewandte Physik,

Universität Bern

R 90

0

R 4

50

EnDes – Innovation und Erfahrung aus über 1000 Projekten


Entwicklung Kalkulationspro-grammMit Hilfe eines selbst entwickelten Kalkulationsprogramms können die effektiven Herstellungskosten der projetkbezogenen Lärmschutzhauben bestimmt werden. Durch die Eingabe von 19 Parametern können sämtliche Kostenfaktoren erfasst werden. Die Programmierung von MehrfachWennFunk tionen ermöglicht, die differenzierten Kundenanforderungen optimal zu berücksichtigen. Das Programm wurde so aufgebaut, dass allfällige Materialkos tenveränderungen jederzeit adaptiert werden können.

Inhouse-FertigungAus diversen Gründen werden diese Lärmschutzhauben extern hergestellt. Sowohl mit statischen wie auch dynamischen Investitionsrechnungen konnte aufgezeigt werden, dass eine inhouseFertigung rentieren würde. Die erforderlichen Investitionen sind in lediglich eineinhalb Jahren amortisiert. Der durch diese Investitionen generierte Net Present Value beträgt gut 60`000 Franken.

LärmmessungenBis anhin wurden in der HSH die Lärmmessungen nicht normgerecht durchgeführt. Nach der Richtlinie 98/37/EG muss der Emissionspegel bei Zuführanlagen wie folgt gemessen werden: 1 m Abstand von der Maschinenoberfläche (horizontal) und 1,6 m Abstand vom Boden (vertikal). Im Rahmen dieser Thesis wurde eine Lärmesssta tion konstruiert

und gebaut, die es erlaubt, normgerechte Lärmmessungen vorzunehmen. Diese Lärmmessungen wurden anschliessend mit statistischen Methoden ausgewertet. Das 95%Vertrauensintervall ergab, dass die Streuung des Lageparameters kaum mehr als +/ 1 dB (A) beträgt.

LärmdämmmassnahmenBezüglich der Materialdicken zur Luftschalldämpfung konnten sehr interessante Erkenntnisse ermittelt werden. Die offenporigen Schaumstoffplatten zur Luftschalldämpfung müssten für eine optimale Absorption eine Dicke zwischen 0.78 – 2.14 m (40 – 110 Hz) aufweisen. Diese Werte entsprechen einem Faktor

von λ/4. Aus konstruktiven Gründen werden in der Praxis nur Dicken von maximal 40 mm eingesetzt. Bezüglich der Luftschalldämmung hat sich ergeben, dass das Gewicht pro Flächeneinheit das ausschlaggebende Kriterium ist, um ein möglichst hohes Schalldämmmass R erreichen zu können. Bei einem 2 mm dicken V2ABlech resultiert ein wirkungsvoller Wert von gut 15 kg/m2.

Abschliessend kann festgehalten werden, dass die Handling Systems AG mit diesem Standardisierungskonzept über ein Instrument verfügt, welches ihr erlaubt, in diesem hochdynamischen Markt die effektiven Kosten ermitteln zu können.

Die in der Automationstechnik ansässige Handling Systems AG (HSH) verfügte bis zum heutigen Zeit-punkt über kein Standardisierungskonzept für Lärmschutzhauben. Im Rahmen dieser Thesis wurden vier Lärmschutzhaubenvarianten standardisiert, mit denen selbst höchste Kundenanforderungen ab-gedeckt werden können. In einem Standardisierungskonzept stehen sich üblicherweise die erforder-lichen Kostensenkungen und die Beibehaltung einer gewissen Flexibilität fast diametral gegenüber. Dank den Optionen, die bei jeder einzelnen Variante möglich sind, konnte diese gerade in der Automa-tionstechnik wichtige Flexibilität dennoch gewahrt werden.

Produktionstechnik / Prof. Fritz K. GüdelExperte: Christian Koblet

Standardisierung von Lärmschutzhauben

Roger Geiser

1984

079 519 60 05

roger.geiser [at] gmx.ch

Maschinentechnik

Mécanique

BU

Mehrbahnige Zuführanlage mit Lärmschutzhaube


HistorischesWilhelm Feldmann hatte 1900 das ehrgeizige Ziel ein öffentliches Verkehrsmittel bis zum Gipfel des Wetterhorns zu bauen. Es wurde jedoch nur das erste Teilstück fertiggestellt und in Betrieb genommen. Der WetterhornAufzug besass einige Sicherheitsvorkehrungen, welche noch in den heutigen Luftseilbahnen eingebaut werden. Nennenswert ist vor allem die Konstruktion des Laufwerkes, welches die Kabine bei einem Bruch des Zugseiles innerhalb von 2.5 Meter abbremst.Nach dem Ausbruch des ersten Weltkrieges wurde der Betrieb des WetterhornAufzuges kurzzeitig eingestellt. 1924 wurde die Talstation durch einen Felssturz so schwer beschädigt, dass eine Inbetriebnahme nicht mehr in Frage kam. Die Bergstation sowie die Kabinen blieben bis heute erhalten. Die Konstruktionsunterlagen mit den technischen Zeichnungen wurden leider vernichtet.

AufgabenstellungUm den WetterhornAufzug wieder in Betrieb nehmen zu können, muss die Anlage an den neusten Stand der Technik angepasst werden. Die Überprüfung der Laufwerke mit den heute gültigen Sicherheitsnormen zeigte, dass die Fahrzeuge viele technische Mängel besitzen, insbesondere jedoch die Fangbremsen den geforderten Ansprüchen nicht mehr genügen und deswegen entweder erweitert oder gar ersetzt werden müssten.Des Weiteren müssten die Seilbahnen so gebaut werden, dass mögliche Gefahren vermieden wer

den. Anhand einer Sicherheitsstudie wurden mögliche Gefahrenbilder erstellt und bewertet. Dazu wurden mögliche Massnahmen vorgeschlagen, um die Gefahren zu verhindern und auf ein Restrisiko zu reduzieren.In einem zweiten Teil wurden die Belastungen auf die Bauteile bestimmt und überprüft. Anhand von FEMAnalysen wurden die wichtigsten Bauteile untersucht und die auftretenden Spannungen berechnet. Der anschliessende statische Festigkeitsnachweis ergab, dass alle Bauteile den Belastungen standhalten.

Der Wetterhorn-Aufzug war die erste Luftseilbahn für den öffentlichen Verkehr. Die 1908 erstellte Seilbahn galt in der damaligen Zeit als technisches Wunderwerk. Die Pendelgondelbahn konnte bis zu 16 Personen pro Fahrt und Richtung befördern und besass etliche Sicherheitseinrichtungen. Nach dem Ausbruch des ersten Weltkrieges musste der Betrieb leider eingestellt werden und wurde nicht wieder aufgenommen. Der Wetterhorn-Aufzug ist heute nur noch teilweise erhalten. Mithilfe des Fachbereiches Maschi-nentechnik möchte der Aufzug-Wetterhorn-Verein die Anlage wieder in Betrieb setzen. Deswegen wurde die Konstruktion der Laufwerke analysiert, eine mögliche Inbetriebnahme überprüft und die Bauteile mittels FEM berechnet.

Produktentwicklung / Prof. Fritz K. GüdelExperte: Christian Koblet

Analyse des Wetterhorn-Aufzuges

Florian Gyger

1983

079/ 240 03 25

floriangyger [at] gmx.ch

Maschinentechnik

Mécanique

BU

Kabine des Wetterhorn-Aufzuges – erstellt in Unigraphics


Entwicklung einer UV-Trocknungslampe

Verfahrenstechnik / Eugen Wüthrich, Prof. Dr. Kurt GrafExperte: Dr. Rudolf Bauer

Die Firma Polytype aus Fribourg CH ist Herstellerin von Offsetdruckmaschinen. Damit werden Becher, Tuben, Dosen und Deckel bedruckt. Diese Druckmaschinen arbeiten mit UV-absorbierender Farbe, die innerhalb von Sekundenbruchteilen mit UV-Lampen getrocknet wird. Für eine neue Druck-maschine genügen die bisherigen UV-Lampen nicht mehr. Daher ist eine neue, in diese Maschine integrierbare UV-Lampe zu entwickeln.

Christof Markus Hagnauer

1982

079 352 15 06

c.hagnauer [at] gmail.com

Maschinentechnik

Mécanique

BU

Strahlprofil der bestehenden Lampe

Messstand

Da die Wärme auf dem Substrat unerwünscht ist, müssen die Reflektoren der Lampe mit einer Infrarotabsorbierenden Vakuumbeschichtung versehen werden. Die Wärme bleibt also in der Lampe und muss durch ein geeignetes Kühl system abgeführt werden. Das Temperaturmanagement wurde einerseits mit Handrechnungen und anderseits mit FEMAnalysen berechnet. Um

Die Leistungsmerkmale der bestehenden Lampen sind die Grundlage für die Neuentwicklung. Um die Effizienzsteigerung der neuen Lampe bestimmen zu können, musste die bestehende Lampe ausgemessen werden. Da UVStrahlung gefährlich ist, wurde ein vollautomatischer Messstand aufgebaut. Um das Messraster zweiachsig abfahren zu können, wurden zwei Linearachsen gekreuzt angeordnet und über eine SPS gesteuert. Die Intensitätswerte wurden vom getriggerten UVMeter abgespeichert und konnten auf den PC übertragen und ausgewertet werden.

Die Herausforderung der Neukonstruktion besteht darin, dass die neue Lampe kompakter gebaut und die Effizienz gesteigert werden muss. Um dies zu erreichen, muss ein komplett neues Lampenkonzept ausgearbeitet werden. Die Hauptkomponenten müssen neu entwickelt und ausgelegt werden. Für die UVStrahlung sorgt eine QuecksilberDampflampe. Diese hat den Nachteil, dass sie zu 55% Infrarot emittiert.

das bedruckte Produkt bei Maschinenstillständen zu schützen, wurde ein Schliessmechanismus des Lampengehäuses vorgesehen. Schliesslich wurden die einzelnen Lampenkomponenten aufeinander abgestimmt und im 3DCAD konstruiert. Damit ein Prototyp der Lampe gebaut werden kann, wurden Werkstattzeichnungen sämtlicher Bauteile erstellt.

Diese Arbeit wurde vom Industriepartner, der Firma Polytype, auf Grund ihrer Erfahrungen im Bereich der UVTrocknung unterstützt.

3D-Modell der Neukonstruktion


Jedermann kennt sie aus der Werbung, die Maschinen auf welchen man stehend fit werden soll, ohne sich gross anstrengen zu müssen. Diese basieren auf dem Prinzip der Resonanzstimulation (Reaktion der Muskulatur auf erzwungene, kleine Vibrationen). Die stochastische Resonanz erweist sich gegenüber sinusförmigen Vibrationsstimuli in der Therapie in vielfältiger Hinsicht als deutlich überlegen. Auf diesem medizinischen Neuland betreibt der Fachbereich Gesundheit der Berner Fachhochschule seit einigen Jahren Forschung.Im Rahmen dieser Bachelorarbeit wurde eine interdisziplinäre Zusammenarbeit gestartet, um ein neuartiges Therapiegerät zu entwickeln, welches diese stochastischen Bewegungen mechanisch ausführen kann. Es weist zwei unabhängig voneinander bewegbare Stehplatten auf, um das Standgleichgewicht verbessert

trainieren zu können. Dabei kann es bei hohen Frequenzen und kleiner Auslenkung, sowie bei kleiner Frequenz und grosser Auslenkung betrieben werden. Wichtig dabei ist die Zufälligkeit der Frequenz, damit sich der menschliche Körper nicht an die Bewegung gewöhnen kann und somit der Therapieeffekt abnimmt.Das gewählte Konzept basiert auf zwei unabhängigen, je um zwei Achsen schwenkbaren Platten. Die gewünschte Auslenkung von maximal ±20° wird mittels zweier horizontal angeordneten Elektrozylindern erreicht, welche über einen Hebel die Kraft auf die Standflächen übertragen. Nach ersten Auslegungen von Aktoren hat sich schnell herausgestellt, dass der auf der Balanceplatte stehende Mensch ein schwer approximierbarer Parameter darstellt. Mit Versuchen sollen bald möglichst Erfahrungen über die tatsächlich herrschenden Kräfteverhältnisse

gesammelt werden. Eine grosse Herausforderung stellt vor allem die auf zwei Achsen beschränkte Kinematik der Platte dar, weil die Verbindungen zu den Aktoren dadurch schwenkbar werden müssen.Ebenfalls Inhalt dieser Arbeit ist die Steuerung der beiden Platten nach gewünschten Vorgaben. Neben dem Winkel sollen die Amplitude der Schwenkbewegung sowie die Frequenz einstellbar sein. Zusätzlich soll die Bewegung kleinere Oberfrequenzen aufweisen. Es ist wichtig, dass sich die Stehplatte kontrolliert, aber gleichzeitig stochastisch bewegt. Aus diesem Grund haben wir entschieden, die beiden Signale der Linearmotoren auf einem PC zu generieren und analog an die Motorsteuerung weiter zu geben. Ausgehend vom Winkel der Stehplatte werden mittels Vektorumrechnung die Positionssignale der beiden Linear motoren erzeugt.

Der Gleichgewichtssinn eines Menschen ist von zentraler Bedeutung. Kriechen wir als kleines Kind auf allen Vieren, so lernt der Mensch im Laufe seiner Entwicklung auf zwei Beinen zu stehen und zu gehen. Im Alterungsprozess nimmt jedoch das Sturzrisiko kontinuierlich zu.In der vorliegenden Arbeit soll ein aktives Trainings- und Therapiegerät entwickelt werden, welches dem Menschen helfen soll, sein Gleichgewichtsvermögen zu verbessern.


Balancetrainer

Julian Stähli

1985

079 304 26 15

julian.staehli [at] gmx.ch

Samuel Hubacher

1983

079 771 43 04

samuel [at] besonet.ch

Maschinentechnik

Mécanique

BU

CAD-Konstruktion des Balancetrainers


ProblemstellungFür die Firma ThyssenKrupp Presta AG soll eine Konzeptstudie zum Thema Lenkradvibrationswarnungen durchgeführt werden. Als Hersteller von Lenksäulen für die Automobilindustrie ist die Firma grossem Preisdruck ausgesetzt. Ein komplettes Warnsystem darf in der Serie nicht mehr als 2 Euro kosten. Die Ausarbeitung der Lösungsvorschläge muss auf zwei verschiedenen Wirkprinzipien beruhen. So werden DCUnwuchtmotoren und VoiceCoil resp. Piezoaktoren verwendetEs soll eine exemplarische VWLenksäule mit einem geeigneten und für die Massenfertigung sehr preisgünstigen Vibrationsgeber ausgestattet werden. Auch sollen Gefahren bezeichnet werden, vor denen das System warnt. Dies sind insbesondere Sekundenschlaf, zu nahes Auffahren, übersetzte Geschwindigkeit, toter Winkel und riskante Spurwechsel.Die vorausgegangene Projektarbeit beschäftigte sich mit der Evaluation von potenziellen Aktoren. Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Prototyps.

UmsetzungNach einer rechnerischen Leistungsabschätzung wurden für die gewählte Aktorenvariante Konzepte ausgearbeitet. Die Auswahl eines geeigneten Systems mit Hilfe einer Nutzwertanalyse stützt sich auf Simulationen unter Berücksichtigung von konstruktiven, technischen und wirtschaftlichen Aspekten. Nach Erstellung eines Prototyps wurden an einer bestehenden Lenksäule umfangreiche Tests und Messungen durchgeführt. Hierbei wurden Leistung, Position und Wirkweise der Vibrationsgeber variiert. Für die Variante mit DCMotoren wurde ausserdem noch eine Ansteuerung mit SPS realisiert.

VibrationswahrnehmungDie Wahrnehmung von Vibrationen gehört zur taktilen Wahrnehmung und erfolgt über Mechanorezeptoren in der Unterhaut. Diese wandeln mechanische Kräfte in Nervensignale um und sind schnell adaptierend, d. h. sie reagieren stark auf Reizänderungen. Konstante Reize werden mit der Zeit nicht mehr wahrgenommen. Als Betriebsart eignet sich daher ein Intervallbetrieb des Aktors.Genauer untersucht wurde auch die MenschLenkradSchnittstelle. Die Vibrationswahrnehmung ist frequenzabhängig und für eine Vergleichbarkeit der unterschiedlichen Aktoren müssen die Beschleunigungen gemäss ISO 5349 normiert werden.

Aufgrund der stark gestiegenen Verkehrsdichte wird das Lenken eines Automobils für den Lenker immer anspruchsvoller. Dieser muss daher zugunsten tieferer Unfallzahlen entlastet werden. In Zu-kunft soll der Fahrer unterstützende Informationen durch haptische Sinneswahrnehmung über das Lenkrad erhalten. Als Beispiel könnte der Fahrer durch Vibrationen über das Lenkrad vor Fahrzeu-gen im toten Winkel oder vor zu geringem Fahrzeugabstand gewarnt werden.Die Entwicklung eines solchen unfallpräventiven Systems ist Gegenstand dieser Thesis. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf der Auswahl geeigneter Aktoren und der Hand-Lenkrad-Schnittstelle.

Institut für mechatronische Systeme / Prof. Dr. R. KrauseExperte: Herr F. Scheuter

Lenksystem mit haptischer Wahrnehmung

Andreas Beda Mächler

1980

078 766 82 70

amaechler [at] gmx.net

Ueli Josi

1983

ueli [at] change-over.ch

Maschinentechnik

Mécanique

BU

Voice-Coil-AktorVibrationsmotor


AusgangslageIn der vorangehenden Semesterarbeit wurde mit einem hochlegierten Chromstahl versucht, Mikroabtragungen zu fertigen. Es konnte festgestellt werden, dass die Bearbeitung mit dem gütegeschalteten YAGLaser im NanoSekundenBereich nicht die erwarteten Resultate lieferte. Es wurden Linien wiederholt abgefahren, wobei verschiedene Parameter, wie zum Beispiel die VerfahrGeschwindigkeit oder die Leistung, variiert wurden. Dabei ist aufgefallen, dass sich am Rand der gefahrenen Spuren grosse Ablagerungen gebildet haben. Zudem konnte festgestellt werden, dass die Abtragungsrate nicht wie erwartet proportional zur zugeführten Energie zugenommen hat. In dieser Arbeit soll nun festgestellt werden, wie die Abtragungsrate mit der Überlappung von Pulsen und

der Pause zwischen zwei Pulsen abhängt. Zudem soll untersucht werden, ob die Ablagerungen am Rand der Spuren durch Schmelze oder durch plastische Umformung entstanden sind.

DurchführungZu Beginn wurde rechnerisch das Temperaturverhalten im Inneren des Materials aufgezeigt. Das verwendete Material ist stark reflektierend, was bedeutet, dass der grösste Teil des Laserpulses gar nicht zur Bearbeitung des Materials beiträgt, sondern lediglich reflektiert wird. Man erreicht eine maximale Abtragungsrate mit möglichst tiefer Pulsfrequenz und maximaler Energie, um so eine hohe Pulsenergie zu erhalten. Diese theoretische Grundlage sollte überprüft werden, indem mit variabler Anzahl Pulse auf einen einzelnen Punkt versucht werden sollte, Mate

rial abzutragen. Das Resultat daraus ist eher ernüchternd, da die geringe Abtragungsrate begleitet wird von grösseren Ablagerungen am Rand der Punkte.In einem zweiten Schritt wurden Linien markiert, um in einem Schliffbild feststellen zu können, wie die Ablagerungen entstanden sind und ob man bei kontinuierlichen Spuren eine bessere Abtragungsrate erhalten kann. Tatsächlich konnte mit bestimmten Parametern eine gute Abtragung erzielt werden mit relativ kleinen RandAblagerungen und geringer Schmelzdicke an der Innenseite der Spuren. Diese Parameter haben jedoch einen kleinen Spielraum. Da das Material einen sehr hohen Reflexionsgrad hat, ist bei einer Abweichung von diesen Parametern mit Verlust von Abtragungsvolumen zu rechnen.

Das Bearbeiten von Werkstoffen mit Hilfe der Lasertechnologie ermöglicht eine sehr grosse Flexibi-lität in der Gestaltung von Oberflächen und Formen. Es können insbesondere sehr feine Konturen in Oberflächen von Stahl gefertigt werden. Dies erlaubt ein äusserst schnelles und exaktes Gravieren von Bildern oder Schriftzügen auf Bauteilen ohne kompliziertes Aufspannen oder Einrichten von Maschinen und Werkzeugen und dies bei tiefen Betriebskosten, da keine teuren Werkzeuge zum Einsatz kommen.

Angewandte Lasertechnologie / Dr. Jürg SteffenExperte: Dr. Dietmar Kramer

Mikrobearbeitung mit Q-Switch YAG-Laser

Robert Jünemann

1982

076 443 88 08

r.juenemann [at] besonet.ch

Maschinentechnik

Mécanique

BU

Abtragen von Volumen an einem PunktPulsüberlappung


Die Firma Derap AG mit Firmensitz in Heimberg entwickelt unter anderem Fahrwerke für Transport-systeme, welche weltweit zum Einsatz kommen. Für einen Schrägaufzug, mit einer Kabine für 40 Personen, wird eine Neukonstruktion des Fahrwerks verlangt. Das Ziel ist es, eine festigkeits- und fertigungsgerechte Konstruktion des Fahrwerks zu entwickeln, welche die bekannten Mängel der be-stehenden Konstruktion behebt.

Produktentwicklung und FEMAnalyse / Beat SchmiedExperte: Christian Koblet

Fahrwerkrahmen eines Schrägaufzugs

Sebastian Josef Kurmann

1985

079 772 23 93

skurmann [at] hotmail.com

Maschinentechnik

Mécanique

BU

Fahrwerkrahmen Schrägaufzug

Begriff SchrägaufzugEin Schrägaufzug ist ein Beförderungsmittel, das für den Transport von Personen oder Lasten bestimmt ist. Schrägaufzüge funktionieren in den meisten Fällen wie konventionelle VertikalAufzüge und dienen ebenfalls zur Überwindung von Höhendifferenzen. Der Unterschied liegt in den geneigten Fahrbahnen, die einen maximalen Winkel zwischen 15° und 75° gegen die Senkrechte aufweisen dürfen. Um den Neigungswinkel auszugleichen, werden Niveauregulierungen eingesetzt, die den Kabinenboden stets waagrecht halten. Damit der Energie bedarf dieser Systeme möglichst gering ausfällt, wird bei Schrägaufzügen üblicherweise ein Gegengewicht eingesetzt.

AufgabenstellungIm Rahmen der Thesis wird die Entwicklung des Fahrwerkrahmens vorgenommen. Da der Maschinenpark des Kunden auf Blech und Schweis s konstruktionen ausgerichtet ist, wird eine solche Lösung angestrebt. Diese Konstruktionsweise ermöglicht es, einen gezielten Einfluss auf die lokalen Steifigkeiten vorzunehmen, indem die Blechstärke variiert wird. Durch den entwicklungsbegleitenden Einsatz der FiniteElementeMethode (FEM) können Problemzonen frühzeitig lokalisiert und optimiert werden.

VorgehenNach dem Einarbeiten in die Thematik und dem Planen der Arbeit wurde die Konzept und Konstruktionsphase gestartet. Mit Hilfe von ersten FEMBerechnungen wurde die aus dem Betrieb bekannte problematische Stelle des Seilanschlusses auf ihr Deformations und Spannungsverhalten untersucht und entsprechend optimiert. Die Erkenntnisse aus dieser Optimierungsphase wurden in der Gesamtkonstruktion eingebaut und ein Entwurf des Fahrwerkrahmens erarbeitet. Anhand dieses Entwurfs

wurde eine FEMSimulation des Fahrwerkrahmens vorgenommen, um anschliessend eine Aussage über das Deformations, Spannungs und Stabilitätsverhalten der Gesamtstruktur vornehmen zu können. Aus den FEMBerechnungen resultieren lokale Spannungsprobleme, die anhand einer erweiterten Richtlinie (FKM) beurteilt werden müssen. Die Auswertung der FEMResultate war die Basis für die abschliessenden konstruktiven Anpassungsvorschläge.


Das vergleichsweise einfache Messprinzip beruht auf einer Reflexionsmessung. Das von einem Sender emittierte Licht wird am Messobjekt reflektiert und mit einem Detektor gemessen. Bei geeigneter Wahl der Sende und Empfangsgeometrie kann anhand der gemessenen Leistung auf den Objektabstand geschlossen werden. Die Überlappung vom Sende und Empfangskegel bestimmt die Signalstärke des Detektors. Mit zunehmender Überlappung respektive Abstand z, nimmt die detektierte Leistung zu. Aus dieser Erkenntnis kann auf den gesuchten Abstand geschlossen werden. Sobald keine Überlappung mehr stattfindet, befindet sich das System in der sogenannten Totstrecke und somit wird das detektierte Signal gleich null.

In einer ersten Phase mussten die theoretischen Modelle unter Berücksichtigung von diversen Parametern wie zum Beispiel der seitlichen Verschiebung q oder der Winkelabweichung des Senders relativ zum Detektor berechnet werden. Ziel dieser Berechnungen war es, ein Modell zu finden, welches eine möglichst kleine Totstrecke und zugleich einen Messbereich von 200mm aufweist. Die Totstrecke ist der minimale Messbereich. In diesem Bereich können keine Messungen durchgeführt werden, da eine Detektion des Signals nicht möglich ist. In einer zweiten Phase wurde ein Prototyp konstruiert. Anhand Testmessungen konnte anschliessend die Aussagekraft der theoretischen Modelle überprüft werden. Zum Beispiel an Messobjekten, die eine hohe

oder geringe Reflexion aufweisen. Durch diese Messung konnte eine saubere wie auch eine schmutzige Messfläche simuliert werden. Da dieser Sensor hauptsächlich in der Industrie bei verschmutzten, hellen und kalten Umgebungsbedingungen eingesetzt werden soll, musste auch noch die Fremdlichtempfindlichkeit, der Einfluss der Temperatur und das Verhalten des detektierten Signals bei winkligen Messobjekten überprüft werden. Letzten Endes ist es gelungen einen Prototyp zu bauen und auszumessen. Die ersten Messungen sind ermutigend.

Optische Abstandssensoren erfreuen sich zunehmender Beliebtheit bei industriellen Anwendungen. Oft handelt es sich bei den eingesetzten Sensoren um hochgenaue und damit auch entsprechend teure Systeme. Häufig genügt in der Praxis jedoch eine reduzierte Messgenauigkeit. Es ist anzuneh-men, dass optische Abstandssensoren im Low-Cost Bereich einem Marktbedürfnis entsprechen.Die Entwicklung eines solchen Low-Cost Systems ist Gegenstand dieser Thesis.

Laser Surface Engineering / Prof. Dr. Guido BucherExperte: Dr. Paul Gygax

Optischer Low Cost Abstandssensor

Steve Lutz

1981

079 633 51 84

steve.lutz [at] tele2.ch

Maschinentechnik

Mécanique

BU

Messprinzip


Damit die Weiterverwendung von Spreu und Kurzstroh wirtschaftlich sein kann, müssen die Investitionskosten sowie die beim Sammeln entstehenden zusätzlichen Kosten tief gehalten werden. Aufgrund des hohen Stundenansatzes des Mähdreschers (Fr. 400./h) kann letzteres nur erreicht werden, wenn während des Mähdruschs praktisch keine zusätzliche Zeit aufgewendet werden muss. Zu beachten ist zudem das Gesamtgewicht des Spreusammelmoduls. Die limitierte zulässige Achslast bedingt eine leichte Bauweise des Spreusammelmoduls. Weitere bauliche Grenzen setzt die

Verkehrstauglichkeit. Mähdrescher fallen unter die Kategorie der Ausnahmefahrzeuge. Die Ausnahmeregelung betrifft aber nur die Breite des Fahrzeugs. Alle anderen Vorschriften der Strassenverkehrsverordnung müssen zwingend eingehalten werden.

Zu Beginn der Thesis wurde aus einem ersten CADModell überschlagsmässig das Leergewicht eruiert. Zudem wurden konkrete Offerten für die Kernkomponenten angefordert.Diese Abklärungen haben ergeben, dass das Gewicht sowie die Kosten über den angestrebten Werten lie

gen. Aus diesen Gründen wurde das Konzept nochmals überdacht und alternative Lösungen erarbeitet. Im Betrieb auf dem Feld können Stösse mit bis zu 5facher Erdbeschleunigung auftreten. Diese rufen trotz des geringen Spreugewichts beachtliche Kräfte hervor. Diese müssen durch eine geeignete Unterkonstruktion des Spreubunkers auf die Hinterachse abgeleitet werden. Um die Festigkeit der Konstruktion zu überprüfen, wurde die FiniteElementeMethode (FEM) eingesetzt. Das aktuell zur Realisierung als Prototyp vorgeschlagene Konzept erfüllt die Gewichts und Kostenanforderungen.

Galten Spreu und Kurzstroh früher als wertvolle Nebenprodukte der Getreideernte, so sind sie in den letzten Jahrzehnten kaum genutzt worden. Durch die aktuellen Preissteigerungen bei Stroh und bei Sägemehl könnten neue Absatzmärkte entstehen, indem Spreu und Kurzstroh als Futter-, Ein-streumittel oder auch als Energieträger, z. B. in Form von Pellets, genutzt werden. Das Sammeln von Spreu- und Kurzstroh ist in der Schweiz heutzutage noch kaum bekannt. In einer vorhergehenden Projektarbeit wurden Konzepte erarbeitet, mit welchen die Spreu und das Kurzstroh direkt auf dem Mähdrescher gesammelt werden können. In der Thesis wurde der Lösungsansatz nun unter den Aspekten Betriebstauglichkeit, Festigkeit, Gewicht und Kosten verfeinert.

Produktentwicklung / Prof. Walter GüllerExperte: Christian Koblet, Aebi & Co. AG, Burgdorf

Spreu- und Kurzstrohgewinnung

Lukas Michael Mai

1985

079 510 93 24

l_mai [at] hotmail.com

Maschinentechnik

Mécanique

BU

Bunker in Sammelstellung Bunker in Strassenstellung


Um künftige Abgasnormen wie Euro 5 für das Jahr 2009 und Euro 6 für das Jahr 2014 einhalten zu können, zeichnet sich ab, dass neue Dieselmotoren mit einem Partikelfilter sowie einer Entstickungsanlage – einem sogenannten SCRKatalysator – ausgerüstet werden müssen. Nur mit innermotorischen Anpassungen und Verbesserungen alleine können diese Werte kaum noch eingehalten werden. Es braucht vielfach zusätzliche externe Anlagen, um diese Abgasbestandteile genügend reduzieren zu können.Der im Maschinenlabor der BFH in Burgdorf installierte DieselPrüfstandsmotor von BMW erfüllt lediglich die Abgaswerte nach Euro 3 und besitzt weder einen Partikelfilter noch eine Entstickungsanlage. Zu Ausbildungszwecken soll dieser Motor nun auf Euro 5Level angepasst werden. Dazu wurde in einer vorangegangenen Semesterarbeit ein Konzept betreffend dieser Abgas nachbehandlung aufgestellt.

In dieser Diplomarbeit wurde nun zuerst ein Lieferant gesucht, welcher die nötigen Komponenten liefern könnte. Da dies aber nicht in absehbarer Zeit der Fall war, wurde mit einer Nachrüstfirma aus Deutschland eine Vereinbarung getroffen, dass die BFH in Burgdorf für sie externe Tests durchführen wird. Diese Firma ist momentan an der Entwicklung eines solchen Komplettsystems zur Abgasemissionssenkung. Wenn die Entwicklung dazu im Herbst 2008 abgeschlossen ist, können diese Tests an der BFH Burgdorf durchgeführt werden. Dazu würde ein solches nachrüstbares System dieser Firma an den Prüfstandsmotor angebaut.Die Hauptaufgabe bestand nun darin, für dieses Nachrüstsystem Rohemissionsmessungen einerseits der StickoxidKonzentrationen, andererseits der Russpartikel im Abgas am aktuellen Euro 3 Motor vorzunehmen. Mit diesen Werten kann die besagte Nachrüstfirma

aus Deutschland eine Auslegung der einzelnen Komponenten vornehmen.Mit dieser Nachrüstung der Abgasanlage können in Zukunft nun die oben erwähnten Euro 5 Normen bezüglich Stickoxid und Russpartik el emissionen eingehalten werden und so ein wichtiger Anteil an die Verbesserung der Luftqualität beigetragen werden.

Parallel zur Entwicklung der Abgasnachbehandlungsanlage wurde das Kühlsystem der Wirbelstrombremse, mit welcher der Prüfstands motor ausgerüstet ist, überarbeitet, so dass künftig die Kühlung automatisch geregelt sein wird. Bislang wurde die Temperatur manuell geregelt. Weiter wurde eine Dieselkühlung entwickelt, welche die Kraftstofftemperatur senkt und somit die Betriebssicherheit erhöht.

In der sich immer stärker mobilisierenden Welt kann es sich kaum noch jemand vorstellen, kein Auto sein Eigen zu nennen. Insbesondere trifft das auf die Bevölkerung in der westlichen Welt zu. In den letzten Jahren ist der Marktanteil von Dieselmotoren gegenüber Benzinmotoren dabei stark gestie-gen, und liegt in der Schweiz bei 17.8%. In Westeuropa gesamthaft gesehen liegt er bei über 40 %. Dieses Umdenken auf Dieselmotoren bringt nebst den Vorteilen des tieferen Treibstoffbedarfs und somit eines geringeren CO2-Ausstosses auch den Nachteil der höheren Anteile an Stickoxiden (NOX) und Russpartikeln im Abgas mit sich.

Maschinentechnik / Prof. Beat EngeliExperte: Dr. Rudolf Bauer, Nestlé Suisse SA

Entstickungsanlage (SCR) für BMW-Prüfstandsmotor

Christoph Neuenschwander

1984

079 747 30 12

christoph.neuenschwander [at] gmx.ch

Maschinentechnik

Mécanique

BU

Abgasanlage mit Partikelfilter und SCR-Katalysator

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In der vorangegangenen Semesterarbeit wurde eine Strahlumlenkeinheit berechnet, womit im HochleistungsCO2 Laserresonator Bylaser 4400 azimutale Polarisation erzeugt werden kann. Die Berechnungen haben gezeigt, dass mit toroidalen, parabolischen und elliptischen Spiegelgeometrien nur ein kleiner Teil der Laserstrahlung über diese Umlenkeinheit geführt werden kann. So wurde in der Thesis die Umlenkspiegelgeometrie mit asphärischen Flächen höherer Ordnung berechnet, um eine optimale Umlenkeinheit für die azimutale Polarisation zu erhalten. Um diese Umlenkeinheit mathematisch zu beschreiben, wurde ein lineares, paraxiales Modell verwendet. Dieses Verfahren wird zum Teil auch zur Auslegung der Resonatoren verwendet. Mit

dieser Methode und einem Matlab OptimierungsAlgorithmus wurde die gesamte Geometrie, Punkt für Punkt auf die optimale Geometrie angepasst. Um die gewonnenen Punkte zu verarbeiten und zu beschreiben, musste eine Funktion einbeschrieben werden. In die berechneten Punkte können immer mehrere Funktionen höherer Ordnungen einbeschreiben werden, was bedeutet, dass die gewählte Funktion immer einen gewissen Kompromiss darstellt. Höhere Ordnung bedingt immer mehr Berechnungspunkte. So wurde jede Funktion auf ihre Tauglichkeit überprüft und nochmals nachgerechnet. Das Ergebnis der Nachrechnung wurde anhand vordefinierten Kriterien überprüft, um anschliessend die beste Geometrie auszuwählen.

Anhand der optimierten Resultate wurden die Fertigungszeichnungen nach Spiegelherstellerangaben erstellt.Um eine radialsymmetrische Polarisation nachzuweisen, wird eine spezielle Messeinrichtung benötigt, welche um 360° gedreht werden kann, um bei jedem Winkel die Polarisation zu bestimmen. Da die Spiegel dieser Messeinrichtung eine Polarisation stark absorbieren, wird eine Kühlung notwendig. Weil bis anhin keine Messeinrichtung für Polarisationsmessungen vorhanden ist, wurde diese konstruiert. Dies mit besonderem Augenmerk auf werkstoff, fertigungs, festigkeits, montage und recyclinggerechtes Gestalten. Wichtig war auch die Verwendung von internen Normteilen des Industriepartners.

Bystronic ist ein weltweit agierender Anbieter von hochwertigen Lösungen für die wirtschaftliche Verarbeitung von Blechen und anderen Flachmaterialien. Um beim Laserkonturschneiden in allen Schneid richtungen dieselbe Qualität zu erreichen, wird gegenwärtig die lineare Polarisation des Laser resonators mit mehreren Spiegeln in zirkulare Polarisation umgewandelt. Die Erzeugung radia-ler oder azimutaler Polarisation gelingt heute nur bei beschränkter Leistung.

Angewandte Lasertechnologie / Jürg SteffenExperte: Dr. Dietmar Kramer

Erzeugung azimutaler Polarisation in einem CO2-Laser

Thomas Reber

1983

079 212 23 08

treber [at] gmx.ch

Maschinentechnik

Mécanique

BU


Die Firma Trichema ist ein Lohnabfüller und Lohnhersteller für Kosmetik, Pharmazeutik und Haushalt- und technische Produkte. Für die Produkte K2r (u.a. Backofenreiniger, Vorwaschmittel, Fleckenent-ferner, etc.) verfügt die Firma über eine halbautomatische Flüssigabfüllanlage. Die Arbeitsprozesse Abfüllen, Verschliessen und Etikettieren erfolgen vollautomatisch. Im Gegensatz dazu wird der Ver-packungs- und Palettisierungsprozess manuell ausgeführt. Diese beiden Arbeitsschritte sollen nun mit einem Industrieroboter automatisiert werden. Dabei sollen nebst den technischen auch die wirt-schaftlichen Aspekte berücksichtigt werden.

Produktionstechnik / Prof. Fritz K. GüdelExperten: Beat Schär / Peter Knobel

Entwicklung einer automatisierten Produktionsanlage

Reto Reist

1984

078 852 49 22

reto.reist [at] besonet.ch

Maschinentechnik

Mécanique

BU

Industrieroboter inklusive Mehrfachgreifersystem

Im Zuge der Globalisierung nimmt der Druck auf den Produktionsstandort Schweiz immer mehr zu. Sämtliche Produktionsstätten müssen optimiert werden, um im internationalen Preiskampf mithalten zu können. Gerade die Lohnkosten sind in der Schweiz, im Vergleich zu einem Billiglohnland wie China, sehr hoch und machen einen grossen Anteil der Gesamtkosten aus.Aus diesen Gründen entschied sich die Firma Trichema, die Flüssigabfüllanlage der Produkte K2r voll zu automatisieren. Die Firma Trichema erhofft sich daraus, ihre Selbstkosten zu senken und eine OutputSteigerung von 15% zu erreichen.

Entwicklung Mehrfachgreifer-systemUnter dem Gesichtspunkt einer Steigerung von 15% wurde in einer vorangegangen Projektarbeit das Basiskonzept, mit der Integration eines Industrieroboters im Verpackungs und Palettisierungsprozess, ausgearbeitet. Aus der Arbeit wurde ersichtlich, dass die Entwicklung eines Mehrfachgreifersystems vorteilhaft wäre. Im Rahmen dieser BachelorThesis wurde daraufhin ein Mehrfachgreifersystem für das Produkt K2r Détachat Avant Lavage 750ml (Sprühflasche) entwickelt. Ebenfalls entschied man sich, den Industrieroboter IRB 440045 einzusetzen.Nach der Evaluation des besten Mehrfachgreifersystems und der

benötigten Komponenten wurde im CAD ein entsprechendes Modell gezeichnet.

Ausarbeitung der Engineering-LayoutsIm Anschluss an die Entwicklung des Mehrfachgreifersystems wurde ein Layout der Gesamtanlage im CAD erstellt. Jeder Arbeitsschritt des Verpackungs und Palettisierungsprozess ist detailliert abgebildet. Zudem ist ersichtlich, dass aufgrund des Einsatzes des Industrieroboters drei Produktionsmitarbeiter eingespart werden können.

InvestitionsrechnungDie Kosten dieser Neuinvestition belaufen sich auf über 1 Mio CHF. Eine klare Vorgabe der Firma Trichema lautete, dass die neue Anlage innerhalb von zwei Jahren amortisiert werden muss. Anhand einer dynamischen Amortisationsrechnung konnte folgendes festgehalten werden: Die Anlage wäre auch im WorstCase Szenario, welches von einer 0%Steigerung ausgeht, innerhalb von zwei Jahren amortisiert. Im besten Fall (Steigerung um 15%) wäre die Amortisation nach 1.16 Jahren erfolgt.

AusblickDie ausgearbeiteten Layouts dienen als Grundlage für einen Aufbau der Anlage. In einem weiteren Schritt müssten nun die Fertigungspläne erstellt werden. Um die komplette Anlage bei der Firma Trichema in Betrieb zu nehmen, müssten zusätzlich noch die Mehrfachgreifersysteme für die restlichen Produkte erstellt werden.

Ja, Ihre Ideen und unsere Technologien können dazu beitragen, wirtschaftlichen und sozialenFortschritt mit Umweltschutz zu vereinbaren. Mit der Entwicklung sauberer Energieerzeu-gung sowie zukunftsfähiger Transportlösungen stellen sich die 76'000 Mitarbeitenden vonAlstom in mehr als 70 Ländern den wichtigsten Herausforderungen unseres Planeten.Welches Unternehmen bietet Ihnen die Gelegenheit, an Projekten von so bedeutender wirt-schaftlicher, sozialer und umwelttechnischer Tragweite mitzuwirken? Als globaler Entwicklervon Energie- und Transportinfrastrukturen bieten wir Ihnen die Gelegenheit, die Gegenwart zugestalten und dabei die Zukunft, Ihre Zukunft, nicht aus den Augen zu verlieren.www.careers.alstom.com

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Die Gegenwart gestaltenund dabei die Zukunftnicht aus den Augen verlieren?


Das Schweizerische Telefonnetz wurde im Verlaufe der letzten 100 Jahre unter der Regie der PTT / Swisscom aufgebaut.Der weitläufige Kabelverbund lagert in einem Kabelkanalsystem, bestehend aus verzinkten Stahlrohren unterschiedlicher Durchmesser. Das kleinste Rohr weist bloss einen Durchmesser von 40mm auf.Eine allfällige Verjüngung der Rohre findet jeweils in einer Abzweigung in Form eines T –Stückes statt. Bestehende Kupferkabel mit einem Durchmesser um 12 mm sind teilweise seit 80 Jahren im Einsatz. Die Oberflächenbeschaffenheit der alten Kabel und Kabelkanäle kann dementsprechend variieren. Da die Kupferkabel weiterhin verwendet werden, dürfen sie durch den Glasfaserkabeleinzugsprozess nicht beschädigt werden.Das Volumen / Kraft – Verhältnis ist äusserst kritisch. Das für den Einzugsroboter zur Verfügung stehende Volumen ist beschränkt durch die Geometrie des Kabelkanalsystems. Hingegen sind die für den Einzug eines Glasfaserkabels notwendigen Kräfte ziemlich gross, da dieses eine Länge von bis zu 350 Meter aufweisen kann.

Abgeleitet ergeben sich für den Roboter folgende Hauptanforderungen:

er muss sich autonom fortbewegen können

er muss steuer und lenkbar sein

er benötigt ein Orientierungssystem

er muss ein Glasfaserkabel einziehen

In der im Vorfeld der BachelorThesis durchgeführten Projektarbeit wurden verschiedene Lösungsansätze erarbeitet, analysiert und ausgewertet. Ein weiter zu lösender Punkt war die Problematik der

Energieversorgung (pneumatisch, elektrisch) und Ansteuerung des Roboters.Vom erfolgversprechendsten Konzept wurden verschiedene Varianten erstellt.Ziel der Thesis war nun die Entwicklung und Realisierung eines Prototyps der bestbewerteten Variante.Mit einem Prototyp, welcher einen Teilbereich der Aufgabe erfüllt, wurden schliesslich erste Testfahrten durchgeführt.Das Funktionsmodell zeigt Mängel, die in weiteren Arbeiten verbessert werden, bestätigt aber die fundierten Überlegungen während der Projektarbeit und der Entwicklungsphase der Thesis.

Swisscom unterhält laufend die letzte Meile ihres Telefonienetzes. Zurzeit bestehen Überlegungen, parallel zu den Telefonkabeln aus Kupferleiter Glasfaserkabel einzusetzen. Hierzu müssen die Glas-faserkabel in das bestehende baumstrukturartige Kabelkanalsystem, welches unterirdisch von ei-ner Verteilerstation zu den jeweiligen Hausanschlüssen führt, eingezogen werden.Zusammen mit der Swisscom (Auftraggeberin) entwickelt der Fachbereich Maschinentechnik ein Robotersystem, mit welchem die Glasfaserkabel eingezogen werden können.

Mechatronische Systeme / Prof. R. HungerbühlerExperte: Herr F. Scheuter

Roboter zum Einziehen von Glasfaserkabel

Christoph Röthenmund

1980

chroesch [at] gmx.ch

Maschinentechnik

Mécanique

BU

Antrieb in Form eines Raupenfahrzeugs


AusgangslageDie Pumpenstationen des Solekreislaufes der Elektrolyse in der Borregaard Schweiz AG sind in einem schlechten Zustand. Die Ersatzpumpen sind nicht mehr in Gang zu bringen, Ersatzteile gibt es nicht mehr. Die Firma ist von der Funktion dieser Pumpen abhängig. Da auch die Elektroinstallation nicht mehr den Normen entspricht, muss auch in diesem Bereich eine Änderung vorgenommen werden.

Ablauf der ArbeitEs wurden verschiedene Konzepte entworfen und überprüft, um die

Prozesssicherheit in der Elektrolyse zu gewährleisten. Dazu sollten die Kreiselpumpen ausgewechselt werden und die Elektroinstallation neu über einen MCCSchrank gesteuert werden.Wichtig war die Betrachtung aller Einflussfaktoren. Dazu gehörten verschiedene Filter, Stellventile und natürlich alle Leitungen, Verzweigungen usw., die einen Einfluss auf die Leistung einer neuen Pumpe haben.Weiter wurde eine Wirtschaftlichkeitsrechnung durchgeführt, um aufzeigen zu können, dass es nicht sinnvoll ist, in diesem Teil der An

lage die Pumpen neu über einen Frequenzumrichter anzusteuern. Die Einflüsse der Stellventile mussten genauestens unter die Lupe genommen werden, um die Grösse der Pumpe zu bestimmen. In Folge der Regelcharakteristik der Stellventile ist leider nicht zu verhindern, dass die Stellventile einen grossen Druckverlust generieren. Somit konnten nur minime Einsparungen bei der Investition der Pumpen gemacht werden.Der erste Umbau wurde durch zwei externe Firmen und zwei interne Abteilungen der Borregaard Schweiz AG durchgeführt. Die erste Pumpe läuft nun seit einer Woche störungsfrei.In zwei Monaten werden dann die restlichen Pumpen, die während der Arbeit bestellt wurden, eingebaut.

Die Industrie ist ein hartes Geschäft. Der Druck nach mehr Leistung und der Drang auf Mehrschicht-betrieb werden immer grösser. Daher wird es immer schwieriger, in den Anlagen Unterhaltsarbeiten durchzuführen. So kann plötzlich der Zeitpunkt kommen, da einzelne Elemente einer Anlage nicht mehr die gewünschte Leistung und Prozesssicherheit erbringen. Da der Industrie der Stillstand ei-ner Anlage aber nicht möglich ist, muss in die bestehende Anlage hinein ein Umbau während dem Betrieb projektiert werden, was viele planerischen Aufgaben mit sich bringt.

Verfahrens und Energietechnik / Prof. Fritz K. GüdelExperte: Felix Scheuter

Ersatz-Pumpen im Solekreislauf

Samuel Schiltknecht

1985

078/8066473

sam11 [at] gmx.ch

Maschinentechnik

Mécanique

BU

Pumpenstation nach dem ersten UmbauPumpenstation vor dem Umbau


Für die Erarbeitung eines realisierbaren Systems wurden zuerst Details wie Geometrie und OberflächenBeschaffenheit der verschiedenen Staumauern untersucht. Aus diesen Kenntnissen ist die Idee entstanden, den Drucker mittels Saugnäpfen an der Wand zu fixieren. Da einige Staumauern durch ihre Konstruktion Wölbungsradien aufweisen, wird der Drucker im Überhang drucken müssen.Bei AirbrushDrucksystemen muss der Abstand der Düse zur Druckfläche zwischen 2 und 5 cm sein. Dies bedeutet, dass das Drucksystem mit einem konstanten Abstand an der Wand jeweils fixiert sein muss. Das System muss sich an die sich ändernden Geometrien der Staumauern anpassen können. Dies wird durch die PneumatikZustellung und die Gelenkgelagerten Saugnäpfen erreicht.

Der Bewegungsablauf des Systems ist wie folgt: Zwei Saugnäpfe, (8 Rechtecke im Bild) saugen sich abwechselnd an der Wand fest. Mittels zwei Führungsschienen und den Bewegungsspindeln kann sich das gesamte System nach unten bewegen. Oben, auf der Krone der Staumauer, befindet sich eine Seilwinde, die die Anlage beim Bewegen in der Höhe unterstützt. Die seitliche Verschiebung übernimmt ein Fahrzeug.

Das System bewegt sich auf einer bis zu 70’000 m2 grossen Fläche und in Höhen von bis 300 m (Staumauer Grand Dixence im Wallis). Das Gewicht des Systems wurde durch die Wahl von Leichtkomponenten so tief wie möglich gehalten. Die gesamte AluminiumBühnenkonstruktion wurde auf Verformung mit FEM (Finite Elementen Methode) berechnet und anschliessend optimiert.

Staumauern sollen neuerdings für touristische Zwecke als Werbeflächen genutzt werden. Dabei soll ein Airbrush-System eingesetzt werden mit einer Druckbreite von bis zu 5m und einer Druckleistung von 1000 m2/Std. Mittels regelbaren Seilwinden und einem Laserdistanzmesssystem soll der Dru-cker auf der Staumauer positioniert werden. Da die zu bedruckende Fläche ca. 70’000 m2 beträgt, ist es notwendig, den ganzen Druckvorgang so weit wie möglich zu automatisieren. Einige Staudämme weisen überhängende und gekrümmte Teilflächen auf, was die Komplexität des Systems erhöht.

Produktentwicklung / Prof. Dr. Reinhold KrauseExperte: Dr. Paul Gygax

Entwicklung eines Drucksystems für Staumauern

Philipp Schneiter

1982

079 751 90 32

philipp.schneiter [at] hispeed.ch

Maschinentechnik

Mécanique

BU

3D-Modell des Drucksystems


Chemilumineszenz steht für eine Lichtemission, welche sich aufgrund einer chemischen Reaktion ereignet, wie beispielsweise bei der Oxidation von organischen Substanzen. Dieses Licht wird vom Menschen grösstenteils nicht wahrgenommen, da es sich um extrem kleine “Lichtmengen”, so genannte Photonen, handelt.Die Firma ACL Instruments AG aus Kerzers hat zusammen mit verschiedensten Fachbereichen der Berner Fachhochschule Geräte zur ChemilumineszenzAnalyse entwickelt, welche in der Lage sind, kleinste Proben fester oder flüssiger Substanzen schonend zu analysieren.

Da es sich bei solchen Analysen um Langzeitmessungen von zum Teil mehreren Monaten handeln kann und die bestehenden Geräte sehr geringe Messkapazitäten aufweisen, wird mit dieser Arbeit eine Mehrkanallösung angestrebt.

Das Herzstück dieses Gerätes bildet eine beheizbare Ofenmasse, in welcher sich die Kammern für die zu analysierenden Proben befinden. Wie bei den bestehenden Ein und VierkanalGeräten muss auch das MehrkanalChemilumineszenzAnalysegerät (MCCL) eine überaus stabile Temperatur und eine sehr homogene Temperaturverteilung gewährleisten.

Jede Kammer verfügt über eine separate Zu und Abführung des Reaktionsgases. Bei Bedarf können dadurch die Kammern mit Sauerstoff oder Stickstoff durchflutet werden. Der Ofen wird von oben mit einem ebenfalls beheizbaren Glas abgedeckt. Reagieren die Proben nun mit dem einströmenden Sauerstoff, gelangt das emittierte Licht durch das beheizte Glas in den Messkopf. Dort werden die Photonen in sog. Photoelektronen umgewandelt und in einer Dynodenkaskade vervielfacht (Photomultiplier Tube PMT). Durch die Verstärkung der Photoelektronen lässt sich nun ein Strom, abhängig von der Anzahl Photonen, messen und auswerten. Damit kein Fremdlicht gemessen wird, welches nicht bei der Oxidation entstanden ist, muss dieser ganze Prozess in einem lichtdichten Gehäuse stattfinden.Mit dem MultianodenPMT können höchstens vier Proben auf einmal gemessen werden, weshalb das MCCL ein Positioniersystem benötigt. Mit zwei Lineareinheiten, welche von Schrittmotoren angetrieben werden, kann jede Kammer der Ofenmasse unter dem PMT positioniert oder zur Entnahmestation gefahren werden. Dort können bei Bedarf die Proben einzeln von Hand manipuliert werden.

Organische Substanzen oxidieren an der Luft mit dem Sauerstoff. Dies hat zur Folge, dass beispiels-weise Öl ranzig und Kunststoff spröde werden. Oxidiertes Öl erkennt ein geübtes Auge oder eine geübte Nase schnell. Ein sprödes “Gummeli” wird einfach durch ein neues ersetzt ohne grossen Kon-sequenzen. Was aber, wenn beispielsweise ein Kunststoffteil in einem Flugzeug oder Auto unerkannt seine Eigenschaften ändert? Um diese Oxidationen von verschiedensten organischen Substanzen zu untersuchen und zu erforschen, wird die Chemilumineszenz-Analyse eingesetzt.


Mehrkanal-Chemilumineszenz-Analysegerät

Christine Schnetz

1985

christine.schnetz [at] gmx.ch

Maschinentechnik

Mécanique

BU

CAD-Modell: Mehrkanal-Chemilumineszenz-Analysegerät


Durch die Erhöhung des Schneidedruckes lassen sich noch dickere Materialien schneiden, was zu einer Erweiterung des Anwendungsbereiches führt.In der vorgeschalteten Semesterarbeit wurden für den Hochdruckzylinder bereits Lösungsmöglichkeiten zur Drucksteigerung gesucht. Der Lösungsansatz mit der Autofrettage des Innenrings in Kombination mit einem aufgeschrumpften Aussenring, wurde als besonders interessant befunden und war nun im Rahmen der Thesis vertieft zu untersuchen und auf seine Machbarkeit abzuklären.

Beim Verfahren der Autofrettage wird der Innenring des Hochdruckzylinders unter hohem Innendruck (bis 13'000 bar) belastet. Durch die grosse Belastung entsteht eine plastische Zone am Innenrand des Innenrings. Beim Entlasten zieht sich die äussere, nur elastisch verformte Zone wieder zusammen und erzwingt somit eine Druckvorspannung. Die während der Autofrettage erzeugte Druckvorspannung wird mit dem Wasserdruck im Betrieb überlagert. Durch die Überlagerung der Spannungen wird die Druckbeherrschung begünstigt.

Um die Autofrettage rechnerisch simulieren zu können, musste im FEProgramm Ansys Workbench das elastischplastische Werkstoffverhalten abgebildet werden, um die Ausbildung der plastischen Zone möglichst genau zu kennen und zu beeinflussen.An vereinfachten axialsymmetrischen 2DModellen wurde die Wirkung der Autofrettage im Zusammenspiel mit den Abmessungen der

Zylinderringe und den Schrumpfmassen untersucht. Schrittweise wurde dann die Simualtion auf die reale 3DKonstruktion mit Volumenmodellen abgeleitet.

Massstab für die Bewertung der Varianten war die Spannungsvariation im Betrieb. Das Ziel besteht darin, Aussagen zur Lebensdauer zu machen. Die Beurteilung erfolgt dabei nach der FKMRichtlinie.

Die Firma Bystronic AG mit Firmensitz in Niederönz (Schweiz) bietet weltweit hochwertige Lösungen an für die wirtschaftliche Verarbeitung von Blechen und anderen Flachmaterialien. Mit jahrzehnte-langer Erfahrung in der Entwicklung und Realisation leistungsfähiger Kaltschneidesysteme gehört Bystronic AG zu den Marktführern. Heutzutage sind beim Wasserstrahlschneiden Betriebsdrücke bis 4’000 bar an der Tagesordnung. Einzelne Hersteller bieten jedoch bereits 6’000 bar an. Die Bachelor Thesis hat zum Ziel, eine Machbarkeitsstudie zur Steigerung des Betriebsdruckes durchzuführen.

Produktentwicklung und FEM Analyse: Beat Schmied Experte: Dr. Paul Gygax

Höchstdruck zum Wasserstrahlschneiden

Matthias Schnyder

1983

079 541 73 22

m_schnyder77 [at] hotmail.com

Maschinentechnik

Mécanique

BU

Hochdruckzylinder in Bypump 50 APC


AusgangslageVon Cendres+Métaux SA wurde eine neuartige Verankerung konzipiert, mit der die Schnittstelle zwischen Kiefer und Zahnprothese für den Zahnmediziner einfacher zu handhaben ist. Vom neuen Konzept wurden einzelne Elemente bereits getestet und patentiert, die Matrize ist jedoch noch nicht patentreif und befindet sich noch in der Konzeptphase.In dieser BachelorThesis wurden mit Hilfe der Finite Elemente Methode (FEM) Simulationen erstellt, um das angedachte Konzept bezüglich seiner Funktion zu überprüfen. Ziel der Arbeit war es, das bestehende Konzept mit geeigneten Simulationen zu bestätigen und, falls nötig Konzeptanpassungsvorschläge zu erarbeiten.

UmsetzungFür die Geometrie des in der Matrize eingebauten Retentionseinsatzes wurde eine Parameteranalyse durchgeführt. Diese konnte aufzeigen, wie die Geometrieparameter die Spannungen, Verformungen und die Haltekräfte des Matrizeneinsatzes beim Montieren und Demontieren des Zahnersatzes beeinflussen. Mit Hilfe dieser Erkenntnisse konnten die Geometrien der Bauteile so modelliert werden, dass die gewünschten Haltekräfte erreicht wurden. Als weiteren Schritt galt es, die Geometrien so zu verändern, dass sie eine optimale Form für die Spritzgussherstellung erhalten. Anschliessende FEMAnalysen zeigten, dass die Vergleichsspannungen zu plastischen Verformungen im Reten tions einsatz

führen. Deshalb wurden Konzeptanpassungen vorgenommen und mit FEMSimula tionen untersucht. Mit einer MoldflowSimulation, wurde zusätzlich das Fliessverhalten von Kunststoffen beim Spritzgiessen simuliert. Damit konnte letztlich noch aufgezeigt werden, welche Kunststoffe sich für den Retentionseinsatz als Material eignen würden.

AusblickDie durchgeführten Analysen konnten die noch vorhandenen Schwächen des Matrizenkonzepts aufdecken. Für eine patentwürdige Lösung müssen deshalb noch Verbesserungen am Konzept durchgeführt werden, bei denen man sich auf die erarbeiteten Verbesserungsvorschläge stützen kann.

Es existieren heute viele verschiedene Möglichkeiten um künstliche Zahnprothesen im Kiefer zu befestigen. Ein verbreitetes Halteelement für den Zahnersatz ist die Verankerung. Sie ermöglicht dem Prothesenträger das einfache Einsetzen, Entfernen und Reinigen der Prothese und bietet ho-hen Tragkomfort. Für die Zahnmediziner stellt es jedoch bis heute eine grosse Herausforderung dar, die Implantate für die Befestigung der Prothese im Kiefer des Patienten so zu plazieren, dass ein spannungsfreies Montieren der Prothese möglich ist. Mit einem neuartigen Verankerungskonzept soll deshalb den Zahnmedizinern zukünftig das Platzieren und Ausrichten der Fundamente für Zahn-prothesen erleichtert werden.

Produktentwicklung / Prof. Fritz K. Güdel / Cendres+Métaux SA, BielExperten: Beat Schär, Peter Knobel

Matrizenkonzept zur Halterung künstlicher Zahnprothesen

Marcel Schweizer

1984

079 265 56 76

m.schweizer [at] gmx.ch

Maschinentechnik

Mécanique

BU

Modell einer bereits erhältlichen Prothesenverankerung FEM- Modell des Retentionseinsatzes


Die Nachfrage für medizinaltechnische Implantate zur Osteosynthese nimmt weltweit stark zu und der Markt wächst rasant. Bei Knochenfrakturen, bei denen eine anatomisch lückenlose Rekonstruk-tion nicht möglich ist, sind formgerechte und biokompatible Knochenimplantate erforderlich.Ein von der Firma Delta Robotics entwickelter Prozess ermöglicht es nun, solche Knochenimplantate kostengünstig herzustellen. Dabei wird eine Gitterstruktur aus Kalziumphosphaten aufgebaut, wel-che die mechanischen Funktionen eines Knochens übernimmt. In die Zwischenräume dieser Gitter-struktur werden so genannte “Biological Growth Factors” appliziert. Diese fördern den Umbau in körpereigenes Knochengewebe und stellen so die Versorgung des nachfolgenden Gewebes sicher.

Robotik / Prof. Yves Mussard, Marc ThurnerExperte: Dr. Pascal Hulliger, Daniel Luder

Roboter für biotechnologische Anwendungen

Jonas Salzmann

1985

078 840 12 40

jonas [at] 0111.ch

Bastian Marc Bachmann

1982

079 399 42 37

bastian.bachmann [at] gmx.ch

Mikrotechnik

Microtechnique

BI

Der ProzessDieser heikle Prozess wird mit Hilfe einer so genannten “Solid Freeform Fabrication (SFF)”Methode durchgeführt, wie man sie etwa vom Rapid Prototyping her kennt. Um die Growth Factors zu schützen, muss der Prozess in einem speziellen Raum, einem Bioreaktor, ausgeführt werden. In diesem müssen alle Umweltparameter wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit oder Luftdruck indivi duell geregelt werden können. Zudem muss man den Raum vollständig sterilisieren können.

RealisierungZur Realisierung dieses Prozesses war die Entwicklung eines neuartigen Manipulators nötig. Dieser besteht aus einem mechanisch aktiven und einem mechanisch passiven Teil. Der aktive Teil, in dem sich alle Lager, Motoren und Getriebe befinden, ist durch Dichtungen komplett vom passiven Teil, in welchem sich die bewegliche Struktur befindet, getrennt. Der passive Teil befindet sich also innerhalb des Bio reaktors und kann komplett sterilisiert werden, währenddem die aktiven Elemente ausserhalb arbeiten. Die bewegliche Struktur hat drei Freiheitsgrade und enthält weder Teile, welche geschmiert werden müssen, noch enthält sie elektrische Komponenten.

Um die komplexe Kinematik des Roboters zu steuern, musste eine passende Steuerung evaluiert werden. Diese Steuerung steuert nicht nur den Manipulator, sondern regelt auch alle Umweltparameter. Für die medizinaltechnische Anwendung ist

ein ausgeklügelter Watchdog von Nöten. Dieser muss alle Prozesse überwachen und jeden Arbeitsschritt protokollieren, um bei allfälligen Problemen den Fehler zu ermitteln und die Qualität der Implantate zu überwachen.

Deltaroboter für biotechnologische Anwendungen

Prozessablauf


AusgangslageGesucht war eine Lösung, die es erlaubt, sowohl bestehende wie auch neuentwickelte Spiegelsysteme für Bewegungsmelder vor der Fertigung auf ihr Verhalten zu untersuchen. Dazu wurde ein ZEMAX®Makro entwickelt, welches die physikalischen Daten sowie die Spiegelgeometrie selbständig einliest, die Simulation durchführt und die Ergebnisse in einer weiterbearbeitbaren Form ausgibt.

VorarbeitIn der Simulation dienen Wärmebildaufnahmen als Quellen. Hierzu wurden mehrere Hunde, die sich in Grösse und Fellart unterscheiden, mit einer Thermokamera aufgenommen. Jedem Pixel dieser Aufnahmen ist somit eine Temperatur zugewiesen.In einem ersten Schritt werden die IRBilder gerastert und in Temperaturbereiche unterteilt um unnötige Details zu reduzieren.Jedem Temperaturbereich werden Wellenlängen zugeordnet, die dem Spektrum eines Wärmestrahlers dieser Temperatur entsprechen.Auf Grund der Eigenschaften des RayTracingProgrammes ZEMAX® muss jeder Temperaturbereich einzeln über die Optik auf den Detektor abgebildet werden.

SimulationZEMAX® erlaubt die Erstellung von Makros, um mehrere Arbeitsschritte zu koordinieren und den Ablauf zu automatisieren. Wesentlicher Teil der Arbeit ist ein solches Makro. Mit dem Makro werden die Daten für jeden Temperaturbereich sequenziell geladen und abgearbeitet.Zusätzlich kann die Position des Objektes verändert werden, um ein Vorbeigehen des Objektes simulieren zu können. Die von ZEMAX® ausgegebenen Daten über die Intensität und deren Verteilung über den Detektor können anschliessend in einem Mathematikprogramm wie MatLab® weiterverarbeitet werden.

Bewegungsmelder sind als Sicherheits- oder Komfortelemente aus dem Alltag nicht mehr wegzu-denken. Daher soll die Optimierung dieser Geräte möglichst effizient und kostengünstig vorange-trieben werden. Speziell die Problematik der Fehlauslösungen durch Tiere (vor allem Hunde) stellt eine grosse Herausfor-derung dar. Um das Verhalten der Melder möglichst bereits im Entwicklungsstadium testen zu können, bedarf es einer Simulationsmöglichkeit. Diese sollte auf Basis des Raytrace-Programmes ZEMAX® erarbeitet werden.

Optik / Prof. Dr. Stefan StankowskiExperte: Dr. Martin Allemann, Siemens Schweiz AG, Building Technologies Group

Simulation von Bewegungsmeldern

Christoph Bäni

1984

079 745 14 30

ch.baeni [at] gmx.ch

Mikrotechnik

Microtechnique

BI

Parabolspiegel in ZEMAX®

Wärmebild


Les vibrations apparaissent essentiellement dans les machines tournantes. Ces dernières sont constituées d’un ensemble d’éléments qui, une fois en rotation, oscillent et produisent des battements et des chocs.La première étape de ce travail consiste à monter un banc de contrôle sur lequel le moteur et le vibromètre laser sont fixés, isolés de l’environnement qui peut nuire à la mesure. Dans une deuxième étape, différents angles et positions de mesures sont examinés pour déterminer le point de mesure qui livre les meilleurs résultats. En troisième lieu, le signal acquis par le vibromètre est échantillonné, filtré et transformé par un programme LabVIEW. Ces trois passages sont le fondement du traitement de signal. Ensuite, une investigation est menée pour déterminer les caractéristiques qui définissent les limites d’acceptation ou de refus des moteurs contrôlés. Les informations recueillies lors du contrôle acoustique

constituent la base sur laquelle les différents spectres sont comparés.L’analyse spectrale permet de distinguer les différentes fréquences qui interfèrent dans la composition

du signal. La transformée rapide de Fourier est l’algorithme que l’on utilise pour obtenir ces spectres.Afin d’acquérir le plus grand nombre de renseignements sur les moteurs MC3, il faut varier les paramètres de mesure : la fréquence d’échantillonnage, le type et la plage de filtrage, la forme du fenêtrage ainsi que la fréquence de rotation. Un microphone à condensateur est également utilisé pour l’analyse acoustique du bruit produit par le moteur.

Les vibrations demeurent parmi les problèmes les plus complexes que l’industrie doit résoudre. Le contrôle final des moteurs MC3 de BienAir Dental SA fait appel à un examen acoustique pour dé-tecter les vibrations anormales. Cette thèse de Bachelor vise une automatisation de ce contrôle dans une perspective d’amélioration et de perfectionnement. Un banc de test équipé d’un vibromètre laser permettra de réaliser cette analyse vibratoire.

Technique médicale / Prof. Dr. Harald WildExpert: Clémentine Scherrer, BienAir Dental SA

Mesure et analyse vibratoire des moteurs MC3

Mohamed Ben Messaoud

1985

078 820 07 31

mohamed-benm [at] hotmail.com

Mikrotechnik

Microtechnique

BI

Moteur MC3

Spectre des fréquences


FunktionsweiseEin SRM ist eine Bauform eines Elektromotors, bei dem der Rotor aus einem weichmagnetischen Material besteht und der Stator die Magnetspulen enthält. Der Rotor besitzt keine Permanent oder Elektromagnete, sondern besteht ebenfalls aus einem weichmagnetischen Werkstoff. Stator und Rotor besitzen ausgeprägte Pole, welche in der Anzahl aufeinander abgestimmt sein müssen. Auf den Polen des Stators befinden sich Spulen, welche angeregt werden. Durch diese Anregung entsteht ein magnetisches Feld, das die Pole des Rotors ausrichtet. Es werden immer zwei gegenüberliegende Spulen angeregt und das Magnetfeld schliesst sich über den Rotor. Werden die Spulen nacheinander ein bzw. ausgeschaltet, wird der Rotor der Bewegung des Magnetfeldes folgen und es entsteht eine Rotation. Stator und Rotor sind dabei vollständig galvanisch getrennt und nur über das Magnetfeld miteinander verbunden. Diese Eigenschaft ist für die Anwendung sehr wichtig.

SimulationEs wurde anhand eines bereits bestehenden Gehäuses ein Prototyp entwickelt, welcher im Programm FEMAG in 2D simuliert wurde. Die erhaltenen Werte wurden mit den geforderten Werten verglichen. Dank der Simulation konnten vorgängig einige entscheidende Verbesserungen in der Geometrie vorgenommen werden.

MessaufbauDer SRM wurde anhand der Simulation erstellt und für spätere Messungen ist ein Messaufbau erstellt worden. Damit können der Winkel und die Höhe des Stators verändert werden. Anhand des Messaufbaus können verschiedene Tests durchgeführt werden und es ist eine Optimierung des Antriebes möglich.

Das Ziel dieser Arbeit war einen berührungslosen Antrieb für eine Anwendung im Bereich Drug Delivery zu konzipieren und aufzubauen. Es handelt sich um eine Rotationsbewegung die der An-trieb ausführen muss. Die Herausforderung bestand darin, dass sich der Antrieb (Stator/Rotor) in zwei unabhängigen Gehäusen befindet. Im Rahmen einer Semesterarbeit wurden diverse adäquate Konzepte erarbeitet und bewertet. Ein Konzept, um diesen Antrieb zu bewerkstelligen, wird hier vorgestellt. Es handelt sich hierbei um einen switched reluctance Motor (SRM).

Medizintechnik / Prof. Dr. Josef Götte, Prof. Dr. Andrea VezziniExperte: Herr Urs Widmer, Project Leader

Antriebssystem für ein Medical Device

Armin Berchtold

1981

079 707 38 92

egga1981 [at] bluewin.ch

Mikrotechnik

Microtechnique

BI

Messaufbau

Simulation in FEMAG


Optoakustische BildgebungBei der optoakustischen Diagnose wird mit Lasereinstrahlung in die Haut eine Druckwelle im Gewebe erzeugt. Grund für diese Druckwelle ist der durch Absorption des Lichts hervorgerufene thermoelastische Effekt. Diese Druckwelle wird als Schallwelle mit einem herkömmlichen EchoUltraschallMesskopf aufgenommen. Mit diesem Verfahren sollen Gewebestrukturen, Blutgefässe oder Hautkrankheiten untersucht werden.

AufgabenstellungZiel dieser Arbeit war, unter Berücksichtigung der grossen Anforderungen an Platz und Material, ein Messphantom zu erstellen. Dieses Messphantom soll helfen, das optoakustische Verfahren zu testen und zu charakterisieren. Nebenbei sollen damit die Tiefenauflösung sowie

die laterale Auflösung von Gewebestrukturen für dieses bildgebende Verfahren ermittelt werden. Ein weiterer Bestandteil der Aufgabe war, den herkömmlichen EchoUltraschall Messkopf mit einer EinstrahlOptik zu bestücken.

RealisierungBasierend auf den Erkenntnissen aus der vorangegangenen Semesterarbeit wurde ein geeignetes Prinzip für das Messphantom gewählt und umgesetzt. Für die verstellbare Optik beim Messkopf wurden mit einer Prinzipstudie mehrere Realisierungsmöglichkeiten untersucht.

ErgebnisseWährend der Bachelorarbeit ist ein Messphantom realisiert worden. Es enthält unter anderem ein Schlauchsystem, das künstliche

Adern darstellt. Diese Adern sind in verschiedenen Konstellationen angeordnet und werden über eine Pumpe im Kreislauf mit einer lichtabsorbierenden Flüssigkeit gefüllt. Mittels einer ersten Versuchsmessung hat man die Funktionalität des Messphantoms erfolgreich geprüft.Die Einstrahloptik ist durch Simulationen bezüglich der variablen Einstrahlcharakteristik verbessert worden. Zudem ermöglichen die mechanischen Verstellprinzipe eine verbesserte Reproduzierbarkeit der Messungen. (siehe Abb. unten links)

AussichtenDie Optimierung des Messkopfes ist noch nicht vollendet, dort bedarf es noch einer verbesserten Ausarbeitung. Durch die Ergebnisse der Arbeit kann aber ein optimierter Aufbau erfolgen.

Die bildgebenden Verfahren – wie z.B. Röntgen oder Magnetresonanz-Tomographie (MRT) – bilden einen wichtigen Bereich der Medizintechnik. Mit der Optoakustischen Bildgebung besteht eine alternative Methode für die nicht-invasive Darstellung des Körperinneren. In Zusammenarbeit mit der Abteilung für Biomedizinische Photonik der Universität Bern soll ein Messphantom entwickelt und eine Optimierung beim bestehenden Messkopf-Prototypen erarbeitet werden.

Medizintechnik / Prof. Dr. Jörn JustizExperte: Dr. Michael Jäger, Universität Bern

Messphantom und Messkopf für die Optoakustik

Oliver Bill

1985

079 468 47 03

bill_bob [at] gmx.ch

Mikrotechnik

Microtechnique

BI

Verstellbare Einstrahloptik Das erstellte Messphantom


Eine bereits bestehende Verpackungsanlage für 3 ½"- und 5 ¼"-Disketten wurde auf die heute ge-bräuchliche CD/DVD-ROM-Technologie umgerüstet. Gleichzeitig wurde das Automatisierungskon-zept überarbeitet und den neuen modernen Anforderungen angepasst. Hierzu wird die PC-basieren-de Steuerung durch eine Siemens-SPS* mit Profibusanbindung ersetzt und der Ablauf komplett neu programmiert. Dem erhöhten Sicherheitsaspekt wurde Rechnung getragen. Die Profibusanbindung sichert die Kommunikation zu übergeordneten Leitsystemen.

Mechatronik / Prof. Dr. Harald WildExperte: Hans Menzi, Siemens Schweiz AG

CD-Verpackungsanlage

Dominik Bregy

1985

079 402 06 23

dominik.bregy [at] gampel.ch

Mikrotechnik

Microtechnique

BI

*SPS – SpeicherProgrammierbareSteuerung

Verpackungsanlage

AusgangslageEs handelt sich hierbei um eine bestehende Anlage, welche zum Verpacken von 3½" und 5¼"Disketten in Kartonhüllen dient. Die Disketten werden via Förderband direkt von Lesegeräten zugeführt, welche für die Zuordnung des Diskettenformats benötigt werden. Je nach Diskettengrösse werden die Leimbahnen für das Verkleben der Kartons variiert. Dies garantiert einen sicheren Halt der Diskette in der Verpackung. Es ist nun möglich, mit dieser Anlage auch CDs zu verpacken, da die CD einen Durchmesser von 12 cm hat und die 5¼“Diskette eine Kantenlänge von 13,335 cm aufweist.Gesteuert wurde die ganze Anlage durch eine PCSteuerung. Diese Steuerung gilt es nun durch eine moderne SPS zu ersetzen, welche mit einem Bussystem ausgestattet ist, um die Kommunikation zu einer überlagerten Leitstelle zu garantieren.

Funktionsprinzip der Anlage Der Karton wird in die Anlage eingezogen, und im gleichen Schritt werden Leimbahnen auf den Karton aufgetragen. Dann wird die CD an einem fixen Ort mit Hilfe eines Linearantriebes und einem Vakuumgreifer zugeführt und auf den Karton gelegt und zum ersten Mal gefaltet. Nach dem ersten Falten wird der Karton eine Station weitergeführt, nochmals verklebt und gefaltet. Danach erfolgt der Auswurf aus der Verpackungsanlage.

SteuerungBei der SPS fiel die Wahl auf eine Steuerung der Firma Siemens. Die Gründe für eine SiemensSPS waren folgende: Sehr verbreitet Einfaches programmieren Profibus Vielseitig verbreitetIn dieser Arbeit wird eine CPU des Typs S7315 verwendet. Die S7300Reihe ist eine vielverbreitete Industriesteuerung. Sie verfügt über genügend Speicher und ab der

CPU S7315 auch über ProfibusAnschluss. Erweitert wird die CPU mit zwei digitalen Ein/Ausgangsmodulen, welche je 16 digitale Ein und Ausgänge besitzen. Um die Anlage komfortabel zu bedienen wird noch ein Touchpanel von Siemens verwendet. Es handelt sich hierbei um ein SIMATIC TP177B Color. Das Touchpanel kommuniziert über Profibus mit der CPU. Die CPU wird mit STEP7 und das Panel mit WinCC programmiert.


KalibrierungFür die Eichung wird ein Standardkalibrierverfahren für optische Geräte verwendet. In diesem Fall wird als Endmass ein Schachbrett benutzt. Das Target wird während der Aufnahme einer Kalibriersequenz in verschiedenen Winkeln aufgenommen. Die durch den hohen Kontrast genau definierten Ecken können durch Bildverarbeitung exakt rekonstruiert werden. Es ergibt sich so für jede Ecke eine Trajektorie (vgl. Abb.1), aus welcher später sequentiell der Mittelpunkt (vgl. Abb.2) und somit die Rotationsachse bestimmt werden kann.

Mechanische EinschränkungenBei einem sich bewegenden Messgerät stellt sich sofort die Frage nach der Übereinstimmung von mechanischen Rotationsachsen und der optischen Achse des abbildenden Objektivs, sowie deren Ausrichtung zueinander. Zur Modellierung eben dieser Problematik bieten sich gängige Methoden aus der Robotik an. Sie erlauben mit einfachen geometrischen Überlegungen Koordinatensysteme für jeden mechanischen und optischen Freiheitsgrad, sowie Transformationen dazwischen einzuführen. Als “Verbindungselement” zwischen zwei verschiedenen Koordinatensystemen dient ein extrinsischer Parameter. Dies hat den Vorteil, dass das Modell überschaubar bleibt und modular ausbaubar ist. Zur Minimierung von Rechen und Rundungsfehlern werden alle Koordinatentransformationen zu einer Gesamttransformation zusammengefasst.

Verschiedene Modelle Sind alle mechanischen Freiheitsgrade modellierbar, lässt sich als erstes eine einfache Lochkamera simulieren. Dieser erste Schritt in der Optikrechnung ist ein Modell einer idealen, unendlich dünnen Linse. Um die Simulation etwas realitätsnäher gestalten zu können, muss die Camera Obscura mit einer idealen dicken Linse ersetzt werden. Hierbei wird das Linsensystem der Aufsichtsoptik zu einer einzigen dicken Linse verrechnet.

Ein weiterer Schritt führt zu einem Modell 3. Ordnung, wobei zusätzlich noch Abbildungsfehler, wie die Distorsion mit einberechnet werden. Mit jeder höheren Ordnung verringert sich dabei die Abweichung der simulierten Daten zu reellen Messwerten.

FallbetrachtungenFür eine Simulation wird nun für jede Ordnung die gleiche Fallbetrachtung gerechnet und der Unterschied betrachtet. Die Ergebnisse aus diesen Untersuchungen in Kombination zu dem Vergleich mit realen Messwerten geben Aufschluss über vorhandene Verbesserungsmöglichkeiten des Messgerätes selber und/oder über mögliche Erweiterungen des Kalibriervorganges.

Heutzutage setzt man im Bereich der Ophtalmologie, wie auch in vielen anderen medizinischen Be-reichen, vermehrt auf hochpräzise optomechanische Messgeräte, wie z.B. ein Keratometer. Dieses Gerät wird für eine Bestimmung der Oberflächenkrümmung der Hornhaut benutzt. Für eine exakte Kalibrierung müssen die verschiedenen auf den Strahlengang Einfluss nehmenden Parameter be-kannt sein. Hier soll ein einfaches optomechanisches Modell den Strahlengang in der Aufsichtsoptik eines Keratometers nachbilden. Dieses Modell soll den Einfluss verschiedener mechanischer, sowie optischer Toleranzen auf die Kalibrierparameter aufzeigen und mögliche Ansatzpunkte für Optimie-rungsmöglichkeiten liefern.

Mikrotechnik, OptoLab / Prof. Christoph Meier, Tim Von NiederhäusernExperte: Benno J. Züger, PhD

Kalibrierung der TopView Kamera eines Keratometers

Nicole Brönnimann

1982

079 708 65 12

nicole [at] iahd.ch

Mikrotechnik

Microtechnique

BI

Abb. 2: Bewegung des Schachbrettmittel-

punktes

Abb. 1: Trajektorien der Schachbrettecken


Mechanische CharakterisierungBei der mechanischen Charakterisierung werden Materialkonstanten des künstlichen Knochens gesucht. Nach der Durchführung der Messungen können Kennzahlen, bezogen auf die Festigkeit und Elastizität, berechnet werden. Die Festigkeit beschreibt den Widerstand, den ein fester Körper aufbringt, um den einwirkenden Kräften bis zum Bruch entgegenzusetzen. Die Elastizität beschreibt dessen Verhalten bei Spannungen und Dehnungen.

AusgangslageIn der vorangegangenen Semesterarbeit wurde ein Messkonzept zur Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften erarbeitet. Eine Zug und Druckmessmaschine steht für die Diplomarbeit zur Verfügung. Die Knochen liegen in einer einheitlichen Form vor: Quadratische Stäbchen mit einer Kantenlänge von 5mm und einer Gesamtlänge von 20mm. Es ist ein weisses, leichtes, poröses, sprödes Material, das man ohne weiteres von Hand zerbrechen und in feine Körner zerreiben kann. Diese Eigenschaften dienen der perfekten Knochenregeneration, da die poröse Struktur ideale Bedingungen für das Knochenzellenwachstum auf ihr bildet.

VorgehenFür die Charakterisierung werden die Knochen mit den Grundbelastungsarten Zug, Druck, Biegung und Torsion beansprucht. Für die einzelnen Grundbelastungsarten wurden entsprechende Vorrichtungen hergestellt. Mit diesen Systemen, in denen Sensoren integriert sind, kann die Kraft und die Verformung bei der Beanspruchung gemessen werden. Die Daten der Kraft und Lasersensoren (Distanzmessung) werden in Echtzeit in eine Software eingelesen und verarbeitet. Aus diesen Daten können Materialkonstanten des künstlichen Knochens gelesen oder berechnet werden. Messungen an natürlichen Knochen ermöglichen einen Vergleich der Materialparameter.

Die Medtronic AG ist im Bereich der Medizintechnik ein weltweit führendes Unternehmen. Sie ent-wickelt Produkte, die als Langzeitlösungen in menschlichen Körpern funktionieren. Zu diesen Pro-dukten gehört auch der künstliche Knochen. Dieser wird den Patienten bei Notwendigkeit, z. B wenn ein Stück Knochen fehlt, implantiert. Nach dem chirurgischen Eingriff erfolgt per Osseointegration das Verwachsen mit dem natürlichen Knochen. Derzeit existieren Ideen für weitere Anwendungen. Bei der Überprüfung der Realisierbarkeit dieser Ideen ist die Kenntnis der mechanischen Eigen-schaften dieser Knochen ein grosser Vorteil. In dieser Arbeit werden Geräte entwickelt und mit die-sen Messungen durchgeführt, welche Daten für die anschliessende Charakterisierung liefern.

Medizintechnik / Dr. Jörn JustizExperte: Dr. Colin Sanctuary, Medtronic AG

Mechanische Charakterisierung von künstlichem Knochen

Trong-Phuc Bui

1983

079 456 60 53

Trong-Phuc.Bui [at] gmx.net

Mikrotechnik

Microtechnique

BI

Torsionsmessvorrichtung

Künstlicher Knochen

Dreipunktbiegung


Ein automatischer Reissverschluss hat mehrere potentielle Anwendungen. Er kann bestehende Produkte verbessern und aufwerten. Er kann Produkte möglich machen, welche bis anhin nicht realisierbar waren. Für Personen, welche in ihrer Bewegungsfreiheit eingeschränkt sind, kann das Anziehen von Schuhen ein Problem darstellen. Schuhe die mit einem automatischen Reissverschluss ausgestattet sind, können diesen Vorgang erheblich erleichtern. Auch für andere Personen ist es komfortabel, die Schuhe nicht selber schliessen zu müssen. Der automatische Reissverschluss kann

das Handling vieler Produkte vereinfachen. Schlafsäcke, Zelte und Taschen können auf Knopfdruck geöffnet oder geschlossen werden. In manchen Situationen hat man keine Hand frei oder man trägt dicke Handschuhe, welche die Bedienung eines herkömmlichen Reissverschlusses verunmöglichen. Der automatische Reissverschluss schafft Abhilfe. Dank der Automatisierung können Produkte, welche mit einem Reissverschluss ausgestattet sind, ferngesteuert oder elektronisch mit einem PINCode gesichert werden.Die entwickelte Lösung besteht aus einem handelsüblichen MetallReiss

verschluss, der mit einem motorisierten Schieber ausgestattet wird. Da nur der Schieber ausgetauscht werden muss, ist der Umbau auf das automatische System sehr einfach. Der Schieber des automatischen Reissverschlusses ist mit einem MiniaturDCMotor versehen. Dieser treibt eine Schnecke an, die in die Zahnkette des Reissverschlusses greift und so den Schieber antreibt. Um Reibungsverluste zu minimieren wird die Zahnkette im Schieber auf Rollen geführt. Die Testergebnisse des Prototyps sind sehr vielversprechend und zeigen, dass der eingeschlagene Weg der richtige ist.

Reissverschlüsse finden Anwendung bei praktisch allen Kleidungsstücken, wie Jacken, Hosen und Schuhen. Für Taschen, Zelte, Schlafsäcke und weitere Produkte ist der Reissverschluss unentbehr-lich. Anderen Verschlussmechanismen, wie zum Beispiel Knöpfen oder Klettverschlüssen, ist er in Sachen Robustheit und Langlebigkeit überlegen. Mit 'automatischer Reissverschluss' ist ein Reiss-verschluss gemeint, der motorisiert ist und sich elektrisch steuern lässt. Er kann also auf Knopf-druck oder durch ein anderes elektrisches Signal geöffnet bzw. geschlossen werden.

Robotik / Prof. Yves Mussard

Automatischer Reissverschluss

Patrick Bürkli

1985

0797119602

patb [at] gmx.ch

Mikrotechnik

Microtechnique

BI

Prototyp des automatischen Reissverschlusses Positionierung der Schnecke auf der

Zahnkette

Führung der Zahnkette durch

Rollen


Description du systèmeLe capteur consiste en une structure flexible monobloc en titane usinée par microéléctroérosion ainsi que des fibres optiques pour la détection des déformations induites par les forces de palpage. La plage de mesure des forces découplées est de 0.03 N à 3 N et le diamètre du capteur est de 4 millimètres.Les déplacements à mesurer sont de l’ordre de quelques dizaines de micromètres.

Fonctionnement mécaniqueLe capteur triaxial se compose de trois étages flexibles: un guidage à deux lames parallèles pour la détection des forces axiales et deux lames flexibles décalées de 90° pour la détection des forces radiales. Cette architecture permet de connaître l‘amplitude et la direction de la force agissant à l’extrémité de l’instrument.

Fonctionnement optiqueLa technique de mesure se base sur le principe de la modulation d’intensité avec une LED, une fibre émettrice, un miroir, une fibre réceptrice et un photodétecteur. En mesurant l’intensité réfléchie par le miroir, on peut déterminer la déformation de l’étage flexible correspondant.

Banc de mesurePour caractériser le capteur, un banc de mesure qui donne la possibilité d’orienter le capteur dans des positions connues et précises a été developpé.Pour appliquer des forces connues, des poids calibrés en laiton ont été réalisés.

Travail effectuéLes tâches suivantes ont été réalisées: conception et fabrication du banc de mesure, élaboration d’un programme d’acquisition des données avec le logiciel Labview, caractérisation du capteur, analyse et critique des résultats, propositions d’améliorations, création d’une palette de dimensionnement pour différents diamètres et plages de mesure de force en vue d’autres domaines d’application.

Dans le domaine médical, la chirurgie minimale invasive (MIS) est toujours plus utilisée. Cette tech-nique possède beaucoup d’avantages pour les patients: les incisions d’accès, par exemple, sont de l’ordre d’un centimètre et par conséquent le temps de récupération postopératoire est moins im-portant qu’en chirurgie classique. Mais la MIS présente aussi certains désavantages pour les chirur-giens: l’utilisation d’instruments longs et rigides, parfois même actionnés par un robot chirurgical, donnent peu de feedback tactile de force. En vue de donner le sens du toucher aux chirurgiens, un capteur tactile a été développé par Sensoptic SA.

Robotique / Prof. Dr. Ing. Simon HeneinExpert: Ing. Pere Llosas, Sensoptic SA, Losone (TI)

Micro-capteur tactile triaxial chirurgical

Davide Crotta

1985

079 657 38 63

dcrotta [at] bluemail.ch

Mikrotechnik

Microtechnique

BI

Banc de mesure avec capteur et poids de testTête de mesure en titane


AusgangslageDie Indentationsnadel kann nur einen sehr kleinen Weg fahren und braucht dadurch eine Grobannäherung um die Nadel knapp über der Probe zu positionieren. Weil die Proben in einem REM im Vakuum sind, ist diese Grobannäherung während der Messung von aussen nicht zugänglich. Diese Grobannäherung war zuerst so konzipiert, dass über eine Feder eine Präzisionsschraube angetrieben wurde, welche die Grob annäherung betrieb. Dies führte aber zu Problemen, da die Feder recht lang sein musste.In der Diplomarbeit vom Jahr 20062007 an der BFHTI hat Stefan Henning diesen Antrieb mit einem Schrittmotor automatisiert. Die Mechanik funktioniert einwandfrei, aber die dazugehörende Steuerung war noch verbesserungsfähig.

AufgabenstellungDie Aufgabe dieser Arbeit war es, eine neue Steuerung für diese Grob annäherung zu entwickeln. Sie sollte über eine autonome Box oder über ein LabView Programm gesteuert werden können.

Entwickelte LösungDie entwickelte Lösung besteht aus einer autonomen Box, in welche die Hardware integriert ist.Von hier aus kann die Geschwindigkeit des Motors über einen Fader (2) analog geregelt werden. Das analoge Signal wird dann von einem Voltage Controlled Oscillator (VCO) in eine Frequenz umgewandelt, welche wiederum die Geschwindigkeit des Motors vorgibt. Der Motor läuft nur, solange der entsprechende

Taster (1) gedrückt bleibt. Auf der langsamsten Stufe dreht sich der Motor bei einem Tastendruck genau um 90°, was einem Schritt gleichkommt. Auch in welche Richtung der Motor dreht wird hier gewählt (3). Dieselben Funktionen stehen auch im LabView VI zur Verfügung, auf welches man die Bedienung bei Bedarf umlegen kann (5). Hier kommt noch eine relative oder eine absolute Positionsmessung zum Einsatz, wobei bei der relativen die Schritte, die der Motor macht gezählt werden und bei der absoluten die Distanz über einen induktiven Abstandssensor ermittelt wird.Um Kollisionen zu Vermeiden, verfügt die Box über eine Notabschaltung (4).

Die Nanoindentation ist ein immer häufiger eingesetztes Instrument zur Bestimmung von Material-eigenschaften. Der Indentationsvorgang geschieht idealerweise in einem Rasterelektronenmikroskop (REM), da man dabei das Materialverhalten beobachten kann.Hierbei wird eine Nadel mit bekannter Geometrie mit steigender Kraft in eine Materialprobe gepresst und dabei ein Kraft-Weg-Diagramm aufgezeichnet. Aus diesem lassen sich anschliessend Material-parameter wie die Härte und der Elastizitätsmodul berechnen.

Prof. Dr. Peter Walther, Prof. Dr. Patrick Schwaller Experte: Dr. Stephan Fahlbusch (EMPA)

Steuerung einer Nanoindentations-Grobannäherung

Simon Andreas Dähler

1983

079 349 30 13

simondaehler [at] tiscali.ch

Mikrotechnik

Microtechnique

BI

SchaltungBox

Schematischer Aufbau


AusgangslageIn der vorangegangenen Semesterarbeit wurde als beste Verbindung dieser Katheterteile ein bestimmter Klebstoff evaluiert und die Wahl belegt. Dazu wurden Originalteile in mehreren Versuchsreihen geklebt und anschliessend einer optischen Qualitätskontrolle sowie mechanischen Belastungstests unterzogen.

AnforderungenUm eine höhere Stückzahl von Herzkathetern industriell verkleben zu können, wird eine Automatisierung des Klebeprozesses mit möglichst kurzen Zykluszeiten angestrebt. Die Sicherheit der Klebeverbindung hat oberste Priorität, da fehlerhafte Katheter mit schlimmen Folgen für den Patienten enden können. Der Produktionsausschuss soll möglichst klein gehalten werden. Der Aufbau der Anlage muss Module besitzen, die bei abweichenden Produkten verstellbar oder einfach austauschbar sind.

VorgehenNach ausführlichen Prinzip und Detailstudien entstand die hier unten abgebildete 3D CADZeichnung; sie zeigt den Aufbau des eigentlichen Klebeprozesses. Das Anschlussstück sowie der Katheter werden separat durch Greifermodule orientiert. Danach werden diese beiden Teile mit Hilfe eines zweiteiligen Trichters, der den Katheter führt, ineinander geschoben. Seitlich zum Anschlussstück angeordnet befindet sich das leicht auswechselbare Klebstoffmodul, das eine horizontale Bewegung der Spritze erlaubt. Es wird ein lichtempfindlicher Klebstoff eingespritzt, der im nächsten Prozessschritt mittels ultraviolettem (UV) Licht aushärtet. Die verwendeten UVModule sind höhenverstellbar. Schlussendlich wird der verklebte Herzkatheter nach unten herausgezogen und seitlich deponiert.Im abschliessenden Teil der Arbeit wird das globale Konzept rund um die Konstruktion erarbeitet. Dabei sind die Zuführungen der Einzelteile sowie der Auswurf der geklebten Katheter konzeptionell modelliert worden. Für die Ansteuerung des Prozesses werden pneumatische und elektrische Aktoren sowie induktive Sensoren für die Positionsüberwachung eingesetzt. Der automatisierte Prozess verbirgt sich vollständig in einem Gehäuse aus StandardAluminiumProfilen und UV undurchlässigem organischem Glas.

In der Medizin werden Herzkatheter bei Patienten mit Gefässverengungen eingesetzt. Dabei wird der Katheter, an dessen Spitze sich ein gefalteter Stent (röhrchenförmige Gitterstruktur) befindet, durch die Blutgefässe an die gewünschte Stelle geführt. Danach wird Flüssigkeit unter Hochdruck durch den Katheter gepumpt, um den Stent zu entfalten. Der Stent bleibt vor Ort und wirkt der Ge-fässverengung entgegen. Der Katheter wird zurückgezogen.Bei der Produktion besteht ein Prozessschritt darin, ein Anschlussstück aus Kunststoff mit dem ei-gentlichen Katheter aus rostfreiem Stahl zu verbinden. Bisher wurden diese Teile von Hand verklebt. Nun gilt es diesen Prozess völlig zu automatisieren.

Medizintechnik / Prof. Dr. Harald WildExperte: Beat Lehner, Biotronik AG

Automation eines Klebeprozesses für Herzkatheter

Thierry Ducommun

1984

078 884 39 48

ducommun [at] gmx.ch

Mikrotechnik

Microtechnique

BI

Konstruktion des Kernprozesses


Concept LabCardDe la taille d'une carte de crédit, avec une épaisseur variant entre 8 et 10 mm, le concept d'instrument portable repose sur l'emploi d'une tête de mesure optoélectronique, d'une électronique embarquée, d'un écran OLED, d'une batterie Lithium avec son chargeur intégré et d'un circuit de communication Bluetooth.

Principe optiqueL'analyse spectrale des liquides est effectuée par un faisceau de lumière blanche qui, en traversant le liquide à analyser, diminue d'intensité. Cette diminution est mesurée par un spectromètre qui analyse la réduction d'intensité pour chaque longueur d'onde.Ce projet consiste à simplifier le système de mesure optique. La lumière large bande a été remplacée par 9 LED de longueur d'onde différentes et le spectromètre par une simple photodiode. La quantité de lumière transmise par les LED qui traverse l'échantillon liquide permet de recréer une version simplifiée du spectre.

TravailLe travail a été divisé en trois phases; la première concerne la construction mécanique pour le support des lentilles, la deuxième le développement d'un PCB d'interface et, enfin, la programmation d'un microcontrôleur PIC pour la gestion des LEDs et pour effectuer les mesu

res. Dans la première phase, après avoir développé le concept optique de l'instrument de mesure, on a passé à la préparation et construction du support mécanique nécessaire pour fixer toutes les parties optoélectroniques faisant partie de l'instrument. Pendant la deuxième phase, le circuit électronique d'interface entre les 9 LED et le microcontrôleur a été conçu et réalisé. La gestion des 9 LED est effectuée par un protocole sériel entre le microcontrôleur et le circuit électronique d'interface. Enfin, le logiciel présent dans le microcontrôleur effectue les mesures et il engendre un graphique représentant les caractéristiques spectrales du liquide mesuré.

Grâce au module Bluetooth, il est possible d'envoyer les résultats sur un téléphone portable ou à un serveur distant gérant une base des données centrale pour mémoriser les mesures.

ApplicationsLes applications de cet appareil sont multiples: de l'analyse des substances polluantes présentes dans l'eau à la simple mesure de la couleur d'un liquide comme le jus de raisin ou le vin. La miniaturisation de l'appareil permet d'exécuter des mesures en n'importe quel endroit et grâce au display OLED, la visualisation des résultats et des paramètres est immédiate.

La miniaturisation et la connectivité des systèmes de mesure sont aujourd'hui de plus en plus im-portantes, parce qu'elles permettent de recueillir et centraliser les données de manière immédiate, indépendamment du lieu. Ce concept est à la base du prototype LabCard qui a été développé dans un premier temps pour mesurer le taux de sucre des liquides. Le but principal de ce projet est d'étendre les fonctionnalités de base de l'appareil en y ajoutant un capteur pour analyser le spectre de trans-mission des liquides.

Optique / Prof. Christoph Meier; Lucio KilcherExpert: Steeve Bühler

Analyse spectrale des liquides

Luca Giambonini

1986

079 226 07 88

luca86 [at] bluewin.ch

Mikrotechnik

Microtechnique

BI

Vue d'ensemble de l'appareil de mesure


AusgangslageDie Firma ARCoptix ist daran, eine neue Generation MiniaturSpektrometer zu entwickeln. Das Produkt beinhaltet einige Neuigkeiten: Ein grossflächiges Gittersystem soll mit einem präzisen Linearantrieb verschoben werden. Neben dem Messlicht wird zusätzlich Referenzlicht aus einer Laserdiode eingesetzt. Die Herausforderung liegt hauptsächlich in der Posi tionsgenauigkeit und der Stabilität der optischen Komponenten. Diese BachelorThesis beinhaltet die Mitarbeit an dieser Neuentwicklung mit Schwerpunkt auf verschiedenen Funktionalitätstests und der Konstruktion eines DiodenFaserKopplers.

FunktionalitätstestsUm die Funktionen einzelner Bauteile im Spektrometer gewährleisten zu können, wurden verschiedene Messungen durchgeführt. Die Transmissionswerte der optischen Elemente wie Glasfasern, Spiegel und Gitter stimmen grösstenteils mit den Schätzungen überein. Die beweglichen Teile wurden mit einem TwymanGreen Interferometer auf Winkeländerungen untersucht. Aufgrund der Resultate wurde der Antriebsmechanismus nochmals verbessert und ist nun sehr stabil.

KonstruktionFür das bewegte Gittersystem wird im neuen Spektrometer eine Lichtreferenz benötigt. Diese soll von einer Laserdiode (VCSEL) über eine Glasfaser ins Messsystem eingeführt werden. Da die Faser einen aktiven Durchmesser von nur 6 Mikrometer aufweist, muss die Diode zusammen mit einer Kugellinse sehr genau zur Faser positioniert werden. Der DiodenFaserKoppler soll eine Justiergenauigkeit von 2 Mikrometer in X und YRichtung sowie 20 Mikrometer in der ZAchse erlauben. Die Justierung soll manuell erfolgen.Es wurde eine äusserst kompakte (30 mm x 30 mm) Lösung entwickelt, die aus einfachen mechanischen Teilen besteht und somit sehr kostengünstig zu realisieren ist.

Die Fourier-Spektrometrie ist ein optisches Messverfahren, welches auf Interferenz basiert. Sie erlaubt eine äusserst leistungsfähige Analyse von Lichtspektren schwacher Quellen. Ein Messgerät von ARCoptix erreicht eine Wellenlängen-Auflösung von wenigen Nanometern und hat dabei be-quem in der Handtasche Platz!Mit der Entwicklung eines neuen Spektrometers soll bei gleichbleibender Kompaktheit die Durch-satzleistung stark erhöht und der Messbereich für Wellenlängen zwischen 1 und 5 Mikrometer aus-geweitet werden.

Optik / Dipl. Ing. Steeve BühlerExperte: Dr. Gerben Boer

Miniatur Fourier-Spektrometer

Stefan Gloor

1984

076 472 17 09

stefan.gloor [at] gmx.net

Mikrotechnik

Microtechnique

BI

Dioden-Faser-Koppler

Twyman-Green Interferometer


SMEVDas SelfMixing Effect Velocimeter (SMEV) wurde in den letzten Jahren von ARCoptix entwickelt und erlaubt das Messen von Geschwindigkeiten von 10 bis 2'000 Millimetern pro Sekunde. SelfMixing ist ein interferometrischer Effekt, der es erlaubt den Ausgangsstrahl mit dem diffus reflektierten Strahl, der zurück in die Laserkavität gelangt, zu mischen. Dabei wurde der reflektierte Strahl auf einer bewegenden Oberfläche durch den DopplerEffekt in seiner Frequenz leicht verändert. Durch die entstehende Schwebung der vermischten Strahlen im Laser, kann die Distanz zum Objekt und seine Bewegung ermittelt werden.

AusgangslageFür die Uhrmacher sind die Genauigkeit der Bewegungen von Zahnräder, Hemmung und Unruh von grossem Interesse. Die Unruh ist ein kleines Rad, welches mit einer Spiralfeder verbunden ist und mit der Masse des Rades ein schwingendes System bildet. Die Genauigkeit jener Schwingungen bestimmt auch die Genauigkeit einer mechanischen Uhr.Bis jetzt konnte man mit einem Velocimeter diese Schwingungen in einer Dimension messen. Dabei wurde festgestellt, dass diese Schwingungen Abweichungen von dem idealen Geschwindigkeitsverhalten aufweisen. Diese Störungen konnten jedoch noch nicht genau charakterisiert werden, da sie nicht einer bestimmten Raumrichtung zugeordnet werden konnten.

RealisierungDamit eine Unterscheidung von Störungen in Drehrichtung (x) zu Störungen in der Höhe (z) gemacht werden kann, benutzt man ein zweites Velocimeter. Je nach Einfallswinkel der beiden Velocimeter verändert sich die detektierte Bewegung. Mit einem mathematischen Modell werden die Signale umgerechnet und die Störungen in zwei verschiedene Raumrichtungen x und z aufgeteilt. In LabVIEW werden die Signale der Velocimeter simultan eingelesen, gefitted und ihre Störungen in x und z berechnet.

ErgebnisseDas SMEV 2DSystem wurde zuerst mit Bewegungen eines Piezotisches charakterisiert und überprüft. Diese Messungen lieferten sehr gute Ergebnisse, wodurch man die Unruh der Uhr genauer untersuchen konnte. Es konnten schliesslich interessante Effekte und Störungen der Unruh entdeckt werden.

Für die Charakterisierung von Bewegungen und der Ermittlung der Genauigkeit in mechanischen Uhren werden heute ausschliesslich akustische Messgeräte eingesetzt. Das Velocimeter von der Firma ARCoptix ermöglicht das Messen von Geschwindigkeiten auf Basis des optischen Self-Mixing- Effekts. In Zusammenarbeit mit der, auf Uhrenmessgeräte spezialisierten Firma Witschi, wurde ein neuer Messaufbau zur Bestimmung von Störungen der Unruh eines Uhrwerks realisiert. Dazu wurden die Strahlen von zwei Velocimetern aus unterschiedlichen Positionen auf der Unruh fokussiert. Mit einem in LabVIEW geschriebenen Programm berechnet man nach einem mathematischen Modell die Bewegung der Unruh in verschiedenen Raumrichtungen und erhält somit auch deren Störungen.

Optik / Dipl. Ing. Steeve Bühler Experte: Dr. Gerben Boer

SMEV 2D

Bernhard Gygax

1985

079 463 16 49

bernhardgygax [at] hotmail.com

Mikrotechnik

Microtechnique

BI

Detektion von Störungen auf der UnruhLaboraufbau SMEV 2D


FunktionsprinzipDas AutofokusModul von miniswys basiert auf einem PiezoLinearMotor.Erregt von Spannungsimpulsen versetzen Piezoelemente aus Keramik eine Stimmgabel in schwingende Bewegung. Die so erzeugte Kraft wird reibschlüssig auf einen Schleifer übertragen und in mechanische Bewegungsenergie umgewandelt. Dabei ist die Frequenz massgebend für die Richtung, in die der Schleifer und somit die Linse bewegt wird.

Das Modul hat gegenüber Modulen mit Voice Coil oder Schrittmotoren folgende Vorteile: Kompakte Lösung, entschei

dend im Hinblick auf die Miniaturisierung der Geräte

Eignung für Massenproduktion, tiefe Produktionskosten dank geringer Anzahl von Bauteilen

geringer Stromverbrauch keine elektromagnetischen Stö

rungen

AufgabeDamit die neue Technologie eine Chance hat, müssen die Spezifikationen des Autofokusmoduls besser sein, als die der bereits verwendeten Modelle. Wenn mit dem PiezoLinear Modul eine Genauigkeit von 5µm erreicht werden kann und ein Schritt von einer Position zu einer anderen um 5ms dauert, stehen die Chancen für eine Markteinführung sehr gut.

Die Aufgabe war es nun, die Impulse zur Ansteuerung des Piezos zu generieren. Um die Anforderungen zu erfüllen, ist ein schneller Regler erforderlich. Damit das Endprodukt mit möglichst wenig Komponenten

und kleinem Strombedarf betrieben werden kann, wurde der Regler in einer Hardwarebeschreibungssprache (VHDL) programmiert und auf einem Development Kit von XILINX (Spartan 3E) getestet.

Mittels Messungen und Tests wurde das Modul analysiert und ein erster Regler entwickelt. Durch immer genauere und bessere Kenntnisse über das Modul konnte der Regler schrittweise verfeinert werden, bis die geforderten Genauigkeiten erreicht wurden. Um das Modul marktfähig zu machen, muss die Regelung noch in ein Chip (ASIC) integriert werden.

Das von miniswys entwickelte Autofokus-Modul für Mobile-Phone-Kameras bietet gleich mehrere entscheidende Vorteile gegenüber den heute gängigen Antrieben der Autofokusapplikationen wie Voice Coil oder Schrittmotor. Damit das Modul jedoch auf dem Markt eine Chance hat, müssen die Toleranzen und Stellzeiten klein sein. Das Ziel der Arbeit war, einen geeigneten Regler für das Modul zu entwickeln, der die Anforderungen der Mobile Phone Hersteller erfüllt.

Sensor und Regelungstechnik / Prof. Dr. Josef GötteExperte: Martin Sigrist, Creaholic

Autofokus-Modul SMIA AF 85

Roman Held

1982

roman.held [at] gmx.ch

Mikrotechnik

Microtechnique

BI

SMIA AF 85

Im Bild sieht man ein Autofokus-Modul SMIA

AF 85. Auf der oberen Seite ist die Stimmga-

bel mit den Piezos angebracht.

Schritt von 240µm

Auf der Grafik sieht man einen Schritt von

240um. Die obere Kurve entspricht der Po-

sition, die sich in 6ms um 240µm verschiebt.

Unten sieht man das Impulspaket, das den

Piezo anregt.


AusgangslageUm eine möglichst kostengünstige und schnelle aber dennoch präzise und zuverlässige Montage von kleinen Systemen zu erreichen ist ein selbstkorrigierendes Montage system notwendig. Die Abweichungen durch minimale Positionierungsfehler und Ungenauigkeiten der Einzelteile müssen durch das zu entwickelnde System um 0,2 mm und um einen kleinen Winkel korrigiert werden können. Weiter muss das System während starker Beschleunigung des Roboter arms gegen unerwünschte Bewegungen gesichert werden.

UmsetzungAus anfänglich zahlreichen verschiedenen möglichen Systemen wurden die zwei besten ermittelt, für welche ein Prototyp konstruiert und hergestellt wurde. Diese wurden intensiv getestet und ausgemessen, um die genauen Parameter und möglichen Probleme zu finden.Das eine System beinhaltet als Hauptelemente abgeänderte Axialkugellager für die Bewegung und Federn für die Zentrierung. Bei dem zweiten Sys tem übernimmt eine Struktur, welche aus einem Stück Kunststoff mit einem herausgeschnittenen Muster besteht, gleichzeitig die Führungs und Zentrierfunktion.

Die Sicherung der Position während starker Beschleunigungen wird bei beiden Systemen mit einer neuen Art aufblasbarer Dichtungen realisiert, welche die beweglichen Teile gegen Vibration, Verschiebung und Verdrehung sichert.

Bei der Montage kleiner Teile in der Uhrenindustrie ist eine hohe Positioniergenauigkeit sehr wich-tig, um Beschädigungen und Verunreinigungen zu vermeiden. Durch eine hohe Montagegeschwin-digkeit wird die Präzision allerdings reduziert, weshalb eine Einheit benötigt wird, welche kleine Abweichungen ausgleichen kann. Das Ziel dieser Arbeit war nun, eine solche Einheit zu entwickeln die klein, leicht und nicht zu komplex ist.

Robotik / Prof. Yves MussardExperte: Tiziano Scolari

Nachgiebige Schnittstelle für Robotergreifer

Elio Ingold

1985

076 332 13 34

Mikrotechnik

Microtechnique

BI

Ausschnitt flexible Führung Ausmessung eines Prototyps


“Ein kleiner SCHNITT für einen Menschen, aber ein Riesenschritt gegen die Fehlsichtigkeit.” (Nicht immer ist es Neil Armstrong, der einen wichtigen ersten Schritt macht…)55% der Schweizer Bevölkerung tragen eine Sehhilfe. Jeder zweite kurz- oder weitsichtige Erwach-sene käme für eine Laser-Operation in Frage. Die EPI-LASIK ist eines der modernsten Operationsverfahren im Bereich der Korrektur von Fehl-sichtigkeiten: Mit einem automatisierten Minihobel, dem sogenannten Mikrokeratom, wird das Epi-thelgewebe der Cornea entlang der Bowmanschen Membrane separiert und wie ein Buchdeckel aufgeklappt. Nach der Laserbehandlung wird das Epithel wieder zur Abdeckung der Wunde verwen-det und wächst dort an.

Medizintechnik / Prof. Heinrich Schwarzenbach, Dipl. Ing. Ariane BhunjunFankhauser, Ziemer AGExperte: Dipl. Ing. ETH Camillo Inversini, Ziemer AG, Port

Klingenprüfung in der Ophthalmologie

Michael Jäger

1985

079 612 21 56

michael [at] mailcenter.ch

jaeger.bplaced.net

Mikrotechnik

Microtechnique

BI

Grat der Kunststoff-Klinge

Hardware für den Druckversuch

Was soll erreicht werden?Um die Schnittqualität vorauszusagen, soll der Grat der KunststoffKlinge charakterisiert werden. Dabei steht das Auffinden von Korrelationen zwischen den zwei Prüfmethoden und der Schnittqualität im Vordergrund, nicht aber vollautomatisierte Abläufe.

Eigenkonstruktion erlaubt die Klinge unter verschiedenen Winkeln hineinzudrücken. Mit Vergleichswerten wie der Eindringtiefe in das Material oder der Linearität der ansteigenden Kraft soll mehr über das Schneidverhalten der Klinge in Erfahrung gebracht werden. Die Messwerte werden in ein Textfile abgespeichert und in LabView zur Auswertung importiert.

Die optische KontrolleMittels einer CCDKamera wird der Grat optisch vermessen. Wichtige Messgrössen hierbei sind die Länge des Grates und dessen Welligkeit. Diese berührungslose Methode erlaubt das Verformen des Grates beim Schneiden des Auges wie auch beim Druckversuch aufzuzeigen. Die Klinge muss dabei nicht exakt unter der Kamera ausgerichtet werden. Die LabViewSoftware erkennt automatisch den Grat und richtet das Bild horizontal aus.

Was konnte erreicht werden?Durch die Kombination der beiden Prüfverfahren und dem Schneiden von Augen konnten animierte Bilder erstellt werden, welche die Deformation des Grates aufzeigen. Des Weiteren konnten die Auswirkungen des verformten Grates auf die Schnittqualität dargestellt werden.

Die PrüfmethodenUm die Klingenform, und im Speziellen deren Grat, zu charakterisieren, werden zwei Verfahren angewendet: ein taktiler Druckversuch und eine optische Kontrolle.

Der DruckversuchVergleichbar mit einem

Här teprüf ver fahren (z.B. nach Brinell) wird die Kunststoff

Klinge in ein weiches Material gedrückt. Die

Hardware für das kontrol l ier te E indrücken

war bereits g e g e b e n ,

eine einfache Prinzip der EPI-LASIK


Sensorik mit FBGBraggFasern gibt es heute kommerziell zu kaufen. Das Standard Instrumentarium für die Sensoren ist allerdings sehr teuer. In dieser Arbeit sollen Erfahrungen mit BraggFasern gewonnen und Mög lichkeiten günstigerer Detektionsmethoden evaluiert werden. An der Stelle eines teuren SpektrumAnalyzers wurde ein einstellbarer Filter verwendet, mit dem man die Wellenlänge auf 10pm genau bestimmen kann und das sich für schnellere Messungen auch als Kantenfilter einsetzen lässt. Damit lassen sich zuverlässige Ergebnisse gewinnen. Auch das Handling der Fasern, das Abmanteln und das Verbinden mit den zu untersuchenden Materialien liess sich zufriedenstellend bewerkstelligen und ein funktionstüchtiger DehnungsSensor herstellen.

Dehnungsmessung mit FBGDer StrainSensor BFHTI ist einfach anzubringen und handlich. Er zeichnet sich aus durch eine Empfindlichkeit von 1.1 pm/με (ein Mikrometer Längenänderung auf einen Meter Länge) und einen Messbereich von 5000 με. Somit ist er in der Lage, je nach Auflösung der Auswerteinheit, kleinste Dehnungen zu detektieren. Der Sensor wird von uns ausgenutzt, um Biegungsbelastungen in einem Holzträger zu detektieren. Damit kann bei Langzeitüberwachung zu grosse Belastung, z. B. durch Schneemassen, rechtzeitig nachgewiesen werden. Das Problem der Dehnungsmessung an Holzträgern besteht in ihrer Inhomo genität. Mit dem entwickelten Sensor wird die Dehnung über eine längere Strecke gemessen und gemittelt, wodurch

das Problem der Inhomogenität entfällt. Um die Biegebelastung von Dehnungen zu unterscheiden, die auf Temperatur und Feuchtigkeit zurückzuführen sind, müssen zwei Sensoren angebracht werden, z. B. einer an der Unterkante und einer an der Oberkante des Trägers. Die Differenz der beiden Signale ist dann unabhängig von Dehnungen des Gesamtbalkens und ein Mass für die Biegung. Tests wurden in einer Klimakammer bei verschiedenen Temperaturen und Feuchtigkeitswerten durchgeführt.Mit der von uns erreichbaren Auflösung von 10 pm können Dehnungen von 9 με erkannt werden. Das reicht bei weitem für die geforderte Genauigkeit bei der Gebäude überwachung.

Fiber Bragg Gratings (Bragg-Fasern) sind Monomodefasern, in welchen durch UV-Bestrahlung Brech indexmodulationen im Faserkern vorgenommen wurden. Dadurch wird von einem in die Faser eingekoppelten Spektrum, meist im IR-Bereich um 1550 nm, ein schmaler Peak reflektiert und der Rest des Spektrums normal transmittiert. Durch Temperatur- und Dehnungseinflüsse auf das FBG wird die Wellenlänge dieses Peaks beeinflusst. Dadurch eignen sich Bragg-Fasern als Sensoren.

Optische Sensoren / Prof. Dr. Stefan StankowskiExperte: UrsPeter Studer, Zumbach

Fiber Bragg Grating – Mit Licht Messen

Christian Krebs

1983

078 764 67 11

ch.krebs [at] orangemail.ch

Mikrotechnik

Microtechnique

BI

Strain-Sensor BFH-TI (535 x 40 x 11 mm)

Funktion eines FBG


EinleitungTritt man im Alltag in Kontakt mit Wertdokumenten (z.B. Banknoten), stellt sich für jedermann während einer kurzen Zeit die Frage der Echtheit. Hochentwickelte Sicherheitsmerkmale helfen uns diese Ungewissheit innert kürzester Zeit zu klären. Immer mehr werden auch Verfahren für die automatisierte Echtheitsprüfung entwickelt. Diese kommen z.B. beim Einzahlen von Geld an Bankautomaten zum Einsatz. Damit in diesem Bereich neue Methoden oder auch Verbesserungen erfolgen können, bedarf es genauster Informationen über die jeweiligen Merkmale. Mittels Hyperspactral Imaging gelingt es, ganze Dokumente auf ihre spektrale Antwort hin zu analysieren. Die Ergebnisse liefern wertvolle Informationen für nachfolgende Sensorentwicklungen.

Aufbau der AnlageDie Anlage kann in vier Bereiche unterteilt werden: Multifunktionaler Messkopf 3Achsen Lineartisch UVVIS Lichtquelle Spektrometer

Der Messkopf zeichnet sich durch zwei sich schneidende optische Achsen aus, wobei der Schnittpunkt genau auf die Probe zu liegen kommt. Unter 0°, also von oben, erfolgt die Beleuchtung direkt in Form einer 1:1 Abbildung von der 1mm Belichtungsfaser auf die Probe. Die durch den Spot generierten Reflexionen werden unter 45° gesammelt und in eine zweite Lichtfaser (600μm) eingekoppelt. Ein Kamerasystem ermöglicht eine vorgängige Aufnahme der Probe und die benutzerfreundliche Wahl der Scanfläche.Der Lineartisch Kosy3 ermöglicht lineare Bewegungen in allen drei Raumrichtungen. Dies macht die

Anlage zum so genannten Automaten. Das in unterschiedlichsten Inkrementen schrittweise Anfahren jedes Punktes bedeutet ein Maximum an Flexibilität.Die Lichtquelle kann, je nach Art der Messung, an die Beleuchtungsfaser angeschlossen werden. Hier wird typischerweise eine Halogenlampe (Weisslicht & IR) für Hyperspectral Imaging respektive eine Xenonlampe (UV & Weisslicht) für Fluoreszenzmessungen eingesetzt.Zur Analyse der Lichtreflexionen wird die Messfaser direkt an ein Gitterspektrometer (Ocean Optics) gekoppelt. Der Spektralbereich liegt zwischen 380 und 1050nm bei einer Auflösung von rund 8nm.

SoftwareEine relativ umfangreiche LabViewSoftware koordiniert die einzelnen Systemkomponenten (Lineartisch, Spektrometer, Kamera) und lässt eine umfangreiche Auswertung der Messung zu. Als grösste Schwierigkeit erwies sich der Umgang mit den immens grossen Datenmengen. Diese lassen sich bei spektralen Messungen mit hoher räumlicher Auflösung nicht vermeiden.

ErgebnisseNach Aufnahme eines Dokuments kann die Messung bei jeder beliebigen Wellenlänge am PC untersucht und als Intensitätsbild visualisiert werden. Die Ergebnisse zeigen unerwartete Effekte vor allem im nichtsichtbaren Spektralbereich.

Für das automatisierte und systematische Finden und Erkennen sicherheitsrelevanter Merkmale auf Wertdokumenten nutzt das Hyperspectral Imaging die komplette Palette angewandter Inge-nieurkunst: Optik, Mechanik und Software. Die hier entwickelte Messapparatur besteht aus drei Elementen: Erstens einem optischen System zur Beleuchtung der Probe und Detektion der darauf erzeugten Reflexionen, zweitens diversen Robotik-Komponenten zur Positionierung der Optik und drittens einer Software für die Steuerung der Anlage und zur Auswertung der Messungen.

Optik, Robotik / Dr. Toralf ScharfExperte: Dr. sc. nat. Armin L. Stöckli, BEB IndustrieElektronik AG

Hyperspectral Imaging von Wertdokumenten

Lukas Krüsi

1983

079 702 26 21

lukas.kruesi [at] swissonline.ch

Mikrotechnik

Microtechnique

BI

Aufbau der Messanlage


Ce travail est une commande de l'entreprise biennoise Contelec SA qui produit des capteurs d'angle sans contact.La plupart des fournisseurs d'aimants assurent des tolérances de ±5% sur la rémanence et ±5° sur son orientation par rapport à la géométrie de l'aimant. Pour des applications bien définies, telles que la mesure d’angles sans contact, il est indispensable que ces tolérances soient respectées. C’est pourquoi un appareil de mesure permettant de vérifier ces marges de fabrication est nécessaire pour évaluer la qualité des aimants et par la même occasion, celle des fournisseurs.

Technique des capteurs / Prof. Dr. P. A. NeukommExpert: Ph. D. Ludivica Baselgia, Contelec SA

: Appareil de Mesure des Aimants

Christophe Léchot

1985

079 295 38 47

chlechot [at] yahoo.fr

Mikrotechnik

Microtechnique

BI

Le but de ce travail était de trouver une procédure de test et de réaliser un Appareil de Mesure des Aimants (AMA) permettant de vérifier les tolérances de fabrication des aimants. De plus l'AMA devait être géré par LabVIEW via une carte d'acquisition.Les caractéristiques à mesurer ont fortement conditionné la procédure de test. C'est pourquoi, après une brève étude du problème, il a été décidé d'effectuer les acquisitions de données à des températures bien précises afin de prévenir les erreurs de mesure inhérentes aux variations des caractéristiques des aimants en fonction de la température. Dès lors, un système de régulation de la température a dû être développé. La mesure devant être la plus précise possible, une isolation magnétique a dû être appliquée autour de la zone de test.

La réalisation de ce travail consistait donc à fabriquer l'électronique adéquate, le système de mesure ainsi que la mécanique et la programmation de l'AMA.

Système de mesureLe système de mesure est composé de 9 capteurs à effet Hall de la dernière génération avec stabilisation par chopper, permettant de mesurer les caractéristiques de l'aimant. Ce système de mesure est positionné à l'intérieur d'une cuve isolée magnétiquement et thermiquement des perturbations externes.

ÉlectroniqueIl s'agissait de créer une interface entre la carte d'acquisition et les différentes unités de l'AMA, tels que le chauffage / refroidissement de la cuve, le choix des capteurs à acquérir et l'acquisition de ces derniers, ainsi que l'alimentation de

tout l'appareil.

MécaniqueLa construction d'un posage amagnétique, afin de fixer l'aimant de façon précise et aisée face à la matrice de capteurs, a été développée. Il fallait également penser à la fixation de différents éléments tels que l'ampoule, le ventilateur et l'élément Peltier.

Travail effectuéLa construction complète de l'AMA a été effectuée lors du travail de semestre et du travail de diplôme. L'AMA est constitué d'un boîtier contenant toute l'électronique. Ce boîtier est surmonté d'une cuve isolante. À l’intérieur de cette cuve se trouvent un système de régulation de température ainsi que deux systèmes de mesure pour deux types d'aimants.L'AMA est désormais terminé. La mécanique ainsi que l'électronique ont été assemblées et testées, de même que les routines de base pour la gestion des différentes parties de l'appareil.

AMA: Appareil de Mesure des Aimants


De nos jours, on estime le nombre de malentendants à 500 millions dans le monde et à 70 millions en Europe. Face à cela, nous ne pouvons rester insensibles. En effet, sans cet outil indispensable qu’est l’ouïe, on ne peut mener confortablement sa vie. Le but du projet est d’améliorer la qualité de vie de ces personnes malentendantes pour qu’elles puissent s’épanouir dans la vie sociale ou professionnelle et tout cela le plus normalement possible.

Après plusieurs recherches sur les techniques d’immobilisation, en étude ou en vente, utilisées dans la technique médicale, plusieurs concepts ont été ébauchés, puis triés selon les critères du cahier des charges, pour finalement parvenir à un concept réalisable.

Ce concept utilise les propriétés de l’air comprimé pour immobiliser la tête du patient. En effet, le patient pose sa tête sur un coussin en mousse au milieu de la structure.

La mâchoire supérieure est, quant à elle, stabilisée dans le dentier moulé sur mesure. Le gonflement du coussin pneumatique empêche la tête de se mouvoir, car elle est comprimée entre le châssis protégé de mousse et ledit coussin. Le système est directement fixé à l’aide d’un mécanisme à démontage rapide à la table d’opération utilisée à l’Hôpital de l’Île à Berne. Quant au robot chirurgical développé lors de précédents travaux, il est fixé à l’aide d’un support en aluminium au système.

Il ne s’agit évidemment que d’un prototype. Il faudra, par la suite, s’assurer que ce prototype répond aux normes en vigueur dans la technique médicale, pour finalement pouvoir être testé en salle d’opération et, peutêtre un jour être mis en production.

La tendance ces dernières années dans la médecine est le développement de systèmes d’assistance robotisés, dans le but d’optimiser la durée des opérations ainsi que la qualité de ces dernières. C’est dans cette optique que l’Hôpital de l’Île à Berne, avec la collaboration de la HESB-TI de Bienne, a lancé un projet visant le développement d’un système d’assistance pour l’implantation de prothèses auditives dans l’oreille moyenne. Ce travail de diplôme fait partie de ce projet. Il consiste à créer un système d’immobilisation de la tête, ainsi que la fixation du minirobot chirurgical élaboré lors de précédents travaux.

Robotique / Prof. Yves Mussard

Système d’immobilisation crânien pour application médicale

Miguel Lopes

1985

078 665 97 26

miguel_lopes106 [at] hotmail.com

Mikrotechnik

Microtechnique

BI

Illustration CAD du système d’immobilisation de la tête et de la fixation du robot dans son

environnement


PrüfprinzipDie Kugeln werden eine nach der anderen auf eine Bahn geführt, wo sie hinunterrollen und dabei von einem Laser angeleuchtet werden. Dieses Licht wird von den Kugeln reflektiert und von zwei seitlich angebrachten optischen Sensoren detektiert. Das Signal der beiden Sensoren wird verglichen und auf sehr kurze Lichtblitze überprüft. Treten solche auf oder sind die beiden Signale sehr unterschiedlich, bedeutet das, dass die Kugel beschädigt ist. Sie wird daraufhin über eine Weiche aussortiert.

Inhalt der ArbeitDiese BachelorThesis ist eine Fortführung einer letztjährigen Diplomarbeit, bei der die Mechanik erarbeitet wurde und die Signale mit einer Software ausgewertet wurden. Neu werden nun schnellere PINPhotodioden eingesetzt, die es erstmals ermöglichen, die erwähnten Lichtblitze zu erkennen. Dazu wurde die Auswertung der Signale mit einer elektronischen Schaltung realisiert, welche es nun erlaubt, das System ohne Computer zu betreiben.

Auswertung gut – schlechtUm zu erkennen, ob eine Kugel gut oder defekt ist, werden die beiden Signale zuerst mit einem Differenzverstärker voneinander subtrahiert. Überschreitet dieses Differenzsignal einen definierten oberen oder unteren Grenzwert, bedeutet dies, dass die Kugel defekt ist, beispielsweise weil ein Stück abgebrochen ist. Anschliessend wird das Differenzsignal differenziert, um zu prüfen, ob in kurzer Zeit starke Inten sitätsveränderungen des reflektierten Lichts auftreten. Das würde auf eine angeschliffene Fläche der Kugel hindeuten.Liegt einer dieser zwei Fälle vor, bleibt die Weiche auf der Grundposition schlecht. Taucht kein Fehler auf, wird ein Impuls an die Weiche gesendet, worauf diese auf die Position gut wechselt. Über die Weiche werden die Kugeln in den entsprechenden Behälter geleitet.

Die Firma Micro Precision Systems AG, mps AG, Biel stellt unter anderem Zirkoniumoxidkugeln von 600 µm Durchmesser her. Ein Problem im Produktionsprozess ist, dass die sehr spröden Keramik-kugeln während den Schleifvorgängen brechen können, und die Bruchstücke wiederum andere Ku-geln zerstören. Alle Kugeln werden bis heute mehrmals von Auge unter dem Mikroskop kontrolliert und die defekten mit der Pinzette aussortiert. Dies ist ein sehr zeitraubender und teurer Arbeits-schritt, deshalb soll die Kontrolle nun automatisiert werden.

Mechatronik / Prof. Dr. Peter Walther Experte: Michael Bickel

Qualitätskontrolle von Zirkoniumoxidkugeln

Pascal Loser

1984

079 484 63 01

p.loser [at] gmx.ch

Mikrotechnik

Microtechnique

BI

Signale der Sensoren (Mitte), Differenzsignal

(oben) und Logiksignal zum Schalten der

Weiche (unten)

Prüfprinzip


Aufbau des Laser-PickupsZur Datenerfassung ist im Lesekopf des CDPlayers ein Diodenlaser eingebaut. Der Laserstrahl wird über einen Spiegel auf die CD gelenkt. Der reflektierte Strahl trifft auf das PhotodiodenArray, das für die Bestimmung des Fokussierfehlers, der Spurhaltung und zum Einlesen der Daten dient. Ist der Laserstrahl auf die CD fokussiert, erscheint sein Abbild auf dem Array als Kreis und erzeugt auf allen vier ArrayFeldern dieselbe Intensität. Ist er nicht richtig fokussiert, wird er von der astigmatischen Linse verzerrt und trifft im Array als Ellipse auf und erzeugt auf den vier Feldern unterschiedliche Intensitäten. Daraus lässt sich der Fokussierfehler berechnen und über die auf einem VoiceCoilMotor befestigte Fokussierlinse auskorrigieren.

Kraftmess-SensorIn der Anwendung als KraftmessSensor wird die zu messende Kraft auf die Fokussierspule übertragen. Der Laserstrahl wird dadurch aus dem Fokus gebracht. Über eine Regelung wird der Strom in der Spule des VoiceCoilMotors erhöht, bis der Laserstrahl wieder fokussiert ist. Dieser RegelStrom ist proportional zur angelegten Kraft, welche somit bestimmt werden kann.In der Bachelorarbeit wurde eine Schaltung zur Ansteuerung des Lasers und des PhotodiodenArrays

entwickelt. Mit dem entwickelten Regler für den VoiceCoilMotor konnte die Kraftmessung mittels LowCost ForceMeasurement Head realisiert werden. Ein Gehäuse wurde entworfen und gefertigt. Die Software zum Ansteuern des Sensors wurde mit LabView programmiert. Zum Schluss wurde der Sensor ausgetestet. Der KraftmessSensor kann dynamisch sowohl Druck wie auch Zugkräfte bis 10mN messen, verursacht minimale Einschingzeit, weist kleine Abmessungen auf und lässt sich sehr günstig herstellen.

Der Laser-Pickup eines CD-Players erbringt eine beeindruckende Leistung, indem er die auf einer CD gespeicherten rund zwei Milliarden Bits mit hoher Geschwindigkeit fehlerfrei einlesen kann. Er-möglicht wird das durch die hohe Präzision, mit welcher der Laser-Pickup den Laserstrahl auf die CD fokussiert. Er ist sozusagen eine Positioniereinheit mit einer Genauigkeit im Mikrometerbereich. Die Laser-Pickups sind als Massenware auf dem Markt relativ günstig erhältlich.Der Laser-Pickup enthält alle für eine Kraftmessung notwendigen Komponenten. Ziel der Bache-lorarbeit war es, mit einer speziellen Regelung den Laser-Pickup eines CD-Players zu einem Kraft-mess-Sensor umzubauen.

Mechatronik / Prof. Dr. Josef GoetteExperte: El. Ing. HTL Florian Kaufmann, Creaholic

Low-Cost Force-Measurement Head for Very Low Forces

Regina Marbet

1985

regina_marbet [at] gmx.ch

Mikrotechnik

Microtechnique

BI

Schema des CD-Player Lesekopfes (vereinfacht) Kraftmess-Sensor ohne Abdeckhaube


Enormes DrehmomentBei Windkanalversuchen herrschen Geschwindigkeiten von bis zu 200 km/h. Es ist also schnell ersichtlich, dass die Kräfte, welches auf ein Flap, welches in einem Winkel von bis zu 20 Grad zum Wind steht, enorm sind. Das Flap direkt mit einem Motor oder ähnlichem Aktuator zu bewegen ist aus diesem Grunde nicht möglich. Nach langen und ausführlichen Studien wurde ein hybrides Prinzip gewählt. Dieses liefert die nötige Kraft durch einen pneumatischen Kolben. Um mit dem Kolben die vorgegebenen Positionen – sprich die versch. Winkel des Flaps – anzufahren, stösst dieser auf eine Scheibe mit unterschiedlich hohen “Stufen”. So kann das Flap mit einer sehr hohen Wiederholgenauigkeit ausgerichtet werden. Das einzige Problem, das sich nun noch stellte, ist die Frage, wie ein solches System in einen Flügel zu integrieren ist, welcher ausschliesslich eine mittlere Höhe von 2,5 cm besitzt?

Kompaktes DesignWie bereits erwähnt, ist der vorher beschriebene Aktuator in den Flügel zu integrieren. Um das nötige Moment aufzubringen, werden 2 dieser Systeme pro Flap verwendet. Dies erlaubt zudem, den Aktuator noch kompakter zu bauen, da die Kraft nun aufgeteilt wird. Der Durchmesser des Kolbens erlaubt nun, das gewünschte Moment zu übertragen, während der Schrittmotor die Treppenscheibe im unbelasteten Zustand

dreht und somit sehr klein gehalten werden kann. Ein weiterer Schrittmotor mit zusätzlichem Getriebe dient als Blockierhebel, so dass sich das Flap nicht bei jedem Stellungswechsel in die tiefste Lage bewegt. Die dazugehörende Elektronik zur Ansteuerung des Ventils und der beiden Schrittmotoren befindet sich in der Kontrollzentrale und wird von dort aus bedient. Dieser Teil der Arbeit wurde von Herrn Grünig bearbeitet.

Die Entwicklung eines neuen Flugzeuges ist eine lange Prozedur und erfordert unzählige Tests und Abklärungen im Windkanal. Eine dieser Abklärung ist die Position der beiden Klappen an den En-den der Tragflächen. Bis jetzt wurden diese Flap-Positionen durch feste Winkel, welche am Flap wie auch am Flügel angeschraubt waren, realisiert. Diese umständliche Handhabung erfordert es jedoch, für jeden neuen Winkel den Windkanal kurz stillzulegen. Da die Testzeit in einem solchen Windkanal eine kostenspielige Angelegenheit ist, kostet ein solcher Wechsel also immens viel Geld. Erwünscht ist nun ein im Flügel integrierter Aktuator, welcher diese Flapänderungen vornimmt und von der Kommandozentrale aus gesteuert wird.

Mechatronik / Prof. Dr. Harald Wild, Prof. Dr. Peter WaltherExperten: Dr. Peter Aschwanden, Dr. Jürg Müller, RUAG Aerospace Defence Technology

Aktuator für die Automatisierung von Windkanalversuchen

Johannes Mayr

1984

079 757 03 02

mayr.johannes [at] gmail.com

Mikrotechnik

Microtechnique

BI

Aktuator


Situation de départL’entreprise RUAG Aerospace a émis le désir d’automatiser les volets d’une maquette pour essais en soufflerie. Un travail de semestre, dont le but était de chercher et d’analyser différentes solutions, a déjà été réalisé sur ce sujet.

La création d’un système hybride s’est vite imposée comme direction à suivre pour respecter le ca

hier des charges. Ce système doit combiner, d’une part, un actuateur électrique permettant d’obtenir une haute précision et, d’autre part, un actuateur pneumatique pour obtenir la force nécessaire au déplacement du volet.

But du travail et résultatsLes conclusions auxquelles j’étais parvenu lors du travail de semestre m’ont servi de base pour mon

travail de bachelor, au cours duquel j’ai concrétisé la solution désignée comme optimale.

M’occupant de la partie électronique du projet, j’ai eu pour tâche de réaliser la carte et le programme qui devaient piloter les moteurs pasàpas choisis et être à même de communiquer avec un PC via RS232. Ceci dans le but de pouvoir aisément transférer les ordres concernant la position à obtenir. La carte est également en mesure de fournir des informations à l’utilisateur. Une fois le déplacement terminé, elle confirme que la position demandée a bien été atteinte afin que l’on puisse reprendre les mesures. La connexion avec le PC, la génération des signaux de commande pour les circuits de pilotage des moteurs pasàpas ainsi que la commande de la vanne pneumatique ont été réalisés à l’aide d’un microcontrôleur PIC, le 18F1320. La carte est munie d’un circuit permettant la programmation du microcontrôleur

“on board”, ce qui fera gagner du temps lors du développement du software et/ou si l’on souhaite lui apporter des modifications.

Les nombreuses contraintes de ce travail en ont fait un défi très intéressant à relever. La diversité des sujets abordés ainsi que le contact avec le monde de l’aéronautique l’ont rendu particulièrement captivant pour moi.

Ce travail a été fait en collaboration avec l’entreprise RUAG Aerospace. Il a pour but d’automatiser les volets d’une maquette pour des essais en soufflerie. Comme ce projet est complexe, seule la partie électronique est traitée ici (la partie mécanique est présentée sur la page adjacente). Les mots clés de ce projet sont : précision, répétabilité, force, vitesse et encombrement. Eux seuls sont susceptibles de définir les clés de voûtes de ce projet.

Mécatronique / Prof. Dr. Peter Walther – Partenaire industriel : RUAG Aerospace Defence Technology, Emmen,Dr. Peter Aschwanden, Dr. Jürg Müller – Expert: Monsieur Michael Bickel

Automatisation des volets d’une maquette de soufflerie

Daniel Grünig

1985

079 733 76 44

d_gruenig [at] bluewin.ch

Mikrotechnik

Microtechnique

BI

Carte de commande des moteurs avec le programmateur PIC

Soufflerie de RUAG Aerospace à Emmen


La maladieLe diabète est un dysfonctionnement du métabolisme de stockage du glucose dans le sang. En effet une réaction autoimmune détruit les cellules responsables du contrôle de la glycémie dans le sang par la production adaptée d'insuline.Dans le cas du diabète de type 1, qui concerne 10 à 15% des diabétiques, un apport externe permanent d'insuline est nécessaire à la survie. Celuici est pratiqué par le patient luimême sous forme d'injections sous cutanées d'une quantité d'insuline adaptée à la situation.

TraitementDepuis plusieurs années déjà, il existe sur le marché des pompes délivrant en continu l'insuline par le biais d'un cathéter et d'une aiguille souscutanée. L'utilisation de ces

pompes a permis aux diabétiques d'obtenir une qualité de vie qu'ils n'avaient pas auparavant. Mais aujourd'hui, un concept de pompe innovant qui apportera encore plus de confort au patient diabétique est en cours de développement.

Un gain de confortLes pompes conventionnelles sont composées d'un module comportant le réservoir d'insuline, la pompe et l'électronique de commande, relié à un set d'infusion (aiguille sous cutanée retenue en place grâce à un système autocollant) par un cathéter. Le module central étant fixé à la ceinture du patient, le port du cathéter est relativement inconfortable. C'est pourquoi un appareil de distribution d'insuline miniaturisé qui se porte sous forme de patch, apportera un confort d'utilisation

jusqu'ici jamais atteint ainsi qu'un coût de traitement global plus faible. Grâce à ce produit innovant, le patient n'aura plus à subir les désagréments du port du cathéter puisque l'ensemble du produit sera directement fixé sur la zone d'injection par une base autocollante.

TravailLe travail présent consiste à concevoir le boîtier plastique du produit et les interfaces permettant l'assemblage des différents composants. Les points centraux de cette conception sont l'ergonomie du produit et la minimisation des coûts de fabrication. Afin d'assurer la modularité du produit, des emboîtages élastiques ont été conçus, puis dimensionnés grâce à l'analyse par éléments finis (FEM).

Le diabète est un problème de santé publique sérieux qui a tendance à s'aggraver. Il s'agit d'un dys-fonctionnement métabolique qui affecte environ 5 à 7 % de la population mondiale et représente 5 à 10 % des budgets de la santé mondiaux. Outre le coût des soins pour le patient, cette maladie est un réel handicap qui affecte largement la qualité de vie. Ce contexte est donc propice à la recherche et au développement de produits innovants pour le traitement de la maladie afin de rendre la vie de tous les jours plus agréable aux diabétiques.

Technique médicale / Prof: Dipl. Ing. ETH Leo MüllerExpert: Alexandre Perrier

Conception d'une pompe patch à insuline modulaire

Cédric Mercier

1986

079 818 99 06

c_mercier [at] hispeed.ch

Mikrotechnik

Microtechnique

BI

Emboîtage élastique: du concept à la simulation


AusgangslageDer Roboter besteht aus drei motorisierten Armen, welche die Bewegung des Aktuators entlang der drei TranslationsFreiheitsgrade (x,y,z) ermöglichen (siehe Abbildung 1).Die an die Motoren angelegten Ankerströme bestimmen die von den Motoren ausgeübten Drehmomente. Diese wiederum sind über die Roboterarme für die Bewegung des Aktuators und somit letzten Endes für die dort auftretenden Kräfte verantwortlich. Somit liegt eine Kraftbestimmung aufgrund der gemessenen Motoren ströme nahe.Bei diesem Lösungsansatz werden keine zusätzlichen Komponenten wie Sensoren, Elektronik usw. benötigt. Dadurch entsteht auch kein zusätzlicher Platzbedarf und auch die mobile Masse wird nicht vergrössert. Da die hohe Geschwindigkeit des PocketDelta nur dank kleiner und leichter Bauweise erreicht wird, fällt dies umso mehr ins Gewicht.

Schliesslich bringt dieser Ansatz auch Vorteile bei den Kosten und bei allfälligem Umrüsten.

SteifigkeitstestsUm eine aussagekräftige Beziehung zwischen Strom und Kraft herstellen zu können ist es wichtig, dass die Verbiegung der Roboterarme während des Gebrauchs vernachlässigbar klein bleibt.Aus diesem Grund wurde mit Hilfe von Druckversuchen die Steifigkeit der Struktur bestimmt. Dabei hat sich gezeigt, dass diese zwar sehr stark von der Position der Arme abhängt. Für die im Gebrauch auftretenden Kräfte ist die Steifigkeit jedoch immer gross genug, um die oben genannte Bedingung zu erfüllen (siehe Abbildung 2).

Kraftbestimmung durch StrommessungDa die Reibung im Motor vernachlässigt werden kann, sind Ankerstrom und MotorDrehmoment direkt proportional.Aus diesen Grössen jedoch die Kraft am Aktuator zu bestimmen, ist einiges komplexer. Zum einen ist die vom MotorDrehmoment ausgeübte Kraft von der Ausrichtung des Arms abhängig (Hebelgesetz). Zum anderen variieren auch die Reibungskräfte, und somit die Dämpfung, je nach Position und Geschwindigkeit der Arme.Nach ersten Strommessungen im Leerlauf hat sich zudem gezeigt, dass die Struktur einen gewissen 'Memory Effekt' aufweist. Dadurch hängt der gemessene Strom an einer bestimmten Position von der Anfahrtsrichtung ab.Da bei diesem nichtlinearen System eine rein analytische Lösung nicht möglich ist, muss zuerst eine Testreihe durchgeführt werden. Für verschiedene Bewegungsabläufe werden dabei die Ströme und Kräfte am Aktuator gemessen und aufgezeichnet.Aus diesen Daten werden Gesetzmässigkeiten zwischen den Strömen und der Kraft abgeleitet und schliesslich auf dem Roboter implementiert und getestet. Zu grosse Belastungen können somit vermieden werden und die “Kraft macht keinen Lärm, sie ist da und wirkt.” (Albert Schweitzer)

Der PocketDelta-Roboter der Firma Asyril SA ist ein Parallelroboter1, der eine hohe Geschwindigkeit und Wiederholgenauigkeit erreicht. Er wird deshalb vor allem bei 'Pick and Place' Operationen von kleinen, leichten Objekten zur Anwendung kommen (wie z.B. bei der Microfactory).Je schneller die Bewegungen des Roboters, desto grösser werden die auf die Objekte einwirkenden Druck- und Beschleunigungskräfte. Dies kann vor allem bei fragilen Objekten zum Problem werden. Um mögliche Beschädigungen an den Produkten oder am Roboter zu vermeiden, ist es deshalb wich-tig, die Kräfte zwischen dem Aktuator (z. B. Vakuumgreifer) des Roboters und dem Objekt bestimmen zu können.

Robotik / Prof. Dr. Josef GötteExperte: Dipl. Ing. Sébastien Perroud (Asyril SA)

Kraftmessung auf einem Parallelroboter

Martin Oberhauser

1982

077 406 82 72

martin.oberhauser [at] gmx.ch

Mikrotechnik

Microtechnique

BI

Abbildung 2: Druckversuch-Kurven und

Steifigkeiten für verschiedene Roboter-Posi-

tionen.

Abbildung 1: PocketDelta

1 Weitere Informationen dazu finden Sie bei Manuel Wyss (Seite 211)


AusgangslageDa unzählige, verschiedene Uhrenmodelle in zahlreichen Farben und Werkstoffen existieren, gibt es immer wieder Probleme mit der Muster erkennung. Konkret geht es nun darum, verschiedene Uhrengehäuse mit einer geometrischen Muster erkennung zu lokalisieren. Dabei sind manche Gehäuse aus halbtransparenten Werkstoffen.

ProblemstellungDie losen Uhrengehäuse werden standardmässig in einem Magazin aus Polystyrol (Sagex) angeliefert. Dieses Magazin wird von unten her beleuchtet, weil auch Uhrengehäuse existieren, welche stark

reflektieren. Polystyrol ist ein amorphes, transparentes Material und besitzt ein unregelmässiges Muster in Form von Körnern. Aufgrund der Hintergrundbeleuchtung sieht die Kamera diese Körner auch durch die halbtransparenten Werkstoffe. Dies verhindert, dass das Muster problemlos gefunden werden kann. Der Algorithmus hat Probleme die Kanten zu detektieren, da der Kontrastunterschied zwischen Uhrengehäuse und der Körner zu klein ist.

LösungsansatzEine ideale Lösung besteht darin, dass der störende Hintergrund ausgeblendet werden kann. Dazu

ist eine Methode entwickelt worden, bei der mehrere Bilder nacheinander erstellt und anschliessend subtrahiert werden. Mit einem vorhandenen Roboter im Labor ist die Idee realisiert und ausgiebig gestestet worden. Die Bildbearbeitung erfolgt in LabVIEW, welches auch ohne Probleme mit dem Roboter zusammenarbeiten kann.

ResultateErste Versuche haben gezeigt, dass die Methode soweit funktioniert. Der nächste Schritt würde nun darin bestehen, dies in die vorhandenen Maschinen zu implementieren und dabei die gegebene Zykluszeit einzuhalten.

Roboter werden heute vielfach mit Kameras ausgestattet, um dem System so eine Fähigkeit der visuellen Wahrnehmung zu geben. Ein wichtiger Bereich bei Machine Vision stellt die Mustererken-nung dar. Dabei wird in einem Bild nach einem bekannten Muster gesucht. Mit dieser Information kann ein Roboter ein Bauteil lokalisieren, packen und weiterverarbeiten. Diese Automatisierungs-technik hat in den letzten Jahren stark an Bedeutung gewonnen und wird auch in Zukunft immer wieder ein Thema sein.

Robotik / Prof. Dipl. Ing. Yves MussardExperte: Christophe Kohli

Machine Vision durch halbtransparente Werkstoffe

Fabio Paci

1984

078 755 43 46

fabio.paci [at] gmail.com

Mikrotechnik

Microtechnique

BI

Verschiedene Uhrengehäuse Resultat einer Subtraktion


Optoakustischer EffektAls optoakustischer Effekt bezeichnet man die Umwandlung von Lichtenergie in akustische Wellen. Dieser Effekt kann für die Untersuchung von Hautgewebe genutzt werden. Beleuchtet man die Gewebeoberfläche mit einem Laserstrahl, kann das Licht mehrere Millimeter tief in das Gewebe eindringen. Dabei wird es vom Gewebe gestreut und absorbiert. Bei Absorption (wellenlängenabhängig) entstehen aufgrund der thermischen Ausdehnung Ultraschallwellen. Der Schallwellenanteil, der zur Gewebeoberfläche zurückkommt, wird mit dem PVDFTransducer detektiert.

PVDF-TransducerDie Hauptfunktion des Transducers ist die Detektion der optoakustisch erzeugten Schallwellen. Dies wird durch eine transparente, piezoaktive Folie aus PVDFKunststoff (Polyvinyl idendifluorid) erreicht. Die Folie erzeugt bei Druckbelastung durch den Schall ein zeitabhängiges Spannungssignal. Anhand der Signal laufzeit kann auf die Tiefe

des Absorptionsortes, anhand der Signalamplitude auf die Stärke der Absorption geschlossen werden. Mit diesen Daten lässt sich ein Tiefenprofil der Absorptionseigenschaften des untersuchten Objekts (z.B. Hautgewebe) rekonstruieren.

AnwendungenFür das optoakustische Verfahren sind im medizinischen Bereich verschiedene Anwendungen denkbar. Die Vorteile des Verfahrens sind die hohe Auflösung, die erreichbare Tiefe und der nichtinvasive Charakter des energiearmen Laserimpulses. Eine mögliche Anwendung ist die Untersuchung des Diffusions verhalten von medizinischen oder kosmetischen Crèmes in der Haut. Weiter sollen zukünftig Krebszellen mit lichtabsorbierenden Trägerstoffen markiert und durch den optoakustischen Effekt nachgewiesen werden.

Bachelor-ThesisDie Aufgabe der BachelorThesis besteht in der Optimierung eines existierenden TransducerPrototyps, damit optoakustische Messungen an lichtstreuenden Objekten gelingen. Zur Verminderung von parasitären Schalleinflüssen wurde beim neuen Transducer ein Messsystem entwickelt, dessen Detektionsbereich für die verwendeten Wellenlängen transparente Eigenschaften aufweist und somit keine Störschallwellen erzeugt. Dies wurde durch eine PMMA (Plexiglas) und Silikonkonstruktion erreicht. Zudem konnte die Empfindlichkeit durch Optimierung der PVDFFolie und der Elektrolytlösung erhöht werden. Die ersten Messversuche in Hautgewebe sind mit dem optimierten Transducer erfolgreich verlaufen.

Medizinische Bildgebungsverfahren wie Computertomografie (CT), Magnet-Resonanztomografie (MRT) oder Ultraschall (US) haben in den vergangenen Jahrzehnten eine rasante Entwicklung erlebt und werden von Ärzten täglich zur Diagnosestellung eingesetzt. Auf der Suche nach neuen nicht-invasiven Verfahren mit hoher Bildauflösung forscht man seit einigen Jahren an optoakustischen Techniken.Diese Bachelor-Thesis erfolgt in Zusammenarbeit mit der Universität Bern. Dabei soll ein optoakus-tischer Transducer (Messkopf) zur Ultraschalldetektion so weit optimiert werden, dass Tiefenprofil-messungen in menschlichem Hautgewebe gelingen.

Medizintechnik / Dr. Jörn JustizExperte: Dr. Michael Jaeger, Institut für Angewandte Physik, Universität Bern

Optimierung eines optoakustischen PVDF-Transducers

Mario Parziale

1981

079 622 05 52

mario.parziale [at] gmx.ch

Mikrotechnik

Microtechnique

BI

CAD-Modell des optimierten PVDF-Transducers


Piezos sind immer dann von Interesse, wenn auf kleinem Raum, mit grosser Präzision und bei verhältnismässig grossen Kräften Bewegungen ausgeführt werden müssen. Wegen der aufwändigen Ansteuerung von HochvoltPiezos werden jedoch meistens teure Multilayerstacks eingesetzt. Zur Ansteuerung der billigen HochvoltPiezos wiederum müssen teure Verstärker eingesetzt werden. ElektronikEin weiteres zentrales Bauteil des Roboters ist der neu entwickelte lowcost Piezoverstärker. Das Schaltungsprinzip basiert auf einem teilweise geregelten Verstärker mit einer MOSFETLeistungsendstufe. Ein Anteil des Ausgangssignals wird in einen Operationsverstärker rückgekoppelt und mit dem Eingangssignal verglichen. Auf diese Weise lässt sich ein analoges Signal von ± 1 V auf ± 150 V verstärken. Die Frequenzen liegen dabei im Bereich von bis zu 100kHz. Die Versogungs

spannung von 150V wird über einen DC/DC Wandler generiert, welcher mit 312 V gespeisst wird und so einen flexiblen Einsatz garantiert. Damit der Roboter vielseitig einsetzbar ist, wird der Verstärker über einen Microcontroller angesteuert. Zur Navigation dienen in der Grundausführung IRSensoren, welche über den Microcontroller ausgewertet werden. Aufgrund des Microcontrollers ist die Elektronik des Roboters ohne Problem erweiterbar.

Mobiler RoboterDas Kernstück des Roboters ist der Piezoantrieb. Er besteht in der Grundausführung aus einem bimorphen Piezoaktuator, welcher aufgrund des StickSlipEffektes die Räder antreibt. Um ein genügend grosses Drehmoment zu erhalten, wurden insgesamt vier Piezos verwendet, wobei jeweils zwei ein Rad antreiben. Eine Schwierigkeit der StickSlipAntriebe ist, dass sich die beiden Kontaktflächen des Aktuators und Stators mit der Zeit auf

grund der Reibung abnützen. Damit diese Abnützung kompensiert werden kann, ist der Piezo an einer flexiblen Führung angebracht. Die Führung erfüllt dabei die Aufgabe einer steifen Halterung und drückt zugleich den Piezo mit einer konstanten Kraft auf das Rad, um so die Abnützungen zu kompensieren. Der gesamte Aufbau des Roboters wurde so konstruiert, dass sich der Schwerpunkt unterhalb der Achse der Räder befindet. Somit kommt der Roboter ohne aufwändige Regelung mit nur zwei Rädern aus.

AnwendungenDer Anwendungsbereich des Verstärkers ist gross, denn mit ihm können beliebige Piezos angesteuert werden. Die Schaltung ist kompakt realisiert und robust aufgebaut. Der mobile Roboter ist so konzipiert, dass er als Bausatz eingesetzt werden kann, um die Piezoelektronik näher zu bringen. Dank des eingesetzten Microcontrollers kommt auch der Spassfaktor nicht zu kurz.

Piezokristalle reagieren beim Anlegen einer elektrischen Spannung mit einer mechanischen Defor-mation, die im Bereich von einigen µm liegt. Die Bewegungen lassen sich sehr präzise regeln und sind zudem schnell. Aufgrund dieser Eigenschaften werden Piezos immer häufiger für Aktuatoren eingesetzt. Ziel dieser Bachelor-Thesis ist, einen mobilen Roboter zu entwickeln, welcher mit Hoch-volt-Piezokeramik angetrieben wird. In diesem Zusammenhang wird eine low-cost Verstärkerschal-tung weiterentwickelt, welche ein Ausgangssignal von 150 V bei 100kHz liefert.

Mechatronik / Prof. Dr. Peter Walther Experte: Werner Baumgartner

Mobiler Roboter mit Piezoantrieb

Simon Roder

1985

079 702 63 02

simon.mailone [at] gmail.com

Mikrotechnik

Microtechnique

BI

Mobiler Roboter mit Testaufbau des Piezomotors und Verstärkerprint


AusgangslageIntraokularlinsen sind Medizinprodukte, welche während der Entwicklung wie auch später bei der Serienproduktion intensiv nach Vorgabe internationaler Normen geprüft werden. Die dioptrische Wirkung, die Abbildungsqualität und die spektrale Transmission sind drei wichtige

Eigen schaften, welche mit geeigneten Methoden geprüft werden.Ein von der Norm anerkanntes Prinzip für die Bestimmung der dioptrischen Wirkung stellt die Messung der hinteren Brennweite dar.Die Abbildungsqualität der IOL wird über die Messung des Auflösungsvermögens und der Modulationstransferfunktion (MTF) ermittelt.

Die strikte Anwendung von Qualitätssicherungssystemen und Einhaltung einschlägiger Regularien sind für die spätere Zulassung sowie für den Nachweis der Sicherheit und Leistungsfähigkeit der Produkte unabdingbar.Folglich müssen auch die Betriebs und Prüfmittel bestimmten Qualitätskriterien entsprechen und ihre Entwicklung, die Inbetriebnahme, der Einsatz und der Unterhalt müssen entsprechend dokumentiert und die Leistungsfähigkeit muss nachgewiesen werden.

PrüfstandEin speziell angefertigter Prüfstand ermöglicht, die Messung unter den Normbedingungen durchzuführen. Licht einer monochromatischen Quelle beleuchtet ein NormDia (Target). Die divergenten Strahlenbündel werden durch eine Linse kollimiert und durchlaufen die zu testende IOL. Der dadurch entstandene Brennpunkt der IOL wird nun über ein Mikroskop auf eine CCDKamera abgebildet. Der mit einem Motor angetriebene Messkopf (Mikroskop und CCDKamera) sucht mit Hilfe einer Software den Brennpunkt der IOL. Die hintere Brennweite sowie das Auflösungsvermögen und die Modulationstransferfunktion kann mit weiteren Funktionen der Software ausgelesen werden.In einer nächsten Phase soll die Machbarkeit einer kompletten Automatisierung der Messprozesse untersucht und getestet werden.

Der Graue Star, auch Katarakt genannt, ist eine Augenkrankheit. Dabei handelt es sich um eine Trü-bung der Augenlinse die zu Blindheit führen kann, sofern sie nicht behandelt wird.Medikamente können gegen den Grauen Star nichts ausrichten. Eine Staroperation ist die einzige effektive Therapie. Dabei wird die kranke Augenlinse operativ entfernt und durch eine Intraokular-linse (IOL) ersetzt. Die Firma Adoptics entwickelt eine neuartige Intraokularlinse. Ziel dieser Arbeit ist es, einen Prüfstand zur Qualifizierung der IOL normgerecht zu bauen.

Mikrotechnik / Prof. Christian ThiessExperte: Daniel Scheidegger, Adoptics

Prüfstand für Intraokularlinsen

Thomas Rothenbühler

1983

079 659 49 75

t.rothenbuehler [at] hispeed.ch

Mikrotechnik

Microtechnique

BI

Messeinheit des Prüfstandes


Vorschub für AmpullenstopfenDie Mikropumpe, die in der Insulinpumpe verwendet wird, kann ein Vakuum von ca. 150 mbar erreichen. Dies reicht jedoch nicht aus, um die Glasampulle, in dem das Insulin gelagert wird, zu entleeren. Daher wird ein System gesucht, das eine annähernd konstante Kraft auf den Kolben des Vials ausübt. Dies muss jedoch komplett mechanisch funktionieren, da keine zusätzliche elektrische Energie beansprucht werden soll. Der zur Verfügung stehende Platz ist sehr gering, da er direkt mit der Grösse der Mikropumpe zusammenhängt. Ziel der Arbeit war es, ein oder mehrere Konzepte zu realisieren, die möglichst einfach und kostengünstig sind. Insgesamt wurde aus 6 unterschiedlichen physikalischen Prinzipien das erfolg versprechendste ausgewählt und weiterverfolgt. Durch den einfachen Aufbau und die schnelle Realisierung wurde ein einfaches Federkonzept gewählt. Die Federeigenschaften wurden mit Hilfe von speziellen Legierungen optimiert. Auf der Basis von diversen Tests wurden Federn entwickelt, die sich einerseits den Platzverhältnissen optimal anpassen und anderseits mit möglichst konstantem Druck das Insulin zuverlässig aus der Ampulle befördern.

Anschlussstück für Ampulle Die Insulinhersteller liefern das für den Patienten lebensnotwendige Medikament in einer Glasampulle. Damit der Patient die Flüssigkeit nicht noch in ein anderes Gefäss in der Insulinpumpe umschütten muss, soll ein Verbindungsstück zwischen Pumpe und Glasvial konstruiert werden. Die Konstruktionslösung ist eine Schnappverbindung. Die Schwierigkeiten bei dieser Aufgabe lagen darin, dass die Insulinlieferanten ungleiche Ampullenformen benutzten. Das Pumpensystem muss somit für die unterschiedlichen Ampullensysteme so funk tionieren, dass der Patient ohne Beachtung des Insulinlieferanten das Austauschvial immer gleich einsetzten kann. Für die Lösung dieser Aufgabe wurden unterschiedliche Konzepte ausge

arbeitet und getestet. Dabei ging die Schnappverbindung als Favorit hervor.

Erkennung der StopfenpositionDurch die Vorschubeinheit hinter der Insulinampulle ist ein ständiger Druck vorhanden. Bei einem eventuellen Pumpenleck würde Insulin unkontrolliert in das Gewebe fliessen. Der Patient käme so unbemerkt zu einer Überdosis Insulin und könnte schlimmstenfalls sterben. Durch eine Kontrolle der Stopfenposition kann sichergestellt werden, dass der Stopfen nur in Bewegung ist, wenn auch die Pumpe in Betrieb ist. Der Detektor wird ausserhalb der Ampulle positioniert und muss den Stopfen durch die Glasampulle hindurch detektieren können.

Damit Blutzucker von Muskelzellen und der Leber aufgenommen werden kann, braucht es Insulin. Dieses Hormon wird in der Bauchspeicheldrüse gebildet und wird je nach Bedarf ins Blut abgege-ben. Dadurch gelangt die Glukose für die Energieversorgung in die Zellen und regelt gleichzeitig den Zuckerspiegel. Wird nun zu wenig Insulin produziert, oder die Zellen werden immun gegen das Insulin, so muss dem Körper künstlich Insulin zugeführt werden. Die Schweizerfirma, mit der die Arbeit ge-macht wurde, entwickelt solche Insulingeber im Nanoliterbereich.

Medizintechnik / Prof. Leo Müller Experte: Dipl. Ing. Alexandre Perrier, Hägendorf

Optimierung von Komponenten eines Insulinspenders

Susanne Schenker

1985

078 879 27 44

susanne.schenker [at] gmx.ch

Mikrotechnik

Microtechnique

BI

Sensor

Schnappverbindung

Vorschubfunktion

Ypsomed ging 2003 aus der Division Injection Systems der renommierten Disetronic Gruppe hervor und be-sitzt somit über 20 Jahre Erfahrung in der Entwick-lung und Herstellung von Injektions-Pens und Pen-Nadeln. Im Bereich der Selbstinjektion ist Ypsomed die weltweit führende unabhängige Medizinaltechnik-fi rma und ausgewählte Partnerin für die Pharma- und Bio techunternehmen, und ist die Nummer 1 in Deutschland im Diabetes Direkthandel. Ypsomed hat ihren Hauptsitz in Burgdorf und beschäftigt über 1200 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter an mehreren Produktions standorten in der Schweiz sowie in einem europäischen Verkaufs- und Vertriebsnetz.

Wir entwickeln und produzieren kundenspezifi sche Injektionssysteme und stellen passende Pen-Nadeln für alle gängigen Pens am Markt her. Das Pen-Spek-trum, das Herzstück unserer Produktpalette, reicht von einfachen Fertig-Pens über Pens mit einstellbarer Do-sierung und elektronischer Anzeige bis zu hochkom-plexen Injektoren mit multifunktionaler Elektronik und Autoinjektoren. Dank einer breiten Technologieplatt-form mit über 220 Patentfamilien können wir heute die unterschiedlichsten Kundenbedürfnisse abdecken.

Spezialisten und Projektleiter gesucht! In unseren Bereichen Technology und Quality laufen die komple-xen Prozesse ab, welche zur Entstehung eines Medi-zinprodukts in Millionenaufl age notwendig sind. Hier eröffnen sich spannende Einstiegs- und Entwicklungs-möglichkeiten in die Gebiete: Product Development, Process Engineering, Risk Management und Product Care – selbstverständlich sind auch Studienabgänger und -abgängerinnen willkommen.Auf unserer Website www.ypsomed.com sind alle of-fenen Stellen ersichtlich. Spontanbewerbungen sind auch willkommen.Wir freuen uns auf Ihre Kontaktaufnahme und stehen bei Fragen gerne zur Verfügung.

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Ypsomed AGHuman ResourcesBrunnmattstrasse 63401 Burgdorf

Tel. 034 424 4111 (Zentrale)Fax 034 424 4130

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ypsopen® für die Verabreichung von Insulin

Pen-Nadel mit patentierter Click-Technologie


ReibungIm Gelenkbereich entsteht durch aufeinanderliegende Gelenkkomponenten Reibung, welche bei Verwendung eines Gelenkersatzes Komplikationen hervorrufen kann. Gelenkkomponenten, sei es Implantationsmaterial oder Weichgewebe, reiben auf den künstlichen Gelenkteilen und führen so zu Verschleiss und Erwärmung. Hohe Reibungskräfte verkürzen die Lebensdauer von künstlichen Gelenken.

AusgangspunktDie Materialproben sind klein und leicht verformbar, daher müssen kleine Normalkräfte benutzt werden. Aufgrund dieser speziellen Anforderungen ist das System so konstruiert, dass die Prüflinge mit geringer relativer Bewegung zueinan der untersucht werden können. Die Dynamik des Systems darf ebenso wenig einen Einfluss auf die Messergebnisse haben wie Störeinflüsse des Antriebs.

FunktionsprinzipDer in dieser BachelorArbeit entwickelte Reibungsmessaufbau ist ein Lineartribometer, da die relative Bewegung der Probe linear verläuft. Der Linearmotor treibt die Grundprobe an, welche an der Gegenprobe reibt. Die dabei entstehenden Reibkräfte werden von vier parallel angeordneten KeramikBiegebalkenSensoren detektiert. Die Reibkraft hängt von der Normalkraft ab, welche durch die Einstellung der Federn, an denen der Messblock hängt, verändert werden kann. Im Prinzip entlasten die Federn die Probe von der Gewichtskraft des Messblocks, damit die gewünschte Normalkraft erreicht wird. Diese beträgt bei den Messungen 1N. Bei Materialpaarungen mit niedriger Reibung entstehen so Reibkräfte bis zu 10 mN.Die Ansteuerung und Messwertausgabe erfolgt über Labview.

Beschädigten Gelenken im menschlichen Körper kann mit implantierten Endoprothesen (künstliche Gelenke) wieder zu schmerzfreier und fast unbeschränkter Mobilität verholfen werden.An die Materialien des Gelenkersatzes werden hohe Anforderungen gestellt. Jahrzehntelang müssen sie den hohen Belastungen des Bewegungsapparates standhalten. Die RMS Foundation beschäf-tigt sich mit der Erforschung und Überprüfung neuer Materialien, bei denen die Reibung bezüglich anderer Materialien sowie auch Weichgewebe (Knorpel) eine zentrale Rolle spielt. Hierfür benötigt die RMS ein Reibungsmessgerät (Tribometer), das die Materialien des Gelenkersatzes präzise auf Reibungskoeffizienten überprüft.

Medizintechnik / Dr. Jörn JustizExperten: Dr. Reto Luginbühl, Yannick Loosli, RMS Foundation

Tribometer für biologisches Weichgewebe

Veit Schmid

1983

079 749 18 73

veit.schmid [at] gmail.com

Mikrotechnik

Microtechnique

BI

Messblock

Tribometer


ZielIn der Werkzeugmaschine werden verschiedene Fräser verwendet. Zum einen sind das zylindrische, zum anderen aber auch sphärische Werkzeuge. Die Spindel dreht sich während des Messvorgangs mit einer minimalen Umdrehungsgeschwindigkeit von ca. 2000 U/min. Dabei ist die Position der Spindel nicht bekannt. Zudem sind Staub, Schmutz und Öl im Arbeitsraum vorhanden. Mit der Messeinrichtung sollen Fräser von 0.1 bis 3 mm Durchmesser gemessen werden können. In einem ersten Schritt ging es nun darum, wie die Höhe und der Durchmesser eines zylindrischen Fräsers gemessen werden können. Da das Werkzeug nicht einfach aus einem zylinderförmigen Umriss besteht, sondern eine spezielle Geometrie aufweist, ist die Schwierigkeit, den Durchmesser exakt zu messen. Das System soll über eine Auflösung von 1µm verfügen.

HardwareUm ein möglichst verzerrungsfreies, sauberes Bild zu erhalten, wird eine genaue Hardware benötigt. Dafür eignet sich am besten eine telezentrische Beleuchtung mit einem telezentrischen Objektiv. Über eine CCDKamera wird dann das Bild ausgelesen und an die Recheneinheit gesendet. Um verschiedene Positionen des Fräsers simulieren zu können, wird die Kamera auf einem Lineartisch montiert.

SoftwareDas Verarbeiten der Bilder und das Ansteuern der Aktoren erfolgt mittels Labview. Um die geforderte Auflösung erreichen zu können, muss das ausgelesene Bild im Subpixelbereich ausgemessen werden. Für das Auswerten des Werkzeugdurchmessers werden vom drehenden Fräser mehrere Bilder aufgenommen und aufaddiert. Das Resultat ist ein gleichmässiger Zylinder mit einem Durchmesser, der dem des Fräsers entspricht.

AusblickDieses Projekt wird mit der Industrie weitergeführt. Es soll nun ein Prototyp gebaut werden, der in eine Werkzeugmaschine integriert und getestet werden kann.

Wenn bei der Bearbeitung in Werkzeugmaschinen grosse Genauigkeiten gefordert sind, werden nach dem Werkzeugwechsel die Höhe und der Durchmesser des Werkzeuges gemessen. Bei be-weglicher Spindel oder wenn genügend Platz auf dem Maschinentisch vorhanden ist, kann ein nor-males Werkzeug-Messsystem verwendet werden, das die genaue Position des Werkzeuges, relativ zur Spindel, messen kann. In einer neu entwickelten Werkzeugmaschine, die eine unbewegliche Spindel und nur Platz für das Werkstück auf dem Maschinentisch hat, können diese Messsysteme nicht verwendet werden. Eine Möglichkeit ist, dafür eine Kamera zu verwenden.

Robotik / Prof. Yves MussardExperte: Dr. JeanPhilppe Bacher

Vision-Messsystem für Werkzeugmaschinen

Marc Thüring

1985

078 897 89 61

marc.thuering [at] gmx.ch

Mikrotechnik

Microtechnique

BI

Ausmessen eines drehenden Fräsers


Le détartrage se fait en approchant de la dent à traiter un insert qui oscille à une fréquence proche de 30kHz. Il existe différents types d’inserts qui permettent d’atteindre des points différents de la mâchoire Les études faites durant ce travail portent sur quatre types d’inserts.Dans un premier temps, un banc d’essai a été réalisé. Il permet de maintenir la pièce à main ainsi que le module permettant d’appliquer une charge sur l’insert. Le tout est installé sur une table antivibration. La charge doit pouvoir aller jusqu’à 3 Newton. La valeur de la charge est indiquée par un dynamomètre.

La charge est appliquée à l’extrémité de l’insert de manière à reproduire la force exercée par le dentiste lorsqu’il appuie l’outil sur la dent.

Le comportement de l’insert à vide est connu, mais pas l’influence que peut avoir une charge sur l’insert, que ce soit au niveau de la vibration ou de l’intervention des différents modes de flexions. Il est à vérifier s’il y a un déplacement du nœud, point d’oscillation nulle de l’insert, ou toute autre conséquence imprévue.L’instrument de mesure choisi pour observer l’oscillation est le vibromètre.

Mesures avec vibromètreLe vibromètre est un instrument qui permet de mesurer la vitesse à un endroit précis, par pointage d’un faisceau laser. La détermination de la vitesse se fait grâce à l’effet Doppler. Les vitesses sont par la suite converties en fréquences par une FFT (Fast Fourier Transformation). Cet appareil fonctionne sans contact avec la pièce à mesurer.En parallèle des mesures de vitesse, le bruit a également été analysé avec un microphone.

Programmation LabviewUn programme Labview a été fait, utilisant les fonctions Vision. L’image de la caméra du vibromètre est acquise dans Labview par une carte d’acquisition. Le programme permet de travailler en parallèle avec l’observation fréquentielle en indiquant la position du laser sur l’insert. Le but est d’obtenir différents renseignements tels que des coordonnées ou des distances.

Ce travail s’est effectué avec la collaboration de l’entreprise EMS à Nyon. Dans leur gamme d’appareils de détartrage figure le Minipiezon, instrument de prophylaxie ultrason. Différents inserts peuvent être fixés sur cet instrument. L’insert entre en vibration à des fréquences proches de 30kHz. Le but de ce travail est d’étudier le comportement et l’oscillation de cet appareil sous différentes charges. Les ré-sultats obtenus doivent permettre à l’entreprise de perfectionner et de développer leurs produits.

Technique médicale / Prof. Dr. Wild HaraldExpert: Guillaume Gras, EMS

Mesure d’une unité de prophylaxie ultrason

Nathalie Vaucher

1985

078 689 69 40

nathalie_vaucher [at] hotmail.com

Mikrotechnik

Microtechnique

BI

Banc de mesure

Insert


Erklärung des Systems1. Das Kernstück der Mikrowaa

ge ist eine flexible Silizium Struktur. Diese wurde durch neuste Technologien aus einem Wafer hergestellt. In dieser SiliziumStruktur kann sich ein Arm horizontal bewegen. Auf diesem Arm liegt ein Spalt von 50 µm.

2. Der optische Positionssen-sor besteht aus einem Laser und einer differenziellen Fotodiode. Über ein Glasfaserkabel wird der Spalt belichtet. Das Licht wird auf der anderen Seite von der Fotodiode aufgenommen. Wird ein Gewicht auf die SiliziumStruktur gelegt, kann die Fotodiode durch eine Spannungsänderung eine Bewegung des Arms feststellen.

3. Anhand des Signals der Fotodiode wird der Voice Coil Aktua tor, der mit dem Arm verbunden ist, gesteuert, so dass der Spalt immer wieder in seine Nullposition zurückgeführt wird. Je mehr Strom die Spule braucht, um den Arm in der Nullposition zu halten, desto mehr Gewicht liegt auf der Waage.

ArbeitenVorerst wurden die drei Sub systeme einzeln getestet. Nachdem die verschiedenen Parameter definiert wurden, konnte in einem zweiten Schritt die Mikrowaage zusammen gebaut und in einen Regelkreis integriert werden.

Flexible Silizium-StrukturMessen der Steifigkeit der Silizium Struktur mit einem Lasertriangulationssensor und einem Kraftsensor.

Optischer PositionssensorCharakterisieren der Fotodiode auf einer unabhängig von der Mikrowaage eingerichteten Versuchsbank. Dazu gehören Messbereich, Auflösung und das Rauschen der Elektronik.

Voice Coil AktuatorAnpassung der Spule mit dem Spulenkern und den Permanentmagneten. Inbetriebnahme des Aktuators in einem Regelkreis. Stromstärke in ein präzises Gewicht umrechnen.

Montage der MikrowaageUm den Zusammenbau der Mikrowaage zu ermöglichen, wurde eine Montagehilfe entwickelt (Teil der Semesterarbeit). Diese wurde auch als Testvorrichtung verwendet, da die einzelnen Teile der Waage zusammengeklemmt werden.

Nachdem eine wachsende Nachfrage an Präzisionswaagesystemen erkannt wurde und der Markt über dergleichen nicht verfügt, startete die CSEM SA-Neuchâtel die Entwicklung eines innovativen Projektes. Dieses bildet das Fundament für die Bachelor-Thesis “Charakterisierung und Inbetrieb-nahme einer Mikrowaage”. Das Interesse an Präzisionswaagen ist hauptsächlich durch die stetig wachsende Pharmaindustrie gegeben. Ihre Vorgaben und Wünsche formen die Vorlage für die Ent-wicklung der Mikrowaage. Kleinste Tröpfchen zwischen 0 und 1 Gramm werden in Zukunft präzise gewogen (Auflösung im Nanogramm-Bereich). Basierend auf einer flexiblen Silizium-Struktur wird eine Mikrowaage mit einer maximalen Grundfläche von 10 mm x 10 mm angepeilt, die in einem Array von mehreren solchen Waagesystemen integriert werden soll.

Robotik / Prof. Dr. Ing. Simon HeneinExperte: Ing. Serge Droz, CSEM SA, Neuchâtel

Charakterisierung und Inbetriebnahme einer Mikrowaage

Patrick Walther

1984

079 262 56 72

patrick.walther [at] gmx.ch

Mikrotechnik

Microtechnique

BI

Fotodiode auf PCB

Montierte Mikrowaage

Dicke des flexiblen Streifens: 34 µm


Zu Beginn der Arbeit bestand bereits eine Grundidee zur Realisierung eines Prothesenscanners. Das Ziel, eine Datenwolke aus der Prothesenschaftsoberfläche zu erhalten, soll erreicht werden, indem Ebene für Ebene abgescannt wird.Die Herausforderung bei der Realisierung dieser Grundidee besteht in der gewünschten hohen Genauigkeit von 0,5 mm absolut, bei vergleichsweise grossen Objekten von bis zu 40 cm Höhe. Dies erfordert eine präzise Konstruktion und Montage, sowie eine sorgfältige Kalibrierung.Für die Distanzaufnahme wird ein LaserWegSensor verwendet, der nach dem Triangulationsprinzip ar

Um optimal auf die Bedürfnisse und die körperlichen Gegebenheiten der Patienten eingehen zu können, werden Oberschenkelprothesen in einer modularen Bauweise gefertigt. Sie bestehen aus einem Schaft, einem Kniesystem und einem Fusssystem. Eine gute Oberschenkelprothese zeichnet sich durch einen perfekt sitzenden Schaft aus. Die Anfertigung erfolgt anhand eines Abgusses des Stumpfs. Der Schaft wird danach noch individuell angepasst und nachgeformt.Nun ist die Idee aufgetaucht, den perfekt sitzenden Schaft zu vermessen. Damit wäre es möglich, die Schäfte vor und nach der Endanpassung zu vergleichen oder die Fertigung weiterer Exemplare zu automatisieren.

Medizinaltechnik / Prof. Dr. Stefan StankowskiExperte: Prof. Burkhard Drerup, Orthopädische Klinik, Münster

Prothesenscanner

Simona Claudia Wiedmer

1986

simona.wiedmer [at] gmx.ch

Mikrotechnik

Microtechnique

BI

3D-Darstellung eines vermessenen Prothe-

senschaftsSchematischer Aufbau des Prothesenscanners

beitet. Er wird an einem Profil, das durch den Linearantrieb verfahren werden kann, montiert. Für die Messwertaufnahme wird der Prothesenschaft auf einen Rotationsmotor befestigt.Die Messwertaufnahme beginnt damit, dass der LaserWegSensor in den Prothesenschaft gefahren wird. Nun erfolgt das Abscannen der ersten Ebene, ein Distanzwert wird aufgenommen, danach wird der Prothesenschaft durch den Schrittmotor um einen kleinen Winkel gedreht. Dieser Ablauf erfolgt solange, bis sich der Prothesenschaft um 360° gedreht hat. Um eine Ebene weiter unten abscannen zu können, wird der Linearantrieb um einen Schritt ausgefahren.Diese Messwertaufnahme könnte gegebenenfalls auch zur Vermessung der Aussenseite von Objekten gebraucht werden. Dafür muss lediglich der Lineartrieb mit dem Laser seitlich verschoben werden.Am oberen Rand und am Boden des Prothesenschafts hat die Prothesenwand einen sehr flachen Winkel. Strahlt der LaserWegSensor nun in einem waagrechten Winkel auf die Oberfläche, kann keine gute Reflektion erreicht werden. Deshalb wurde ein Schwenksystem entwickelt, dass eine Schwenkung des Sensors um 30° zulässt, so wird der Winkel zwischen dem Sensor und der Prothe

senwand grösser, dadurch kann eine bessere Datenaufnahme garantiert werden. Gleichzeitig kann so der Boden der Prothesen weiter vermessen werden, ohne dass der Sensor den Prothesenschaft touchiert. Das Schwenksystem ist so konstruiert, dass der Sensor auch waagrecht oder nach unten ausgerichtet werden kann. Diese beiden Positionen werden bei der Kalibrierung angewendet.Bei Messungen von Prothesen hat sich gezeigt, dass bei schmalen Prothesenschäften der LaserWegSensor nicht in den Schaft eindringen kann, ohne zu touchieren. Mit einem kleineren Sensor wäre es möglich alle Prothesen vollständig zu vermessen.


ParallelroboterEin Parallelroboter ist definiert als ein Roboter, bei dem die Anordnung der einzelnen Gelenke nicht nacheinander (seriell), sondern nebeneinander realisiert wird. Der Aufbau stellt also nicht einen Arm mit mehreren Gelenken dar, wobei das letzte Gelenk den Greifer aufnimmt, sondern zeichnet sich dadurch aus, dass mehrere nebeneinander angeordnete Gelenke den Greifer halten.Die parallele Konstruktion erlaubt die Realisierung sehr schneller und präziser Systeme.

AusgangslageDer Markt bietet zurzeit noch kein vergleichbares Robotersystem für die geforderte Anwendung. Zur Erschliessung dieser Lücke wird ein Parallelroboter von Grund auf neu entwickelt und auf die geforderten Eigenschaften optimiert. Besonderes Augenmerk wird dabei auf die schlanke und leichte Bauweise, wie auch auf die Möglichkeit zur Kamerainstallation gelegt.Zusätzlich verlangt das System die Möglichkeit, Einpressvorgänge von aufgenommenen Teilen vorzunehmen, um dadurch einen weiteren Arbeitsschritt in der Produktion einsparen zu können.

KonstruktionDamit eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit erreicht und eine gute Stabilität des Systems gewährleistet werden kann, wird das vorliegende System als Parallelroboter entwickelt.Die Antriebe werden am Rande des Arbeitsraumes platziert, wodurch erreicht wird, dass der Arbeits raum gegen oben offen ist und die Sicht für ein Kamerasystem frei bleibt. Bei herkömmlichen Parallelrobotern fällt eben genau dieser Platz weg, da dort die Motoren angebracht sind und somit die Montage einer Kamera verhindern.

Die Hauptschwierigkeit liegt in der Konstruktion von schmalen Linearantrieben, die den Arbeitsraum seitlich möglichst wenig einschränken, trotzdem aber alle benötigten Komponenten aufnehmen und genügend steif sind, damit das System während dem Arbeitsprozess nicht in Schwingung versetzt wird.

Der realisierte Prototyp bietet nun eine Arbeitsraumgrösse von 145 x 260mm bei kompakten Aussenmassen von 210 x 146mm (ohne Grundplatte). Zudem konnte der Raum über der Arbeitsfläche durch die Anordnung der Motoren unterhalb des Systems gänzlich frei gehalten werden, wodurch die Verwendung einer Kamera keinerlei Probleme darstellt. Zusätzlich wird durch die vertikale Anordnung aller drei Linearantriebe eine einfache Bewegung senkrecht zur Grundfläche ermöglicht und bietet optimale Bedingungen zum Einpressen von aufgenommenen Bauteilen.

AusblickDie Weiterentwicklung dieses Prototyps ist Bestandteil weiterer Arbeiten. Das System soll später die Serienreife erlangen und die Produktpalette der Firma Asyril SA erweitern.

Die Firma Asyril SA ist in der Mikrorobotik tätig, entwickelt und vertreibt Parallelroboter für ver-schiedenste Einsatzbereiche mit hohen Anforderungen an Präzision und Schnelligkeit.Zur Erweiterung der Produktpalette und zur Abdeckung eines zusätzlichen Anwendungsbereiches bedarf es eines neuen Robotersystems. Dazu ist es erforderlich, ein System zu entwickeln, das den Platzbedarf eines DIN-A4 Blattes nicht übersteigt, dabei aber einen möglichst grossen Arbeitsbereich abdecken kann und gute Möglich-keiten bietet, ein Kamerasystem über dem Arbeitsraum zu installieren. Durch das Erreichen dieser Anforderungen können einige Nachteile herkömmlicher Parallel-Systeme eliminiert und neue An-wendungsbereiche erschlossen werden.

Robotik / Prof. Yves Mussard, Dipl. Ing. Sébastien Perroud (Asyril SA), Dipl. Ing. Tobias HäfnerExperte: Dipl. Ing. Sébastien Perroud (Asyril SA)

Entwicklung eines Parallelroboters der Grösse DIN-A4

Manuel Wyss

1981

078 635 59 72

manuel.wyss [at] gmx.ch

Mikrotechnik

Microtechnique

BI

Gesamtansicht des Roboters


AllgemeinAuf Grund der Klimaveränderung und des steigenden Energiebedarfs wird man gezwungen, vermehrt nach neuen umweltfreundlichen Formen der Energieproduktion zu suchen.In den letzten Jahren hat sich die PEMBrennstoffzelle vor allem im mobilen Einsatz (Auto, Laptop, Natel) als mögliche Alternative zu den herkömmlichen Systemen bewährt. Jedoch wird die Euphorie durch die hohen Herstellungskosten und den hohen Aufwand für die Speicherung des Wasserstoffs gebremst. Deshalb versucht man auch in diesem Bereich neue Quellen zu erschliessen. Eine der aktuellsten Möglichkeiten ist die photobiologische Wasserstoffproduktion.

ProblemstellungenIm Verlaufe der Bachelorthesis sollte ein System entwickelt werden, welches umweltfreundlich Energie produziert. Dabei wurden folgende Punkte näher untersucht: Wahl der biologischen Organis

men Optimierung des Brennstoffzel

lenstacks Regelung des Gesamtsystems

Der Brennstoffzellenstack basiert auf dem Stack einer letztjährigen Diplomarbeit 2007/2008 (S. Schaffer, BFHTI). Jedoch musste der Stack noch verbessert werden, da die Wasserstoffabdichtung damals nicht funktionierte. Der Hauptvorteil dieses Brennstoffzellenstacks liegt im tiefen Innenwiderstand der einzelnen Zellen, da die Bipolarplatten aus hochlegiertem Stahl gefertigt sind.

Erarbeitete LösungNach eingehender biologischer Studie entschied man sich für Grünalgen, welche sich durch ihre hohe

Wasserstoffausbeute und ihre Robustheit gegenüber äusseren Einflüssen auszeichnet. Der Glas reaktor wurde so dimensioniert, dass möglichst viel Licht in den Reaktor dringen kann. Der Brennstoffzellenstack ist nach einigen Versuchen mit Silikon abgedichtet worden. Die Gaszirkulation des Systems erfolgt über eine Pumpe und einen Ventilator. Die Regelung wird über ein LabViewProgramm erfolgen.

ZukunftDie Forschung im Bereich der biologischen Wasserstoffproduktion und der Brennstoffzellentechnik entwickelt sich stetig weiter. So wird die nächste Generation der photobiologischen Wasserstoffproduktion nur noch über Enzyme erfolgen, welche in Gel eingelegt werden. Im Brennstoffzellenbereich erwartet man gespannt die Eröffnung des Hydrogen Highways (2010), denn ab dann wird es in Kalifornien möglich sein, an Tankstellen auch Wasserstoff zu tanken.

Die PEM-Brennstoffzelle (PEM = Proton Exchance Membran) erzeugt durch Zuführen von Wasser- und Sauerstoff elektrische Energie, welche anschliessend zur Versorgung eines Verbrauchers ein-gesetzt werden kann. Der benötigte Wasserstoff wird in der vorliegenden Arbeit durch Algen pro-duziert, welche unter Lichteeinfluss (Sonnenlicht) dieses Gas freisetzten (Wasserstoffausbeute ca. 85%). Damit soll eine Alternative zur aktuellen energieintensiven Wasserstoffherstellung aufgezeigt werden.

Prof. Dr. Peter WaltherExperte: Werner Baumgartner

Brennstoffzelle mit biologischer Wasserstoffversorgung

Marc Zumbrunn

1982

marczumbrunn [at] aol.de

Mikrotechnik

Microtechnique

BI


AusgangslageIm Zuge der allgemeinen Miniaturisierung soll die Familie der Antriebsmodule kleiner Dimensionen erweitert werden. Konkret geht es darum, eine Miniaturachsenkombination zu entwickeln und zu testen, welche in bestehende Automationsfertigungsstrassen eingebaut werden kann. Im Gegensatz zu handelsüblichen Anlagen sollte sie aber bei gleichen technischen Eigenschaften nur die Hälfte des Platzes beanspruchen.

ZieleDas Ziel dieser Arbeit ist, dabei eine Produktionsverdoppelung auf gleichem Raum zu erreichen. Dabei sollten bei der Anlage aber trotz der geringeren Dimensionen weder bei der zu unterstützenden Masse, noch beim Verfahrensweg, der Wiederholbarkeit oder auch bei den Zykluszeiten grosse Abstriche gegenüber konventionellen Anlagen gemacht werden müssen. Der Miniaturroboter sollte, wenn immer ausführbar, aus gleichen Einheiten bestehen, um so die Produktkosten möglichst gering zu halten.

Schritt für Schritt zum Roboter Analyse: Suche und Berech

nung von geeigneten Normteilen und Standardelementen für den Miniaturroboter. Entwurf der Konstruktion (Bestandteil der Semesterarbeit).

Design: Konstruktion des Roboters unter Berücksichtigung der berechneten Komponenten und Kosten.

Aufbau der Testanlage. Realisierung und Inbetriebnahme des Miniaturroboters.

Einige DetailsBreite X = 150 mm;Verfahrensweg X, Y u. Z je 84 mm;Wiederholgenauigkeit: +/5 μm;Unterstützte Masse: 2 kg;Lebensdauer: >3000 kmGeschwindigkeitsverlauf:0,05 m/250 ms/1 kg

SteuerungDer Miniaturroboter wird mittels einer Steuerung DMC2143 von Galil betrieben. Um einen genauen Einblick über die Funktionsfähigkeit zu erhalten, wird eine Testanlage aufgebaut, bei der die dynamischen Bewegungen des Miniaturroboters wahrgenommen und aufgezeichnet werden können. Dies betrifft insbesondere die Wiederholgenauigkeit und den Temperaturverlauf im Motor bei unterschiedlichen Belastungen.

AusblickEin Prototyp des Miniaturroboters wird diesen Herbst in Betrieb genommen und auf seine Marktreife getestet. Dabei werden allfällige Abänderungen und Optimierungen vorgenommen.

Der zunehmende Trend zur Miniaturisierung macht auch bei der Automationsindustrie keine Ausnahme. Ein Ende des Bedürfnisses, immer mehr Teile auf immer geringerem Platz zu verbauen, ist nicht absehbar. Das Verbauen kleiner Komponenten zum Gesamtsystem erfordert von Automationsanlagen nebst der hohen Genauigkeit im Mikrometerbereich auch eine hohe Produktionsleistung. Bei Automations strassen ist deshalb der Platzbedarf der Montageeinheiten von entscheidender Bedeutung.

Robotik / Prof. Yves MussardExperte: Dr. JeanPhilippe Bacher

Entwicklung eines 3-Achsen-Miniaturroboters

Manfred Zurbrügg

1984

0793733151

m.zurbruegg [at] gmx.net

Mikrotechnik

Microtechnique

BI

3D-Modell der Konstruktion im Vergleich mit einer Streichholzschachtel

Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatiquehttp://www.ti.bfh.chBerner Fachhochschule - Technik und Informatik214

Carpe Diem



Inhalt Seite Liste der Absolventinnen und Absolventen (Reihenfolge nach Fachbereich) 4Automobiltechnik 14Elektro und Kommunikationstechnik 42Informatik 88Maschinentechnik 138Mikrotechnik 170

Die Absolventinnen und Absolventen sind je Fachbereich in alphabetischer Reihenfolge aufgeführt. Bei Teams bestimmt die alphabetische Position des ersten Teammitglieds die Einordnung im Absolventenbuch.

Table des matières pages Liste des diplômées et des diplômés par section 4Technique automobile 14Électricité et systèmes de communication 42Informatique 88Mécanique 138Microtechnique et génie médical 170

Les diplômées et les diplômés sont présentés dans l'ordre alphabétique par section. Lorsqu'il s'agit d'un team, c'est le nom de la personne dont la première lettre est le plus près du début de l'alphabet qui détermine la position du team dans la brochure.

BeispielExemple

Titel der Arbeit / Titre du projet

Fach Branche / Professor Professeur / in Zusammenarbeit mit … en collaboration avec …

Ort, wo die Arbeit ausgestellt wird.Lieu où le travail est exposé.

BE BI BU VABern BielBienne Burgdorf Vauffelin


Prénom et nom

Année de naissance

Téléphone

Courriel

Vorname und Name

Geburtsjahr

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Absolventenbuch 2008

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