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Diplomarbeiten Travaux de diplôme Hochschule für Technik und
Berner Fachhochschule Haute école spécialisée bernoise Hochschule für Technik und Informatik HTI Haute école Technique et Informatique HTI 2005/2006 Diplomarbeiten Travaux de diplôme Und die Energie fliesst. Die BKW ist aus Tradition innovativ: So haben wir in Bern auf dem Dach des neuen Stade de Suisse das weltweit grösste stadionintegrierte Sonnenkraftwerk erstellt. Seit zehn Jahren drehen sich auf den Jurahöhen die Rotoren des grössten Windkraftwerks im Land. Leistungen wie diese machen uns zur Marktleaderin für Strom aus neuen erneuerbaren Energiequellen. Und dieser Erfolg treibt uns an. www.bkw-fmb.ch BKW FMB Energie AG Im Absolventenbuch 2005/06 versuchen wir erneut, etwas von der Faszination der Diplomausstellung einzufangen und Ihnen in konzentrierter Form einen Überblick über sämtliche Diplomarbeiten des Diplomjahrgangs 2005/06 zur Verfügung zu stellen. Die Dokumentation soll den Studierenden und ihren Familien als Erinnerung dienen, jedoch auch den Arbeitgeberinnen und Arbeitgebern und den Projektpartnern aus der Wirtschaft einen Einblick in die Tätigkeitsfelder der Hochschule für Technik und Informatik bieten. Der grösste Teil sämtlicher Arbeiten wurde im Zusammenwirken mit der Wirtschaft realisiert. Dieses Vorgehen garantiert der Hochschule Praxisbezug, den Studierenden Kontakte zu ihrer Branche und damit zu künftigen Arbeitgebern und der Wirtschaft Hilfestellung durch kompetente Partner an der Hochschule. Oft ist es erstaunlich und höchst erfreulich, welche Resultate durch den motivierten und gebündelten Einsatz innerhalb von nur sechs Wochen erarbeitet werden können. Überzeugen Sie sich beim Durchblättern des Buches selber von dieser Tatsache ! En vous offrant la possibilité de parcourir cette brochure qui vous présente un condensé de tous les travaux de diplôme de la volée 2005/6, nous avons essayé, une fois encore, de vous transmettre la fascination ressentie par le public lors de l’exposition des travaux de diplôme. De même, si cet opuscule a une fonction remémorative pour les étudiantes et étudiants ainsi que pour leurs familles, il permet toutefois aussi de présenter les divers champs d’activité de notre Haute école technique et informatique aux employeurs et aux partenaires de projets. La majeure partie de ces travaux a été réalisée en collaboration avec l’industrie, ce qui garantit à notre Haute école de rester ancrée dans la pratique, à nos étudiants d’établir des contacts professionnels ciblés avec leurs potentiels futurs employeurs et à l’industrie le concours de partenaires compétents exerçant dans une Haute école. Les résultats obtenus en six semaines d’engagement motivé et focalisé sur un projet précis étonnent très souvent, stimulent certainement. Feuilletez cette brochure et vous vous en convaincrez par vous-mêmes ! Ich hoffe zudem sehr, dass der Funke der Faszination beim Durchblättern der Broschüre auch auf möglichst viele junge Leute übergreift, die sich noch nicht definitiv für eine Studienrichtung entschieden haben. Ein Ingenieurstudium führt mit Sicherheit hin zu interessanten, spannenden Berufsfeldern und eröffnet reelle Chancen für einen erfolgreichen beruflichen Karriereweg. “Engineers shape our future” ist nicht einzig der Wahlspruch der Vereinigung “Ingenieure für eine Schweiz von morgen”, sondern durchaus Realität ! Unsere Aufgabe ist es, die jungen Ingenieurinnen und Ingenieure so gut auszubilden und auf ihren verantwortungsvollen Beruf vorzubereiten, dass wir dieser Zukunft getrost entgegensehen können. Il me plaît d’imaginer qu’en parcourant cette brochure, un très grand nombre de jeunes qui n’ont pas encore choisi définitivement leur voie soient gagnés par les fascinantes perspectives qui s’y trouvent. Les études d’ingénieurs ouvrent assurément les portes de champs d’activités passionnants et offrent une chance réelle d’entreprendre une carrière professionnelle réussie. “Engineers shape our future” n’est pas seulement la devise d’une association, mais une réalité absolue ! Nous nous devons d’offrir la meilleure formation possible à nos jeunes ingénieures et ingénieurs afin qu’ils soient prêts à affronter leur profession avec qu’elles et ils soient prêts soient prêts à affronter leur profession avec responsabilité. AInsi, nous pourrons nous engager, tous ensemble et en toute confiance, sur le chemin de l’avenir Im Januar 2006 Christine Beerli Direktorin HTI Janvier 2006 Christine Beerli Directrice HTI Diplomarbeiten 2005/2006 Travaux de diplôme 2005/2006 Hochschule für Technik und Informatik HTI Haute école Technique et Informatique HTI Infoline : e-mail : Homepage : 0848 48 49 50 [email protected] www.hti.bfh.ch Konzept, Produktionsleitung, Layout Concept, direction du projet et réalisation : [email protected] Sponsoring und Inserate / Sponsoring et annonces : [email protected] Portraits : [email protected] Lektorat / Lectorat : [email protected] [email protected] [email protected] Mit der Unterstützung von / Avec la collaboration de : [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] Ein Dank an alle FachbereichsleiterInnen : Un remerciement à la doyenne et aux doyens des sections : [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] C M I E V F Ein besonderer Dank an alle DiplomandInnen und an alle DiplombetreuerInnen. Un remerciement tout particulier à toutes les diplômées, à tous les diplômés ainsi qu‘aux responsables de projets. Ein herzliches Dankeschön geht an unseren Sponsor MLP sowie an unsere Inserenten : Un chaleureux remerciement à notre sponsor MLP ainsi qu‘aux annonceurs : MLP Private Finance AG, 3006 Bern BKW FMB Energie AG, 3000 Bern Cendres & Métaux SA, 2501 Biel-Bienne EnDes Engineering Partner AG, 4703 Kestenholz Feintool International Holding, 3250 Lyss RUAG Electronics, 3000 Bern 22 Sputnik Engineering AG, 2502 Biel-Bienne Ziemer Ophthalmic Systems AG, 2562 Port www.mlp-ag.com www.bkw-fmb.ch www.cmsa.ch www.endes.ch www.feintool.com www.ruag.com www.solarmax.com www.ziemer-ophthalmics.com InhaltSeite Liste der Diplomandinnen und Diplomanden (Reihenfolge nach Fachbereich) 4 - Automobiltechnik 6 - Chemie 26 - Elektro- und Kommunikationstechnik 33 - Informatik 94 - Maschinentechnik 140 - Mikrotechnik 186 - Liste der Diplomandinnen und Diplomanden (alphabetische Reihenfolge) 202 - 5 25 32 93 139 185 201 203 Die Diplomandinnen und Diplomanden sind je Fachbereich in alphabetischer Reihenfolge aufgeführt. Bei Teams bestimmt die alphabetische Position des ersten Teammitglieds die Einordnung im Absolventenbuch. Table des matièrespages Liste des diplôméés et des diplômés par section 4 - Automobile 6 - Chimie 26 - Electricité et système de communication 33 - Informatique 94 - Mécanique 140 - Microtechnique 186 - Liste des diplôméés et des diplômés par nom 202 - 5 25 32 93 139 185 201 203 Les diplômé(e)s 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 la plus près du début de l'alphabet qui détermine la position du team dans la brochure. Beispiel Exemple Titel der Arbeit / Titre du projet Fach - Branche / Professor - Professeur / in Zusammenarbeit mit - en collaboration avec … Name Vorname Nom Prénom Jahrgang Année de naissance Telefon Téléphone personnel E-Mail E-mail Diplomarbeiten 2005/2006 Travaux de diplôme 2005/2006 Liste der Diplomandinnen und Diplomanden (Reihenfolge nach Fachbereich) Liste des diplôméés et des diplômés par section Automobiltechnik – Technique automobile Bongiovanni Giuseppe Borioli Steven Brander Nino Buchard Frédéric Cheseaux François Dafflon Christian Dick Matthias Jacquat Thierry 6 6 7 8 9 8 10 11 Kretschmer Urs Kuriger Roger Lehmann Stefan Malär Gian Andrea Marchionna Nico Melzer Karin Meuwly René Münger Yves 12 13 12 14 9 15 10 16 Putzi Marc Röthlisberger Michael Scheurer Florian Sigrist Stephan Spasojevic Miladin Stämpfli Ueli Stotz Philippe Zimmermann Pascal 17 18 19 20 21 22 24 25 26 27 28 Schorer Andreas Stauffer Marc Raphael Sturzenegger Philippe Martin 29 30 31 Weber Stefan 32 Chemie – Chimie Bürgi Thomas Enderli Patrick Langenegger Mathias Elektro- und Kommunikationstechnik – Électricité et systèmes de communication Aeschlimann Thomas Ambühl Adrian Baur Andreas Alexander Bertschy Marc Bhend Michael Bonifacio Luca Bösch Lukas Christian Brönnimann Markus Bürki Oliver Pascal Burren Niklaus Cagsar Ismail Chaubert Patrick Christen Bruno Christen Daniel Codiroli Mattia Della Torre Martin Egger Andreas Ivo Eicher Stefan Fässler Florian Fransioli Ivan Freudiger Daniel Frey Christian Frey Thomas Frigerio Mauro Frikart Philippe Fumey Benjamin Gautschi Stefan 33 34 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 39 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 54 57 58 Germann Lukas Gubler Markus Gurtner Alex Hauser Michael Heimberg Simon Herrera Marcos Jaussi Marco Jordi Urs Jungen Sandro Kaltschmied Marcel Kaufmann Kuno Lädrach Lukas Daniel Lerch Denise Littera Franco Lozano Rodrigo Lüthi Stefan Mahler Benjamin Marghitola Mirko Matthey-Doret Marcel Ménétrey Patric Meyes Simon Moser Beat Mühle Christian Müller Yves Omlin Lukas Padberg Lorenz Page Fabian Gaudenz 57 42 41 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 47 58 73 74 75 76 77 46 51 59 Pauli Stefan Marc Pieri Claudio Ries Stephan Rihs Jonas Schären Björn Scheurer Patric Schmider David Schmidhalter Fabian Schmutz Stephan Schüpbach Simon Schütz Daniel Schütz Dominik Sieber Lukas Siegenthaler Markus Siegenthaler René Sigrist Lorenz Stähli Matthias Stalder Daniel Stalder Matthias Steinmann Rolf Stettler Alexander Bernhard Trostel Alain Tschanz Roger Wehren Salome Zbinden Markus Ziegler Silvio 40 78 79 80 81 82 83 84 76 85 81 86 68 39 87 88 63 49 89 90 91 58 74 52 92 93 Informatik – Informatique Abdalla Tarig Aeberhard Patrick Aebersold Reto Aguillon Anthony Andenmatten Mario Aymon Myriam Baumann Toni Bell John Bellot Jean Pascal Berger Philipp Bigler Mark Borlinghaus Daniel Bremgartner Lucas Brigante Adriano Bühler André Bürki David Bütikofer Alain Cissé Philipe Coray Patrick De Amicis Nicolas Djafer Mounir Erard Michel Esposito Tiziano Eyer Marcel Faccio Gina Feissli Stephan Fiechter Adrian Finger Tobias Frey Stephan Germann Thomas Guntelach Reto Haag Manuel 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 100 106 107 108 109 110 101 110 111 99 112 113 114 115 116 117 118 105 119 120 Hadorn Benjamin Hägler Benjamin Hauser Serge Heiz Thomas Herger Franziska Hofer Mathis Imboden Alex Imoberdorf Daniel Jacob Philippe Joerg Katiuscia Joss Ernst Kappeler Monika Klopfenstein Hans-Peter König Roger-Markus Lauper Reto Leuthe Sabine Luginbühl Marc Lutz Niklaus Maillat Dominique Marbet Christian Marthaler Christoph Mätzener Reto Meier Thomas Nania Antonio Niklaus Beat Noelpp Daniel Nufer Andreas Oberli Gregor Paiano Gabor Pennisi Sandro Pfäffli Manuel Pfammatter Matthias 121 101 122 120 103 113 109 123 124 125 119 126 118 127 126 128 107 115 106 99 112 124 129 130 127 97 116 131 132 126 133 123 Pfund Mario Podbreznik Danijel Räss Simon Rechsteiner Mirco Roesti Dominic Sasso Leo Schaerer Niklaus Schwarzentrub Nicolas Seiler Christof Seiler Roland Spreng Michael Stutz Thomas Sutter Stefan Sweeney Christina Tadic Daniel Thoma Florian Thomann Marc Thomet Andreas Ulrich Daniel Vonlanthen Elmar Wabel Ralph Weber Alexander Weisskopf Beat Wenger Andreas Wenger Marc Werren Stefan Wiedmer Roman Wiedmer Simon Wittwer Gerhard Wüthrich Simon Zbinden Lukas 134 133 104 128 135 109 136 96 115 132 108 100 95 135 130 119 136 137 117 129 112 135 134 125 130 138 124 95 98 102 104 Huber Matthias Jaggi Manuel Jörg Bruno Käser Jürg Kissling Remo Koch Didier Leuenberger Roger Meier Marc André Meier Stefan Minder Bruno Mirabile Gerlando Mühlemann Marco Oertle Reto Preisig Peter Reusser Rino Schlup Reto Schneeberger Marc 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 167 169 170 171 Schoen Pamela Schwegler Stefan Schwenter Peter Senn Andreas Signoretti Simon Stephani Dominik Stettler Benjamin Thurnherr Alain Didier Trepte Frank Trösch Michael Varley Yanik Weiermann Tobias Michael Wilhelm Benjamin Zenklusen Damian Zumbrunn Reto 172 173 174 150 175 176 177 178 179 141 180 181 182 183 184 Grossenbacher Bernhard Güller Daniel Hurni Andreas Philipp Loeffel Raphaël Munafò Elisa 192 193 194 196 197 Russi Stefan Schlüchter Nicolas Schmidhalter Ralph Wenger Pascal 198 199 200 201 Maschinentechnik – Mécanique Ackermann Christian Andres Christian Bertini Fabio Brand Simon Christen Curdin Dietiker Jürg Feller Daniel Gasser Milo Geissbühler Jonas Gerber Michael Gisin Cyrus Glauser Roger Govaert Ivan Günter Martin Gurtner Reto Halter Lukas Martin Honsperger Daniel 140 141 142 140 143 144 146 147 148 149 150 144 151 152 153 154 155 Mikrotechnik – Microtechnique Bögli Christoph Brusa Tobia Dänzer Adrian Fankhauser Ariane Gassmann Stefan 186 187 188 189 190 Automobiltechnik Technique automobile Batterielademanagement für Elektro-Gartentraktor Elektrotechnik / Prof. Karl Meier-Engel Die vier Batterien der Serienschaltung werden sequentiell nacheinander aufgeladen. Dabei werden die Ladespannung und die Batterietemperatur jedes einzelnen Batterieblockes laufend überwacht. Dieses Verfahren verbunden mit einem hohen Ladestrom verspricht eine hohe Lebensdauer der Batterien. Das gesamte Batterielademanagement wird mit einem C-Controller I gesteuert. Mit einem Kapazitätszähler wird der Fahrer beim Betrieb über die Restenergie informiert. Bongiovanni Giuseppe 1972 Der Gartentraktor ist ein mit einem elektrischen Antrieb ausgerüstetes Fahrzeug, das mittels Joystick gesteuert wird. Zwei Motoren treiben die zwei hinteren Räder individuell an. Die Motoren erfordern eine grosse Energie, die von vier in Serie geschalteten Traktionsbatterien geliefert wird. 079 204 02 27 [email protected] Borioli Steven 1979 [email protected] Die Lebensdauer der Batterien ist abhängig von : Ladestrom, Ladespannung und Temperatur. Der Ladestrom soll so gross wie möglich sein. Um den Wasserverlust in der Batterie gering zu halten, darf die Ladespannung den Wert von 14.7 V nicht überschreiten. Bei dieser Gasungstemperatur wird der Elektrolyt, bestehend aus Wasser und Schwefelsäure, durch die Gasblasen durchmischt. Ein hoher Strom bringt eine Erwärmung der Batterie mit sich. Diese darf aber die Schwelle von 50° C nicht überschreiten. Das Ladeverfahren (siehe Blockschema) wurde so konzipiert, dass die Batterien einzeln nacheinander aufgeladen werden. Dies ermög licht eine präzise Ladung. Bei jeder Batterie wird vor der Ladung die Temperatur und während der Ladung die Spannung und die Temperatur gemessen. Die Umschaltung der einzelnen Batterien erfolgt mittels Relais. Liegen die Spannung und die Temperatur im tragbaren Bereich, wird das Ladegerät eingeschaltet und die Batterie während einer kurzen Zeit (z. Bsp. : 1-3 Min.) geladen. Die Ladung erfolgt in Funktion einer definierten I-U Ladekennlinie (siehe Bild). Eine Programmschleife in der Steuereinheit zählt die einzelnen Ladesequenzen und zeigt mittels Led (gelb = am Laden, grün = Lade Ende) den Ladestatus an. Vor dem Umschalten auf die nächste Batterie wird das Ladegerät aus- Der C-Controller wird beim Einstecken des Netzkabels gestartet und verhindert gleichzeitig das Wegfahren des Fahrzeuges. I-U Ladekennlinie Blockschema geschaltet, um ein funkenloses Aus- und Einschalten der Relais zu ermöglichen. Am Ende der Ladekennlinie angelangt, wird der Ladevorgang abgebrochen und der C-Controller wird abgeschaltet. Während der Fahrt wird der Fahrer mittels Leuchtanzeige informiert, wie lange sein Fahrzeug noch einsatztauglich ist. Deswegen wird der Strom gemessen und in der Steuereinheit anhand der verstrichenen Zeit die verbrauchte Kapazität aufgerechnet. Mit einer grünen, einer gelben und einer roten Led wird dem Fahrer die restliche Energie angezeigt. Die Batterietemperatur wird auch beim Fahrbetrieb überwacht und bei eventueller zu hoher Temperatur dem Fahrer mittels Led angezeigt. Kundenbedürfnisse im “internen Transport von Waren” Automobiltechnik Technique automobile Betriebswirtschaftslehre und Betriebsinformatik / Prof. Antonito Bolla Unsere Wirtschaft besteht aus einer unzählbaren Menge von Wirtschaftsmärkten, in denen die Anbieter und Nachfrager zusammen in Kontakt treten. Dabei ist es wichtig, dass die Unternehmen bestens im Bild sind über die Bedürfnisse der Produkt- und Dienstleistungsverwender. Durch diese Diplomarbeit werden für einen Schweizer Importeur von Gabelstaplern die momentanen Kundenbedürfnisse mit einer Umfrage ermittelt. Die Analyse der erhobenen Daten gibt Aufschluss, welche Strategie der Betrieb zukünftig verfolgen soll, um die Bedürfnisse optimal abdecken zu können. Eine speziell dafür entwickelte Software ermöglicht es nun, die Kundenbedürfnisse gesamtschweizerisch oder regional nach Gabelstaplertyp zu ermitteln. Unternehmen aus verschiedenen Branchen haben Tag für Tag logistische Abläufe zu bewältigen. Dabei ist es sehr wichtig, dass die dazu benötigten Gabelstaplertypen, wie auch die Lagereinrichtungen optimal aufeinander abgestimmt sind. Für einen Gabelstapleranbieter reicht dieser Grundgedanke jedoch nicht aus. Er muss die branchenspezifischen Bedürfnisse der Verwender genau kennen, um Marktsegmente bilden zu können. Marktsegmente können mit institutionellen, demographischen, psychosozialen, verhaltensbezogenen und geographischen Merkmalen gebildet werden. Dabei ist es sehr wichtig, dass die jeweiligen Segmente aus Nachfragern bestehen, die ein ähnliches Kaufverhalten auf- lern diese durchschnittlich verwenweisen. den. Es sind aber nicht immer alle notwendigen Daten über das Kaufverhalten der Nachfrager sofort verfügbar. Dennoch muss der Anbieter eine Lösung bereithalten, um die Produktverwender spezifisch und korrekt betreuen zu können. Mit der Analyse der Kundenbedürfnisse werden diese fehlenden Daten mit einer Umfrage ermittelt und anschliessend ausgewertet. Dabei entsteht ein System, das es dem Gabelstapleranbieter ermöglicht, Unternehmen nach Branche, Grösse und Umsatz zu bewerten und dabei herauszufinden, welche Typen und Anzahl von Gabelstap- Hierfür wurde eine Software entwickelt, die eine rasche Marktanalyse erlaubt. Diese Software dient zusätzlich bei Expansionsprojekten dazu, die Grösse des Gebietes zu optimieren. Brander Nino 1980 079 544 76 61 [email protected] Zukunftsentscheide für die Weiterentwicklung eines Betriebes müssen in der heutigen Zeit sehr genau abgeklärt werden, da man sich in einem Konkurrenzmarkt wie demjenigen der Gabelstapler keine zu grossen Fehler leisten darf, um auch weiterhin konkurrenzfähig zu bleiben. Von: Gegengewichtsgabelstapler Bis: Niederhubwagen Kalkulationssoftware Automobiltechnik Technique automobile Lubrifiants pour le formage de pièces automobiles Méchanique de véhicule / Prof. Jean-Martin Rufer / Georg Glitz, Benteler Automotive SA Benteler Automotive SA est une multinationale active dans plusieurs secteurs, dont celui de l’automobile. Le site de Saint-Ursanne, où plus de 200 personnes sont actives, fabrique essentiel lement des composants de turbocompresseurs et des éléments de suspension en aluminium, tels des bras de suspension. Nous avons été séduits par l’offre de Benteler qui consistait à réaliser une étude sur de nouvelles huiles de forgeage afin d’améliorer leur processus de production. C’est donc avec la motivation de pouvoir entrer dans le milieu industriel que nous avons décidé de réaliser notre travail de diplôme au sein de cette entreprise. Buchard Frédéric 1982 078 788 03 93 Pour comprendre le but de notre travail, il faut d’abord un bref explicatif de la procédure de fabrication des pièces de l’usine. Le lopin de métal, préalablement scié dans des dimensions déterminées, passe dans des fours afin d’y ressortir avec la bonne température pour subir des déformations telles que filage, matriçage, usinage, etc… [email protected] Dafflon Christian L’organisation et la gestion de tests au sein d’une entreprise telle que Benteler, qui produit 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7, n’est pas chose facile. Cette tâche requiert une bonne vue d’ensemble de chaque secteur. Tout d’abord, un contact avec la production est indispensable pour pouvoir s’y introduire le temps d’un test. Ensuite, toutes les pièces conformes doivent obligatoirement être inspectées par le contrôle qualité interne. Tout au long de cette étude, nous avons aussi côtoyé les ingénieurs Benteler ainsi que les fournisseurs d’huiles. Cette immersion totale dans le monde industriel nous a fait découvrir l’ensemble des phases de fabrication d’un produit, du fournisseur au consommateur. Ces différentes manières de donner au métal sa forme ultime sont exé- Ci-dessous : étapes de fabrication d’un bras de suspension en alumicutées par des presses de plusieurs nium. milliers de tonnes. Afin que le lopin ne reste pas collé dans le moule, que l’outil ne subisse pas d’efforts considérables et la meilleure configuration possible soit obtenue, de la graisse est appliquée sur les matrices avant chaque actionnement de la presse. Le lopin est d’abord filé, puis matricé 1982 079 357 96 61 [email protected] Benteler utilise les mêmes graisses depuis longtemps et souhaite avoir un aperçu de ce que le marché propose de plus performant et de plus avantageux. Notre travail consiste donc à déterminer, au moyen de différents tests comparatifs préalables, la meilleure des graisses afin de limiter les temps d’immobilisation des chaînes de production. Suite à ces résultats, nous serons à même d’effectuer la concentration la plus avantageuse pour chacune de ces graisses. Les huiles sont ensuite introduites dans le processus normal de production pour obtenir des conditions de test réelles. Produit final Pressure indication Automobiltechnik Combustion Engine / Prof. Dr. Jan Czerwinski / Kistler Instrument AG, Wintherthur Technique automobile The growing requirement in terms of automotive security and reliability, the more and more shortened length of development and, above all, the necessity of understanding physical processes occurring in vehicles, are causing the multiplication of extreme requirements. In the development of combustion engines, the measurements of pressure oscillations between inlet port, combustion chamber and exhaust duct are very important because they allow valuable optimisations of the engine working process. Considering that the anti-pollution norms are becoming more and more strict and that there is a great downtrend of vehicle fuel consumption with no influence on the driving performances, it is necessary to dispose of measurement techniques that are more and more reliable and above all precise in order to minimize the uncertainty of measurement. In our diploma project we had to perform comparative tests between two kinds of measurement of pressure pulsation in the exhaust duct. The first measurement called direct uses only one pressure transducer of the piezo-resistive kind (modification of the tension by resistance variation). The second measurement called indirect uses two pressure transducers of two different kinds, a piezoelectric (production of a tension by means of quartz crystal distortion) and a piezo-resistive one. These pressure transducers were supplied by the Swiss firm Kistler, main builder of pressure transducers, force sensors, accelerometers and associated electronics and analyse software. Cheseaux François 1981 079 579 49 72 Our task was to perform measurements on the low pressure exhaustside of a four cylinder SI engine, Mercedes M111. These measurements were carried out at different engine operating conditions, in order to be able to assert which indication techniques was the most good-proof and precise one, or, if they were equal in their results. [email protected] Marchionna Nico 1978 078 790 26 05 [email protected] Laboratory of engine Automobiltechnik Technique automobile Designverschalung für eine 3,5t-Sattelzugmaschine Konstruktion / Prof. Hans-Ulrich Feldmann Die Automobilabteilung der HTI in Biel feiert dieses Jahr ihr 75jähriges Jubiläum. Zu diesem speziel len Anlass wurde das Konzept eines Labor- und Ausstellungsfahrzeuges entworfen, um zu einem späteren Zeitpunkt kräftig die Werbetrommel für unsere Abteilung an Ausstellungen, Gewerbeschulen oder ähnlichen Institutionen zu rühren. In unserer Arbeit entwickeln wir Detaillösungen für die Realisation der aufwändig designten Aussen form, welche in GFK-Bauweise hergestellt wird. Als Grundlage für das ganze Projekt dient der Rohbau eines Mercedes Sprinter und die in verschiedenen Designstudien entwickelte Aussenform in der Gestalt eines 1:10 Schaummodells. Dick Matthias 1979 079 363 40 24 [email protected] Meuwly René 1981 079 364 89 89 10 Die Entwicklung eines Fahrzeuges, welches mit einem futuristischen Design bestechen, trotzdem aber funktionell und im gesetzlichen Rahmen sein sollte und betrieben werden kann, stellt die eigentliche Innovation des Projektes dar. Die Arbeiten beschränken sich ausschliesslich auf das Zugfahrzeug, welches als Sattelzugmaschine ausgelegt wird. Die ganze Carrosserie wird in Space-Frame-Technologie, also einem Rahmen, auf welchem die Formteile aufgebaut sind, entwickelt. In einem ersten Schritt wurde die Aussenform überarbeitet und elektronisiert. Verschiedene Aspekte wie Machbarkeit, Passgenauigkeit und Erschwinglichkeit, über die gesamte Carrosserieoberfläche gesehen, wurden dabei in Betracht gezogen. Ein weiterer Entwicklungsschritt war dann die Konstruktion des Sicherheitsrahmens, welcher mit Hilfe von FEM-Berechnungen, unter Vorgabe der gesetzlich vorgeschriebenen physikalischen Anforderungen, dimensioniert wurde. Eine Herausforderung boten dann die einzelnen Detaillösungen wie Türabdichtung, Verglasung, Klappen- und Türmechanik, welche ausschliesslich unter Verwendung von Standard- und bereits bestehenden Serienteilen von anderen Fahrzeugen verwirklicht wurden. Als Windschutzscheibe, zum Beispiel, ist es uns gelungen, die original Sprinterscheibe ins Design zu integrieren und somit eine finanziell aufwändige Herstellung einer ange- passten Verbundglasscheibe abzuwenden. Sämtliche Detaillösungen wurden mit Hilfe von Auswertungsmethoden, basierend auf Anforderungslisten und Funktionsbeschrieben, erarbeitet. Für die Rahmenkonstruktion wurden, mit speziellem Augenmerk auf den Prototypenbau, geeignete Materialien und Halbzeuge verwendet. Die gesamte Verschalung wird aus modernem und leichtem Werkstoff, dem glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) gebaut, mit welchem sich solche Designstrukturen ausgezeichnet und relativ kostengünstig herstellen lassen. Befestigt am Sicherheitsrahmen wird sie durch Schraubenverbindungen und unter Verwendung modernster Klebstofftechnologie. Das ganze Projekt wurde mit Hilfe des CAD, mit welchem wir uns aufgrund der sehr komplexen Design form ständig an der Grenze des Machbaren bewegten, erarbeitet. Das gesamte Projekt soll eine Art fahrende Ausstellung darstellen, welche den zukünftigen Ingenieuren einen Einblick in die Welt des Automobilbaus, speziell im Umfeld der Schweizer Wirtschaft, bieten soll. Es befindet sich zur Zeit in der Offert-Phase – Sponsoren sind also sehr willkommen ! Dient als Grundlage: Designmodell 1:10 Rohbau des Sprinters und Innenstruktur CAD-Modell des gesamten Sattelschleppers Exigences pour une ceinture de sécurité de moto Mécanique du véhicule / Prof. Bernard Gerster / Mécanique et sécurité du véhicule Automobiltechnik Technique automobile La sécurité routière est au cœur des préoccupations de l’État, comme le montre la diminution du taux d’alcool autorisée au volant, entrée en vigueur au début de l’année. Mais la sécurité préoccupe aussi les constructeurs de motocycle, comme le montre la dernière innovation de Honda avec sa Gold Wing équipée d’un airbag. Le but de ce travail de diplôme est d’élaborer une liste d’exigences pour la construction d’un mécanisme de fermeture pour une ceinture de sécurité de moto. Pour cela, nous devons créer une statistique des accidents de moto sur la base de rapports de police. Comme tout le monde le sait, les motards sont l’un des usagers de la route les moins protégés du fait qu’ils n’ont pas une carrosserie qui leur évite d’être percutés directement. À l’heure actuelle, il n’existe que quelques systèmes de protection du pilote de moto : le casque de moto, les habits de protection ainsi que les vestes airbag qui se gonflent dès que le pilote est éjecté de sa moto. Mais bien souvent, ces systèmes ne permettent pas de sauver la vie du motard. C’est pourquoi le DTC s’intéresse au développement d’une ceinture de sécurité pour moto. Cet été, lors des travaux de projet de semestre, deux étudiants, Monsieur Bongiovanni et Monsieur Borioli, ont développé un système de fermeture. Mais le gros problème de ce projet est que ces étudiants ne savaient pas exactement comment les accidents de moto se produisent et avec quelle fréquence ils se produisent. C’est-à-dire avec quels angles la moto vient percuter l’adversaire de collision. Est-ce que le pilote percute fortement l’adversaire de collision ? Est-ce que la forme du véhicule percuté peut avoir une influence sur les conséquences de l’accident ? Est-ce que le type de moto (scooter, enduro, chopper, etc.) peut modifier les conséquences de l’accident ? Quelle est la vitesse des véhicules lors de l’impact ? Pour pouvoir répondre à ces questions, l’un des moyens utilisables est de faire une statistique sur les accidents de moto. Pour cela, nous avons créé une base de données à l’aide d’un fichier Excel, puis nous avons pris contact avec la police cantonale bernoise afin de pouvoir récolter les différentes informations qui nous sont utiles. Ces informations ont été récoltées sur la base des rapports de police concernant des accidents mortels, ainsi que ceux avec des blessés graves. Une fois cette base de données construite, on peut passer à la phase de traitement des données afin de pouvoir répondre aux différentes questions que l’on se pose. Ainsi, on pourra savoir précisément quand la ceinture devrait retenir le pilote de la moto pour lui éviter des dommages corporels et quand elle ne devrait pas le retenir afin de lui éviter des dommages supplémentaires. Enfin, le but ultime de ce travail est de déterminer combien de vies pourraient être sauvées chaque année grâce à une ceinture de sécurité pour moto. Jacquat Thierry 1980 079 774 57 25 [email protected] 11 Automobiltechnik Technique automobile Funkgesteuerter Lichtbalken für Abschleppfahrzeuge Elektrotechnik und Elektronik / Prof. Karl Meier-Engel Während der Rushhour in Zürich noch schnell einen liegen gebliebenen 40-Tonnen-LKW aus dem Gubrist-Tunnel ziehen oder die Bergung und Sicherstellung eines Fahrzeugwracks für die Polizei, das ist die Arbeit der Autohilfe Zürich. Die Verringerung von Zeit und Aufwand zur Kennzeichnung des abzuschleppenden Fahrzeuges ist das Projektziel von “Funkgesteuerter Lichtbalken für Abschleppfahrzeuge”. Eine Sendeeinheit wird an die 15 Pol Steckdose des Zugfahrzeuges angeschlossen. Diese gibt die Signale weiter an die Empfängereinheit, welche am Heck des abzuschleppenden Fahrzeuges angebracht wird. Die LEDSchlusslampen werden von Endstufen angesteuert. Kretschmer Urs 1979 Blockschaltbild Sender / Empfänger 078 647 67 22 [email protected] Lehmann Stefan 1979 079 453 8 453 [email protected] Die europäisch genormte 15 Pol Steckdose des Abschleppfahrzeuges liefert die Signale von Blinker, Stopp- und Standlicht vom Zugfahrzeug, welche in einem Mikroprozessor für die Sendeeinheit aufbereitet werden. Mit hoch entwickelten Bauteilen wird dem ESDSchutz Rechnung getragen und somit die Sendeeinheit vom Fahrzeug entkoppelt. Da bei Funkübertragungen nur seriell die Informationen gesendet werden können, werden diese in Paketen übermittelt. Am Heck des abzuschleppenden Fahrzeuges wird die Backbox – bestehend aus Akkupack, Empfängereinheit und einem weiteren Mikroprozessor – angebracht. Dort werden die empfangenen Funk signale aufbereitet und den beiden LED-Schlusslampen zugeführt. Für dieses Funktionsmuster wurden die funktechnischen Sicherheitsstandards auf zwei Systeme festgelegt. Der Schutz vor anderen Sendern im gleichen Frequenzband wird durch den permanenten Sendecodewechsel (Keeloq®-Verfahren) gewährleistet. Weiter wird bei kurz- 12 zeitigen Signalausfällen durch eine benötigen. Das System ist auf eine spezielle Verarbeitung des Emp- maximale Betriebsdauer von 10 fängersignals eine Überbrückung Stunden ausgelegt. ermöglicht. Mit diesem Projekt wird der GrundDas Backpack mit der Empfänger stein für ein innovatives Produkt einheit, Mikroprozessor und den mit europaweitem Kundenkreis dazugehörenden LED-Schluss- gelegt. Die Vereinfachung bei der lampen wurden auf ökonomischen Lichtbalkenmontage, universell Umgang mit den zur Verfügung ste- bei Lastkraftfahrzeugen mit 24 henden Batteriekapazitäten ausge- Volt Betriebsspannung und 15 Pol legt. Aus diesem Grund wurde der Steckdose einsetzbar und ein tiefes neueste Stand der LED-Technolo- Gewicht sprechen für dieses Entgie für die Schlusslampen gewählt, wicklungsmuster und dessen Weiwelche insgesamt maximal 18 Watt terentwicklung. Anwendungsobjekt Lombardini-Motor im Gasbetrieb Verbrennungsmotoren / Prof. Dr. Jan Czerwinski Automobiltechnik Technique automobile Erdgas als Treibstoff für Fahrzeuge aller Art ist eine Alternative zu Benzin oder Diesel. Vor allem öffentliche Verkehrsbetriebe setzen immer öfter auf diese Variante. In einigen Verteilernetzen ist das Erdgas mit Wasserstoffgas angereichert. Jetzt stellt sich die Frage, ob das Motorkennfeld dem jeweiligen Gasgemisch angepasst werden sollte. Aus diesem Grund wurden Vergleichsmessungen mit verschiedenen Gasgemischen durchgeführt. Dabei werden die Unterschiede bezüglich Verbrauch, Verbrennung und Abgasen zwischen angepasstem Motorkennfeld und demjenigen des für reinen Erdgasbetrieb programmierten aufgezeigt. Die Messungen werden auf einem 2-Zylinder-Motor von Lombardini durchgeführt. Er arbeitet mit dem 4-Takt-Prinzip und hat einen Hubraum von 0.505 dm3. Dieser Motor kann mit Benzin und/oder Gas betrieben werden. Das Signal wird über einen Verstärker an das Datenerfassungssystem (Datac) geleitet. Über einen Kurbelwinkelsensor werden die Druckmessungen mit dem Kurbelwinkel in Relation gebracht. Als Referenz für den optimalen Zündzeitpunkt wurde das α50 % bei 8.5° nach dem oberen Totpunkt festgelegt, welches sich bei früheren Arbeiten als optimal herausgestellt hatte. α50 % bezeichnet die Position der Kurbelwelle, bei welcher 50 % der Verbrennungsenergie in Wärme umgesetzt wurde. So konnte eine gute Vergleichbarkeit zwischen den verschiedenen Gasen erreicht werden. Minute) und 8Nm, bei 2’500rpm/ 10Nm und bei 3’000rpm/12.1Nm. Als Erstes wurde nun bei allen Betriebspunkten mit Erdgas der optimale Zündzeitpunkt bestimmt. Beim Betrieb mit den anderen Gasen wurden die Messungen jeweils mit optimalem Zündzeitpunkt, sowie auch mit dem Zündzeitpunkt für Erdgas gemessen. Die Unterschiede zwischen diesen Messresultaten waren von Interesse. Bei einigen Betriebspunkten waren die Messresultate identisch, da auch die Zündzeitpunkte dieselben waren. Bei den anderen BetriebsLombardini-Motor punkten waren die Unterschiede nur sehr klein. Man kann also daEin wichtiges Werkzeug während von ausgehen, dass eine Anpasmeiner Diplomarbeit war das Mo- Die für die Messungen verwende- sung des Motorkennfeldes an das torindiziergerät. Unter Indizierung ten Gase waren Erdgas aus dem jeweilige Gasgemisch nicht zwinversteht man das Messen von Drü- Netz, reines CH4 (Methan), CH4 gend notwendig ist. cken während der Verbrennung im mit 5 % H2 (Wasserstoff) und CH4 Motor. Die Druckmessung erfolgt mit 11 % H2. Gemessen wurde bei über einen Piezosensor, welcher 3 verschiedenen Betriebspunkten. an der Zündkerze angeordnet ist. Bei 2’000rpm (Umdrehungen pro Kuriger Roger 1974 078 600 52 03 [email protected] 13 Automobiltechnik Technique automobile Geräuschadaption mittels messtechnischer Verfahren Fahrzeugmechanik und -sicherheit / Prof. Bernhard Gerster Ein Bausatzfahrzeug mit Motorradmotor soll mittels messtechnischen Analyseverfahren an die schweizerischen Zulassungsvorschriften hinsichtlich Geräuschentwicklung angepasst werden. Nach dem Erfassen des Ist-Zustandes mit Hilfe von Hilfskonstruktionen sollten alle Schallpegel, aufgeteilt in Terzen, einer Quelle zugeordnet werden können. Zu einem späteren Zeitpunkt können die dominanten Quellen gedämpft werden. Malär Gian Andrea 1980 079 678 15 51 [email protected] Als Erstes galt es die Anforderungen an das Fahrzeug zu definieren, beziehungsweise sich bei der Zulassungsstelle zu informieren, welche Nachweise für eine Zulassung erforderlich sind. Nach dem Kennenlernen der genauen Normen war schnell klar, dass die Geräuschentwicklung das grösste Problem war. Der nächste war Schritt die Bestimmung des Ist-Zustandes mit Hilfe eines Frequenzanalysators und eines Schallintensitätsmessgerätes. Dazu wurden Kapselungen des Ansaugsystems und der Abgasanlage nötig, welche bei Messungen eingesetzt werden können, um die einzelnen Schallpegel genauer zuzuweisen. Für das Ansaugsystem wurde eine Kartonschachtel mit Schallabsorbierendem Material verwendet, welche breitbandig 20 Dezibel dämpft. frequenz von 150Hz ausgelegt ist, ebenfalls versucht, das Auspuffgeräusch so gut als möglich zu dämmen. CAD-Bild des Schalldämpfers mit Helmholtz-Resonator Zusatzschalldämpfer Ansaug-Kapselung Mit den gewonnenen Erkenntnissen sollen diejenigen Änderungen vorgenommen werden, welche speziell auf die Problem-Frequenzen zugeschnitten sind. Dies bringt den geringsten Aufwand bei grösstem Nutzen. Die Effektivität der Änderungen sollen zu einem späteren Zeitpunkt durch Rückmessungen objektiv belegt werden. Bei der Abgasanlage wurde aus Lüftungsrohren mit Absorbtions- Ein weiterer Punkt der Arbeit ist die material und mit einem Helmholtz- Untersuchung der Bremswirkung. Resonator, welcher für eine Motor- Für diesen Teil waren die einschlä14 gigen Normen zu studieren. Die Untersuchung der vorhandenen Bremsanlage war ein massgebender Punkt für die Erfolgsabschätzung einer späteren Zulassungsprüfung. Ein Misslingen der Prüfung würde einen hohen Kostenaufwand mit sich bringen, der durch Voruntersuchungen vermeidbar ist. Fazit: Durch den Einsatz des Motorradmotors entstehen infolge der höheren Motordrehzahlen auch mehr Geräusche. Das geringe Gewicht des Fahrzeuges wirkt sich zusätzlich negativ auf die Geräuschentwicklung aus. Die Ist-Zustandsmessungen haben ergeben, dass das Fahrzeug 17 Dezibel zu laut ist. 17dB bedeutet, dass aus physikalischer Sicht im Vergleich zum Grenzwert der achtfache Schalldruck vorherrscht. Ob der Grenzwert erreichbar ist und vor allem mit welchen Massnahmen, ist Gegenstand der weiteren Arbeiten und Abklärungen. Management actif de l’entreprise “Garage” Automobiltechnik Technique automobile Economie d’entreprise et informatique d’exploitation / Prof. Antonito Bolla La libéralisation du marché de l’automobile en Suisse suscite des changements importants dans la structure des garages, particulièrement en ce qui concerne la vente, les réparations et les travaux de carrosserie. De nouveaux contrats contenant des prescriptions de travail créent une toute nouvelle situation. Pour gérer son entreprise, le garagiste doit disposer de systèmes d’information lui permettant une analyse appropriée de la situation existante et un pronostic tenant compte de la situation future causée par le changement de paramètres contractuels ou simplement économiques. Lors d’une clôture d’exercice, généralement effectuée en fin d’année, des documents de synthèse sont établis. Ces documents sont à la fois des instruments au service des dirigeants, mais aussi des indicateurs pour les tiers. Cette partie de la comptabilité est appelée “comptabilité financière”. de l’entreprise, tandis que la comptabilité analytique peut en préciser la destination, c’est-à-dire la façon dont sont employées ces ressources. tent libres de la pratiquer ou non. Elle ne répond pas à des règles fixes et doit être adaptée à la taille et au type d’activité de chaque entreprise. Dans un garage par exemple, il y a différents centres de profit, il est important de pouvoir déterminer leur contribution respective aux charLa comptabilité analytique s’inté- ges et produits pour en mesurer la resse aux conditions d’exploitation rentabilité. Il est également imporinterne de l’entreprise et aux diffé- tant de connaître la performance rentes composantes du prix de re- économique de chaque centre de vient. Ces informations ne sont en profit afin d’améliorer son organisagénéral pas diffusées en dehors de tion. la société, au contraire de la comptabilité financière. Cette dernière La comptabilité analytique est donc permet de connaître globalement un outil de contrôle budgétaire pour la consommation de ressources les dirigeants d’entreprise qui res- Le programme Management actif de l’entreprise “Garage” est une version spécialisée pour les garagistes qui permet la transition de la comptabilité financière à la comptabilité analytique (adaptation des chiffres comptables à la situation réelle) ainsi qu’une analyse approfondie de l’entreprise. Ce programme détermine la rentabilité globale ainsi que celle de chaque Centre de Profit de l’entreprise. Il est également possible de simuler des situations futures et d’analyser leurs effets sur la rentabilité. En dernier lieu, une comparaison avec les chiffres clés du marché situe l’entreprise par rapport à la moyenne. Melzer Karin 1978 076 547 71 52 [email protected] Le but de ce travail est : - d’établir un manuel d’utilisation et d’analyse de ce programme spécialisé, afin d’appuyer les cours d’introduction donnés aux garagistes - de donner un aperçu des mesures à prendre en fonction de la situation. Analyse des quotas part de couverture Il s’agit donc d’approfondir les diverses possibilités offertes par le logiciel. 15 Automobiltechnik Technique automobile Untersuchung der Partikelgrössenverteilung Verbrennungsmotoren / Prof. Dr. Jan Czerwinski / In Zusammenarbeit mit Robert Bosch GmbH Der Dieselmotor generiert Partikel in verschiedenen Grössen und unterschiedlicher Anzahl. Der Partikelfilter wird in den Abgasstrom eingebaut, damit die Partikel, die ins Freie gelangen, vermindert werden. Ziel der Arbeit ist die Untersuchung, welche und wie viele Partikel sich vor und nach dem Filter befinden. Die inneren und äusseren Einflüsse auf die Messungen sind gross. Sie müssen realisiert und verstanden werden. Die Interpretation der Messergebnisse soll eine Aussage über den Motor sowie den Filter geben. Die Firma Robert Bosch GmbH entwickelt aktuell einen Dieselpartikelfilter. Damit das Produkt hohe Qualitätsansprüche erfüllt, werden verschiedene Parameter untersucht, unter anderem auch die Partikelgrössenverteilung. Münger Yves 1980 079 267 31 74 [email protected] Um die Qualität der Messung zu verbessern, befasst sich ein Teil der Diplomarbeit mit den Einflüssen auf die Messung. Das geht über die Abnahme des Abgases, die Führung des Abgases bis zur Messstelle und die Aufbereitung der Probegase im Messgerät. Jeder dieser Punkte hat Zur Messung der Partikelgrössenver- einen grossen Einfluss auf die geteilung wird das DMS500 verwendet, messenen Resultate. welches von der Firma Cambustion hergestellt wird. Das Messgerät ar- Das Überprüfen der Qualität und beitet mit dem DMS-Prinzip (Diffe- des Verhaltens der Partikelfilter ist rential Mobility Spectrometer), d.h. der letzte Teil der Arbeit. Um das zu das Gerät misst den Mobilitäts- erreichen, werden mit einem 1,6 l durchmesser und die Anzahl der Diesel-Motor von Peugeot verschiePartikel. Die Partikelgrössen werden dene Betriebspunkte angefahren. zwischen 1 nm und 1000 nm erfasst. Zum Beispiel wird eine DrehzahlDa die Auflösung des Gerätes bei 0,1 und Drehmomentrampe realisiert s liegt, sind instationäre Messungen oder die Berussung der Filter erhöht. möglich. Diese und andere Betriebspunkte DMS (Differential Mobility Spectrometer) 16 ermöglichen eine umfassende Aussage über die Filter, da die Eckpunkte des Kennfeldes abgefahren werden. Es werden Filter unterschiedlicher Bauart in verschiedenen Zuständen untersucht. Das kann ein neuer oder ein gealterter Filter sein. Begutachtet werden zum Beispiel die Beladung der Filter oder das Verhalten bei Warm- und Kaltstart. Gitterrohrrahmen für offenen Sportwagen Automobiltechnik Technique automobile Konstruktion / Prof. Hans-Ulrich Feldmann Am Anfang stand ein Unfallwagen des Typs Porsche 928. Lohnt sich ein Neuaufbau ? Sollen die Komponenten verkauft werden oder als Basis für einen Eigenbausportwagen dienen ? Die Idee eines selbst entwickelten puristischen Fahrzeugs auf Basis eines Gitterrohrrahmens wurde geboren. Aus den Daten des Fahrzeuges und der Geometrie wurden die Kräfte in den verschiedenen Lastfällen berechnet. Aus Rohren wurde nun eine Fachwerkkonstruktion erstellt, auf der später eine GFKKarosserie montiert wird. Ziel dieser Bauweise ist es, ein biege- und torsionssteifes Fahrzeug zu erhalten. Die FEM-Berechnung bestätigt die gewünschten Resultate. Aus den Konstruktionsdaten wurden Fabrikationszeichnungen erstellt. Damit das Projekt im Laufe der Diplomarbeit relativ schnell voranschreiten konnte, waren diverse Vorarbeiten nötig. So wurde als erstes das Fahrwerk vermessen, um daraus die wirkenden Kräfte auf den Rahmen zu berechnen. Anschliessend wurde das Fahrzeug vollkommen zerlegt, um die original Befestigungspunkte der Komponenten vermessen zu können. Als zusätzliches Detail wurde ein Seitenflügel konstruiert, welcher grossen Abtrieb durch Einsatz des in den 1980er Jahren in der Formel 1 eingesetzten, auf dem Venturi-Prinzip basierenden “Ground Effects” erzeugen soll. Die Flügelstruktur soll aber auch den Endschalldämpfer der Auspuffanlage und einen Seitenaufprallschutz beinhalten. Für dieses Problem wurde eine erste grobe Lösungsvariante ausgearbeitet, welche aber so noch nicht produktionsreif ist und nochmals eingehend bearbeitet werden muss. Auch ein Aufprallschutz in Form einer Crashbox an Front und eventuell am Heck muss noch weiterverfolgt werden, wobei da wahrscheinlich auf Komponenten aus dem Rennsport zurückgegriffen werden kann. Durch den Leitspruch “Verzicht auf Unwesentliches” konnte das Fahrzeuggesamtgewicht gegenüber dem Originalfahrzeug um über 600 Kilogramm auf ca. 900 Kilogramm gesenkt werden. Dies entspricht einem Leistungsgewicht von 3.8 kg/kW. Zum Vergleich kommt das Originalfahrzeug auf 7.05 kg/kW, ein Porsche GT3 Cup (Rennfahrzeug) auf einen Wert von 4.19 kg/ kW. Der erreichte Wert verspricht damit sehr gute Fahrleistungen. Putzi Marc 1977 078 843 68 70 [email protected] Teilzerlegtes Spenderfahrzeug Als Weiteres mussten die verschiedenen Bauarten analysiert werden, um eine möglichst leichte und dabei steife Konstruktion zu finden, welche mit einfachen Mitteln produzierbar ist. Daraus erfolgte die Wahl von Stahl als Material und eine Mischung aus Gitterrohrrahmen und Zentralrohrrahmen für die Bauweise. CAD-Modell Rahmen Im Rahmen der Diplomarbeit wurde der Rahmen aufgebaut und mittels FEM-Analyse überprüft. Als Resultat stehen nun die Baupläne für den Rahmen zur Verfügung. Diese sollen im Laufe des nächsten Jahres in einem Prototyp umgesetzt werden. CAD-Modell Fahrzeug ohne Verkleidungen 17 Automobiltechnik Technique automobile Pumptankwagen für Gülletransport Konstruktion / Prof. Hans-Ulrich Feldmann / Firma Hadorn’s Gülletechnik AG, Leimiswil BE Die Firma Hadorn’s Gülletechnik AG ist ein schweizweiter Güllespezialist. Bei der Ausbringung setzt die Firma auf Güllefässer mit Polyestertanks, deren äusserst geringes Eigengewicht zusätzliche Nutzlast in Form von Gülle zulässt und somit ein rationelles Arbeiten ermöglicht. Die Fässer im unteren Grössenbereich sind zu teuer und zu wenig auf die schweizerischen Bedürfnisse ausgerichtet. Mit der Diplomarbeit soll ich aufzeigen, ob mit einer Eigenproduktion der Güllefässer von 4-8 m3 die se Probleme gelöst werden können. Mit konstruktiven Änderungen, neuartigen Fertigungsverfahren und direktem Einkauf der Komponenten konnten sowohl die Herstellkosten gesenkt und der Standard erhöht werden. Röthlisberger Michael 1980 079 707 55 67 [email protected] Die Grundlagen meiner Arbeit sind die Gülletankwagen der Firma Zunhammer. Besonderes Augenmerk legte ich auf die Baugrösse mit 6500 Liter Fassungsvermögen. Zur Diplompräsentation soll ein solcher Tankwagen als Prototyp bereitstehen. In einem ersten Schritt erstellte ich eine Markt- und Produkteanalyse. Anhand dieser Fakten verfasste ich eine Anforderungsliste, nach welcher ich anschliessend die Konzepte und später die Detailbearbeitung vornahm. Auf dieser Basis gestaltete ich die ersten Entwürfe und später die Detailzeichnungen. Ein sehr wichtiger Punkt der Arbeit ist die Kostenkontrolle. Als Wunschpreis für die Herstellung fixierte ich nach Absprache mit Hadorn’s den Betrag von Fr. 16’000.-. Mittels einer Wertung wählte ich zuerst die Tank- und Achskonzepte aus. Das Korrosionsverhalten, die Firmenphilosophie und die praktische Formgebung von GFK sind die Hauptargumente, wiederum einen Kunststofftank zu verwenden. Bei der Achsauswahl ist das Budget der wichtigste Parameter. Deshalb wird standardmässig eine Einzelachse verwendet. Bei der Pumpenauswahl konnte ich vollumfänglich auf das Wissen und die Erfahrung meines Auftraggebers setzen. Eine Drehkolbenpumpe wird als Grundausrüstung definiert, Exzenterschneckenpumpe oder Schleuderwerk sind Alternativen. Durch die verbesserten Fahreigenschaften der landwirtschaftlichen Anhänger bei Untenanhängung am Schlepper sollte eine Lösung Gülletankwagen mit Pendelachse, Untenanhängung und Drehkolbenpumpe 18 gesucht werden, welche diese, aber auch die Standard-Obenanhängung ermöglicht. Diese Anforderung erreichte ich mit einer geschraubten Schrägdeichsel. Der Hauptrahmen ist ein abgekantetes Laserteil. Damit Leitungen, Halter und Verstärkungen einfach und schnell angebaut werden können, sind etliche Löcher bereits vorgefertigt. Anschliessend werden die Teile verschweisst bzw. verschraubt. Das Festigkeitsverhalten, die Korrosionsbeständigkeit und der Preis bestimmen das Chassismaterial. Im Gespräch ist ein Chromstahl oder eine Fertigung aus Stahl, welche nach der Bearbeitung verzinkt wird. Die Einstandspreise sind momentan noch geringfügig zu hoch. Mit gezielten Verhandlungen mit Lieferanten will ich die Kosten noch reduzieren, ansonsten steht der Produktion der Tankwagen bei der Firma Hadorn’s Gülletechnik nichts mehr im Wege. Ansicht des kompletten Chassis Automatischer Rundballenladewagen Automobiltechnik Technique automobile Konstruktion / Prof. Hans-Ulrich Feldmann Das Rundballenhandling gewinnt immer mehr an Bedeutung. In kürzerer Zeit wird damit mehr Stroh, Heu oder Emd geborgen als bis anhin mit Kleinballen. Da aber eine Rundballe etwa 300 Kilogramm wiegt, kann sie nicht mehr von Hand bewegt werden. Dazu sind momentan mehrere Maschinen nötig. Die Landwirtschaft ist aber gezwungen, immer schneller und rationeller zu produzieren. Mit dieser Diplomarbeit soll nun ein automatischer Rundballenwagen konstruiert werden, der die Rundballen lädt, transportiert und stapelt. Lösungssuche Zuerst wurde die Hauptfunktion “Rundballen bergen” in verschiedene Teilfunktionen zerlegt, damit der morphologische Kasten gebildet werden konnte. Mit Hilfe des morphologischen Kastens wurden verschiedene Lösungen gesucht und unterschiedliche Varianten eines Rundballenladewagens eruiert. Nach einer Bewertung wurde die benutzerfreundlichste und sicherste Variante ausgewählt. Mit dieser Variante werden acht Rundballen geborgen. Ausgangslage der Rundballen Endposition der Rundballen Gewählte Lösung Der Rundballenladewagen ist ein Einachsanhänger, der am Zugmaul des Traktors fixiert wird. Der Traktor versorgt den Ladewagen mit hydraulischer, elektrischer und mechanischer Energie. Nach der Strohernte wird das Stroh mit Rundballenpressen komprimiert und gebunden. In diesem Zustand liegen dann die Rundballen auf dem Feld. Eine seitlich am Ladewagen angebrachte Hebegabel hebt die Rundballen einzeln auf den Ladewagen. Positioniert werden die Rundballe mit einem Schwenkarm. Während der Schwenkarm die Rundballen in ihrer Position hält, fördert ein Mitnehmer die Rundballen nach hinten. Es werden zwei Stapel mit je vier Rundballen gebildet. Gesichert werden die Rundballen mit Rungen. Diese Rungen sind mit Rollen ausgestattet, damit die Rundballen einfacher verschoben werden können. Die Rungen können hydraulisch verstellt werden und so die Rundballen auf der Strassenfahrt sichern. Der Durchmesser einer Rundballe beträgt 1,5 Meter. Wenn zwei Rundballen neben einander liegen, haben sie eine Gesamtbreite von 3 Metern. Aus diesem Grund wird die Ladefläche während der Strassenfahrt seitlich angehoben. Somit ist die Gesamtbreite des Ladewagens nur noch 2,5 Meter. Zum Abladen wird die Ladefläche nach hinten gekippt, sie steht dann in einem Winkel von 90° zum Ladewagen. Der Ladewagen fährt dann vorwärts weg und die zwei Stapel stehen. Acht Rundballen sind geladen, transportiert und gestapelt worden. Scheurer Florian 1979 079 574 61 19 [email protected] Fazit Da nur acht Rundballen geladen werden, wird der Bodendruck tief gehalten und somit eine gravierende Bodenverdichtung vermieden. Der Landwirt kann mit diesem Rundballenladewagen die Arbeitszeit zur Bergung von Rundballen erheblich senken. CAD-Modell der gewählten Lösung 19 Automobiltechnik Technique automobile Automatische Betätigung eines Schaltgetriebes Elektrotechnik und Elektronik / Prof. Karl Meier-Engel Für zukünftige Automobile wird das Fahrzeugmanagement immer wichtiger. Zum einen um den Treibstoffverbrauch weiter zu senken und zum anderen im Zusammenhang mit Alternativantrieben, Stichwort Hybrid. Ein Teilgebiet dieses Fahrzeugmanagements bildet die Getriebesteuerung, welche entweder ein manuelles Schalten per Knopfdruck oder den Automatikbetrieb gestattet. Zum Bau einer solchen Steuerung ist es notwendig die Drehzahlen der Getriebewellen zu erfassen, um daraus den richtigen Schaltpunkt berechnen zu können. Damit wird ein automatisch gesteuertes Schaltgetriebe realisierbar, das ohne Synchronisation auskommt. Sigrist Stephan 1981 079 474 28 13 Die Sensorik im Auto geht immer mehr in die Richtung, alle Fahrzustände zu erfassen. Beim Einbau einer Getriebesteuerung in ein Fahrzeug sind die Sensoren für die Motorendrehzahl und die Drehzahlen der Abtriebsseite, beispielsweise diejenige der Räder, oft schon vorhanden. Das Getriebe wurde auf einem Prüfstand aufgebaut. [email protected] Zur Drehzahlerfassung werden zwei Hallsensoren eingebaut, welche in der Lage sind, die Zahnbewegung eines Gangrades zu erfassen. Dieses Signal wird mittels eines F/U-Wandlers in eine Spannung umgeformt. Aus diesen kann der Steuercomputer die Drehzahlen beider Wellen errechnen und über die jeweilige Übersetzung den Schaltpunkt bestimmen. Das ist notwendig, da zu diesem Zeitpunkt die Schaltmuffe und das Gangrad nur eine kleine Drehzahldifferenz aufweisen dürfen, wenn ohne Synchronisation geschaltet werden soll. Der zu schaltende Gang wird mit jeweils einer Leuchtdiode (LED) angezeigt. Für die Entwicklung dieser Steuerung musste ein Prüfstand gebaut werden, welcher in der Lage ist, die verschiedenen Fahrzustände zu simulieren. Die Idee dahinter ist die folgende : Es soll in einem Gang beschleunigt werden, dann soll dieser heraus genommen werden, wobei jetzt der Motor auf der Abtriebsseite mit konstanter Drehzahl weiterdrehen soll, um das Weiterrollen des Fahrzeugs zu simulieren. Um einen höheren Gang einlegen zu können, muss nun der Motor auf der Antriebsseite, welcher den Automotor darstellt, die Drehzahl soweit senken, bis angezeigt wird, dass der nächst höhere Gang geschaltet werden kann. Dieser Ablauf kann in einem Fahrzeug mit Hilfe eines elektronischen Gaspedals (E-Gas) realisiert werde. Blockschema mit Sensorik und Steuercomputer 20 Getriebeprüfstand mit zwei Antriebsmotoren Die ganze Anlage verfügt über vier Motoren, welche je nach Steuersoftware über die Drehzahl oder die Last geregelt werden können. Für den Getriebeprüfstand werden zwei Motoren eingesetzt. Für die Montage des Schaltgetriebes musste eine Halterung entwickelt werden. Die drehenden Teile müssen abgedeckt werden, um Verletzungen zu vermeiden. Dieser Prüfstand soll den Studenten für Semesterarbeiten zur Verfügung stehen, beispielsweise um die Schalthydraulik wieder einzubauen oder eine Kommunikation zwischen der Prüfstand- und der Getriebesteuerung. Optimierung der Lebensdauer von Batterien Automobiltechnik Technique automobile Mechatronik / Prof. Jean-François Urwyler Die Lebensdauer der Batterien ist abhängig von : Betriebstemperatur, mechanischer Kompression, Ladestrom, Ladespannung, Entlade-Endspannung und Wasserverlust. Die Batterien der Serienschaltung werden mit einem hohen Strom nacheinander aufgeladen. Dabei wird die Batterietemperatur jedes einzelnen Batterieblockes laufend überwacht. Von diesem Verfahren, verbunden mit einer Flächenpressung der Elektroden-Platten und der thermischen Isolation der Batterien mittels Korkplatten, ist eine Verbesserung der Lebensdauer zu erwarten. Das Batterie-Management muss diese Grössen optimal steuern. Die Flächenpressung der Elektroden-Platten und die thermische Isolation der Batterien wurde für diesen Gartentraktor entwickelt. Dazu haben wir eine Spannvorrichtung realisiert, welche in der Lage ist, eine stufenlos einstellbare Presskraft zu erzeugen. Im Elektrolabor wird ein Versuch mit vorgespannten Batterien mit Temperaturkennlinie drei verschiedenen Flächenpressungen durchgeführt, so dass die ideale Presskraft definiert werden kann (z.B. 6N/cm2). Das System ist mit Druckfedern und Spannschrauben aufgebaut. Am elektrischen Gartentraktor ist ein ähnliches System eingebaut, welches die nötige Presskraft gewährleistet und gleichzeitig die Batterien am Chassis befestigt. Für die Ladung der Batterie ist eine Temperatur von etwa 35°C erwünscht. Damit wird der Zustand der aktiven Masse verbessert. Bei grossen Verbraucherströmen soll die Temperatur der Batterien bis auf einen Betriebswert von etwa 35-40°C ansteigen. Die einzelnen Batterieblöcke werden thermisch isoliert, damit beim Start des Ladeprozesses die Batterietemperatur den idealen Betriebswert von etwa 30°C aufweist. Für die thermische Isolation werden Korkplatten verwendet. Während der Ladung darf die Temperatur nicht über 50°C ansteigen. Ein Messsystem misst die Temperatur jeder einzelnen Batterie während der Ladung. Die Steuereinheit des Ladesystems schaltet das Ladegerät aus, wenn die Temperatur sich einem kritischen Wert nähert. Die Batterietemperatur wird auch während des Fahrbetriebes überwacht und bei zu hoher Temperatur dem Fahrer mittels LED angezeigt. Diese Massnahmen sollten Gitterkorrosion und Wasserverlust möglichst klein halten. Spasojevic Miladin 1979 078 828 03 72 [email protected] Die richtige Kombination zwischen Ladestrom, Temperatur und Ladespannung erbringt eine optimale Ladung und verbessert die Lebensdauer der Batterie. Batterievorspannung 21 Automobiltechnik Technique automobile Leichtbau-Konstruktion eines Absetzkippers Konstruktion / Prof. Hans-Ulrich Feldmann Ziel der Arbeit ist die Konstruktion eines Absetzmulden Kippers für ein Fahrzeug mit einem Gesamtgewicht von 3500 kg. Diese Fahrzeuge sind von der LSVA-Abgabe befreit und darum auch wirtschaftlich besonders interessant. Durch die Limitierung des Gesamtgewichtes ist die Nutzlast nicht ausgesprochen gross. Mit dem Eigengewicht des Aufbaus verschärft sich dieses Problem noch zusätzlich. An diesem Punkt setzt meine Diplomarbeit an. Das Ziel ist, das Gewicht des Aufbaus so verringern, dass eine Steigerung der effektiven Nutzlast bei gleichbleibendem Gesamtgewicht möglich ist. Stämpfli Ueli 1978 076 561 67 06 Die erste Phase des Projektes war die Informationsbeschaffung. Diese bestand zu einem grossen Teil aus einer Patentrecherche und der Analyse von bestehenden Konstruktionen. Dazu ist zu sagen, dass die meisten Produkte auf dem Markt im Prinzip verkleinerte Versionen von LKW-Aufbauten sind, mit dem Nachteil des relativ hohen Eigengewichts. So wiegen die meisten Aufbauten für Fahrzeuge mit einem Gesamtgewicht von 3500 kg um die 900 kg. Die theoretische Nutzlast (ohne Aufbaueigengewicht) solcher Fahrzeuge beträgt meist um die 1800 kg. Bei dieser Ausgangslage wird ersichtlich, dass die erlaubte Nutzlast sehr schnell ausgeschöpft ist. Nach der Definition der Forderungen wurden diese gewichtet und in der Anforderungsliste festgehalten. Als nächstes wurde die Hauptfunktion “Mulde transportieren” in verschiedene Ziel-Funktionen unterteilt. Mit Hilfe des morphologischen Kastens wurden Lösungsansätze für die verschiedenen Zielfunktionen gesucht. Die gewählten Lösungen der Teilfunktionen wurden dann zu drei Gesamtvarianten zusammengefügt und wiederum miteinander verglichen. Winkel- und Kräfteverhältnisse beim Hub vorgang Systematische Funktionszerlegung 22 In der nächsten Phase wurde die gewählte Variante weiter bearbeitet. So wurde beispielsweise um Gewicht zu sparen auf ausfahrbare Hubarme verzichtet. Gleichzeitig mussten aber gleichwohl die geometrischen Randbedingungen analog einem ausfahrbaren Hubarm eingehalten werden. So kam der Wahl des Drehpunktes der Hubarme eine entscheidende Bedeutung zu. Auch die Position der Zylinder wurde optimiert. Zum einen konnten so durch möglichst ideale Kräfteverhältnisse die Belastungen auf den Rahmen verringert werden und zum anderen war es so möglich, die Zylindergrösse optimal zu bestimmen. Die Biege- und Knickbelastungen, die während der Hubphase auf den Arm und den Rahmen wirken, wurden ebenfalls errechnet. So konnten die Bauteile unter dem Aspekt der Leichtbauweise gezielt dimensioniert werden. CAD-Modell des Aufbaus Automobiltechnik Technique automobile Konstruktion Laserzündkerze mit Verifizierung am Motor Verbrennungsmotoren / Prof. Dr. Jan Czerwinski / in Zusammenarbeit mit Robert Bosch GmbH, Stuttgart Ottomotoren mit Direkteinspritzungssystemen (GDI) und strahlgeführtem Brennverfahren verfügen heute über das grösste Potenzial zur Verbrauchsreduktion. Beim Einsatz der konventionellen Kerzenzündungen bei GDI-Motoren treten unter anderem Probleme in den Bereichen der Wahl des Zündortes, der Verrussung und der Zündsicherheit auf. Die Laserzündung hingegen bietet die Möglichkeit, den Funken zum Ort des optimalen Gemischs zu bringen. Die Technikkombination von strahlgeführtem Brennverfahren und laserinduzierter Zündung ermöglicht eine direkte Zündung am Kraftstoffstrahlrand und somit eine sichere Verbrennung. Stotz Philippe 1980 079 469 80 27 [email protected] Die Anforderungen an eine Laserzündkerze sind der einer Hochspannungszündkerze nicht unähnlich. Als Rahmenbedingung zur Konstruktion gilt der Temperaturbereich von -40° bis 160° Celsius, welcher im Motorraum auftreten kann. Zudem sollte eine Erschütterungsfestigkeit gegeben sein, welche kurzzeitige Belastungen von >100facher Erdbeschleunigung auf nehmen muss. Die Kerze als Ganzes kann in drei voneinander unabhängige Teilsysteme gegliedert werden : 1) Brennraumseitige Gestaltung inklusive Auslegung des Brennraumfensters : Der optische Zugang muss über ein Brennraumfenster, welches dem gesamten Temperaturund Druckbereich standhält, realisiert werden. Die Kerze soll den Brennraum plan abschliessen und keine in den Brennraum ragende Teile enthalten. 24 2) Justage der Optik für die Fokussierung des Laserimpulses : Bei der Kerze handelt es sich um eines der ersten Muster, weshalb die Justage der Optik flexibel gestaltet werden musste, um Korrekturen zu erleichtern. Es wurde eine Einheit angestrebt, welche das gesamte Optik-Paket, bestehend aus dem strahlformenden Linsensystem, getrennt vom Rest der Kerze aufnehmen kann. setzt werden, da die Bruchgefahr hoch ist und die Strahleigenschaften beeinflusst werden können. Alle konstruktiven Ideen wurden mit dem Unigraphics CAD-System ausgearbeitet und gezeichnet. Anhand der Zeichnungen wurde ein Prototyp aufgebaut, mit welchem Tests im Bereich der Temperaturfestigkeit und Druckbeständigkeit durchgeführt wurden. Nach eingehender Prüfung wurde ein Stichver3) Halterung des laseraktiven Fest- such an einem Forschungsmotor körpers : durchgeführt. Um den Laser in seinem Wirkungsgrad nicht zu beeinträchtigen, muss eine Metall ummantelung mit hoher Wärmeleitfähigkeit bevorzugt werden. Die Schwierigkeit bei der Auslegung der Halterung resultiert aus den unterschiedlich temperaturabhängigen Aus dehnungen der Lagerungsmaterialien. Der Festkörper darf keinem hohen Druck ausge- Laserkerze mit exemplarischem Einspritzstrahl Schema Laserzündanlage Controlling- und Voting-Tool Automobiltechnik Technique automobile Betriebsinformatik / Prof. Antonito Bolla / Incatec GmbH Software Factory Beinahe jeder kennt Umfragen im Internet oder hat schon einmal ein Kontaktformular ausgefüllt. Am Schluss erscheint meistens eine Text-Box. Dort können eigene Wünsche und Anregungen eingetippt und dann mit einem Mausklick gesendet werden. Nur – wohin werden diese Texte gesendet? Wo landen diese spezifischen Kundenwünsche? Und wie ist das weitere Verfahren? Werden die Vorschläge gesammelt, mit anderen Wünschen und Meinungen verglichen? Wird eine Liste erstellt oder etwa Buch geführt? Meistens wohl kaum. Meine Aufgabe war nun, eine transparente und klare Lösung zu suchen. Diese sollte direkt aus der bestehenden Software Incafaktura gestartet werden und einfach bedienbar sein. Der Kunde hat die Möglichkeit, direkt aus der Garagensoftware Incafaktura das Controlling- und Voting-Tool zu starten. Nun kann er seine Daten aus der Incatec Kundendatenbank ansehen und ändern. Adressänderungen können so schneller und einfacher erledigt werden. Das Tool erstellt ausserdem eine Tabelle mit den bisher erstellten Änderungsvorschlägen des Kunden. Diese Vorschläge können in einem speziellen Fenster verfasst werden. Nach dem Erfassen werden die Wünsche durch die Firma Incatec GmbH auf Durchführbarkeit geprüft und anschliessend zur Wahl freigegeben. sehen. Durch Klicken auf den Vor- zess erreicht werden. Die Weiterschlag-Text erhält er noch zusätz- entwicklung eines Produktes rückt liche Informationen. näher an den Kunden heran. Der Kunde kann, ohne grossen ZeitverMit Hilfe des Status, der auf al- lust, Änderungswünsche angeben : len Seiten ersichtlich ist, kann der Direkt und erst noch transparent, Kunde zu jeder Zeit erkennen, wo mit Hilfe einer Abstimmung, an der sein Vorschlag steht. Es gibt 4 ver- alle anderen Kunden teilnehmen schiedene Status-Werte. Der Sta- können. tus beträgt 0 beim Verfassen des Wunsches. Nach der Überprüfung Die Wünsche und Anregungen der wird er auf 1 gesetzt. Wenn ein Kunden werden dann mit Hilfe der Wunsch genügend Punkte gesam- Rangliste gefiltert, und der Entwickmelt hat, erhält er den Status 2 und ler erkennt sofort, was die Kunden nach erfolgreicher Umsetzung den wünschen. So kann das Produkt Status 3. Nach der Integration in sehr nahe an der Praxis bleiben. die neuste Version des Programms Die Kunden werden stärker gebunerhält der Verfasser des Wunsches den und sind zufriedener. und jeder Kunde, der Punkte für dieAlle Vorschläge, die umsetzbar sind, sen Vorschlag vergeben hat, eine Das Controlling- und Voting-Tool werden online gestellt und jeder Benachrichtigung via E-Mail. Beim kann natürlich nicht nur für Incatec Kunde kann bewerten, wie wichtig nächsten Update kann der Kunde mit ihrem Incafaktura eingesetzt diese Änderungswünsche für ihn die Umsetzung seines Wunsches werden, sondern auch für jedes persönlich sind. Schliesslich erstellt erkennen. Produkt, das stetig weiterentwickelt das Voting-Tool eine Rangliste. Dort werden soll. In der heutigen Zeit bekann der Kunde die Total-Punkte Mit Hilfe dieses Tools kann ein kon- sonders wichtig, da jeder Stillstand und den Punktedurchschnitt an- tinuierlicher Verbesserungs-Pro- einen Rückschritt bedeutet. Kunde IncaVote-Programmfenster mit der Startseite “Eigene Daten” Zimmermann Pascal 1979 078 806 74 35 [email protected] Server Der Kunde startet das Programm direkt aus IncaFaktura. Der Server holt sich die pers. Daten des Kunden aus der Incatec Kunden-Datenbank. Der Kunde kann seine Vorschläge anschauen, neue erstellen oder alle ansehen und über alle abstimmen. Das Tool erstellt mit Hilfe dieser Daten und drei Tabellen ein kundenspezifisches DataSet . Der Kunde erstellt einen neuen Vorschlag und vergibt seine Stimmen an die anderen Vorschläge. Überprüfung der Stimmabgabe und addieren der Stimmen in der Datenbank. Der neue Vorschlag und die addierten Stimmen stehen nun wieder für die Abfrage eines Kunden bereit. Incatec überprüft den neuen Vorschlag, setzt den Status und gibt ihn zur Wahl frei. Flussdiagramm der allgemeinen Prozesse des Controlling- und Voting-Tools 25 Chemie Chimie Selbstreinigende Beschichtungen für Holz Interdisziplinär / Prof. Dr. Urs von Arx In den asiatischen Religionen gilt die Lotusblume als Symbol der Reinheit. Makellos sauber entfalten sich ihre Blätter aus dem Schlamm der Gewässer. Seit einiger Zeit ist das Phänomen der selbstreinigenden Blätter der Lotusblume erforscht. In verschiedenen Arbeiten an der Abteilung Chemie der HTI in Burgdorf wurden bereits wasser- und ölabweisende Beschichtungen für Textilien entwickelt. In dieser Diplomarbeit soll versucht werden Holzoberflächen mit dem erwähnten Effekt zu versehen. Für selbstreinigende Holzoberflächen sind in der Praxis viele Anwendungen denkbar. Bürgi Thomas 1980 079 745 12 60 [email protected] Seit Jahrtausenden stellt der Mensch verschiedenste Gebrauchsgüter aus Holz her. Dabei sind die Anforderungen an den Werkstoff so unterschiedlich wie dessen Anwendungen. Im Aussenbereich ist der Schutz gegen Feuchtigkeit, Klimaeinflüsse und biotische Schäden gefragt. Im Innenbereich steht eher der ästhetische und hygienische Aspekt im Vordergrund. Bereits Theophilius beschrieb 1000 n. Chr. in seinem Buch “Schedula Diversarium Artium” detailliert die Herstellung von Beschichtungsstoffen für Holz. So gibt es heute Tausende von Lacken um Holzwerkstoffe zu schützen. Ziel dieser Diplomarbeit ist es selbstreinigende Beschichtungen auf Holzoberflächen zu erzeugen. Von selbstreinigenden Oberflächen spricht man, wenn Schmutzpartikel an einem abrollenden Wassertropfen anhaften und mitgeführt werden. Die Kontaktfläche des Wassertropfens mit der Oberfläche muss hierbei möglichst minimal sein, damit der Tropf bereits bei geringen Neigungswinkeln abperlt. zur Hydrophobierung von textilen Oberflächen durchgeführt. Durch den Einbau von funktionellen Monomeren mit C18-Kohlenwasserstoffketten werden hydrophobe (wasserabweisende) Beschichtungen erhalten. Beim Einbringen fluorierter funktioneller Monomere werden die Beschichtungen zudem oleophob (ölabweisend). Durch zusätzliches Einarbeiten von Nanopartikeln können polymere 26 In der Diplomarbeit werden verschiedene Monomere und Nanopartikel auf ihre Anwendbarkeit an Holzwerkstoffen getestet. REM-Aufnahme einer beschichteten Holzoberfläche im Mikrometerbreich Als Vorbild dient die Lotusblume (Nelumbo nucifera). Es ist bekannt, dass eine Mikrostruktur und eine überlagerte Nanostruktur für den Effekt der Selbstreinigung verantwortlich sind. An der Abteilung Chemie der HTI in Burgdorf wurden bereits Versuche Filme erhalten werden, welche der Nanostruktur der Lotusblume ähnlich sind. Da es auch einer Mikrostruktur auf der Oberfläche bedarf, um die gewünschten Selbstreinigungseffekte zu erhalten, sollen die holzeigenen Strukturen mit einbezogen werden. Unbehandelte Holzfassade Herstellung und Analyse von Kakaoextrakten Organische Chemie, Analytische Chemie / Prof. Dr. Urs von Arx / Mibelle Cosmetics AG Chemie Chimie Schokolade macht glücklich! Dies ist nicht nur sprichwörtlich zu verstehen, sondern kann auch wissenschaftlich mit verschiedenen physiologisch aktiven Inhaltsstoffen im Kakao erklärt werden. Bei einer der Substanzen handelt es sich um Anandamid, eine mehrfach ungesättigte Fettsäure. Im Körper löst diese Substanz Wohlbefinden und Glücksgefühle aus. Anandamid konnte in Schokolade wie auch in Kakaobohnen nachgewiesen werden. Durch Extraktion von Anandamid aus Kakaobohnen entstehen für die kosmetische Industrie wertvolle Extrakte. Ein Naturprodukt, welches einen grossen Bekanntheitsgrad hat, sehr beliebt ist und zugleich kosmetisch wertvolle Inhaltsstoffe aufweist, ist Kakao, das Ausgangsprodukt für Schokolade. per, wie das in der Cannabispflanze enthaltene Tetrahydrocannabinol (THC). Anandamid kann somit als cannabinoider Wirkstoff beim Menschen Wohlbefinden und Glücksgefühle auslösen. Studien belegen, dass in der Haut die notwendigen Eine physiologisch positiv wirkende ß-Endorphinrezeptoren vorhanden Substanz ist Anandamid. Es han- sind. Bei perkutaner Anwendung delt sich dabei um eine mehrfach könnten die genannten positiven ungesättigte Fettsäure. Wie bei al- Effekte durchaus hervorgerufen len ungesättigten Fettsäuren, weist werden. auch Anandamid einen langen Alkenrest auf, der das Molekül apolar Das Ziel dieser Arbeit besteht darin, macht. Da Anandamid im mensch- das Anandamid in möglichst hoher lichen Körper gebildet werden kann, Konzentration aus den Kakaobohhandelt es sich um eine endogene nen zu extrahieren. Dabei ist zu beSubstanz. Sie kann vorwiegend im achten, dass für die Extraktion nur Zentralnervensystem (ZNS) nach- Lösungsmittel eingesetzt werden, gewiesen werden. Dabei bindet sie welche in der Weiterverarbeitung an die gleichen Rezeptoren im Kör- zu Kosmetika unbedenklich sind. Eine weitere Herausforderung stellt die quantitative Analyse des extrahierten Anandamids dar. Die Auftrennung erfolgt mittels High Performance Liquid Chromatography (HPLC), wobei zuerst eine entsprechende Methode entwickelt werden muss. Detektiert wird das Anandamid anschliessend mittels UV-Spektroskopie. Enderli Patrick 1980 076 516 65 97 [email protected] Für die optimierte Extraktion soll ein “Scale-up” durchgeführt werden, damit die Extraktion auch grosstechnisch angewandt werden kann. Die Kosten für Anschaffung und Betrieb einer Extraktionsanlage, sollen in einer Kosten- / Nutzenrechnung ermittelt werden. Homogenisierung des Kakaos (links), 3D-UV-Spektrum von Anandamid (rechts) mit dessen Strukturformel 27 Chemie Chimie Beschichten von Bohrern mit Metallen Physikalische Chemie / Prof. Dr. Ruth Weber / Microcut Switzerland Die Firma Microcut Switzerland bietet Standardmaschinen und kundenspezifische Lösungen für die Bearbeitung von kleinen Bohrungen mit einem Durchmesser unterhalb 1,5 mm an. Die Nachbearbeitung der Bohrungen erfolgt unter anderem durch Läppen. Als Läppwerkzeuge werden Stahlstäbe und als Abrasiv wird eine Diamantsuspension verwendet. Diese Stahlwerkzeuge zeigen die beste Performance bei der Bearbeitung von harten Materialien wie Keramik und Hartmetall. Für weichere Materialien wurden in dieser Diplomarbeit Bohrer beschichtet. Durch den kontrollierten Auftrag einer Metallschicht soll der Bohrerdurchmesser regulierbar werden. Langenegger Mathias 1980 079 243 65 79 [email protected] Die Bearbeitungsverfahren für kleinste Bohrungen zur besseren Einhaltung geforderter Toleranzen (Form, Lage, Mass etc.) sowie der Oberflächengüte im Submikrometerbereich sind wenig bekannt. Während sich in den letzten Jahren beim eigentlichen Bohren viel getan hat (Laser, Ultraschall, Funkenerosion, Mikrowellen, Tiefätzverfahren) sind die Varianten bei der Nachbearbeitung rar geblieben. Dies trotz des allgemeinen Miniaturisierungstrends und sich überdurchschnittlich entwickelnder Märkte wie der Fiberoptik oder der Medizintechnik, in welchen der Bedarf an hochpräzisen Kleinstbohrungen unter 1,5 mm Bohrungsdurchmesser stetig steigt. Mit den konventionellen Verfahren zur Bohrungserstellung lassen sich die hohen geforderten Bohrungsqualitäten in diesen Hochtechnologiebereichen häufig nicht erzielen, so dass eine Nachbearbeitung des Werkstückrohlings notwendig wird. von aus, dass sich die Diamanten so nicht ins Werkstück einlagern. Dadurch wird eine Verbesserung hinsichtlich Verschleiss an Material und Polierfähigkeit der Bohrung erreicht. Dazu werden diverse Metalle chemisch oder elektrochemisch auf den Draht abgeschieden. Für eine möglichst flexible Verwendung der Läppdrähte soll es möglich sein, die Schichtdicke nach dem Einsatz in der Nachbearbeitung noch einmal zu verändern. Dies kann sowohl durch weiteres Auftragen als auch durch Ablösen der Metall- schicht erreicht werden. Bei beiden Prozessen muss die Variation der Schichtdicke innerhalb eines Mikrometers möglich sein. Da in der Praxis konische oder zylindrische Läppdrähte Anwendung finden, soll versucht werden zylindrische Drähte, durch die Beschichtung in konische zu überführen. Dazu wird ein Teil der aufgetragenen Beschichtung wieder entfernt oder die Drähte werden vor der Beschichtung, elektrochemisch in die gewünschte Form gebracht. Das Problem der Nachbearbeitung von weicherem Material, mit der von der Firma Microcut angewandten Technik, liegt in der Diamantsuspension. Die Diamanten lagern sich in das zu bearbeitende Werkstück ein, was ein erhöhter Verschleiss zur Folge hat. Ziel dieser Diplomarbeit ist es die Läppdrähte mit einem, im Vergleich zum Werkstück, weicheren Material zu beschichten. Man geht da28 Apparatur zur Beschichtung der Bohrer Chemische Aktivierung von B-Lit Zement Chemie Chimie Interdisziplinär / Prof. Dr. Daniel Christen / CEMEX Wird Zementklinker bei tieferen Temperaturen als konventioneller Klinker hergestellt, so wird beim Herstellungsprozess weniger Energie aufgewendet und der CO2-Ausstoss verringert sich. Der geringere CO2-Ausstoss resultiert einerseits aus dem geringeren Brennstoffverbrauch und andererseits aus der unterschiedlichen Zusammensetzung des Zementklinkers. Dieser bei tieferen Temperaturen hergestellte Zement (B-Lit Zement) zeigt aber bei der Hydratation keine oder nur ungenügende Festigkeit. Möglicherweise können solche B-Lit Zemente mit entsprechenden Zusatzstoffen aktiviert werden. Die Herstellung von B-Lit Zementklinkern, so genannten C2S-Phasen, erfordert einen geringeren Anteil an Kalkstein und tiefere Brenntemperaturen. Der CO2-Ausstoss kann bei der Herstellung von B-Lit Zementklinker reduziert werden, indem weniger CO2 aus den chemischen Vorgängen bei der Klinkerproduktion und der Beheizung der Klinkeröfen anfällt. Ein aus B-Lit Klinker hergestellter Zement erreicht nach langer Zeit fast dieselbe Festigkeit wie konventionelle Zemente, so genannten C3S-Phasen. B-Lit Zemente zeigen aber keine oder nur eine sehr schlechte Frühfestigkeit, was eine praktische Anwendung solcher Zemente aus wirtschaftlichen und technischen Gründen verunmöglicht. Aus ökologischer und ökono- ESEM-Aufnahme von Zement mischer Sicht wäre aber gerade die Anwendung von B-Lit Zementen wegen des tieferen CO2-Austosses und des geringeren Brennstoffbedarfs wünschenswert. Im Rahmen dieser Arbeit wird zuerst eine grosse Anzahl von Zusatzstoffen auf ihre Wirksamkeit geprüft. Um den Einfluss der Zusätze auf die Reaktionsgeschwindigkeit des Zements zu analysieren, werden Proben während der Hydratation kalorimetrisch untersucht. Von jeder Probe wird die Druckfestigkeit gemessen, um Aufschluss über die Wirkung der Zusatzstoffe zu erhalten. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen eine Auswahl geeigneter Zusatzstoffe ermöglichen. Mit ausgewählten Zusatzstoffen werden die Entwicklung der Festigkeit und die Wärmeentwicklung während der Hydratation kalorimetrisch über eine längere Dauer beobachtet. Zudem wird eine Charakterisierung der Zementsysteme mittels einer spektroskopischen Methode versucht. Röntgenbeugung (XRD) liefert Angaben über die Zusammensetzung der Proben. Environmental Scanning Electron Microscope (ESEM) gibt Aufschluss über die Verteilung und die Form, in welcher die einzelnen Komponenten im Zementleim vorliegen. Schorer Andreas 1979 079 651 67 27 [email protected] XRD-Spektrum von Zement 29 Chemie Chimie Eluatverhalten von KVA-Schlacke Interdisziplinär / Prof. Dr. Daniel Christen / BUWAL In der Schweiz fallen jährlich rund 600’000 Tonnen Kehrichtschlacke aus Kehrichtverbrennungsanlagen (KVA) an. Die Schlacke bestehend aus Filterstaub, Rückständen aus der Rauchgaswäsche und nicht verbrennbaren anorganischen Anteilen muss auf speziellen Reaktordeponien abgelagert werden. Die geochemische Zusammensetzung dieser Schlacken ist hinreichend bekannt, jedoch fehlen Erkenntnisse bezüglich des Auslaugverhaltens in der Umwelt. Um dieses Verhalten zu analysieren, gibt es drei bedeutende Methoden. Die verschiedenen Methoden sollen bezüglich ihrer Eignung für die technischen Verordnung über Abfälle (TVA) verglichen werden. Stauffer Marc Raphael 1980 076 488 62 66 [email protected] 30 Um das Auslaugverhalten von KVASchlacken zu simulieren, werden verschiedene Tests eingesetzt. Die se so genannten Eluattests modellieren zum Beispiel den Einfluss von saurem Regen auf die Schlacken. Es ist von Interesse, welche verschiedenen Metalle in der Wasserfassung einer Reaktordeponie anfallen. Um für die anstehende Revision der TVA den bestmöglichen Test zu evaluieren, werden drei Methoden verglichen. Die drei Methoden sind der Altlastentest, der Strasbourgtest sowie der bestehende TVA-Test. Diese sollen aufgrund verschiedener analytischer wie statistischer Kenngrössen miteinander verglichen werden (Robustheit, Wiederfindung, Fehlerabschätzung, Nachweisgrenzen, t-Test usw.). Zudem sind Kriterien der Sicherheit und des Umweltschutzes, des apparativen Aufwandes sowie Arbeitsaufwand und Kosten zu beurteilen. Die repräsentative Probenahme stellt eine zusätzliche Aufgabe dar, ist doch die KVA-Schlacke sehr inhomogen. Im Labor muss mittels Röntgenfluoreszenzanalyse (XRF) die Zusammensetzung der homogenisierten Schlacke bestimmt werden. Dadurch erhält man die Informa tion, welche Metalle später in den Eluaten grundsätzlich zu erwarten sind. Gleichzeitig kann mit Siebversuchen und XRF die Verteilung der Metalle in den verschiedenen Korngrössenfraktionen bestimmt werden. Die Tests sind allesamt so aufgebaut, dass sie in relativ kurzfristigen Zeiträumen eine Aussage über das Langzeitverhalten der Reststoffe machen können. So simuliert der Strasbourgtest das Auslaugverhalten durch eine hohe Temperatur, der TVA-Test durch Versetzung mit CO2-gesättigtem Wasser und der Altlastentest durch Eluierung mit O2freiem Wasser über mehrere Tage. Die Eluate sind bezüglich ihres Metallgehaltes mittels Atomabsorp tionsspektroskopie sowie bezüglich ihrer Alkaliniät zu untersuchen. Dadurch lassen sich die oben genannten Kriterien beurteilen. Unbehandelte Schlacke aus einer KVA Atomabsorptionsspektrometer (AAS) zur Bestimmung der Metallgehalte Anwendung der Olefinmetathese bei Alkylresorcinolen Chemie Chimie Organische Chemie / Prof. Dr. Franz Baumberger Alkylresorcinole sind chemische Verbindungen, die in der Natur vor allem in Bakterien und Getreide vorkommen, wobei Roggen einen sehr hohen Anteil hat. Die Struktur besteht aus einem Benzenring mit zwei Hydroxygruppen und einem langen Kohlenwasserstoffrest. Alkylresorcinole sind sowohl wasser-, als auch fettlöslich und können daher in die Zellmembran einer Körperzelle eingebaut werden. Für die Immuntherapie sind die klinischen Forscher auf der Suche nach Alkylresorcinolen mit endständig funktionalisierter Seitenkette. In der vorliegenden Arbeit wurde die Funktionalisierung der Seitenkette mit Hilfe der Olefinmetathese untersucht. In der Natur kommen Alkylresorcinole in Bakterien und Getreide vor, wobei Roggen den höchsten Anteil aufweist. Die Struktur dieses Moleküls besteht aus einem Benzenring mit zwei Hydroxygruppen und einer langen Kohlenwasserstoffkette, dem Alkylrest. Was diese Moleküle auszeichnet, ist ihr amphiphiler Charakter. Durch die polaren Hydroxygruppen und den apolaren Alkylrest ist dieses Molekül zum einen hydrophil (wasserlöslich) zum anderen lipophil (fettlöslich). Damit haben sie die gleichen Eigenschaften wie die Bausteine der Zellmembrane einer Körperzelle. Diese Eigenschaft verleit den Alkylresorcinolen die Fähigkeit in ihrer natürlichen Form in die Membrane eingebaut zu werden. Durch den Einbau solcher Moleküle in die Zellmembran können Abb.1: Schematische Darstellung einer Zelllyse unterschiedliche Effekte auftreten. Unter anderem kann dies zu einer sogenannten Zelllyse, dem Aufplatzen der Zelle führen, was wiederum das Absterben der Zelle zur Folge hat. Durch die gezielte Modifizierung von Alkylresorcinolen werden diese zu einem potentiellen Wirkstoff in der Krebstherapie. Um diesen Effekt zu verstärken, soll nun eine endständige, polare Gruppe an den Alkylrest angefügt werden, welche in dem apolaren Membraninnenraum eine schwere Störung verursachen kann (Abb. 1). Diverse Synthesemethoden zur Modifizierung des Alkylrests sind bekannt. Ziel dieser Arbeit ist die Einführung einer Carbonsäure mittels der sogenannten Olefinmetathese. Bei der Olefinmetathese handelt es sich um eine relativ neue Synthesemethode, deren Er- finder kürzlich mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurden. Dabei werden zwei Olefine, d.h. Kohlenwasserstoffe mit Doppelbindung, mit Hilfe eines organischen RutheniumKatalysators miteinander gekoppelt (Abb. 2). Als erstes verbindet sich der Rutheniumkatalysator mit dem einen Olefin und bildet ein Zwischenprodukt. Dieses Zwischenprodukt reagiert anschliessend mit dem zweiten Olefin, wodurch eine neue C-C Doppelbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Molekül entsteht. Das Bemerkenswerte dieses Verfahrens ist, dass andere funktionelle Gruppen den Katalysator nur gering stören. Bei mehrfach ungesättigten Olefinen besteht die Schwierigkeit darin, die beiden gewünschten Doppelbindungen zur Reaktion zu bringen, ohne zu viele Nebenprodukte zu erhalten. Sturzenegger Philippe 1981 079 234 76 69 [email protected] Abb.2: Bruttoreaktion der Olefinmetathese 31 Chemie Chimie Synthese eines 5-ASA-Metaboliten als Referenz Organische Chemie / Prof. Dr. Franz Baumberger 5-ASA wird als Entzündungshemmer vorwiegend bei Darmerkrankungen eingesetzt. Dabei wird die Substanz unter anderem zum Benzimidazol-Metaboliten umgebaut. Diesen Benzimidazol-Metaboliten gilt es zu synthetisieren. Die Synthese des 5-ASA-Metaboliten durch T. Hofmann ergab lediglich eine sehr geringe Gesamtausbeute. Der Grund für die schlechte Ausbeute lag hauptsächlich in der geringen Kopplungsrate von 5-Amino-2-methoxybenzoesäuremethylester und 2-Chlor-6-methoxy-3-nitrobenzoesäuremethylester. Zudem lieferte die Synthese des Chloreduktes nur eine geringe Ausbeute. Ziel dieser Arbeit ist die Optimierung des Kopplungsschrittes und Verbesserung der Ausbeute an Chloredukt. Weber Stefan 1981 031 911 85 00 [email protected] 5-Aminosalicylsäure wird in der Medizin als Entzündungshemmer vorwiegend zur Heilung von Darmerkrankungen eingesetzt. Jensen et al. fand heraus, dass 5-Aminosalicylsäure im Körper unter anderem zu 1-(3-Carboxy-4-hydroxyphenyl)7-carboxy-6-hydroxybenzimidazol metabolisiert wird. Dieses Benzimidazol ist nur in geringem Masse auf natürlichem Wege zu gewinnen, deshalb soll diese Substanz im Grammbereich als Referenzstandard zu Analysezwecken synthetisiert werden. Andererseits besteht die Möglichkeit, dass diese Substanz eine medizinische Anwendbarkeit zur Behandlung von Darmerkrankungen darstellt. Synthese des Benzimidazol-Metaboliten In einer Arbeit von T. Hofmann konnte das Benzimidazol durch die Kopplung von 5-Amino-2-methoxy-benzoesäuremethylester mit 2-Chlor-6-methoxy-3-nitro-benzoesäuremethylester und weiteren Syntheseschritte erfolgreich synthetisiert werden. Jedoch erfolgte die Kopplung zum geschützten Kopplungsprodukt nur mit einer Ausbeute von 10-20 %. Zudem 32 wurde Produkt mit teilweise ent- sterisch gehinderten Edukten oder schützten Seitengruppen isoliert. auch Edukten mit empfindlichen Nitro- oder Carbonsäureestern mit guten Ausbeuten möglich. Diese Buchwald-Hartwig C-NKopplung soll auf das gegebene Kopplungsproblem appliziert werden. Die Umsetzung der Kopplung und die weiteren Syntheseschritte werden mit TLC und LC-MS überwacht, wobei zuvor eine geeignete GradiBuchwald-Hartwig-Kreuzkopplung entenmethode entwickelt werden muss. Die Strukturbestätigung der Produkte erfolgt durch NMR-, soZiel dieser Arbeit ist die Optimierung wie IR-Spektroskopie. des Kopplungsschrittes, wobei die Ausbeute signifikant höher ausfal- Des Weiteren fällt die Ausbeute des len sollte. Das Kopplungsprodukt Chloreduktes durch den Oxidatiwird dann in weiteren Schritten zum onsschritt von 1-Chlor-3-methoBenzimidazol umgesetzt. Durch J. xy-2-methylbenzen in einem zweiHartwig et al. und S. Buchwald et al. phasigen Reaktionsgemisch sehr wurden unter anderem organome- gering aus. Mittels regioselektiver tallische Kopplungsreaktionen von Funktionalisierung von 6-Chlor-2Arylaminen und Arylhalogeniden Fluorbenzoesäure durch ein Hymittels Palladiumkatalysatoren mit droxid-Ion ist die Herstellung von einer Vielzahl von Phosphinligan- 6-Chlorsalicylsäure (ungeschütztes den untersucht. Gemäss der Li- Chloredukt) gemäss dem Patent mit teratur ist mit diesem Katalysator- einer Ausbeute von 72 % möglich, system selbst eine Kopplung von wodurch die Kosten zur Herstellung des Chloreduktes beträchtlich gesenkt werden könnten. 1H-NMR vom C-N-Kopplungsprodukt Maschinensicherheit mit PROFIsafe Elektro- und Kommunikationstechnik Automatisierung / Prof. Max Felser Die Grundlage zur Realisierung von Personenschutz basierend auf programmierbar elektronischer Technologie liefert die neue Norm IEC/EN 61508 im Zusammenhang mit funktionaler Sicherheit. Im Rahmen des PROFIBUS-Kompetenzzentrums in Burgdorf wird ein Demonstrator mit PROFIsafeSchutztechnik aufgebaut. Dieser beinhaltet eine fehlersichere SPS (CPU 315-F), dezentrale fehlersichere I/O-Module und einen fehlersicheren Motorstarter (ET 200 S-Familie). Zudem wird durch einen Sicherheits-Lichtvorhang und einen Laserscanner der Personenschutz bei einem gefahrbringenden Antrieb gewährleistet. Die Demonstrationsanlage zeigt diverse Komponenten zur Realisierung von Maschinensicherheit auf kleinstem Raum. Wie auf der Abbildung zu sehen ist, sind alle Komponenten auf einem mobilen 19-ZollGestell aufgebaut. Die Kommunikation zwischen der Steuerung und der dezentralen Peripherie geschieht über den PROFIBUS mit dem fehlersicheren Protokoll PROFIsafe. Alle Steuerungs-Apparate sind bis zur Sicherheitskategorie 4 nach EN 954-1 oder nach der neuen Norm IEC / EN 61508 bis zum SicherheitsIntegritäts-Level SIL 3 zugelassen. In dieser Kategorie wird bei einer Risikoanalyse der Maschine von folgenden vereinfachten Punkten ausgegangen : Der Antrieb wird über die Stoppund Start-Tasten bedient. Die Reset-Taste integriert die Bus-Module in den Sicherheitsbetrieb und setzt die Anlage nach einer Störung oder nach einem ausserordentlichen Stopp wieder in den Ausgangszustand. Über das Bedien-Panel werden die einzelnen Störungen ausgegeben, zudem können einzelne Parameter umgestellt werden. Der Anlagestatus wird ausserdem mittels Signalsäule über vier verschiedenfarbige Lampen angezeigt. Aeschlimann Thomas 1979 079 287 97 11 [email protected] Der Lichtvorhang erkennt das Eindringen von (Körper-)Teilen ab 30mm in den Gefahrenbereich und stoppt die Anlage sofort. Auf der Rückseite des Gestells ist am Boden ein Warn- und ein Schutzbereich markiert. Sobald der Warnbereich betreten wird, stellt der Laserscanner dies fest. Dadurch zeigt die Signalsäule die entsprechende Warnung an. Wird die Schutzzone verletzt, schaltet die Maschine sofort ab. 1. Das Ausmass des möglichen Schadens ist eine schwere Verletzung von Personen einschliesslich Tod. 2. Die Gefährdungsexposition erfolgt häufig. 3. Die Möglichkeit zur Vermeidung der Gefährdung ist gering. Demonstrator Maschinensicherheit mit PROFIsafe 33 Elektro- und Kommunikationstechnik Fingerprint Sensor Qualifikations System Mikro Elektronik / Prof. Dr. Marcel Jacomet Die sogenannten “Sweep Fingerprint” Sensoren beginnen den Markt zu erobern. Sie sind klein und dadurch günstiger als die Fingerprint Flächen-Sensoren. Da Sweep Fingerprint Sensoren jedoch nur einen Bruchteil der Fingerfläche auf einmal einlesen können, müssen die Bild-Daten verarbeitet und zu einem Komplettbild zusammengesetzt werden. Eine fehlerfreie Bildrekonstruktion ist der Schlüssel zu einem qualitativ hochstehenden Fingerabdruck-Erkennungssystem. Die Rekonstruktion des Fingerabdruckes aus den Sensordaten ist die Hauptaufgabe dieser Diplomarbeit. Ambühl Adrian 1978 079 361 01 00 [email protected] 34 Niemand hinterlegt gerne seine biometrische Daten. Dies besonders deshalb, da man nie sicher weiss, was später mit den persönlichen Daten alles geschehen könnte. Das am MicroLab entwickelte biometrische Zutrittssystem berücksichtigt diese Verbreitungsängste von persönlichen biometrischen Merkmalen und liest, speichert und verarbeitet deshalb Fingerabdrücke auf einer persönlichen, kreditkartengrossen Einheit, ohne dass die biometrische Daten diese Karte je verlassen können. Um eine sichere Personen-Authentifizierung zu rea lisieren, kommuniziert die Karte über lichtempfindliche Sensoren mit dem Computer-Bildschirm und berechnet aus den so erhaltenen verschlüsselten Daten ein Passwort, mit welchem der Benutzer den Zutritt in einen gesicherten Computer-Bereich erhält, sofern die Karte seinen Fingerabdruck korrekt identifiziert hat. Die Kartenelektronik enthält einen Sweep Fingerprint Sensor. Wird ein Finger über den Sensor gefahren, so wird jede Millisekunde ein schma ler Streifen des Fingers vom Sensor gelesen. Diese überlappenden Bildstreifen müssen nun mit einer geeigneten Bild-RekonstruktionsMethode zu einem Komplettbild zusammengesetzt werden. In einem ersten Schritt werden dabei die einzelnen Bildstreifen mit einer geeigneten Methode korreliert und die Geschwindigkeit, mit welcher der Finger über den Sensor fährt, geschätzt. Algorithmen für die Fingerprint-Erkennung benötigen qualitativ hochstehende Fingerabdrücke, um sichere Authentifizierungen zu erzeugen. Bedingt durch die sehr schmalen Fingerprint Sensoren und die Variationen in der Geschwindigkeit, entstehen Bildverzerrungen welche die Qualität der Authentifizierung negativ beeinflussen. Um den Einfluss der Bild-Rekonstruktion auf die Qualität der Authentifizierung zu quantifizieren, wurden in dieser Arbeit verschiedene Bild-Rekonstruktions-Methoden in Matlab realisiert und mit Test-Programmen der Einfluss verschiedener Parameter untersucht. Bildstreifen Geschwindigkeits-Profil Rekonstruierter Fingerabdruck Unter Strom stehen... ...nicht nur unsere SolarMax-Wechselrichter sondern auch unsere Mitarbeiter. Sputnik Engineering AG – 1991 von ehemaligen Assistenten der Ingenieurschule Biel gegründet – verschrieb sich der Entwicklung von Solarstrom-Wechselrichtern. Heute zählt das Bieler Unternehmen mit seinen SolarMax-Geräten zu den Top 3 auf dem europäischen Markt der netzgekoppelten Photovoltaik-Wechselrichter. Der Erfolg von Sputnik Engineering basiert auf 3 Unternehmensgrundsätzen: CLEVER: Die Technologie der erneuerbaren Energien mit intelligenten und einfachsten Lösungen weiter zu entwickeln. KRAFTVOLL: Durch unternehmerisches, diszipliniertes Handeln die Unabhängigkeit der Firma und ihrer Stärken zu fördern. ÜBERZEUGEND: Durch Übernahme von Verantwortung Vertrauen in die Firma und ihre Kompetenzen schaffen und Probleme als Chancen für neue Lösungen betrachten. Sputnik Engineering AG Höheweg 85 · 2502 Biel Switzerland Tel. + 41 (0)32 346 56 00 Fax + 41 (0)32 346 56 09 [email protected] www.solarmax.com www.solarmax.com Elektro- und Kommunikationstechnik Charakterisierung von HF-Transistoren HF-Technik / Prof. Fritz Dellsperger Die Simulatoren für Schaltungsaufbauten werden immer besser. Die Genauigkeit der Simulation wird durch die Genauigkeit der Modelle bestimmt. Für die Modellbildung von Kleinsignaltransistoren bis in hohe Frequenzen benutzt man den Netzwerk-Analysator. Bei der Messung werden die Transistoren auf einer Test-Fixierung befestigt. Um die Eigenschaften direkt ab den Transistor-Pins erfassen zu können, sind drei verschiedene Methoden gebräuchlich : Kalibrierung mit der SOLT- und TRL-Methode auf die Transistor-Pins. De-Embedding kalibriert auf die Anschlüsse der Test-Fixierung. Mit einer Modellierung der Fixierung kann man dann die richtigen Daten errechnen. Ziel dieser Diplomarbeit ist das Dokumentieren der Genauigkeiten von der SOLT-, TRL- und De-EmbeddingMethode. Baur Andreas Alexander 1982 076 342 66 99 [email protected] 36 Einleitung Früher packten die Hersteller ihre Schaltungen in Gehäuse, welche mit koaxialen Anschlüssen versehen waren. Mit dieser Art war die Messung der Elemente einfach, weil man sie direkt an den Netzwerk-Analysator anschliessen konnte. Mit der Zeit stiegen jedoch die Anforderungen an die Bauteile. Die Integration wurde immer höher, der Energiekonsum stetig kleiner und die Kosten reduzierten sich konstant. Deshalb kam man von den teuren Koaxial-Anschlüssen weg. Dies führte zunehmend in die Surface-Mount-Technology (SMT), wo die IC’s auf den Print einer TestFixierung gelötet werden müssen. Dadurch entstehen nun Probleme bei der Messung, weil die auf dem Netzwerk-Analysator kalibrierte Messebene bei den koaxialen Anschlüssen liegt. Gewünscht sind jedoch die Messdaten von den Pins des Bauelementes an (Siehe Abbildung). Für diese Vorgaben wurden verschiedene Messverfahren entwickelt. Diese kann man in zwei grundsätzliche Kategorien einteilen : “Direct-Measurement” und “De-Embedding”. Direct Measurement “Direct-Measurement” verschiebt die Messebene auf die Transistorpins. Für diesen Vorgang sind zwei Methoden gebräuchlich. Nämlich SOLT und TRL. SOLT steht für Short, Open, Load und Thru. Dies sind Eichnormale, welche den Leitungen auf dem Print zwischen Koax-Anschluss und Element-Pin entsprechen. Der einzige Unterschied der Normalen zeigt sich in deren Abschlüssen. Open ist eine Leitung, welche nicht abgeschlossen, also offen ist. Short ist das Gegenteil : Eine kurzgeschlossene Leitung. Load dagegen ist ein 50ΩAbschluss. Der Thru entspricht zwei am Ende miteinander verbundenen Leitungsstücken. TRL ist ein ähnliches Verfahren, arbeitet aber mit anderen Eichstandards : Thru, Reflect Line. Thru bleibt gleich, Reflect kann ein Open oder Short sein. Line ist eine Leitung, länger als bei Thru. Mit diesen Normalen kalibriert man die Mess-Ebene auf die Pins des Elementes. Der Vorteil dieser Methoden ist, dass man die genauen Eigenschaften der Leitungen nicht kennen muss. Der Unterschied zwischen SOLT und TRL ist der, dass die zu messende Bandbreite bei TRL beschränkt ist. De-Embedding Dieses Verfahren benötigt eine Modellierung der Leitungen auf dem Print. Die Messebene ist bei den koaxialen Steckern. Durch die Kenntnis der Leitungseigenschaften kann man mit Hilfe von externen Programmen oder durch Messungen die wahren Element-Eigenschaften herausrechnen. Die Aufgabenstellung dieser Dip lomarbeit bezieht sich auf des Beschreiben dieser drei Messvarianten und das Dokumentieren ihrer Genauigkeit. Test-Fixierung mit koaxialen Anschlüssen und auf Print gelötetes IC Optische xDSL-Übertragung Elektro- und Kommunikationstechnik Telekommunikation / Prof. M. Tripet / Keymile Erwähnt heutzutage jemand in der Politlandschaft Schweiz den Begriff der “letzten Meile”, ist allen klar, es geht um die Liberalisierung. Aus Sicht der Technik hingegen interessiert mehr der Fortschritt durch technologische Erneuerungen – und der war in den letzten Jahren enorm gross ! Die Breitbandtechnologie hat sich in der letzten Meile längst etabliert und eröffnet den Endbenutzern, dank den grösseren Übertragungsraten, eine Vielzahl neuer Anwendungen, gerade auch im Bereich Internet. Ursprünglich wurde die Breitbandtechnologie spezifisch für herkömmliche Kupferleitungen entwickelt. Nun soll jedoch auch eine optische Übertragung mit Lichtwellenleiter ermöglicht werden. Ausgangslage Die Firma Keymile (unser Auftraggeber) gilt als führender Lieferant für Zugangsnetz-Ausrüstungen im Bereich der letzten Meile in Europa. Keymile hat die Aufgabenstellung formuliert, ein Gerät zu entwickeln, welches ein SHDSL-Signal über eine gewisse Distanz optisch übertragen kann. SHDSL steht für Symmetric High Bit Rate Digital Subscriber Line und bezeichnet eine symmetrische Breitbandtechnologie. Symmetrisch bedeutet, dass Down load- und Uploadrate gleich gross sind. Verwendet wird SHDSL für Anwendungen wie zum Beispiel Videokonferenzen und gewinnt somit bei industriellen Kunden immer mehr an Bedeutung. Weshalb optisch übertragen ? Obwohl Breitbandsignale, wie SHDSL, eigentlich für Kupferkabel entwickelt wurden, begründen folgende Argumente, weshalb eine optische Übertragung durchaus sinnvoll ist. Verlaufen Kupfer-Datenübertra gungsleitungen entlang von Bahnstrecken, kann die elektromagnetische Emission der BahnHochspannungsleitungen Störungen verursachen. Lichtsignale hingegen sind unempfindlich gegen elektromagnetische Emission. Die erhebliche Vergrösserung der Reichweite mit einer optischen Strecke ist ein weiterer Vorteil. Es bestünde die Möglichkeit, mit diversen markterhältlichen Geräten die optische Übertragung zu realisieren. Dies jedoch nicht transparent, d.h. das SHDSL-Signal müsste mit Hilfe eines Modems zuerst in ein komplett anderes Signal (z.B. E1) umgewandelt und anschliessend optisch übertragen werden. Somit wäre die optische Übertragung als Ganzes ein Fremdkörper im SHDSL-Netz. Produkt Die entwickelte Hard- und Software überträgt das SHDSL-Signal voll transparent. Das SHDSL-Modem bemerkt die optische Teilstrecke nicht. Das Funktionsprinzip basiert sendeseitig auf einer Analog-Digital-Wandlung mit anschliessender softwaremässiger Anpassung des Signals für die optische Übertragung. Auf der Empfangsseite erfolgen vom Prinzip her die inversen Prozesse. Nach der optisch-elektrischen Wandlung und der softwaremässigen Regenerierung wird das Signal digital-analog gewandelt, bevor es als SHDSL-Signal wieder elektrisch ausgegeben wird. Als Steuereinheit für die Hardware dient ein programmierbarer Logikbaustein, ein CPLD (Complex Programmable Logic Device). Sowohl Sende- als auch Empfangsfunktion sind im Gerät implementiert, da der Datenfluss bidirektional ist. Einbindung der optischen Teilstrecke im SHDSL-Netz Bertschy Marc 1979 078 743 97 05 [email protected] Siegenthaler Markus 1982 076 531 93 08 [email protected] 37 Elektro- und Kommunikationstechnik PEM-Scoot – Entwicklung der Steuerelektronik Energietechnik, Industrieelektronik / Prof. Michael Höckel, Prof. Dr. Andrea Vezzini Die zukünftige Verknappung von Erdöl zwingt die Menschheit nach alternativen Energieträgern zu suchen. Der in der PEM-Brennstoffzelle verwendete Wasserstoff stellt eine derartige Alternative dar. Eine solche Brennstoffzelle ist das Herzstück des Elektrofahrzeugs PEM-Scoot. Dieser Roller ermöglicht den Transport von zwei Personen, ohne schädliche Abgase zu produzieren. Seine Entwicklung ist ein gemeinsames Projekt der verschiedenen Forschungsgebiete Automation, Industrieelektronik und Energietechnik. Das Entwicklungsteam setzt sich aus vier Diplomanden zusammen, wobei jeder ein klar abgegrenztes Teilprojekt realisiert. Bhend Michael Der PEM-Scoot ist ein umgebauter Elektroscooter vom Typ Scoot’elec der Firma Peugeot, wobei die Batterien durch ein PEM-Brennstoffzellensystem (Polymer Elektrolyt Membran) ersetzt werden. Das Antriebssystem (Motorsteuerung und Fahrmotor) wird beibehalten. 1981 078 760 09 66 [email protected] 38 Der Controller mit der Steuerelek tronik erfüllt folgende Aufgaben : - Erfassen der Benutzereingaben vom Cockpit - Messen aller benötigten physika lischen Grössen der entsprechen den Teilsysteme - Steuern bzw. Regeln der Betriebsgase, des Kühlwasserkreislaufs und der Leistungselektronik - Notmassnahmen bei Systemstörungen oder Defekten Mit Hilfe vom Monitoring Board lassen sich die einzelnen Zellenspannungen überwachen. Damit können Störungen im Brennstoffzellenstapel rechtzeitig und genau bestimmt werden. Die meisten Sensoren können nicht direkt an den Controller angeschlossen werden, deshalb werden die Signale mit Sensorverstärkern aufbereitet. Um den Aufwand für die Hardware möglichst klein zu halten, wurde auf die Entwicklung von einem Controller Board verzichtet. Stattdessen wird für diesen Fahrzeugprototyp das Demoboard dsPICDEM MC1 von Microchip verwendet, das alle benötigten Schnittstellen und einen genügend leistungsfähigen DSP (Digitaler Signalprozessor) bereitstellt. Brennstoffzellensystem PEM-Scoot Alle erfassten Daten und Systemzustände werden über eine CANSchnittstelle an das Anzeige- und Datenloggersystem weitergeleitet, welches die Daten auf einer SDKarte abspeichert und gleichzeitig die wichtigsten Systemgrössen auf einem Display graphisch anzeigt. Die Beschreibungen der weiteren Teilprojekte des PEM-Scoot befinden sich auf den Seiten 67, 80 und 86 dieses Buches. Hardware Algorithms for Iris Recognition Systems Elektro- und Kommunikationstechnik Microelectronics / Prof. Dr. Marcel Jacomet Iris recognition technology combines computer vision, pattern recognition, statistical inference, and optics. Its purpose is real-time, high confidence recognition of a person’s identity by mathematical analysis of the random patterns that are visible within the iris of an eye. Because the iris is a protected internal organ whose random texture is stable throughout life, it can serve as a kind of living passport. As the randomness of iris patterns has a very high dimensionality, recognition decisions are made with high level of confidence. Objective The aim of our diploma work is to implement an image acquisition system and an iris recognition algorithm on an embedded FPGA system. The development platform is Xilinx’s ML401 Development Board which features a Virtex-4 FPGA and provides a variety of interfaces like USB and RS232 and VGA. Instead of a hardware-implemented processor or microcontroller the board is powered by the Xilinx’s Microblaze softcore processor residing in the FPGA and running at a clock frequency of 100 MHz. Iris recognition algorithm Image acquisition is the very first task when image recognition is performed. The image system is designed around an ordinary webcam which provides a grey scale image with a resolution of 640 x 480 pixels. Once a usable image of the eye is available, the iris recognition algorithm performs the desired filtering and transformations to extract the iris pattern. The result of this multi-step image treatment is a dataset representing the human iris in a binary matrix. Comparing the scanned iris with an iris database allows identifying the person. The filtering functions which are similar to the image transformation algorithms make exhaustive use of multiply and add operations. The algorithm was developed and optimized for workstations running under a 32 bit operation systems and a CPU running at a speed of more than 2 GHz. Our embedded development system is running at a clock speed of more than one decade under today’s ordinary workstations CPUs. Parts of the iris detection algorithm are implemented in hardware to reach execution times comparable to normal computers. Hardware Development The Xilinx System Generator for digital signal processing (DSP) is a plug-in for the Simulink tool which enables designers to develop high-performance DSP systems for FPGAs. The tool provides libraries with configurable filters and mathematical functions which can be synthesized into hardware. Such hardware processing units can be connected via FIFOs to the 32-bit Microblaze RISC processor, allowing the processing of calculation-intensive algorithms with high speed and in parallel with the main RISC processor. Dividing algorithms in control-intensive software parts and processing-intensive hardware parts leads to a so called systemon-chip (SoC) architecture, which shows a superior processing power compared to software-only embedded systems. It has been shown in the literature that for dedicated applications SoC architectures may even outperform PC solutions in processing power. Bonifacio Luca 1982 076 418 55 68 [email protected] Christen Daniel 1981 079 239 62 76 [email protected] 39 Elektro- und Kommunikationstechnik Aktive Lärmunterdrückung mit DSP Digitale Signalverarbeitung / Prof. Dr. Daniel Ch. von Grünigen Nerven Sie sich gerade über den Lärm in Ihrer Umgebung ? Wenn nicht, dann haben Sie sich sicher schon daran gewöhnt… Ansonsten dürften Sie Interesse an der aktiven Lärmunterdrückung haben. Denn diese bekämpft den Lärm mit einer gegenläufigen Schallwelle. Unsere Arbeit zeigt anhand eines Luftansaugrohres, wie sich der Lärm eines Gebläses reduzieren lässt. Die Umsetzung erfolgt mit einem digitalen Signalprozessor, kurz DSP genannt, welcher die in Echtzeit ablaufende Berechnung des Reglers übernimmt. Somit ist das System fähig, rasch auf veränderte Lärmbedingungen zu reagieren. Damit lässt sich der Lärmpegel hörbar reduzieren. Bösch Lukas Christian 1978 079 798 90 66 [email protected] Pauli Stefan Marc Lärm ist Schall, der stört. Lässt sich seine Entstehung nicht verhindern, so müssen Gegenmassnahmen zur Eindämmung ergriffen werden. Meistens greift man dabei auf passive Lärmbekämpfung zurück, wie etwa schalldämmende Matten. Diese zeigen vor allem im oberen Hörbereich eine gute Wirkung. Bei tiefen Frequenzen und überhaupt bei lautstarken Lärmquellen sind Dämmmatten weniger geeignet, da diese den Lärm nicht mehr vollständig schlucken können. In solchen Fällen empfiehlt sich stattdessen eine aktive Lärmunterdrückung. Wie in Abbildung 1 dargestellt, überlagert man dem Lärm akustisch mit einer weiteren Schallwelle. Verläuft diese Schallwelle gegenphasig zum Lärm, so löschen sich die beiden Wellen gegenseitig aus. Ziel der Diplomarbeit ist bei einem Demonstrationsmodell eines Luftansaugrohres den Gebläselärm zu unterdrücken. Dazu simuliert man zuerst das System in Matlab. Danach erfolgt die Implementation des in C geschriebenen Programms auf einem DSP. Das Ergebnis ist in Abbildung 2 dargestellt. Mit dem seitlich am Rohr angebrachten Lautsprecher koppelt man den Antischall ein. Um dort das richtige Signal einspeisen zu können, berechnet ein adaptiver Regler aus den Mikrofonsignalen das Optimum. Dieses ist theoretisch erreicht, wenn das Mikrofon am Rohrausgang keinen Lärm mehr wahrnehmen kann. Da sich in der Praxis das Optimum nie ganz erreichen lässt, nimmt das Mikrofon einen Restlärm wahr. Dieses Signal ändert sich aufgrund der 1982 079 794 37 70 [email protected] Abbildung 1 : Lärmunterdrückung durch Gegenschall Abbildung 2 : Schematischer Aufbau der Lärmunterdrückung 40 veränderten Schallparameter ständig und dient daher als Fehlersignal für den Regler. Dieser setzt den LMS-Algorithmus ein. Die Simulation mit Matlab ergibt eine Lärmdämpfung von ca. 20 dB. Sowohl die Simulation, als auch der Regler benötigen Nachbildungen der verschiedenen Strecken. Dazu eignen sich FIR-Filter. Mit einer Streckenidentifikation bestimmt man die FIR-Filterkoeffizienten so, dass diese die Strecken des Ansaugrohres nachbilden. Dadurch erhält man einen digitalen Filter, welcher die Eigenschaften der Strecke auf einem Rechner nachbildet. Die Steuerung des Modells erfolgt mit einem so genannten graphical user interface, welches in C++ programmiert ist. Dieses WindowsProgramm dient der Ablaufsteuerung und Visualisierung der Daten. Sämtliche Berechnungen für die Lärmunterdrückung werden auf dem DSP durchgeführt. Die Kommunikation zwischen dem Computer und dem DSP erfolgt über die USB-Schnittstelle. DSP-Programmierung mit MATLAB/Simulink Elektro- und Kommunikationstechnik Mechatronik / Prof. Willi Merk MATLAB/Simulink ist ein Produkt der Firma Mathworks für die Simulation von technischen Vorgängen. Ein Simulationsmodell besteht aus einzelnen Funktionsblöcken. Aus dem graphischen Modell besteht die Möglichkeit, Source Code für die Programmierung bestimmter Prozessoren zu generieren. Hardwareerweiterungen erfordern neue Funktionsblöcke, welche die Anwendung aus Simulink in die Programmiersprache übersetzen. Die Arbeit befasst sich in erster Linie mit der Wissensbeschaffung über die Simulink-Umgebung, mit dem Einbinden bestehender Hardware und einer Beispiel-Applikation. Im Rahmen der vorausgegangenen Semesterarbeiten entstand eine Plattform mit analogen und digitalen Ein- und Ausgängen und einem Prozessorsystem der Firma ABB. Die dafür notwendigen Funktionsblöcke für Simulink hat diese Firma selbst geschrieben. Zu dieser Plattform kommt nun ein Prozessorssystem mit einem digitalen Signalprozessor (DSP) hinzu. Der DSP TMS320F2812 der Prozessorfamilie C2000 von Texas Instruments ist in der Industrie weit verbreitet. Er wird in den Gebieten der Automation, digitalen Speisungen, Automobil-Technik und Sensorik eingesetzt. Für diesen DSP gibt es bereits einen Basissatz an Funktionsblöcken für Simulink, jedoch fehlen die Blöcke für die Integration der bestehenden Plattform. Zum einen ist die Problematik zu lösen, wie die vorhandene Hardware mit der C- und VHDL-Programmierung anzusteuern ist. Zum andern steht die Einbindung der Funktionalität in die Simulationsumgebung an. Diese Aufgabe erfordert das Beschaffen von Sachkenntnissen über Simulink und die Code-Generierung, und dokumentiert den Weg zu einem Funktionsblock. Die Funktionsblöcke ermöglichen dem Benutzer, die Anwendung auf eine einfache Art zu realisieren. Im Hintergrund laufen aber mehrere Aufgaben ab, welche einerseits das Verhalten simulieren, die Eingaben prüfen und aus dem Modell den Source-Code generieren. Direkt aus der Simulation des Modells kann optimierter und sicherer Code für die Programmierung der Hardware erzeugt werden. Somit vereinfacht sich der Entwicklungsprozess, da der Anwender keine hardwarenahe Programmierkenntnisse haben muss. Dieser kann sich also direkt auf die zu lösende Aufgabe konzentrieren. Die Ergebnisse dieser Arbeit sollen Anwendern den Einstieg in das komplexe Gebiet von MATLAB/Simulink erleichtern und die Einarbeitungszeit für die Entwicklung von neuen Funktionsblöcken verkürzen. Die Stärke des Tools liegt auf der Hand, die Anwendung hingegen Eine Beispiel-Applikation schliesst scheiterte bisher oft an mangelndie Arbeit ab und zeigt die Stärke den Kenntnissen. Der erste Schritt der Programmierung in Simulink. ist getan und ist von Interessenten Komplexe technische Vorgänge weiter zu verfolgen. sind auf graphischer Ebene einfach darstellbar. Brönnimann Markus 1982 079 388 49 64 [email protected] Gurtner Alex 1981 079 707 60 12 [email protected] Hinter den Funktionsblöcken von Simulink verbirgt sich der Programm-Code. Auf Befehl generiert Simulink aus dem Modell den SourceCode und lädt das Programm in den DSP. 41 Elektro- und Kommunikationstechnik Objektdicken-Messinstrument in der Kinderradiologie Elektronik, Informatik / Prof. Roland Brun, Prof. Elham Firouzi / Kinderspital Bern Strahlenschutz in der Medizin bedeutet : Vermeiden von Strahlenschäden, die durch medizinisch-diagnostische Massnahmen verursacht werden. In der Kinderradiologie ist das ein prioritäres Thema, da Kinder in wesentlich höherem Mass röntgenstrahlengefährdet sind als Erwachsene. In Zusammenarbeit mit dem Bundesamt für Gesundheit läuft in den nächsten Jahren im Kinderspital Bern ein Projekt zur Bestimmung der Strahlenbelastung von Kindern. Hierzu benötigt die Kinderklinik ein Messinstrument, das die Dicke von zu durchstrahlenden Objekten (z.B. Dicke eines Armes) misst und den Messwert in eine Datenbank überträgt. Bürki Oliver Pascal 1983 079 643 95 84 [email protected] Gubler Markus 1982 079 541 90 41 [email protected] Zur Messung der Dicke stehen grundsätzlich zwei mögliche Messverfahren zur Verfügung : Die direkte Messung der Dicke (z.B. mit einer Schieblehre) und die Differenzbildung zwischen einer Referenzdistanz zum Röntgentisch und der Distanz zum Objekt. Da das Messgerät ablösbar am Röntgengerät befestigt sein soll, kommt die indirekte Objektdickenmessung zum Einsatz. Das Messinstrument muss Distanzen bis 2 Meter messen, da der Abstand zwischen Röntgenröhre und Tisch zwischen 1 und 2 Meter liegt. Die Objektdicke reicht bis zu 60 cm (Schulterbreite). Die Messtoleranz beträgt ±10 % und bei Objektdicken kleiner 2 cm ± 2 mm. Die Messwertübertragung zur Datenbank erfolgt über eine Funkschnittstelle (Bluetooth). Weiter ist das Gerät mit einer möglichst einfachen Bedienung zu versehen, sowie mit einer Anzeige auszustatten. Zudem wird das Gerät mit Batterien betrieben. Deshalb muss Konzept mit Rollmeter 42 das Messinstrument eine möglichst niedrige Leistungsaufnahme haben, um ein lange Autonomiezeit zu erreichen. In einem ersten Schritt geht es darum, die verschiedenen Möglichkeiten der Distanzmessung aufzuzeigen. Für eine berührungslose Messung sind vor allem die Laser-, Infrarot- und Ultraschallsensoren von Bedeutung. Es zeigte sich, dass eine Ultraschallmessung nicht geeignet ist auf Grund des grossen Reflexionsbereichs. Es entstehen leicht Messfehler durch Fremdobjekte. Die minimale Messauflösung hängt von der Wellenlänge des Schalls ab. Mit einem hochfrequenten Ultraschallsensor (Frequenzen höher 180 kHz) ist eine genügend genaue Auflösung möglich, jedoch ist die Reichweite zu klein. Die vorhandenen Infrarotsensoren sind für eine maximale Reichweite bis 1,5 Meter ausgelegt. Zudem hat die Oberfläche des Ob- jekts grossen Einfluss auf die Messung. Die ideale Lösung wäre eine Lasermessung. Die auf dem Markt erhältlichen Lasersensoren sind für Industrieanwendungen ausgelegt und haben eine zu hohe Lichtleistung (schädlich für die Augen). Da die gegebene Zeit nicht für die Entwicklung eines Lasersensors ausreicht, muss auf eine berührungslose Distanzmessung verzichtet werden. Das Konzept des Messinstruments sieht nun die Distanzmessung mit einem Rollmeter vor. Der Rollmeter ist mit Löchern im Abstand von 1cm versehen. Mit einem optischen Sensor, der aus fünf Infrarotdioden und Phototransistoren besteht, entsteht über 1 cm Distanz ein progressiv, zyklischer Code mit 1mm Auflösung. Durch Aufaddieren der Zentimeterschritte und des aktuellen Codeworts (Millimeter), lässt sich die Distanz ermitteln. Hardwaresimulation für Softwaretests Elektro- und Kommunikationstechnik Informatik / Prof. Dr. Elham Firouzi / KEYMILE AG Firmen müssen heute ihre Produkte immer schneller auf den Markt bringen, um konkurrenzfähig zu bleiben. Deshalb werden die Softwarekomponenten eines Produkts oft parallel zur Hardware entwickelt. Diese Tatsache stellt die Software-Ingenieure vor das Problem, dass die Hardware zum Testen der Software noch nicht zur Verfügung steht. Das Gerät befindet sich z.B. in einer frühen Entwicklungsphase und kann noch nicht für Testzwecke eingesetzt werden, oder es sind nicht genügend Prototypen vorhanden. Es sind also neue Techniken erforderlich, die das Testen von Software auch ohne Hardware erlauben. Dieses Problem stellt sich auch den Entwicklern der KEYMILE AG in Liebefeld. Sie arbeiten momentan an Keynode, einem neuen Multiplexer zur Erschliessung der letzten Meile mit Breitbandangeboten. Pa rallel zur Hardware wird die Konfigurationssoftware KCST entwickelt. Dieses Tool wird zur Inbetriebnahme und Konfiguration des Keyno des benötigt. Da KEYMILE das KCST auch ohne Multiplexer testen möchte, soll in dieser Diplomarbeit ein Emulator in Java entwickelt werden, der die Grundfunktionen eines Keynodes simuliert. Die Kommunikation zwischen KCST und Keynode basiert auf einer Server-Client-Architektur. Das Konfigurationstool übernimmt dabei die Rolle des Clients und der Multiplexer die Rolle des Servers. Der Client sendet Requests im XMLFormat via TCP/IP an den Server. Dieser interpretiert die Anfragen des Clients und sendet eine entsprechende XML-Response zurück. Da über eine TCP/IP-Verbindung kommuniziert wird, kann der Emulator auf einem herkömmlichen PC mit Netzwerkkarte implementiert werden. den Vorteil, dass die Funktionalität des Emulators in Zukunft lediglich durch das Editieren des ADF-Files erweitert werden kann. Zum Abbilden der Hardwarekonfiguration eines realen Multiplexers besitzt jeder virtuelle Keynode ein ConfigFile. Darin wird definiert, wie viele Einschubkarten sich im Gerät beDie linke Abbildung zeigt die Funk- finden und welche Ports und Sertionsweise des Keynode-Emulators. vices die Karten anbieten. Um die Reale Keynodes erlauben einen Konsistenz dieses Systemabbildes simultanen Zugriff von bis zu 16 sicherzustellen, kann jeweils nur Usern. Die virtuellen Keynodes im eine Session auf das Config-File Emulator verfügen deshalb über zugreifen. ein Session-Handling. Dabei erzeugt ein Session-Manager für jede Der realisierte Keynode-EmulaClient-Anfrage eine eigene Session tor ermöglicht den Entwicklern mit einem TCP/IP-Socket. KEYMI- von KEYMILE die Simulation von LE beschreibt sämtliche Befehle, mehreren Keynodes auf einem PC die der Multiplexer unterstützt, in (rechte Abbildung). Somit kann die einem so genannten ADF-File. Mit Konfigurationssoftware KCST auch Hilfe dieser Datei verarbeiten die ohne entsprechende Hardware gevirtuellen Keynodes die Requests testet werden. des Clients dynamisch. Dies hat Kommunikation zwischen einem virtuellem Keynode und dem KCST. Simulation von mehreren Keynodes mit Hilfe des Keynode-Emulators. Burren Niklaus 1982 [email protected] 43 Elektro- und Kommunikationstechnik Rauscharmer Messvertärker für DMS-Sensorik Messtechnik / Prof. Harald Wild DMS-Sensoren (Dehnungsmessstreifen) werden hauptsächlich in der analogen Sensorelektronik eingesetzt. Technisch und kommerziell eigenen sich für unterschiedliche Einsatzbereiche: Von experimentelle Spannungsanalyse zur Diagnose an Maschinen und zur Schadensanalyse bis Kraft-, Drehmoment-, Weg- und Beschleunigungssensor finden DMS-Sensoren viele Anwendungen. In einer Brückenschaltung mit einem bipolaren Verstärker sollen Signale störungs- und verlustfrei über längere Distanzen übertragen werden. Cagsar Ismail 1969 079 261 30 75 [email protected] 44 Dehnungsmessstreifen spielen bei der Entwicklung von Sensoren oder Meldern eine wesentliche Rolle. Bei der Spannungsanalyse für zahlreiche Anwendungen sind sie nicht mehr wegzudenken. Sie werden beispielsweise für die Entwicklung von Kraft-, Drehmoment-, Druck-, Wegsensoren und Beschleunigungsaufnehmern in unterschiedlichen Bereichen – beispielsweise Maschinenbau, Medizin, Bau – eingesetzt. Das gewöhnliche Sensorausgangsignal, welches über eine Wheatstone’sche Messbrücke erfasst wird, liegt bei wenigen mV. Es besteht ein Interesse daran, ein solches Signal für weitere industrielle Bearbeitungsschritte zu verstärken, ohne dass durch Störungen (Rauschen) die Nachricht verfälscht wird. Der Vorteil der DMS-Sensoren liegt darin, dass sie billig, robust und praktisch einsetzbar sind. Ziel der Diplomarbeit ist die Entwicklung eines rauscharmen Messverstärkers für DMS-Sensorik in Analogtechnik und der entsprechenden Dokumentation zur Entwicklungsumgebung mit Labview. Hierzu muss in Verbindung mit einer Wheatstone’sche Messbrücke eine geeignete Folgeelektronik mit Signalverstärker und Filter entwickelt werden. Bei der Entwicklung des Verstärkers muss die Rauscharmut des Messsignals sowie die Bandbreite angepasst werden. Die dazu benötigte Hardwareentwicklung soll folgende Eigenschaften erhalten : 1. Der Verstärker soll universell für DMS-Sensoren einsetzt werden können. 2. Das rauscharme Analogausgangsignal soll bei ± 10 Volt liegen. 3. Die Grenzfrequenz der Filter (durch Jumper wählbar) soll sich bei 1kHz befinden. Es gibt viele Firmen, die DMS und DMS-Sensoren anbieten. Der Unterschied liegt beim sogenannten K-Fakor (gage). Deshalb wurde in ersten Linie nach optimalen Verstärkungsfaktoren recherchiert, wel che das analogen Ausgangsignal in Abhangigkeit des K-Faktors auf ± 10 Volt verstärken können. Die Elektronik basiert grundsätzlich auf einem Instrumentenverstärker und auf zwei Tiefpassfilter, welche je nach dem Anwendungszweck konstruiert werden können. Am Eingang des Verstärkers kann der Verstärkungsfaktor aus vier verschiedenen Stufen ausgewählt werden. Die Hardware-Entwicklung ist stark mit Kosten und Zeit verbunden. Deshalb wurde die Hardware, als Low-cost-Variante mit Hilfe der Entwicklungsbord NI-ElVIS System von National Instrument realisiert. Die Signalanalyse und die Messungen werden mit dem Software Labview (NI) durchgeführt. Parallel Boost Converters using interleaved control Elektro- und Kommunikationstechnik Industrieelektronik / Prof. Dr. Andrea Vezzini Je länger wie mehr werden erneuerbare Energien in allen möglichen Anwendungen eingesetzt. Mit dem Bieler MPPT new Generation (Maximum Power Point Tracker) werden die Primärspannung auf den Zwischenkreis angepasst und die Energiequelle immer im maximalen Leistungspunkt betrieben. Bei Anwendungen mit Leistungen grösser 1kW, kann der MPPT neu auch parallel geschaltet werden. Die Arbeit umfasst die Entwicklung eines neuen Control Print, welcher mit einem leistungsfähigeren Microcontroller ausgerüstet wird und die Synchronisierung der parallel geschalteten MPPTs gewährleistet. Das Bedürfnis nach Nutzung erneuerbarer Energien nimmt ständig zu und mit ihr steigen auch die Anforderungen an die Leistungselektronik. Um ihnen gerecht zu werden, kam die Idee auf, den “MPPT new Generation”, der weltweit als einer der besten in seiner Sparte gilt, für den parallelen Betrieb weiter zu entwickeln. Als erster Schritt wurde der Control Print neu entwickelt. Mit dem neuen Microcontroller dsPIC30F5015, der wesentlich leistungsfähiger ist als sein Vorgänger PIC16F877 konnte die Hardware wesentlich vereinfacht werden. CAN Schnittstelle konnten Einsparungen erzielt werden, da diese bereits im dsPIC implementiert ist. Das Security Module, welches für die Hardwareabschaltung dient, Das für den Resonant Boost Con- konnte so vereinfacht werden, dass verter nötige PWM (Pulse Width eine Abschaltung des PWM durch Modulation) Signal kann direkt den dsPIC bei Überhitzung, zu kleivom dsPIC erzeugt werden. Im ner Last oder zu tiefer Spannung Vergleich dazu : Bis anhin musste erfolgt. mit einer Hardware Lösung vorlieb genommen werden. Auch bei der Um der ursprünglichen Idee des Parallelbetriebs nachzugehen, musste eine Methode entwickelt werden, wie man zwei, drei oder mehrere MPPTs so aufeinander abstimmen kann, dass sich die Welligkeit des Ausgangsstroms aufhebt. Theoretisch ist dies einfach : Man versetzt die PWM-Signale der einzelnen Boost Converter bei beispielsweise zwei MPPTs um die halbe Periodendauer zueinander, respektive um das 1/n fache, je nach Anzahl. Der daraus resultierende Ausgangsstrom weist damit eine minimale Restwelligkeit auf. Chaubert Patrick 1980 078 610 12 25 [email protected] 3D-Modell des Control Print Um dies zu realisieren, wird im parallelen Modus ein MPPT als Master gewählt. Dieser gibt ein Synchronisationssignal aus, mit dem die restlichen MPPTs ihr PWM-Signal so abstimmen, dass es um den geforderten Zeitunterschied zu den anderen versetzt ist. Ausgangsstrom von drei parallel geschalteten MPPTs Mit dieser Weiterentwicklung kann die Anforderung nach grösseren Leistungen mit der nötigen Anzahl MPPTs modular realisiert werden. 45 Elektro- und Kommunikationstechnik High Efficiency Solar Water Pump Industrial Electronics / Prof. Dr. Andrea Vezzini / Group Director Nagraj Rao (RVCE, Bangalore) The goal of this Project was to develop a cheap water pump for rural areas in India and Bangladesh. A cost reduction could be reached in two different ways. Firstly by minimizing the size of the solar panel and secondly by manufacturing the whole system in India together with a local company. To keep the solar panel small, the efficiency of the system has to be as high as possible. Three innovations were made to reach this target. 1. Using a highly efficient brushless DC Motor 2. The Maximum Power Point Tracker which guarantees obtaining the maximum power of the Solar Panel. 3. Power management without energy storage in a battery. Christen Bruno 1981 [email protected] The goal of this diploma thesis was the development of a low-cost water pump for rural regions in India and Bangladesh. Many of these areas are not connected with a power supply system. Using solar power is one possibility to produce electrical energy directly there. To achieve that many people could buy such a pump, it has to be as cheap as possible. Keeping the solar panel small will bring the highest reduction in costs, because it’s still the most expensive part of such a pump system. High efficiency of the system has the effect that the solar panel surface can be reduced to a minimum. An increase of the efficiency could be reached in three different elements. First, the system uses a brushless DC Motor. This type of motor has a permanent magnet as rotor and electronic commutation. So it needs no brushes, which reduces the losses and brings the efficiency up to around 70 %. The second element is the Maximum Power Point Tracker. It makes sure that the solar panel can deliver the maximum available power on a permanent basis. The third and last element is the power management. The developed system doesn’t need a battery for intermediate storage of the energy. Getting rid of a battery has two advantages : There are no losses in charge and discharge, and of course, the money for buying Omlin Lukas 1980 [email protected] Water tanks on Indian roofs 46 a battery and its maintenance and replacement costs can be saved. The whole system will be manufactured in an Indian company, using only components which are available on the Indian market. These components are usually cheaper and easier to get than equivalent components obtainable in Europe. To obtain the knowledge of manufacturing and to test the hardware in a real environment, the diploma students developed parts of the hardware and software during a two month stay at the RV College of Engineering in Bangalore (South India) in cooperation with MATTOO Enterprises as manufacturer for the future. Autonomous Acquisition Module (A2M) Elektro- und Kommunikationstechnik Télématique et réseaux / Prof. Claude Brielmann La mobilité et la connectivité sur tout le territoire représentent l’avenir des télécommunications. On doit pouvoir recevoir et transmettre des informations de n’importe quel endroit et cela même en se déplaçant. La technologie GPRS va dans cette direction : elle permet de transmettre des mesures effectuées à n’importe quel endroit du territoire. L’A2M est un module d’acquisition de données miniature, sans fil et alimenté par batterie. Les données sont transmises à un serveur par un réseau GPRS. Le domaine d’application est la télémesure sur des animaux, des personnes ou des objets en mouvement. A2M : un module d’acquisition portable et autonome La HTI a développé récemment un système d’acquisition de données pour les installations solaires. Le bateau solaire MobiCat, la centrale solaire installée sur le toit du nouveau Stade de Suisse et celle de Mont-Soleil sont équipés de ce système. Le système exploite le réseau GSM/ GPRS pour envoyer des données à un serveur. L’idée est de créer un système d’acquisition de données autonome sur le plan énergétique, mais aussi performant que le système existant. Il faut pouvoir acquérir des données analogiques et numériques, connaître la position, et envoyer toutes les informations au serveur existant, en n’utilisant que les protocoles déjà implémentés. Avec son poids minimal et ses dimensions très réduites, ce nouveau module permettra de faire des mesures sur des objets, des animaux ou des personnes en mouvement. La composition de l’A2M Pour satisfaire les exigences de fonctionnement requises, le nouveau module d’acquisition autonome dispose des éléments suivants: un modem GPRS, un processeur ARM7, un module GPS pour la position, ainsi que des entrées analogiques et digitales. L’analyse des produits actuellement sur le marché nous a permis de choisir les meilleurs composants pour le développement de notre projet. On a choisi le module Siemens TC65, constitué d’un modem GPRS et d’un processeur ARM7 programmable en Java, un module GPS de Xemics, ainsi que différents composants pour l’acquisition des données analogiques et numériques basés sur le bus sériel I2C. Le microprocesseur ARM7 s’occupe de la gestion du module TC65, de l’acquisition des données par le bus I2C et de l’envoi des données par GPRS. Cette gestion est faite, en partie, avec la programmation Java pure et, en partie, avec des commandes AT (mais qui sont aussi traitées par Java). Le TC 65 communique avec le module GPS en utilisant le protocole NMEA. Gestion optimale de l’énergie La partie la plus importante du projet est la gestion de l’énergie. Les dimensions de l’A2M sont réduites et ne permettent pas d’employer de grands accumulateurs. On doit garantir l’autonomie maximale avec différentes stratégies hardware et software. Les éléments qui ne sont pas en service ne doivent être éteints que si leur déclenchement - enclenchement ne provoque pas une plus grande consommation d’énergie que l’état de stand-by. Les modèles mathématiques ne fournissent pas des résultats qui correspondent correctement à la situation réelle ; les solutions optimales ne peuvent être trouvées que par des mesures en laboratoire. Codiroli Mattia 1983 079 262 91 17 [email protected] Marghitola Mirko 1983 076 429 12 37 [email protected] 47 Elektro- und Kommunikationstechnik Automatisierte Polrad-Prüfung Sensorik / Prof. Daniel Lanz / maxon motor ag Die Firma maxon motor legt bei ihren Produkten grossen Wert auf gute Qualität. Damit diese gewährleistet werden kann, müssen schon die Einzelkomponenten geprüft werden, bevor sie verbaut werden. Es soll nun eine Komponentenprüfung für Polräder eingeführt werden. Da für die Produktion kein Mehraufwand entstehen darf, wird die Prüfung automatisiert. Die Mess- und Prozessdaten sind auszuwerten und abzuspeichern. Della Torre Martin 1979 [email protected] Polräder sind mehrpolige Magnetscheiben. Sie werden in MaxonMotoren eingesetzt als Signalquelle für den MR-Sensor (Magneto Resistives Prinzip). Das Polrad erzeugt einen sinusförmigen Spannungsverlauf im MR-Sensor. Diese MR-Encoder sind heute Stand der Technik und werden häufig eingesetzt wegen ihrem geringen Platzbedarf. Im Übrigen verursachen dem MR-Encoder mechanische Vibrationen, Verschmutzungen von Öl oder Staub keine Probleme. Das bestehende Programm steuert den Magnetisiervorgang. Das Ziel ist es nun dieses so zu erweitern, dass die Polräder stichprobenartig gemessen und kontrolliert werden. Der Mess- und Prüfvorgang soll automatisiert werden, damit die Maschine auch vom Produktionspersonal bedient werden kann. Um Weiterentwicklungen an den Polrädern und am Magnetisierungsprozess zu überwachen soll für den Entwickler eine Plattform zur Verfügung gestellt werden, um Messungen durchzuführen. Die Daten werden in einer AccessDatenbank abgespeichert. Damit diese nicht zu viel Speicherplatz verbraucht, werden nur die relevanten Daten abgespeichert. Die einzelnen Messwerte werden später wieder gelöscht. Die Datenbank-Verbindung wird mit einem ODBC-Treiber erstellt. Der Zugriff Die Polräder werden auf einer Maerfolgt über SQL (Structured Query gnetisieranlage magnetisiert, auf Die Messwerte, die der Hallsensor Language) Datenbankoperationen, welcher im Rahmen meiner Se- liefert, sind ähnlich einem Sinussig- die vom “Enterprise Connectivity mesterarbeit Hallsensoren installiert nal. Daraus müssen nun geeignete Toolset” von National Instruments wurden. Mit diesen Hallsensoren Bewertungskriterien, wie zum Bei- unterstützt werden. ist es nun möglich, das Magnet- spiel die maximale oder minimale feld der Polräder zu messen und Amplitude oder die Distanz zwi- Mit diesem Test wollen wir den Masomit auch zu prüfen. Sie liefern schen zwei Nulldurchgängen, ge- gnetisierungsprozess und seine eine Spannung proportional zum sucht werden. Eine Stichprobe von langfristige Entwicklung kontrollieMagnetfeld. Diese Spannung wird 100 Stk. wird ausgemessen und ren. mit einer PCI Einsteckkarte von National Instruments gemessen. Die Steuerung der Anlage ist auf einem Industrie-PC in C programmiert. Als Programmieroberfläche dient LabWindows/CVI von National Instruments. Maxon-Motor mit MR-Encoder 48 in einer Datenbank abgespeichert. Diese Stichprobe wird in LABVIEW statistisch ausgewertet, damit daraus Fehler- und Warngrenzen berechnet werden können. Steuerung eines Roboters mit Embedded-Linux Elektro- und Kommunikationstechnik Informatik / Prof. Roger Weber Arbeiten Sie auch schon mit Linux? Tatsache ist, dass Linux heute immer mehr eingesetzt wird. Das Anwendungsgebiet von Linux ist gross: Es reicht vom Einsatz im Büroalltag bis zur Steuerung von Industrieanlagen. Auch bei Systemen mit direkt integrierter Softwaresteuerung – sogenannten Embedded-Systems – ist Linux auf dem Vormarsch. Zu den Embedded-Systems zählen zum Beispiel Mobiltelefone, Flugzeuge oder auch Industrieroboter. Um die Leistungsfähigkeit von Embedded-Linux zu zeigen, realisieren wir eine Anwendung, welche ein Robotermodell steuert. Die Vorteile eines auf Linux basierenden Embedded-Systems liegen klar auf der Hand. Die Sicherheit der Investition ist höher als bei anderen Produkten. Das äussert sich einerseits im offenen Quellcode, den alle Benutzer weiter bearbeiten und entwickeln können, und andererseits in der Unabhängigkeit vom Hersteller. Durch die vielseitigen Verwendungsmöglichkeiten und der breiten Unterstützung wird Linux in immer mehr Anwendungsgebieten zu einer echten Alternative. Für unsere Arbeit steht das Embedded-System VCMA9 der Firma MPL zur Verfügung. Das System ist unter anderem mit einem ARM-Prozessor, Touchscreen und diversen Schnittstellen ausgerüstet. Als Betriebssystem dient Linux für EmbeddedSystems. In der vorangegangenen Semesterarbeit wurde das System schrittweise mit dem dafür nötigen Kernel und den Treibern in Betrieb genommen. Ziel unserer Diplomarbeit ist es, eine Anwendung auf diesem EmbeddedSystem zu entwickeln, welche die Möglichkeiten eines solchen Systems aufzeigen soll. Die Anwendung steuert ein Robotermodell, das Getränke einschenken und die se dem Benutzer über ein Förderband zustellen kann. Die Ansteuerung des Modells erfolgt über den CAN-Bus. Mit dem Touchscreen kann der Benutzer das gewünschte Getränk wählen. Signal ruft anschliessend den damit verknüpften Slot (Methode) auf, der eine programmierte Aktion ausführt. Die Möglichkeiten, die sich dem Entwickler eines solchen Embedded-Systems bieten, sind wesentlich grösser als bei konventionellen Lösungen. Er kann auf die Ressourcen eines kompletten Betriebs systems zurückgreifen. Es wäre sogar möglich, Anwendungen für harte Echtzeit tauglich zu machen. Die Software für die Steuerung und Dadurch kann Linux auch für die die grafische Oberfläche wird in Qt/ Ansteuerung mechatronischer SysC++ geschrieben. Qt ist eine mäch- teme verwendet werden. tige C++-Klassenbibliothek, welche auch für Embedded-Systems er- Linux steht noch am Anfang, den hältlich ist. Sie bietet unter anderem Bereich der Embedded-Systems einen Signal- and Slot-Mechanis- zu erobern. Es ist jedoch nur eine mus, der ein komfortables Event- Frage der Zeit, bis sich Linux in dieHandling erlaubt. Signale und Slots sem Bereich durchsetzen wird. werden für die Kommunikation zwischen Objekten eingesetzt. Dabei wird ein Signal ausgesendet, wenn ein bestimmtes Event eintritt. Das Egger Andreas Ivo 1983 079 705 34 32 [email protected] Stalder Daniel 1981 079 715 72 68 [email protected] Robotermodell mit Embedded-System VCMA9 (vorne rechts) 49 Elektro- und Kommunikationstechnik Software Defined Radio for FM Telecom / Prof. Fritz Dellsperger Digitale Elektronikschaltungen ersetzen immer mehr analoge Bauteile. Ein modernes Schlagwort ist „Software defined Radio“. Es bedeutet, dass man ein Signal möglichst früh digitalisiert. Die weitere Verarbeitung wird dann mit einem Rechner gelöst. So kann die teure Analog-Schaltung, welche aus vielen einzelnen Bauteilen besteht, durch eine kostengünstigere und flexiblere Digital-Schaltung ersetzt werden. In meiner Diplomarbeit soll ein UKW-Signal (FM-Radiosignal) mit nur einer analogen Schaltung auf eine Frequenz von 10.7 MHz heruntergemischt werden. Nach deren Analog-Digital-Wandlung wird die Verarbeitung dieses Signals bis zum hörbaren Musiksignal von einem Digitalen-Signal-Prozessor übernommen. Eicher Stefan 1982 078 817 22 20 [email protected] 50 UKW-Signale haben eine Trägerfrequenz zwischen 88.5 MHz und 108 MHz. Ein Messempfänger mischt dieses Signal auf eine Frequenz von 10.7MHz. Am Ausgang erhält man ein Signal zwischen 10.6MHz und 10.8MHz. Weil das Signal bandbegrenzt ist, muss nicht mit über 20MHz abgetastet werden, sondern es wird durch Undersampling mit 480kHz digitalisiert. Das digitale Signal wird mit einem Evaluationsbord von Analog Devices verarbeitet, welches einen Signalprozessor ADSP-21364 enthält. Er wird mit eine Taktrate vom 333MHz betrieben und kann bis zu 666 Millionen Multiplikationen und Additionen pro Sekunde ausführen. Somit können enthalten. Wird dieses Signal erneut pro Abtastwert einige hundert Ope- dezimiert, dieses Mal um den Fakrationen ausgeführt werden. tor fünf, erhält man die übliche Abtastrate für Ton-Signale von 48kHz. Das FM-Signal wird um die Träger- Über eine serielle Schnittstelle senfrequenz im Spektrum in die Null- det der DSP diesen Datenstrom lage verschoben. Durch die Eigen- dem Digital-Analog-Wandler. Am schaft, dass dieses Signal wieder Chinch-Stecker auf dem Evaluatibandbegrenzt ist, kann eine Dezi- onsboard kann das Signal für die mierung der Daten um Faktor zwei Lautsprecher abgegriffen werden. gemacht werden. Dadurch werden Die Diplomarbeit dient dazu, KnowRechenoperationen ohne Informa- how über den DSP zu sammeln, tionsverlust eingespart. Mit einem und kann als Demonstrationssysgeeignet ausgewählten Algorith- tem für digitale Signalverarbeitung mus wird das Signal demoduliert von hochfrequenten Signalen verund liegt nun mit einer Rate von wendet werden. 240kSamples pro Sekunde vor. In diesem Signal ist die Modulation Positionsregelung eines Linearmotors mit PEC80 Elektro- und Kommunikationstechnik Mechatronik / Prof. Willi Merk / ABB In der digitalen Regelungstechnik ist der Aufwand für das Erstellen und Testen des Programmcodes oft grösser als die eigentliche Systemauslegung. Die PEC80-Plattform von ABB bietet dazu eine Alternative. Mit den Matlab-Toolboxes Simulink und Stateflow können komplexe Programme grafisch, schnell und syntaktisch fehlerfrei erstellt werden. Die Positionsregelung eines Linearmotors ist eine Beispielanwendung zur Demonstration der Leistungsfähigkeit des PEC80-University-Kit der HTI Burgdorf. Linearmotoren kommen in der Industrie für Vorschubantriebe von Werkzeugmaschinen zum Einsatz. Der Einsatz von Linearmotoren für Vorschubantriebe ermöglicht höhere Beschleunigung und grössere Präzision als konventionelle Rotationsmotoren mit Kugelumlaufspindeln. Da Linearmotoren regelungstechnisch schwer zu beherrschen sind, werden sie erst seit einigen Jahren in Werkzeugmaschinen eingesetzt. Erst die digitale Regelungstechnik ermöglicht eine Positionsregelung, die die Anforderungen an Dynamik und Präzision erfüllen kann. Üblicherweise werden digitale Regler mit der textbasierenden Programmiersprache C programmiert. Dabei benötigt die Erstellung der Funktionen sehr viel Zeit und ist fehleranfällig. Zudem lässt sich der Programmcode nicht im Zusammenhang mit der Maschine simulieren. Das PEC80-University-Kit, entwickelt von der HTI in Burgdorf und ABB, ist ein Controllersystem, dass speziell für digitale Regelungstechnik ausgelegt ist. Das Hauptmerkmal dieses Systems liegt in der Programmierung mit Matlab/Simulink. Dieses Softwarepaket ist in der Regelungstechnik für Simulationen bereits ein Industrie-Standard. Die grafische Programmieroberfläche verhindert Syntaxfehler und ermöglicht Simulation, Dokumentation und Programmierung mit dem gleichen Software-Werkzeug. Für sequentielle Anweisungen kommt Stateflow zum Einsatz. Nebst vermindertem Programmieraufwand und sehr guter Simulationsmöglichkeiten ermöglicht diese Art der Programmierung auch eine hohe Sicherheit des Programmcodes. Ein FPGA als Anwendungsschnittstelle erhöht die Flexibilität des Sys- tems weiter. Dieses kann dank der System Generator-Toolbox von Xilinx ebenfalls mit Simulink programmiert werden. Die Positionsregelung eines Linearmotors ist eine ideale Anwendung um die Leistungsfähigkeit des PEC80 University Kits zu demonstrieren und zu testen. Diese Diplomarbeit umfasst alle klassischen Disziplinen der Mechatronik. Neben dem eigentlichen Regelalgorithmus umfasst die Software auch diverse Sicherheits- und Steuerfunktionen. Sensorik, Leistungselektronik und Steuerungstechnik gehören ebenso dazu wie die Modellierung der mechanischen und elektrischen Eigenschaften des Antriebs. Ein wesentliches Teilgebiet stellt auch die Realisierung eines Frequenzumformers mit Raumzeigermodulation dar. Fässler Florian 1982 078 656 28 61 [email protected] Padberg Lorenz 1982 078 685 21 06 [email protected] 51 Outdoor Messgerät für Umgebungsdaten Elektro- und Kommunikationstechnik Technische Informatik / Prof. Ulrich Burri Das Outdoor Messgerät dient als wichtiges Hilfsinstrument für Sportler und Berufsleute, welche in der Natur tätig sind. In beiden Fällen sind die Umgebungsdaten, wie Luftdruck, Temperatur, Neigungswinkel und Erdmagnetfeld (Kompass), von grossem Interesse. Diese Daten kann das Gerät erfassen und auswerten. Speziell daran ist, dass das Messgerät auch stationär als Wetterstation eingesetzt werden kann. Akku und Speicher reichen aus, um beispielsweise eine Temperaturüberwachung eines technischen Prozesses oder die Überwachung der wetterrelevanten Daten während mehr als einem Monat aufzuzeichnen. Am PC können diese Daten ausgewertet werden. Die Ziele Vom Prinzip her lassen sich die Eigenschaften wie “stationär” und “portabel” nur schwer verbinden, da zum Beispiel der Stromverbrauch im portablen Einsatz auf ein Minimum reduziert werden muss. Diese zwei Eigenschaften sind im vorliegenden Produkt vereinigt. Zudem hat das Messgerät die Grundfläche einer Kreditkarte und eine Höhe von 20mm. Eine interne und zwei externe Temperatursonden, die via Messkabel am Gerät angeschlossen sind, können für unterschiedlichste Zwecke verwendet werden. Ein temperaturkompensierter Luftdrucksensor wird wahlweise als Barometer oder als Höhenmesser verwendet, wobei die Qualität der Daten den handelsüblichen Geräten ebenbürtig ist. Die Daten werden in benutzerdefinierten Intervallen auf dem internen Speicher abgespeichert. Mit dem Neigungswinkelmesser kann z.B. auf einer Skitour die Neigung eines Schneehanges auf ein Grad genau bestimmt werden. Leiterplatte mit Microcontroller und Sensoren Auch auf der Baustelle kann diese Funktion für Handwerker von grossem Nutzen sein. Weiter ist es möglich, das Gerät als Kompass zu verwenden. Die gemessenen und abgespeicherten Daten werden vom Microcontroller via RS232 Schnittstelle auf den PC übertragen und dort von einem Analyse-Programm ausgewertet. Portabler Einsatz Im Freizeitbereich gibt es verschiedenste Anwendungen, für welche das Messgerät von Nutzen ist. Wichtig ist dabei die Zuverlässigkeit der gemessenen Werte. So wurde gerade bei der Funktion als Höhenmesser speziell auf eine Temperaturkompensation und die notwendige Aufbereitung der Daten geachtet. Ähnliche Probleme stellen sich auch bei den anderen Sensoren. So muss der Magnetfeldsensor beispielsweise von intern erzeugten Feldern abgeschirmt sein. Stationärer Einsatz Das Gerät kann als Wetterstation die Temperatur und den Luftdruck während einem halben Jahr alle 15 Minuten abspeichern. Die Funktionen - Sensoren können einzeln einund ausgeschaltet werden. - Der Benutzer kann die Speicherung der Messdaten nach Wunsch beginnen und beenden. - Der Benutzer erkennt auf dem Display in einfacher Weise, welche Werte mit welchem Intervall abgespeichert werden. - Die gesamte Bedienung erfolg menügesteuert. - Gespeicherte Daten werden auf dem PC ausgewertet. - Warnsignal, wenn die Akkukapazität unter einen gewissen Wert gesunken ist. - Automatisches Ausschalten, falls die Kapazität weiter sinkt. Freudiger Daniel 1981 032 633 01 69 [email protected] Daten werden am Display angezeigt 53 Elektro- und Kommunikationstechnik Software Suite für mobile Handsets Informatik / Prof. Ivo Oesch Mobile Handsets, wie Smartphones und Organizer, verwenden heutzutage die Betriebssysteme Symbian OS oder Windows CE. Eine solche leistungsfähige Plattform, kombiniert mit drahtloser Kommunikation, ermöglicht neue Einsatzgebiete für mobile Handsets. So lassen sich beliebige Geräte mit einem Handset und der entsprechenden Applikation steuern, konfigurieren und analysieren. Wurden die Gerätedaten einmal aufs Handset geladen, sind die Möglichkeiten praktisch unbegrenzt, dank der Verbindung zum Internet über das Mobilfunknetz. Wir erstellen eine Software Suite, die auf verschiedenen mobilen Handsets und Betriebssystemen installiert werden kann, um einige Einsatzmöglichkeiten zu demonstrieren. Frey Christian 1982 079 418 06 35 [email protected] Frikart Philippe 1981 [email protected] 54 Motivation Mobile Handsets, wie Smartphones und Organizer, werden immer leistungsfähiger und können PCs und Laptops für einfache Anwendungen ersetzen. Eine solche Anwendung kann das Steuern, Konfigurieren und Analysieren eines beliebigen Gerätes beinhalten. Ein Service-Techniker muss nicht mehr den unhandlichen Laptop mitnehmen, denn er hat sein Smartphone dabei. Die benötigten Applikationen zum Warten des Gerätes hat er am Morgen im Büro auf seinem Smartphone installiert. Hat er eine Applikation vergessen, so lädt er sie kurzerhand vor Ort über das Mobilfunknetz herunter. beschränken uns auf die häufigsten Plattformen Symbian OS, Windows CE und Palm. Die einzelnen Applikationen der SW Suite können auf einer Webseite zusammengestellt, heruntergeladen und auf dem Handset installiert werden. Applikationen Der Service-Techniker lädt das Fehlerprotokoll des Gerätes per Bluetooth auf sein Smartphone, das die erhaltenen Daten übersichtlich darstellt. Auf Grund dieser Daten passt er einzelne Parameter an und sendet sie zum Gerät zurück. Die neue Konfiguration legt er anschliessend in der entsprechenden Internetdatenbank ab. SW Suite Diese und weitere einzelne VorgeDie SW Suite soll mit verschiedenen hensschritte haben wir in ApplikaPlattformen kompatibel sein, wes- tionen aufgeteilt, um die Modularihalb wir Java (J2ME) als Program- tät der SW Suite zu demonstrieren. miersprache verwenden. Einzig für Die Möglichkeiten der einzelnen die Kommunikation greifen wir teil- Applikationen sind praktisch unbeweise auf C/C++ zurück, um die grenzt. Hardware direkt anzusprechen. Wir Das System im Überblick Demonstration Für unsere Arbeit und zur Demonstration verwenden wir eine bestehende Embedded-Hardware-Testumgebung, basierend auf einem 16bit Mikrocontroller. Die Testumgebung stellt ein beliebiges batteriebetriebenes Gerät dar, auf der verschiedene Test-Applikationen implementiert sind, mit welchen externe Geräte über Infrarot und Buetooth kommunizieren können. Unsere Arbeit besteht hauptsächlich darin, entsprechende multiplattformfähige Applikationen für mobile Handsets zu erstellen und sie einem Anwender in Form einer modular zusammenfügbaren SW Suite zur Verfügung zu stellen. Fahrmotortemperaturen in Triebwagen der Elektro- und Kommunikationstechnik Elektrische Maschinen / Prof. Dr. Hansjürg Rohrer / THURBO Kurz nach der Inbetriebnahme der Gelenktriebwagen GTW1 RABe 526 der Thurbo traten an den Traktionsmotoren Probleme auf. Trotz Einhalten der Herstellervorgaben und sachgemässem Einsatz kam es häufig zu Motorüberhitzungen. Dadurch wurden mehrere der 24 Motoren beschädigt und zwei davon komplett zerstört. Um die Fahrzeuge vor weiteren Motorschäden zu bewahren, soll der Einsatz auf neuen Strecken vorgängig simuliert werden können. Das Ziel dieser Diplomarbeit ist, die Fahrmotortemperaturen zu messen und damit ein thermisches Modell anzupassen. Dieses Modell ermöglicht schlussendlich eine Simulation der GTW1 Triebwagen der THURBO auf beliebigen Strecken. Die Regionalbahn THURBO AG ist ein Bahnunternehmen in der Region Bodensee. Dieses führt den Regionalverkehr in der Ostschweiz und im Landkreis Konstanz. Bereits kurz nach Auslieferung der Zehn Gelenktriebwagen GTW1 RABe 526 an die THURBO kam es zu starken Überhitzung der Eigenbelüfteten-Drehstrom-AsynchronTraktionsmotoren. Dies führte zu Schäden an den meisten Motoren und zur Zerstörung deren zwei. Deshalb wurden in einem der Motoren nachträglich sechs Thermoelemente Typ K eingebaut. (siehe Bild: Position der Thermoelemente). Um den Temperaturverlauf der Motoren zuverlässig simulieren zu können, besteht die Arbeit nun darin, die Werte der Thermoelemente zu messen und ein thermisches Modell an den gemessenen Temperaturverlauf anzupassen. In einer ersten Phase wurde auf dem Triebwagen RABe 526 684, dessen Motor mit Thermoelementen bestückt ist, im Fahrplanmässigen Betrieb Messfahrten durchgeführt. Dabei wurden die Werte der Thermoelemente mit einem Datenlogger erfasst. Gleichzeitig registrierte ein Messlaptop die für die Auswertung wichtigen weiteren Signale des Fahrzeugleitgerätes. In einer zweiten Phase wurden die gemessenen Daten aufbereitet, mit MatLab dargestellt und mit einem thermischen Ersatzschaltbild verglichen. Das Ersatzschaltbild, ein Netzwerk aus Stromquellen (Wärmequelle), Widerständen (Wärmeleitungen) und Kapazitäten (Wärmespeicher), wurde während einer früheren Diplomarbeit für ähnliche Motoren erstellt. Die einzelnen Parameter des Netzwerks wurden solange variiert, bis die Differenz zwischen gemessener Motorentemperatur in Funktion der Zeit und der des Ersatzschalbildes minimal wurde. Als Eingangsvariabeln dienen die Fahrgeschwindigkeit und die aus Zugkraft, Geschwindigkeit und Motorendaten berechneten Verluste (Wärme). Als Resultat ergibt sich die Motorentemperatur. Frey Thomas 1980 078 661 99 99 [email protected] In einem dritten Schritt wird das angepasste Ersatzschaltbild in ein Zuglaufprogramm implementiert. Damit wird anhand von Betriebsdaten eine recht gute Vorhersage der Motorentemperatur ermöglicht. Dadurch kann vorgängig die Einhaltung der Temperaturgrenzen bestimmt und der Betrieb des Fahrzeuges auf neuen Strecken, vor dem effektiven Einsatz, simuliert werden. Position der Thermoelemente im Fahrmotor Temperaturkurven Modell-Messung im Vergleich RABe 526 GTW1 der Thurbo 55 Elektro- und Kommunikationstechnik Mobile Webcam Télématique et réseaux / Prof. Claude Brielmann / FMB-BKW Energie SA Les Forces motrices bernoises (FMB-BKW Energie SA) ont donné mandat à la Haute école Technique et Informatique bernoise de réaliser une Webcam autonome. La caméra doit transmettre les images par le réseau mobile GPRS et elle doit être autonome du point de vue énergétique. Grâce à sa mobilité, ce système peut être utilisé aussi bien pour la surveillance d’installations de sécurité contre le vandalisme que pour la surveillance du territoire, comme le contrôle des avalanches par exemple. Frigerio Mauro 1983 079 564 11 45 [email protected] Mandataire BKW FMB Energie SA (FMB) est une entreprise centenaire qui emploie près de 2000 personnes en Suisse alémanique et en Suisse romande. Avec un volume de vente de 42 térawattheures, elle fait partie des plus importantes entreprises de fourniture d’énergie en Suisse intégrées dans le réseau européen d’interconnexion. But du projet Les Forces motrices bernoises ont donné mandat à la HTI de réaliser une Webcam mobile et autonome. Mobile parce qu’elle doit être facile à transporter et avoir un poids réduit. La solution doit aussi être autonome, donc elle ne doit pas avoir de liaisons par câbles, ni pour l’alimentation énergétique ni pour la transmission des images. Autonomie énergétique Pour obtenir l’autonomie énergétique, le système est équipé d’un module solaire qui permet de recharger une batterie. Pour la gestion de la batterie et de l’énergie fournie par le module solaire, on utilise un module qui contrôle la recharge et fournit des informations sur l’état de la batterie. Ces informations sont très importantes, parce qu’on peut savoir à distance s’il faut charger la batterie, ou s’il faut ajouter une source de courant externe. Fonctions Le produit requis aura différentes fonctions. La première est une simple Webcam pour envoyer des images à un site web. La deuxième utilisation possible est la surveillance des biens matériels pour éviter le vandalisme. La troisième est la surveillance en cas de sinistre environnemental. Etude préalable La première partie du travail a été une étude préalable pour vérifier la faisabilité du produit, établir une structure générale du système et identifier les points critiques déterminants pour la fiabilité. 56 Caméra et module solaire utilisés Transmission Les images et toutes les informations du système (état batterie, détection de mouvement) sont envoyées au serveur principal par réseau mobile (GPRS). La transmission par le protocole TCP/IP, avec une implémentation pour utiliser au maximum le réseau GPRS, n’est pas optimale pour la transmission de données. Fin travail de diplôme BKW FMB Energie a donné comme but d’arriver à la fin du travail de diplôme avec un prototype du système. Fuel Cell Trailer Elektro- und Kommunikationstechnik Energietechnik / Prof. Michael Höckel, Dr. Martin Ruge Für den Outdoor-Betrieb von 230V Geräten ist eine autonome Stromversorgung auf Netzspannungsebene erforderlich. Unser Fuel Cell Trailer kann diesem Wunsch für Leistungen bis 500 W gerecht werden. Es handelt sich dabei um ein PEM-Brennstoffzellensystem, welches in einen Clevertrailer (PW-Anhänger) eingebaut wird. Das System stellt während ca. 8 Stunden bei voller Leistung Netzspannung (230V, 50Hz) zur Verfügung. Mehrere Firmen haben bereits ihr Interesse an einem Fuel Cell Trailer bekundet. Beispielsweise kann so ein mobiler Promotionstand oder ein Glacestand problemlos ohne nahegelegene Steckdose betrieben werden. Hintergrund Für viele mobile Anwendungen wäre es praktisch, unabhängig von einer Steckdose über Netzspannung zu verfügen. Heute sind zur Deckung dieses Bedürfnisses auf dem Markt Systeme auf Basis von Dieselgeneratoren erhältlich. Wird als Alternative ein Brennstoffzellen-System (BZ-System) eingesetzt, lassen sich Lärm- und Schadstoff-Emissionen erheblich reduzieren, beziehungsweise vollständig vermeiden. Ausserdem wird dadurch in einen Energiewandler der Zukunft investiert. Die PEM-Brennstoffzelle erzeugt aus Wasserstoff und Sauerstoff elektrische Energie und Wärme. Auf Grund der hohen Material- und Fertigungskosten sind Brennstoff- Systemintegration zellen gegenüber konventionellen Energiewandlern heute noch nicht konkurrenzfähig, was sich jedoch längerfristig durchaus ändern kann. Somit werden Low-Cost-Brennstoffzellensysteme für den Anwender attraktiv. In unserer Diplomarbeit haben wir für einen gegebenen BZ-Stapel die Auslegung und Steuerung der Peripherie entwickelt und den Einbau in einen Clevertrailer (PW-Anhänger) durchgeführt. Der Fuel Cell Trailer ist besonders interessant für Firmen, welche Netzspannungsverbraucher betreiben und gleichzeitig das augenfällige Design des Anhängers als Werbeplattform nutzen wollen. Realisierung Der verwendete 600 W H2/O2-BZStapel wurde an der HTI in Biel entwickelt. Für die Auslegung des Gassystems und die Entwicklung der Steuerung und Regelung haben wir eine frühere Diplomarbeit als Grundlage genommen und unseren Anforderungen entsprechende Anpassungen durchgeführt. Für die Speicherung des Wasserstoffs wurde in Zusammenarbeit mit der Universität Freiburg ein Metallhydridspeicher entwickelt, welcher schnell gewechselt oder onboard gefüllt werden kann. Der Sauerstoff wird über einen Luftkompressor dem Stapel zugeführt. Für die Versorgung aller eingesetzten Komponenten wandelt ein DC/DCWandler die Ausgangsspannung des BZ-Stapels auf konstante 24V. Durch die Kombination mit Supercaps kann kurzzeitig eine Leistung von 1500W zur Verfügung gestellt werden. Zudem liefern die Supercaps die Leistung während des Startvorganges. Ein Sinuswechselrichter erzeugt aus der lastabhängigen Stapelspannung eine 230VWechselspannung. Das gesamte Systems wird in eine Schublade unterhalb des Stauraumes des Clevertrailers integriert. Fumey Benjamin 1978 033 437 38 40 [email protected] Germann Lukas 1981 079 486 40 10 [email protected] Mögliche Anwendung im Clevertrailer 57 Elektro- und Kommunikationstechnik Signature Verification Signal- und Bildverarbeitung/ Prof. Dr. Franz Bachmann, Prof. Dr. Werner Bäni / mimacom ag Mehrere Unterschriften miteinander zu vergleichen und Fälschungen auszuschliessen, ist für einen Menschen einfach. Werden aber hohe Anforderungen an Zuverlässigkeit, Geschwindigkeit und Präzision gestellt, kommen Maschinen zum Einsatz. Für eine Maschine ist das Problem jedoch schwieriger. Unterschriften haben, ähnlich wie Fingerabdrücke, viele Merkmale, die sie einzigartig machen. Diese Merkmale werden mit Techniken der Bildverarbeitung, sowie mit Hilfe von Wavelets und “Dynamic Time Warping” berechnet. Zur Verifikation (Prüfung) einer Unterschrift werden ihre Merkmale mit denen einer Serie von echten Vorlagen verglichen. Gautschi Stefan 1980 079 708 65 22 [email protected] Das automatische Verifizieren von Personen anhand ihrer Unterschrift ist wegen der grossen Variabilität der Schriftzüge einer Person eine schwierige Aufgabe. Doch findet genau diese Anwendung ein grosses praktisches Einsatzgebiet : Zum Beispiel in automatischen Zahlungssystemen, wie das von der Burgdorfer Software Firma “mimacom ag” entwickelte Produkt. Ziel der Diplomarbeit ist es, die in der Semesterarbeit gewonnenen Erkenntnisse über Unterschriftsmerkmale auszuwerten und aus den Resultaten eine eigenständige Signature-Verification-Software auszuarbeiten. In Zusammenarbeit mit der Firma “mimacom ag” haben wir zunächst 1982 ein MATLAB-Programm entwickelt, 078 711 99 04 das es ermöglicht, Unterschriften [email protected] zu erfassen, zu archivieren und zu testen. Die Erfassung der Unterschriften geschieht mit einem Tablet, welches die Koordinaten des Schreibstiftes mit einer festen Abtastfrequenz ermittelt. So stehen uns nicht nur statische, sondern auch dynamische Informationen zur Verfügung. Unser Programm berechnet zahlreiche ein- und mehrdimensionale Merkmale von Trostel Alain Unterschriften. Matthey-Doret Marcel schrift innerhalb der Streuung der vorhandenen Unterschriften, so anerkennt dieses Merkmal die Unterschrift als echt. Unser Algorithmus berechnet den Prozentanteil der Merkmale, welche die zu prüfende Unterschrift als echte erkennt und stellt das Ergebnis dar. C, Datenbankzugriffe und die Benutzeroberfläche in Java realisiert. Dazu sind die Java-Schnittstellen “Hibernate” für den MySQL-Zugriff und “Java-Native-Interface” für die Einbindung der C-Funktionen im Programm vorhanden. Es ist vorgesehen, die entstandene Entstanden ist eine Demo-Software, Software in das bereits bestehende deren Benutzeroberfläche unten Money-Transfer-System der Firma abgebildet ist. Zeitkritische Teile “mimacom ag” einzubinden. sind in der Programmiersprache Vergleich zweier Unterschriften mit dem dynamischen Verfahren DTW (Dynamic Time Warping) 1982 078 751 38 25 [email protected] 58 Jede Person hat gewisse Merkmale in ihrer Unterschrift, die mit einer gewissen Streuung immer gleich bleiben. Befindet sich ein Merkmalswert einer zu prüfenden Unter- Bedieneroberfläche der Signature Verification Software Analyzer für Zeitcodesignale Elektro- und Kommunikationstechnik Informatik / Prof. Roger Weber / MOSER-BAER AG, Sumiswald Moser-Baer stellt Uhrensysteme her, wie sie beispielsweise in Bahnhöfen verwendet werden. Dabei steuert eine Hauptuhr die sichtbaren Nebenuhren. Diese Steuerung geschieht mittels standardisierter Signale. Um das Überprüfen der korrekten Funktion zu vereinfachen, wird ein Messsystem benötigt, welches diese Signale über eine längere Zeit aufzeichnen und auswerten oder generieren kann. Ein solches System ist bisher nicht erhältlich. Motivation Sollen mehrere Uhren exakt die gleiche Zeit anzeigen, so müssen sie sich mit einer gemeinsamen Quelle synchronisieren. Im Allgemeinen findet diese Synchronisierung mit Hilfe standardisierter Signale über eine Zweidrahtleitung statt. Dabei werden Zeitcodes wie IRIG oder DCF verwendet, die Informationen durch Frequenz- oder Amplitudenmodulation übertragen. Bis jetzt gab es kein Messsystem, welches diese Signale über eine längere Zeit analysieren und ihre Qualität beurteilen kann. Ausserdem konnten keine fehlerhaften Signale erzeugt werden, um das Verhalten der Uhren zu prüfen. In der vorangehenden Semesterarbeit wurden die Hard- und Software für das Messsystem evaluiert, wobei die Wahl auf eine externe Messbox und die Programmiersoftware LabVIEW fiel. Anforderungen Die Software zum Messsystem soll Fehler sowohl im Zeitcode-Signal, wie auch in der darin übertragenen Information erkennen. Fehlerhafte Stellen werden zur genaueren Untersuchung abgespeichert. Es soll auch möglich sein, Signale mit definierten Fehlern und Unregelmässigkeiten zu erzeugen. Das Design der Software soll möglichst modular aufgebaut sein, damit spätere Erweiterungen mit zusätzlichen Zeitcodes und Funk tionen einfach möglich sind. Daten weitergeleitet werden. So spielt es beispielsweise beim Einlesen des Signals keine Rolle, ob es als nächstes ausgewertet oder abgespeichert wird. Resultat Die Software erkennt unvollständige oder fehlerhafte Daten, auch wenn diese nur sehr selten auftreten. Es werden sowohl Fehler in der übertragenen Zeitinformation wie auch Ungenauigkeiten in der Zeitsynchronisation festgestellt. Das definierte Einfügen von Vorgehen falschen Informationen und UnDie Software wird in mehrere Mo- genauigkeiten in ein Signal erlaubt dule aufgeteilt, welche jeweils nur die Überprüfung der Fehlertoleranz einzelne Funktionen wie beispiels- von Nebenuhren. weise das Einlesen des Signals oder Das Abspeichern und Wiedergedas Auswerten der Informationen ben von Signalen ermöglicht es, enthalten. Über definierte Schnitt- bestimmte Situationen oder Fehler stellen können die Softwaremodule mehrmals zu simulieren und die flexibel miteinander verbunden und Resultate zu vergleichen. Hauser Michael 1981 079 622 00 01 [email protected] Page Fabian Gaudenz 1982 078 414 41 65 [email protected] Systemübersicht 59 Elektro- und Kommunikationstechnik Lok-Simulator mit Original-Fahrzeugleitgerät Elektrische Maschinen / Prof. Dr. Hansjürg Rohrer Für die Ausbildung von Triebfahrzeugführern werden vermehrt Führerstandssimulatoren verwendet. Damit sich der Simulator wie das echte Fahrzeug verhält, muss dessen Programm nach jedem Update an die neue Software des Zuges angepasst werden. Durch den Einbau eines originalen Fahrzeugleitgerätes in den Simulator wird der Aufwand zum Aktualisieren viel kleiner. Die neue Software kann wie beim Fahrzeug auf die Steuerung geladen werden. Heimberg Simon 1981 079 760 98 46 [email protected] Das Fahrzeugleitgerät ist die übergeordnete Steuerung der S-Bahn FLIRT. Unter anderem koordiniert es die Inbetriebnahme des Zuges nach dem Einschalten und steuert das Antriebssystem, wobei es auch die Geschwindigkeitsregelung übernimmt. Weiter bremst es bei Bedarf mit dem passenden Bremssystem und gibt beim Halt die Befehle zum Öffnen und Schliessen der Türen. Das Fahrzeugleitgerät hat selbst keine Ein- oder Ausgänge, alle Signale werden über den Fahrzeugbus mit unterschiedlichen Baugruppen ausgetauscht. Dies sind beispielsweise Module, welche die Führerstandsimulator der HTI in Biel 60 Bedienelemente im Führerstand erfassen oder die Stromrichter für die Ansteuerung der Antriebsmotoren. Dazu gehören aber auch Baugruppen, die nichts mit dem Fahrbetrieb zu tun haben, wie die Klimageräte oder die Toilettensteuerung. Die Berechnung und Anzeige der Fahrt auf einer Strecke führt der Simulator durch. Folglich muss eine Schnittstelle definiert werden, über welche die für die Fahrt relevanten Daten zwischen dem Fahrzeugleitgerät und dem Simulator ausgetauscht werden. Ohne Funktion Wenn nun das Fahrzeugleitgerät in der wichtigsten Baugruppen kann den Führerstandssimulator der HTI das Fahrzeugleitgerät aber nicht in Biel eingebaut wird, übernimmt in den Fahrbetrieb wechseln. Deses auch dort die meisten Steuer- halb müssen diese Komponenten funktionen. Dies ergibt ein original- softwaremässig simuliert und ihre getreues Verhalten, das mit einem Signale über den Fahrzeugbus geUpdate der Software auf den ak- sendet werden. tuellsten Stand gebracht werden kann. FLIRT RABe 521/523 Optimierungen an einem Feed-Forward-Verstärker Elektro- und Kommunikationstechnik Telekom / Prof. Fritz Dellsperger In den gegenwärtigen Kommunikationssystemen existiert nur eine begrenzte Anzahl an Frequenzbändern. Um die gegenseitigen Störungen der Bänder zu minimieren, wird ein grosser Wert auf die Linearisierung der Sendeverstärker gelegt, so dass die Bandbreiten der übertragenen Signale nur geringfügig durch die nichtlinearen Verzerrungen vergrössert werden. Ein leistungsfähiges Konzept zur Linearisierung von Verstärkern wird durch die gegenphasige Addition der Verzerrungssignale erreicht. Ein Anteil des Eingangssignals wird gegenphasig mit dem verzerrten Ausgangssignal des Verstärkers summiert, um das Fehlersignal zu erhalten. Das Fehler signal wird anschliessend verstärkt und mit dem verzerrten Ausgangssignal addiert, so dass die Verzerrungssignale unterdrückt werden. Einsatzgebiet Einer der Hauptgründe für den Einsatz von linearen Verstärkern, hier der Feed-Forward-Verstärker, ist die Verkleinerung der breiten Spektren. Durch die Nichtlinearität der Signalverstärker werden gegenseitige Störungen der Nachbarkanäle verursacht und die Qualität vermindert. Ein weiterer Vorteil der Linearisierung der Sendeverstärker ist die Verbesserung des Wirkungsgrades. Ein Teil des unverzerrten Eingangssignals wird phasenrichtig mit dem Ausgangssignal addiert, so dass die Nutzsignale unterdrückt werden und nur noch die Intermodulationssignale vorhanden sind. Nach Verstärkung dieser Signale werden sie am Ausgang vom verzerrten Signal subtrahiert, so dass wieder ein unverzerrtes Signal entsteht. Die Hauptproblematik dieses Prinzips ist der absolute Gleichlauf der Phasendrehungen in Funktion der Frequenz in beiden Schlaufen. Prinzip Zur Erfüllung dieser Forderung werDie hauptsächliche Idee einer den in beiden Schlaufen die Signale Feed-Forward-Schaltung ist es, die mit Verzögerungsleitungen so verdurch Nichtlinearitäten des Verstär- zögert, dass die Signallaufzeit in kers zusätzlich entstehenden Fre- allen parallel verlaufenden Pfaden quenzen am Ausgang auszublen- exakt gleich ist. den oder zu verkleinern. Optimierung In der Diplomarbeit soll die FeedForward-Schaltung eine bessere Dämpfung der Intermodulationsprodukte in der gesamten Bandbreite der Nutzfrequenz erreichen. Zur Charakterisierung der Schaltung sind verschiedene Messungen durchgeführt worden. Aus der Analyse ist zu erkennen, dass die Phasenlage und die Phasensteigung (im Frequenzbereich) eine grosse Rolle in der Optimierung dieser Schaltung spielen. Es ist schwierig, die Phasendrehung in der ganzen Schaltung zu stabilisieren. Die Phasendrehung verändert sich nämlich bei der Änderung der Frequenz. Durch die Optimierung der Regelschlaufen können die Intermodulationsprodukte in ihrer Amplitude reduziert werden, ohne dass die Nutzsignale beeinflusst werden. Herrera Marcos 1976 079 667 38 34 [email protected] Existierende Verstärkerschaltung zur Optimierung 61 Elektro- und Kommunikationstechnik Vehicle Dynamic Measurement System (VDMS) Sensorik / Prof. Daniel Lanz / RUAG Electronics Die Spezialistinnen und Spezialisten der Division RUAG Electronics Simulation & Training begleiten den Kunden unter anderem von der Studie über die Entwicklung bis hin zur Integration und den Betrieb von Fahrsimulatoren. Die Fahrdynamik der Echtfahrzeuge wird mit einem selbst entwickelten real-time Simulationsmodell nachgebildet. Um die Parameter dieses mathematischen Modells korrekt zu justieren, sind Messungen am Echtfahrzeug nötig. Das VDMS soll genau die elementaren Daten am Echtfahrzeug messbar und somit reproduzierbar machen, welche zur Einstellung des Fahrdynamikmodells notwendig sind. Jaussi Marco 1981 [email protected] Die Division RUAG Electronics Simulation & Training gehört zum Schweizer Technologiekonzern RUAG. Die Spezialistinnen und Spezialisten der Division Simulation & Training begleiten den Kunden unter anderem von der Studie über die Entwicklung bis hin zur Integration und den Betrieb von Fahrsimulatoren. Gleich wie bei den bekannteren Flugsimulatoren dienen die Fahrsimulatoren zur Ausbildung und zum Training des Fahrers bzw. Piloten. Ziel ist es, einfache Fahrsituationen für Fahranfänger bis hin zu komplexen Einsatzfahrten von Polizeieinsatzfahrzeugen effizient, sicher und kostengünstig zu trainieren. Die Anforderungen an die Wirklichkeitstreue sind damit sehr hoch. alen Fahrzeug. Die Fahrt wird mit allen Beschleunigungen und Bewegungen, zusammen mit einer wirklichkeitstreuen Darstellung des Umfelds des Fahrzeuges und der Umwelt nachgebildet. Damit werden dem Fahrer die gleichen Eindrücke für Sicht, Gleichgewichtssinn und Gehör wie bei einer Fahrt auf der Strasse vermittelt. RUAG Electronics verwendet für die Simulation der Fahrdynamik ein eigens dafür entwickeltes Simulationsmodell. Dieses mathematische Modell ist beliebig parametrisierbar und ermöglicht es so unterschiedlichste Fahrzeuge nachzubilden. Es ist sowohl möglich kleine und leichte Pkws, bis hin zu schweren, gepanzerten Militärfahrzeugen zu simulieren. Um die Parameter dieses mathematischen Modells korrekt Das Fahrzeugverhalten und die zu justieren, sind Messungen am Umwelt werden durch Compu- Echtfahrzeug nötig. Es geht in dietermodelle simuliert. Der Fahrer ser Diplomarbeit darum, das in der muss im Simulator die gleichen Semesterarbeit zusammengestellInformationen erhalten wie im re- te Fahrdynamikmesssystem voll- Testfahrzeug ausgestattet mit Messsystem 62 ständig auszutesten. Weiter ist zu prüfen, welche Messerweiterungen für das System sinnvoll sind. Ziel ist es, dass das VDMS genau die elementaren Daten am Echtfahrzeug messbar und somit reproduzierbar machen kann, welche zur Einstellung des Fahrdynamikmodells notwendig sind. Die Herausforderung dieser Arbeit ist, das komplette System an einem Echtfahrzeug zu betreiben und auszutesten. Die Möglichkeiten, welche sich insbesondere durch die Erweiterung des Systems mit einem Messlenkrad ergeben, sollen untersucht werden. Des Weiteren sollen Messfahrten und anschliessende Auswertungen zeigen, ob das Messsystem für die Erfassung der Fahrdynamik geeignet ist. Zum Schluss ist, anhand der gewonnenen Messdaten, der PKWSimulator von RUAG Electronics möglichst realitätsgetreu zu justieren. Auswertungsbeispiel Realgeschwindigkeit im Vergleich zur simulierter Geschwindigkeit Neue Speisung für Solargenerator-Simulatoren der HTI Elektro- und Kommunikationstechnik Photovoltaik / Prof. Dr. Heinrich Häberlin Für wetterunabhängige Labormessungen an Photovoltaik-Wechselrichtern besitzt das Labor für Photovoltaik zwei Solargenerator-Simulatoren (SolGenSim). Diese brauchen für den Betrieb eine variable Gleichspannung von 100 bis 850 Volt. Zurzeit liefert eine rotierende Umformergruppe, bestehend aus einem Wechselstrom- und einem Gleichstrommotor, die gewünschte Spannung. Die Umformergruppe ist an und für sich einfach bedien- und leicht regelbar. Die Nachteile sind aber Grösse, Lärm und Preis. Für eine allfällige Serienproduktion ist diese Art von Speisung nicht geeignet. Die Aufgabe der Diplomarbeit ist es, ein Speisegerät für SolGenSims mit diskreten Bauelementen zu bauen, das alle technischen Kriterien erfüllt und in Serie hergestellt werden kann. Moderne leistungselektronische Bauelemente erlauben es, eine getaktete Speisung mit hoher Leistung zu bauen. Diese Art von Speisung hätte im Gegensatz zur herkömmlichen Variante wesentliche Vorteile, sie wäre kleiner, billiger und praktisch lautlos. In der vorgängigen Semesterarbeit haben wir das Konzept einer solchen Speisung entwickelt und das Ganze mit Simulationssoftware simuliert. Ziel unserer Diplomarbeit ist es nun, dieses Konzept zu realisieren und einen ersten Prototypen mit einer Ausgangsleistung von 10 kW zu bauen. Blockschaltbild des Aufbaus der Speisung spannung bleibt immer konstant, unabhängig von der Last. Die kon stante Zwischenkreisspannung stellt eine Strom- und Spannungsregelung sicher. Der zweite Teil der Schaltung regelt die Zwischenkreisspannung auf die gewünschte Ausgangsspannung, zwischen 100V und 850V runter. Dazu verwenden wir einen Tiefsetzsteller. Der Tiefsetzsteller-Teil hat verschiedene Funktionen. Neben der Spannungsreduktion stellt er die sichere Betriebsweise der Speisung sicher. Falls ein Fehler auftritt, wie z. B. die Ausgangsspannung zu hoch, ein Überstrom am Ausgang oder eine zu tiefe Zwischenkreisspannung schaltet die Speisung aus. Damit ist garantiert, dass der SolGenSim nicht zerstört wird. Die Arbeit lässt sich sehr gut in die zwei beschriebenen Teile aufteilen und getrennt in Betrieb nehmen. Funktionieren die zwei Teile erfolgreich, schalten wir sie zur kompletten Speisung zusammen. Zu jedem Teil gibt es einen separaten Print. Die PFC-Gleichrichtung haben wir noch weiter unterteilt. Von der PFC-Gleichrichtung machen wir als erstes nur einen einphasigen Teil. Dieser kann bei erfolgreichem Test später auf den dreiphasigen Betrieb ausgebaut werden. Falls unser Prototyp einwandfrei funktioniert und sich das gewählte Konzept bewährt, ist eine nächste Diplom- oder Semesterarbeit zur Leistungserhöhung des Prototyps absehbar. Jordi Urs 1980 079 437 21 04 [email protected] Stähli Matthias 1981 078 735 34 57 Unsere Speisung muss verschiedene Kriterien erfüllen. Da die Speisung Bestandteil der Messeinrichtung ist, sind die Störungen, welche ins Netz gelangen, zu minimieren. Dazu sind AC- und DC-seitig möglichst die Grenzwerte der Norm EN55014 einzuhalten. Ein Teil unserer Speisung ist speziell für die störungsfreie Gleichrichtung des Netzes zuständig. Mit einer so genannten PFC-Gleichrichtung wird der Strom möglichst sinusförmig und in Phase zur Spannung vom Netz bezogen. Die PFC-Gleichrichtung liefert an ihrem Ausgang eine Gleichspannung, die Zwischenkreisspannung. Die Zwischenkreis- [email protected] Oben: Print des Tiefsetzsteller-Teils Rechts: Print des einphasigen PFC-Gleichrichtungs-Teil 63 Elektro- und Kommunikationstechnik Missile Approach Warning Sensor Tester (MAWST) Optik, Mikrocontrollertechnik / Prof. Alfred Kaufmann / RUAG Aerospace Im neuen Transporthelikopter der Schweizer Armee wurde ein Selbstschutzsystem integriert, welches das Flugzeug und seine Insassen vor Angriffen schützen soll. Damit die Sensoren vor jedem Abflug auf ihre Funktion getestet werden können, braucht es eine Gefahrensimulation. Der Missile Approach Warning Sensor Tester (MAWST) soll diese Funktion als autonomes Handheld-Gerät mit Hilfe einer UV-Quelle erfüllen. Jungen Sandro 1981 [email protected] Mit der Einführung von modernen Selbstschutz-Systemen auf Flugzeugen und Helikoptern kommen komplexe und empfindliche Umweltsensoren zum Einsatz, die für die Detektion von schnell nahenden Gefahren nötig sind. Die regelmässige Funktionsüberprüfung von solchen Sensoren ist daher ein überlebenswichtiger Vorgang und wird in der Regel vor jeder Flugmission durchgeführt. Ein Testgerät muss daher leicht, kompakt, mobil und einfach zu bedienen sein aber auch unter härtesten Umweltbedingungen zuverlässig arbeiten. Die Hauptgefahr für die Luftfahrt sind zum heutigen Zeitpunkt die MANPADS (MAN-Portable Air Defense Systems). Diese Waffen sind leicht, beweglich und können von einer einzelnen Person abgeschossen werden. Die Detektion von solchen MANPADS erfolgt über “Missile Approach Warning Sensoren” (MAWS). Die am weitesten verbreitete Variante einer Detektion von Lenkwaffen erfolgt über Ultraviolett- tige UV-Quelle ermöglicht es, diese Sensoren. Nachteile zu umgehen und könnte für ein hand-held MAWS-Testgerät Jedes Triebwerk einer fliegenden eine Lösung darstellen. Lenkwaffe emittiert UV-Strahlen. Ein MAWS sucht daher die Um- Da noch wenig Informationen über gebung permanent nach solchen diese neuartige UV-Quelle vorhanverdächtigen Quellen ab. Entdeckt den sind und noch keine Erfahrung der MAWS eine verdächtige Quelle, besteht, müssen zuerst verschieanalysiert ein spezieller Rechenal- dene Messungen und Abklärungen gorithmus den Intensitätsverlauf der durchgeführt werden. Die MessreQuelle. Eine sich nähernde Missile sultate sind Voraussetzung für eine verrät sich durch ein spezifisches möglichst lineare und stabile An“Missile-Profil” welches an Intensi- steuerung der UV-Quelle über einen tät zunimmt. Ein MAWS muss diese Microcontroller (PIC). Die RückmelBedrohung schnell erfassen, damit dung des Betriebszustandes erfolgt nötige Gegenmassnahmen recht- über eine Zweifarben-LED sowie zeitig eingeleitet werden können. über einen Vibrator. Weiter ist eine Aus welcher Richtung eine Gefahr serielle Schnittstelle vorhanden, herannaht, wird auf einem Display welche es ermöglicht andere “Misim Cockpit dargestellt. sile-Profile” zu laden oder das Gerät zu kalibrieren. Das erarbeitete Die bisherige Stimulus-Technolo- Funktionsmuster erlaubt es einem gie, basierend auf heissen Quellen, Benutzer, ein gespeichertes Profil kann aufgrund hohen Energiebe- (Dauer : maximal 5 Sekunden) ohne darfs und Überhitzungsgefahr die Batteriewechsel über 2’000 Mal zu Anforderungen für ein Handgerät betätigen um damit die Funktionalinur beschränkt erfüllen. Eine neuar- tät des MAWS zu überprüfen. Bei Tastenbetätigung am MAWST wird ein Lenkwaffenprofil mittels einer UV-Quelle simuliert 64 Informationssystem für die Fahrgäste der Vinifuni Télématique et réseaux / Prof. Claude Brielmann / Aare Seeland mobile AG Elektro- und Kommunikationstechnik Jeder kennt es. Man wartet am Bahnhof und der Zug kommt nicht. Hat er nun eine Verspätung oder liegt sogar ein Defekt vor ? Um diese und weitere Auskünfte dem Kunden weiterleiten zu können wird für die Vinifuni ein Fahrgastinformationssystem entwickelt. Dazu werden an allen Haltestationen kleine Embedded PC’s mit Bildschirmen installiert, welche von einem zentralen Server aus gesteuert werden. Der Server versorgt diese Anzeigen periodisch mit aktuellen Daten wie Countdown oder Zeitpunkt der nächsten Abfahrt und kann gezielt Meldungen an einzelne Stationen verschicken. Eine grafische Anzeige der Kabinenposition rundet das Informationsangebot für den wartenden Fahrgast ab. Vinifuni heisst die Standseilbahn der Aare Seeland mobile AG, welche Ligerz am Bielersee mit Prêles auf dem Tessenberg verbindet. Als Ergänzung der kürzliche erneuerten Anlage wurde nun im Rahmen dieser Diplomarbeit ein Informationssystem entwickelt, welches dem wartenden Fahrgast grafisch mitteilt, wo und wann die nächste Bahn zu erreichen ist. installiert werden. Der Server kann lokal auf dem Server oder über eine die Clients über ein TCP-Socket an- gesicherte Verbindung von einem sprechen und steuern. PC im Intranet aufgerufen werden. Optional kann eine Webcam an das Informationen erhält der Server ei- Netzwerk angeschlossen und denerseits über den Fahrplan in Ver- ren Bild auf den Clients angezeigt bindung mit der aktuellen Uhrzeit, werden. anderseits aber auch vom Steuerungssystem der Bahn. So können Das Programm für den Server badie Position und die Geschwindig- siert auf Java, das der Clients auf keit der Vinifuni direkt angefordert Visual Basic .NET. Beim Design der und in die Daten miteingerechnet Server-Software wurde darauf geHerzstück des Informationssys- werden. achtet, dass das System bei einem tems ist der Server in der Berg- Zur Steuerung und Kontrolle dient Ausbau der Vinifuni mit möglichst station Prêles. Er verarbeitet alle das sogenannte Service-GUI. Die- kleinen Änderungen an eine neue anfallenden Daten und entschei- se grafische Oberfläche gibt dem Streckentopologie angepasst werdet, welche Befehle als nächstes Operator die Möglichkeit zu über- den könnte. So ist es bei einem an die Anzeigen weitergeschickt prüfen, welche Stationen gerade Ausbau jederzeit möglich, neue Anwerden müssen. In den Stationen online sind und welche Informati- zeigen zu installieren. Ligerz, Pilgerweg, Festi und Prêles onen dem Fahrgast angezeigt werwerden vier dieser Anzeige-Clients den. Das Service-GUI kann dabei Kaltschmied Marcel 1982 078 637 11 54 [email protected] 65 Elektro- und Kommunikationstechnik Mehrfrequente Schwingungserzeugung Sensorik / Prof. Daniel Lanz / Ammann Verdichtung AG Die Firma Ammann produziert und vertreibt seit mehreren Jahren erfolgreich selbstregelnde Vibrationswalzen für die Erd- und Asphaltverdichtung mit integrierter Bodensteifigkeitsmessung unter dem Namen “Ammann Compaction Expert” (ACE). Das ACE-System ist in der Lage, die notwendige Energie gezielt in den Untergrund zu leiten, um in kürzester Zeit eine optimale Verdichtung zu erreichen. Im Rahmen der Diplomarbeit wird mit Hilfe eines Simulationsmodells geprüft, ob eine Steigerung der Verdichtungsleistung bei gleich bleibendem Maschinengewicht durch eine mehrfrequente Erregung des Verdichtungswerkzeuges (Bandage) erreicht werden kann. Bei der mechanischen Verdichtung von Oberflächen im Bauwesen werden meist Vibrationswalzen eingesetzt, deren Dynamik stark nichtlinear ist und die ein entsprechendes Verhalten aufweisen. Insbesondere das Auftreten Kaufmann Kuno instabiler Betriebszustände des 1973 Verdichtungswerkzeuges (Banda079 627 91 56 ge = Walzenrad) führt zu [email protected] ten Prozessleistungen. Deshalb haben sich in den letzten Jahren in der Praxis selbstregelnde Vibrationswalzen durchgesetzt. Die mit einem heutigen Verdichtungsgerät in den Untergrund transferierbare Energie, ist durch die bodenkraftgesteuerte Nichtlinearität zwischen Gerät und Unterlage gegeben. Dementsprechend stellt sich die Frage nach künftigen Möglichkeiten der Leistungssteigerung. Eine Variante, um bei gleich bleibendem Maschinengewicht mehr Leistung zu transportieren, ist die Verwendung von mehreren Trägerfrequenzen Das Ziel der Diplomarbeit ist die Entwicklung eines Simulationsmodells, welches der Firma Ammann ermöglicht, das analytische Modell für die Erhöhung der Verdichtungsleistung dank mehreren Erregerfrequenzen mit unterschiedlichen Parametern zu überprüfen. Umsetzung Mit dem Softwarepaket Matlab®/ Simulink® konnte das analytische Modell umgesetzt werden. Durch eine graphische Bedieneroberfläche und eine geeignete Darstellung der Resultate ist eine Charakterisierung des Systemverhaltens möglich. Die daraus gewonnen Erkenntnisse zeigen die Möglichkeiten und die Effekte des mehrfrequenten Energietransfers zwischen Verdichtungswerkzeug und Boden, sowie das optimierte Schwingungsverhalten auf. Die Stabilität des Systems Grundlage Die Dynamik aller monofrequent erregten Verdichtungsgeräte gehorcht denselben Gesetzesmässigkeiten. Das analytische Modell für die Beschreibung der Dynamik der Interaktion eines Verdichtungsgerätes mit dem Boden stellt die Basis für die Untersuchung des Schwingungsverhaltens von Verdichtungsgeräten dar. Das in der Praxis validierte Modell dient als Grundlage für die Diplomarbeit. Matlab/Simulink-Modell 66 wurde durch die Analysemethoden der nichtlinearen Dynamik überprüft. Durch die in den Simulationen erarbeiteten Parameterkombinationen und Systembetrachtungen konnten grundsätzliche Fragen geklärt werden. Diese bilden die Basis für eine der Problemstellung angepassten praktischen Messtechnik und dienen als Grundlage für eine Machbarkeitsstudie bei der Firma Ammann. Walzenzug ASC110 ACE PEM-Scoot : Anzeige- und Aufzeichnungsgerät Elektro- und Kommunikationstechnik Automation / Prof. Markus Moser Die zunehmende Verknappung von Erdöl zwingt die Menschheit, nach alternativen Energieträgern zu suchen. Der in der PEM-Brennstoffzelle verwendete Wasserstoff stellt eine derartige Alternative dar. Eine solche Brennstoffzelle ist das Herzstück des Elektrofahrzeugs PEM-Scoot. Dieser Roller ermöglicht den Transport zweier Passagiere, ohne dabei schädliche Abgase zu produzieren. Seine Entwicklung, für die das vierköpfige Diplomandenteam verantwortlich ist, ist ein gemeinsames Projekt der Labors für Automation, Industrieelektronik und Energietechnik der HTI in Biel. Warum ein Aufzeichnungs- und Anzeigesystem ? Der PEM-Scoot ist ein mobiles System, welches komplexe Steuerungsprogramme und -systeme aufweist. Will man einen Fehler in diesem System entdecken, müssen die Fahrdaten verfügbar sein, dies sowohl für den Fahrer als und auch für die eine spätere Auswertung durch den Entwickler. Genau dafür wird der Logger (Aufzeichnungsgerät) entwickelt. Welche Daten genau in den Speicher gelangen, wird von einer Konfigurationsdatei festgelegt, welche der Benutzer vorher definiert. Mit der Anzeige auf den Displays, der in das Gerät eingebaut sind, verhält es sich genau gleich. Der Betrieb des Loggers läuft ohne Einwirkung eines Benutzers ab, die Daten werden nach dem in der Konfiguration vorgegebenen Muster in den Speicher, eine handelsübliche SD Karte, geschrieben. Bei der Anzeige kann der BenutDas System zer über einen Drehknopf und Die Aufgabe des Loggers ist die eine Anzahl Tasten verschiedene Aufzeichnung und die Anzeige von Ansichten der Fahrdaten aufrufen Daten während des Betriebs. oder einzelne Informationen detailDies wird erreicht mit dem Einsatz liert darstellen lassen. Die Anzeizweier Mikroprozessoren, von de- geelemente können entsprechend nen einer für die Aufzeichung der der Art der darzustellenden Daten Daten und der andere für deren An- gewählt werden. Angefangen beim zeige verantwortlich ist. Einfachsten, einer numerischen Anzeige, bis hin zu Zeigerinstrumenten für Geschwindigkeiten ist alles möglich. Dadurch und durch die grosse Konfigurierbarkeit sind viele Anwendungen denkbar. Entworfen wurde der Logger für den PEM-Scoot. Andere Testfahrzeuge sollen aber auch damit ausgerüstet werden können. Logger und Anzeigen sollten auch als unabhängige Geräte eingesetzt werden können. Lädrach Lukas Daniel 1981 [email protected] Die Verbindung zum PEM-Scoot Verbunden mit den Kontrollsystemen des Rollers wird der Logger mittels eines CAN Busses, wie er auch im Fahrzeugbau allgemein eingesetzt wird und sehr geeignet ist für Fahrzeuge aller Art. Er ist in einem spritzwasserdichten Gehäuse untergebracht, welches auf dem Lenker des PEM-Scoot montiert wird. Der Scooter Die Beschreibungen zu den weiteren Teilprojekten des PEMScoot befinden sich auf den Seiten 38, 80 und 86 dieses Buches. Versuchsaufbau CAN Logger 67 Elektro- und Kommunikationstechnik Wireless DMX-System Nachrichtentechnik / Prof. Markus Liniger DMX steht für Digital Multiplex und ist heute in der Bühnentechnik der Standard zur Übertragung von Steuerdaten an Beleuchtungssysteme. Ursprünglich wurden nur Dimmer über DMX angesteuert. Heute geht die Produktpalette von Scannern und Movingheads bis hin zu Lasersystemen. DMX ist ein Bussystem, das erlaubt, Steuerinformationen an mehrere Endgeräte zu senden, indem die Daten multiplexiert und seriell übertragen werden. Der Verkabelungsaufwand für ein umfangreiches DMX-System kann beträchtlich sein. Aus diesem Grund ist es hilfreich und sinnvoll, zumindest Teile des DMX-Busses mit einer drahtlosen Verbindung zu realisieren. Lerch Denise 1981 078 767 80 70 [email protected] Sieber Lukas 1981 079 352 11 75 [email protected] Der Anwendungszweck DMX ist ein Bussystem zur Ansteuerung von Lichtanlagen in der Bühnentechnik. Meist werden die einzelnen Lichteffektgeräte wie Movingheads oder Scanner von einem zentralen DMX-Controllerpult aus angesteuert. Die DMX-Verbindungs leitung von diesem Controllerpult zur Bühne führt oft durch die Zuschauerränge, was nicht selten zu einem Problem wird. Ein drahtloses DMX-System schafft hier Abhilfe. Das DMX-Signal kann direkt zu einem Knotenpunkt auf der Bühne übertragen werden, von wo aus eine Verkabelung zu den einzelnen Geräten führt. Das entwickelte Wireless DMX-System ersetzt also ein Teilstück des DMX-Busses. Die Herausforderungen Das Projekt stellt hohe Anforderungen in Bezug auf die Echtzeitund Leistungsfähigkeit jeder beteiligten Komponente. Die Bitrate von DMX beträgt konstante 250 kBit/s. Die Verzögerung über die gesamte Funkstrecke soll kleiner als 100 ms sein. Zudem müssen Bitfehler vermieden werden, da sich diese beispielsweise in einem falsch positionierten Lichtkegel direkt sichtbar auswirken. Das Wireless DMX-System im Überblick 68 Das System Als Übertragungstechnik wird Wireless-LAN (Local Area Network) gewählt, da diese Technologie eine hohe Übertragungsbandbreite, sowie eine grosse Störsicherheit bietet. Zur Anbindung ans WLAN werden in einem ersten Schritt zwei Desktop-PCs mit eingebauter WLAN-Karte verwendet. Die Kommunikation über das WLAN erfolgt per TCP-Socketverbindung. Da sich das DMX-Signal aufgrund seiner hohen Bitrate nicht direkt über eine PC-Schnittstelle einlesen oder generieren lässt, werden zwei DMX-Interfaces entwickelt, die das DMX-Signal auf die Parallelschnittstelle des PCs umsetzen. Die Graphik zeigt das Wireless DMX-System im Überblick. In einem zweiten Schritt wird die für die Desktop-PCs entwickelte Software auf einen Embedded-PC portiert. Dabei ist die Verwendung des Linux-Betriebssystems von Vorteil, da dieses auf beiden Hardwareplattformen zur Verfügung steht. Das Resultat Die erreichte Funktionalität des Wireless DMX-Systems entspricht den gestellten Anforderungen. Die Signalverzögerung ist vernachlässigbar klein und die Zuverlässigkeit ist mit derjenigen der drahtgebundenen Übertragung vergleichbar. Natürlich ist die Übertragungsreichweite aufgrund der begrenzten WLAN-Sendeleistung auf etwa 80 m beschränkt. Ein noch zu realisierendes Ziel ist die Herstellung von zwei kompakten Geräten für den realen Einsatz in einem DMX-System. Schrittmotorcontroller mit CAN-Schnittstelle Elektro- und Kommunikationstechnik Mikrocontroller / Ing. FH Peter Aeschimann Die Firma Hunkeler AG in Wikon setzt aufgrund der hohen Störsicherheit, der geringen Kosten und der Echtzeitfähigkeit, für die Ansteuerung der Hauptantriebseinheiten den CAN-Bus ein. CAN steht für Controller Area Network, ist ein serielles Bussystem und adressiert im Gegensatz zu anderen Protokollen nicht die Teilnehmer, sondern die übermittelte Nachricht. Die physikalischen Gegebenheiten für CAN sind in der ISO 11898 definiert. Eine Nachricht wird in einer für den CAN-Bus eigenen Form verpackt. Der Aufbau des CAN-Protokolls erfolgt nach dem Standard CAN 2.0A (Standard Frame mit 11 Bit Identifier). Ausgangslage In der vorangegangenen Semesterarbeit ist für eine vorgegebene lineare Positionierungseinheit mit Schrittmotor ein Schrittmotorcontroller mit einer RS232-Schnittstelle erstellt worden. Die Übermittlung der Kommandos sowie das Auslesen der Betriebszustände erfolgt über ein RS232-Protokoll (ASCII). trieben werden. Aus den Schemas der beiden Boards lässt sich nach der Diplomarbeit ein neues Schrittmotorcontrollerboard herleiten, auf dem die entwickelte Software bei nur minimalen Anpassungen betrieben werden kann. Der Schrittmotorcontroller und die CAN/RS232-Kommunikation sind mittels Zustandsmaschinen (StaZielsetzung te-Event-Diagrams) programmiert In der Diplomarbeit war eine Be- worden. Wird ein CAN-Datenteletriebssoftware zu erstellen, welche gramm an den Schrittmotorcontrolden Betrieb des Schrittmotorcontrol- ler gesendet, wird anhand des aklers über eine CAN–Schnittstelle ermöglicht. Für die CAN-Einbindung stehen der in der Semesterarbeit entwickelte Schrittmotorcontroller, ein ATDVK90CAN1 Entwicklungsboard der Firma Atmel, ein JTAG InCircuit Emulator mk-II sowie ein PC CAN-Dongle der Firma PEAK-System Technik GmbH zur Verfügung. Ausführung Die Kommandos für den RS232Schrittmotorcontroller sind vor der Erstellung der CAN-Betriebssoftware um die noch fehlenden CANDatentelegramme erweitert worden. Für den Zugriff auf den Schrittmotorcontroller wurden während der Diplomarbeit CAN-seitig Wrapperfunktionen für die entsprechenden RS232-Zugrifsfunktionen erstellt. Das Schrittmotorcontrollerboard kann jetzt unter RS232 direkt und unter CAN indirekt über das ATDVK90CAN1 Entwicklungsboard be- tuellen Zustandes in dem sich der Schrittmotorcontroller befindet, entschieden ob das empfangene Kommando sofort, erst später oder gar nicht (Fehler) ausgeführt werden darf. Littera Franco Für den schrittverlustfreien Betrieb kann mit einem Hilfsprogramm ein geeignetes Rampenprofil bei gegebenem Schrittmotor und Masse berechnet und zusammen mit den Skalierungsangaben für die Positionierung in einem FLASH-RAM abgelegt werden. 1974 076 579 59 26 [email protected] Testaufbau, Schrittmotorcontroller mit CAN-Schnittstelle 69 Elektro- und Kommunikationstechnik Low-Cost-Motion-Controller mit MSP430 Regelungstechik / Prof. Dr. Harald Wild / Mechatronic Systems GmbH Die Firma Mechatronic Systems GmbH entwickelt Regelungssysteme für die Industrie, welche in hochdynamischen und hochpräzisen Antrieben Verwendung finden. Die Entwicklungen beinhalten dabei die Hardware, die Software sowie die mechanische Konstruktion. Um nun auch eine Lösung für Regelungsaufgaben mit weniger hohen Anforderungen bezüglich Geschwindigkeit und Präzision anbieten zu können, wird ein Low-Cost-Motion-Controller auf Basis eines MSP430 Mikrokontrollers von Texas Instruments entwickelt. Das System wird an einem Testaufbau mit Voice-Coil-Motor verifiziert. Lozano Rodrigo 1980 079 701 12 10 [email protected] Auf dem Markt befinden sich eine Vielzahl von Steuerungsmodulen, die sich für den Aufbau einer digitalen Positionsregelung (Motion Controller) eignen. Die preisgünstigen Modelle bieten aber vielfach nicht die gewünschte Flexibilität hinsichtlich der Programmierung geeigneter Regelungs- und Filteralgorithmen, oder es fehlen die entsprechenden Schnittstellen. Die Aufgabe besteht nun darin, die Hard- und Software für einen LowCost-Motion-Controller zu entwickeln. Das Motionmodul weist folgende Schnittstellen auf : - Schnittstelle für ein inkrementelles Längenmesssystem (Encoder) - ICP-Interface für Beschleunigungssensor - Differenzieller Analogeingang mit einem Eingangsspannungsbereich von ±10V - Zwei analoge Ausgänge (single ended) mit ±10V Spannungsbereich - Vier galvanisch getrennte digitale Ein- und Ausgänge mit Nennspannung 24 Volt - RS232-Schnittstelle für die Kommunikation mit einem PC - JTAG-Schnittstelle zur Entwicklung und zum Programmdownload - Vier LED zur Anzeige des Betriebszustands des Reglers Als Mikrokontroller dient ein mit 8MHz getakteter MSP430 mit 10kb RAM, 12bit A/D- und D/A-Wandler sowie 2 USARTs. Die Software umfasst den PID-Regelalgorithmus und die Ansteuersoftware für die gesamte Peripherie. Die Regelparameter können vom PC aus über ein Terminalprogramm geändert werden, um somit eine komfortable Inbetriebnahme des Reglers zu ermöglichen. Messwerte werden im internen RAM abgespeichert und über das Terminal ausgelesen. Damit kann beispielsweise eine Sprungantwort aufgezeichnet und anschliessend ausgewertet werden. Zur Softwareentwicklung wird die Entwicklungsumgebung Code Composer Essentials für den MSP430-Mikrokontroller eingesetzt. Die Programmierung erfolgt in C. Das Motionmodul kann dank seiner Schnittstellen vielfältig eingesetzt und mit geringem Aufwand Für den Analogeingang kann ein an die jeweilige Aufgabe angepasst Antialiasing-Filter 2. Ordnung zuge- werden. Die Inbetriebnahme und schaltet werden. Die Spannungs- das Testen des Reglers sind dank bereiche der analogen I/O’s können der Möglichkeit der Messdatenje nach Anforderung durch Ändern aufzeichnung schnell und effizient der Bestückung skaliert werden. durchführbar. 70 Energieverbrauch von Triebwagen der THURBO Elektro- und Kommunikationstechnik Elektrische Maschinen / Prof. Dr. Hansjürg Rohrer Die Regionalbahn THURBO AG betreibt den Regionalverkehr in der Ostschweiz und im Landkreis Konstanz. In Deutschland müssen in absehbarer Zeit alle Fahrzeuge mit Energiezählern ausgerüstet werden. Zum Trassenpreis wird anstatt einer Pauschale neu die benötigte Energie bezahlt. Deshalb ist es interessant zu wissen, wieviel Energie ein Fahrzeug benötigt und wie gross ein allfälliges Ener giesparpotential ist. Zudem soll der Einfluss des Fahrstils und des Fahrplans auf den Energieverbrauch aufgezeigt werden. Der Triebfahrzeugführer kann sein Fahrzeug bis an die physikalischen Grenzen bringen, indem er immer mit maximaler Zugkraft beschleunigt, danach mit der erlaubten Höchstgeschwindigkeit fährt und kurz vor der nächsten Station stark bremst. Dies hat zur Folge, dass er am Bahnhof einen längeren Aufenthalt hat. Mit dem gleichen Fahrplan könnte er auch die Höchstgeschwindigkeit nicht ausnützen, weniger stark beschleunigen oder die Motoren frühzeitig ausschalten. So wurden die unterschiedlichen Fahrstile auf einer theoretischen Strecke verglichen. Da im Regionalverkehr die Streckenabschnitte zwischen zwei Halten meistens kurz sind, hat der Beschleunigungsanteil den grössten Einfluss. gen der zweiten Serie (GTW2) von Stadler Rail AG näher untersucht. Während des fahrplanmässigen Betriebes wurden auf einem Fahrzeug Messungen durchgeführt. Im Antriebsteil hielt ein Leistungsmessgerät die Primärleistung fest. Diverse Signale, welche von der Fahrzeugleittechnik benötigt werden, wurden über den CAN-Bus ausFür die Regionalbahnen THUR- gelesen. Die Messungen dienten BO AG wurde der Gelenktriebwa- auch dazu, die Gesamtenergie in Antriebs-, Hilfsbetriebs- und Komfortanteile zu zerlegen. Lüthi Stefan 1982 079 542 73 29 [email protected] Aus diesen Messungen ergibt sich ein Modell, anhand dessen der Energieverbrauch bei Zuglaufrechnungen einschliesslich der Hilfsund Komfortbetriebe berechnet werden kann. Aus ihm sollten auch Empfehlungen zum optimalen Fahrstil und zum allgemeinen Betrieb des Fahrzeuges möglich sein. Verschiedene Fahrstile auf einer Strecke von 3 km 71 Elektro- und Kommunikationstechnik Entwicklung eines Laserschreibers Mikrosystemtechnik / Prof. Dr. Hans Köppel Bei der fotolithographischen Bearbeitung von kleinen Strukturen in der Mikroelektronik und Mikrosystemtechnik werden die Strukturen über Negative – in diesem Fachgebiet Masken genannt – übertragen. Die Herstellung solcher Masken ist mit hohen Kosten verbunden. Daher ist die Produktion von Einzelstücken und Kleinserien, wie in Forschungsprojekten üblich, oft nicht möglich. Mit dem Strahl des Laserschreibers kann der Fotolack eines Substrates gescannt und direkt belichtet werden. Dieses Vorgehen soll das maskenlose Prozessieren eines Wafers ermöglichen. Auch eine Maskenherstellung wäre denkbar. Die Diplomarbeit klärt die Machbarkeit eines solchen Laserschreibers im Eigenbau ab. Lichtquelle Die Anforderungen an die Lichtquelle sind hauptsächlich durch den Fotolack gegeben und betreffen die Wellenlänge sowie die notwendige Leistung. Von den möglichen Laserquellen erweist sich Funktionsweise die Laserdiode als am besten geUnter dem örtlich fixen Laserstrahl eignet. Der Strahl einer Laserdiode bewegt sich das Substrat in eine kann aber nicht direkt zur BelichRichtung. Gleichzeitig schaltet sich tung eingesetzt werden, da er die der Strahl so ein und aus, dass der Anforderungen bezüglich Form und Fotolack an den gewünschten Stel- Qualität nicht erfüllt. Die Aufbereilen belichtet wird. Somit schreibt tung kann entweder durch ein Lindas Gerät eine Zeile. Dieser Vor- sensystem oder durch Einkopplung gang wiederholt sich so oft, bis Zei- in eine Glasfaser geschehen. Die le um Zeile und letztlich das ganze Nachforschungen haben ergeben, Bild auf den Resist übertragen ist. dass im Falle des Laserschreibers die Einkopplung des Lichts in eine Der Laserstrahl wird mit Linsen auf Glasfaser die geeignetere Variante ein Objekt fokussiert. Der Spot hat darstellt. eine Grösse von 1μm. Damit die Spotgrösse konstant bleibt, müssen Mechanik Unebenheiten der Substratoberflä- Zum Verschieben des zu belichtenche und die daraus resultierenden den Objekts eignet sich grundsätzSchwankungen in der Distanz de- lich ein Tisch mit hoher Präzision, tektiert und geregelt werden. der sich in X- und Y-Richtung beDer Aufbau des Laserschreibers besteht aus einer Lichtquelle mit optischen Komponenten zur Lichtaufbereitung sowie einer Mechanik zum Verschieben des zu belichtenden Objekts. Mahler Benjamin 1981 [email protected] Versuchsaufbau mit Laserdiode, Objektiv und Wafer (ohne Lichtaufbereitung) 72 wegen lässt. Die eine Bewegungsrichtung erfordert einen Antrieb mit grosser Fortbewegungs-Geschwindigkeit, die andere Richtung eine hohe Positioniergenauigkeit. Aus diesem Grund werden zwei unabhängige Tischeinheiten gewählt. Eine Anforderung an den Laserschreiber beinhaltet die Möglichkeit, 4 Zoll-Wafer (ca. 100 mm) beschreiben zu können. Folglich muss die Weglänge der linearen Positionierungssysteme auch 4 Zoll betragen. Die erwünschte Auflösung beträgt zirka 100nm. Ergebnis Das Gerät soll es ermöglichen, Strukturen mit Linienbreiten bis zu einer Genauigkeit von 5μm herzustellen. Diese Genauigkeit stellt hohe Ansprüche an die Fokussierung des Laserstrahls und an die Distanzkontrolle zwischen Lichtquelle und Substrat des Fotolacks. Aufgrund umfangreicher Experimente und Recherchen liegt ein detaillierter Vorschlag für den Eigenbau eines Laserstrahlschreibers vor. Fernsteuerung von Gleichrichter-Stationen der FB Elektro- und Kommunikationstechnik Automatisierungstechnik / Prof. Markus Moser / Forchbahn AG Zur Speisung der Fahrleitungen betreibt die Forchbahn AG entlang ihres Streckennetzes vier Gleichrichter-Stationen und dazugehörige Schaltposten. Diese Anlagen sollen in Zukunft ab der Zugleitstelle in Forch über einen Bildschirm ferngesteuert und überwacht werden können. In der vorangegangenen Semesterarbeit ist das System analysiert und das Steuerungskonzept entworfen worden, zudem wurden die notwendigen Komponenten ausgewählt. Diese Diplomarbeit befasst sich nun mit einer ersten Umsetzung der geplanten Fernsteuerung. Dabei wird ein Versuchsaufbau zusammengestellt und anschliessend getestet. Die ganze Anlage umfasst insgesamt vier Gleichrichter-Stationen und elf Schaltposten zur Kupplung der verschiedenen Fahrleitungsabschnitte, der Prototyp-Aufbau wird aber nur mit einigen wenigen Komponenten erstellt. Jede Station besteht aus mehreren HochleistungsSchaltern, die einerseits betätigt und andererseits überwacht werden müssen. Auf Wunsch der Forchbahn AG soll die Datenkommunikation über ein betriebseigenes Telefonkabel erfolgen. Aus diesem Grund, aber auch wegen der grossen Distanzen zwischen den einzelnen Standorten, wurde die Verbindung über spezielle Multidrop-Modems realisiert. Der Datenaustausch muss keine besonderen zeitlichen Anforderungen erfüllen, aber sehr zuverlässig sein. Deshalb wurde das Übertragungsprotokoll entsprechend spezifiziert und umgesetzt. Ausserdem weisen die Anlagen unterschiedliche Bezugspotentiale auf, was galvanische Trennungen und den Einsatz von ÜberspannungsSchutzeinrichtungen unerlässlich macht. In den Stationen sind zur Erfassung der Zustandswerte und zur Betätigung der Schaltelemente speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) eingesetzt worden. Die Zugleitstelle kommuniziert in einer Master-Slave-Struktur mit den anderen Steuerungsteilnehmeren. Mittels Polling werden zuerst die Schaltbefehle erteilt, dann die Zustände zurück gelesen und für die spätere Darstellung in einen Speicher abgelegt. Ménétrey Patric 1982 078 690 54 05 [email protected] Für die Umsetzung der Visualisierung wird der Bedienungs-PC über einen OPC-Server mit der zentralen Steuereinheit verbunden. Somit kann der Netzstatus durch die Software ausgelesen und auf dem Bildschirm angezeigt werden. Befehle können nach Bestätigung mit der Maus gegeben werden und gelangen dann in den Zwischenspeicher der Master-SPS. Prinzipschema des Systemaufbaus Eine Komposition der Forchbahn Sämtliche Störungen werden, neben der Darstellung durch die Visualisierung, auch optisch und akustisch auf dem Stellpult der Zugleitstelle signalisiert. Um eine lückenlose Versorgung der Fahrleitung zu gewährleisten, verbleiben bei einem Ausfall der Kommunikation oder der Steuerung alle Schaltanlagen in ihrem bestehenden Zustand. 73 Elektro- und Kommunikationstechnik iFridge – Der intelligente Kühlschrank Technische Informatik / Prof. Peter Straub Die Grossverteiler der Schweiz führen derzeit Labortests mit RFID (Radio-Frequency-Identification) durch. So soll der Einkaufswagen an der Kasse bald selber wissen, was alles in ihm enthalten ist. Die dazu in den Artikelverpackungen untergebrachten RFID-Tags könnten auch zur automatisierten Verwaltung des eigenen Kühlschrankes verwendet werden. Diese Arbeit befasst sich mit dem Rezeptvorschlag, der nur eine von vielen möglichen Anwendungen ist. Dabei werden, ausgehend vom aktuellen Kühlschrankinhalt, alle gerade passenden Menus gesucht. Auch eine fortlaufende Überwachung und Unterstützung bei der Menuplanung ist denkbar. Meyes Simon 1981 079 256 40 77 [email protected] Tschanz Roger 1978 079 378 97 37 [email protected] Das Ziel Das Projekt iFridge ist ein erster Schritt auf dem Weg zur automatisierten Kühlschrankverwaltung. In den Kühlschrank eingelegte oder entnommene Lebensmittel werden manuell registriert. Die entsprechenden Daten werden über das Internet an eine zentrale Verwaltungsstelle übermittelt. Diese informiert den Anwender über aktuell passende Rezepte. Der Aufwand für die manuelle Registrierung würde den Nutzen im Alltag übersteigen. Das Projekt dient daher lediglich als Konzeptstudie für eine zukünftige Anwendung mit der RFID-Technologie. gelt die Verbindung zum Internet und den Datenbankzugriff. Mit einem Bediengerät am Kühlschrank werden eingelegte oder entnommene Lebensmittel über ein Tastenfeld registriert. Meldungen werden dabei über ein integriertes Display ausgegeben. Ein Terminalprogramm ermöglicht den erweiterten Zugriff auf das System. Anwender suchen hier nach Rezepten und mutieren komfortabel ihren Kühlschrankinhalt. Administratoren verwalten zusätzlich die Benutzerkonten, die Rezepte und die erfassbaren Lebensmittel. Die Technologie Als Datenbanksystem kommt MySDas Konzept QL zum Einsatz, da es verbreitet Ein zentraler Verwaltungsserver ist und frei erhältlich ist. Die Zugriffsdas Herzstück des Projektes. In berechtigungen und die Verknüpseiner Datenbank sind alle Inhalts- fungen der Listen sind direkt in der daten, Benutzerkonten, Rezepte Datenbank implementiert. und erfassbaren Lebensmittel ab- Das Terminalprogramm und die gelegt. Seine Kontrollsoftware re- Kontrollsoftware des Servers ba- Das Konzept im Überblick 74 sieren vollständig auf Java. Diese Sprache wird auch für die Treibersoftware des Bediengerätes verwendet, wobei dort Java 2 Micro Edition-CLDC zum Einsatz kommt. Im Bediengerät arbeitet ein SNAPMikrokontroller. Er bietet nativeJava-execution und 10/100Base-T Ethernet. Über RS232 ist er mit einem Display verbunden, welches seinerseits eine gepufferte Schnittstelle für das Tastenfeld bietet. Das Resultat Mutationen über das Terminalprogramm und das Bediengerät sind ausführbar. Die Rezeptsuche und erweiterte Zugriffe für Administratoren sind realisiert. Der Datenbankzugriff, sowie das System als solches arbeiten einwandfrei und zuverlässig. Mit einer Umrüstung des Bediengerätes auf RFID-Technologie kann das Projekt für den Einsatz im Alltag ausgebaut werden. Intelligente Beleuchtungssysteme der Haustechnik Automation / Prof. Markus Moser / Gerber AG Elektro- und Kommunikationstechnik Ein hoher Prozentsatz der heute in der Wirtschaft genutzten Beleuchtungsanlagen entspricht nicht mehr dem Stand der Technik und den Normen, so dass eine Sanierung sowohl aus Kostengründen als auch zur Qualitätssicherung häufig angebracht ist. Die Installation moderner Beleuchtungssysteme verringert die Stromkosten für die Beleuchtung um bis zu 80 %. Ziel dieser Arbeit ist es aufzuzeigen, wie man mit einer modernen und intelligenten Beleuchtung Energie und Geld sparen kann. Als Einführung wurden die Grundlagen zum Thema Licht zusammengefasst. Weiter hat man die aktuellen Normen und Standards zusammengestellt. Anforderungen Neben den Einsparungen sollte für den Kunden eine Steigerung des Komforts und der Lichtqualität möglich sein. Das eingesetzte Beleuchtungssystem muss den sich ändernden Anforderungen, wie zum Beispiel einer Raumumgestaltung, schnell angepasst werden können. Die ausgewählte Tageslichtsteuerung muss des Weiteren zukunftssicher, mit anderen Systemen koppelbar und kostengünstig in Anschaffung und Wartung sein. Vergleich von verschiedenen Lampentypen Bei den Leistungsmessungen wurden von verschiedenen Lampen deren Beleuchtungsstärke sowie Programmierung der Tageslichtsteuerung Hier wurde in einem Showkoffer anhand eines Sitzungszimmers und eines Grossraumbüros zwei Beispiele programmiert und in Betrieb genommen. Mit diesem System konnte das Kunstlicht tageslichtabAuswahl einer Tageslichtsteu- hängig geregelt und verschiedene erung Szenarios abspeichert werden, die Da zur Zeit sehr viele verschiedene dann per Knopfdruck abrufbar sind. Steuerungen angeboten werden, Anschliessend wurden die weiteren musste zuerst eine Marktübersicht Möglichkeiten dieser Steuerung gemacht werden. Danach wurden aufgezeigt und dokumentiert. Informationen über die Definition für die standardisierte digitale Be- Beleuchtungskonzept für Neutriebsgeräteschnittstelle DALI (Digi- installationen und Sanierungen tal Addressable Lighting Interface) Als letztes wird ein Dokument zuzusammengetragen, welche heute sammengestellt, welches den Kunin der Beleuchtungswelt Standard den abgegeben werden kann. In ist. Und zum Schluss konnte ein diesem sollten die Möglichkeiten Lichtsteuersystem ausgewählt wer- aufgezeigt werden, wie man mit den, welches von der Kleinanlage einer neuen Beleuchtung Geld in einem Raum bis zum vernetzten sparen kann, was man investieren System in mehreren Gebäuden ein- muss und wie lange es dauert, bis gesetzt werden kann. die Investitionen amortisiert sind. die Leistungsaufnahme während einer Stunde aufgezeichnet. Dazu wurde eine Auswahl von Leuchten zusammengestellt, die bei einer konventionellen Glühlampe begann und beim neusten LED-Modul endete. Energieersparnis mit moderner Beleuchtung Moser Beat 1980 079 346 32 08 [email protected] 75 Elektro- und Kommunikationstechnik Short Range Wireless Communication HF Technik / René Obi / Martin Aebersold Die Datenübertragung über die Luft ist, im Gegensatz zur Übertragung über ein Kabel, sehr fehleranfällig: Wegen der Mehrwegausbreitung ist der Funkkanal sehr gestört. So treten während der kabellosen Datenübertragung oft Fehler auf. Um dennoch Daten über die Luft senden zu können, braucht es fehlerkorrigierende Codes. In der Diplomarbeit sollen mit Hilfe eines selbst entwickelten Systems zur Funkübertragung verschiedene solcher Codes implementiert und ausgetestet werden. Das Ziel ist es herauszufinden, welcher Code sich bei gegebener Konstellation am besten eignet. Mühle Christian 1982 079 814 04 22 [email protected] Schmutz Stephan 1982 079 312 67 38 [email protected] In der vorangegangenen Semesterarbeit wurden verschiedene fehlerkorrigierende Codes analysiert. Einige dieser Codes wurden ausgewählt, um sie dann in ein System zu implementieren, das ebenfalls in der Semesterarbeit entwickelt wurde. Das System besteht aus einem Transceiver und einem Mikrocontroller. Es besitzt eine USB Schnittstelle sowie zwei serielle Schnittstellen zur Kommunikation. Mit dem Trans ceiver können die Daten drahtlos über das ISM-Band übertragen werden. Das ISM-Band (Industrial, Scientific, Medical) ist der Frequenzbereich zwischen 2400 MHz und 2483 MHz. Dieses Band darf weltweit lizenzfrei benutzt werden. Bekannte Technologien, wie zum Beispiel Bluetooth oder WirelessLAN, benutzen dieses ISM-Band. Der Funkkanal ist gegenüber der drahtgebundenen Übertragung ein äusserst schlechtes Übertragungsmedium. Durch die Effekte des Funkkanals (Mehrwegausbreitung) treten bei der Informationsü- bertragung relativ viele Fehler auf. Bei der analogen Funkübertragung von Sprache spielt dies keine wesentliche Rolle. Sprache besitzt viel Redundanz, somit können relativ viele Fehler auftreten, trotzdem ist das empfangene Signal immer noch verständlich. Digitale Daten besitzen aber keine Redundanz. Um Daten über einen Funkkanal senden zu können, müssen die Fehler, die beim Übertragen über den Funkkanal auftreten, korrigiert werden können. Damit eine Korrektur möglich ist, muss den Daten vor dem Senden mittels eines Algorithmus gezielt Redundanz hinzugefügt werden. Bei der Decodierung kann so eine bestimmte Anzahl an Fehlern erkannt und korrigiert werden. Die ursprüngliche Nachricht wird trotz Übertragungsfehlern richtig rekonstruiert. Dieses Verfahren wird Kanalcodierung genannt. In der Kanalcodierung gibt es viele verschiedene fehlerkorrigierende Codes. Alle diese Codes haben ihre eigenen spezifischen Eigen- schaften. In der Diplomarbeit sollen einige dieser Codes ins entwickelte System implementiert und ausgetestet werden. Eine Aussage darüber, welcher Code sich in welcher Umgebung (Raumform, Anzahl Personen, Störgeräte usw.) am besten eignet, ist das Ziel der Dip lomarbeit. Bei der Auswertung der Übertragung wird das Empfangssystem mit einem Computer verbunden. Daten, wie die Bitfehlerrate, die Anzahl der aufgetretenen Fehler und das Aussehen der Fehler (Büschelfehler, Einzelfehler) sollen ausgewertet werden können. Die in der Semesterarbeit entwickelte Hardware zur Funkübertragung Blockschaltbild des Übertragungssystems 76 Treiber und Software für eine Gefahrenmeldeanlage Technische Informatik / Prof. Gerhard Krucker / Securiton AG Elektro- und Kommunikationstechnik Die Firma Securiton hat den heutigen Trend zur Miniaturisierung erkannt und will ihren Kunden eine Konfigurationssoftware auf einem PDA zur Verfügung stellen. Die Arbeit zeigt die Entwicklung der Software und eines IrDA Kommunikationstreibers. Der Kunde kann hiermit seine Anlage selbst warten und kleine Änderungen an der Konfiguration vornehmen. Die Software wird für das Betriebssystem Microsoft Windows Mobile 2003se entwickelt. Ausgangslage Die Securiton AG verfügt über ein Funksystem RTS 1000 für die drahtlose Kommunikation zwischen Gefahrenmeldezentrale und Meldern. Zentralenseitig existiert ein Gateway, auch Basisstation genannt, welcher als Empfänger für bis zu 60 Melder dient und die Kommunikation zwischen dem Funkmelder und dem drahtgebundenen SecuriPro-Systems (Gefahrenmeldezentrale) sicherstellt. Das Gateway (RSI-51) muss zur richtigen Funktionsweise anlagespezifisch konfiguriert werden. Hierzu existiert eine Service-Schnittstelle (RS 232). Kunde und Anlagenbetreiber sollen selbstständig kleinere Änderungen an der Konfiguration vornehmen können. Die bestehende Konfigurationssoftware ist für die Inbetriebnahme und Grundkonfiguration der Anlage gedacht, zudem ist sie nur auf einem DesktopPC oder Notebook lauffähig. entstanden. Als Kommunikationsschnittstelle wird der Infrarot-Standard IrDA verwendet, dieser wurde aus Sicherheitsgründen gewählt. Da das Service-Interface des RSI51 lediglich über eine serielle RS232 Schnittstelle verfügt, wurde ein zusätzlicher IrDA/RS-232 Adapter evaluiert. Um dem Software-Benutzer eine Realisierung gewisse Mobilität zu bieten, ist die Um dem Kunden eine einfache und Applikation auf einem PDA mit dem bedienungsfreundliche Konfigu- Betriebssystem Microsoft Windows rationssoftware zur Verfügung zu Mobile 2003se® ausführbar. Da die stellen, sind in dieser Diplomarbeit Firma Securiton ihre Produkte in ein neuer Treiber sowie die dazu- die ganze Welt exportiert, besteht passende Anwendungssoftware zudem die Möglichkeit bis zu 52 Sprachen zu implementieren. Durch diese Entwicklung soll der jeweilige Anlagebetreiber und Anwender mit einer höchstmöglichen Mobilität seine drahtlosen Detektoren jederzeit zur Gefahrenmeldezentrale aufschalten oder deaktivieren können. Zudem stehen ihm die dauerhafte Speicherung oder Ausdruck der aktuellen Konfiguration offen. Hauptanwender der Anlagen sind Museen und Galerien mit Wanderausstellungen. Die Entwicklung des Treibers und der grafischen Oberfläche erfolgen unter Microsoft eMbedded Visual® C++ 4.0. Die Hauptaufgaben sind die Sicherstellung der IrDA Kommunikation zwischen dem PDA und dem IrDA/RS-232 Adapter und die Gestaltung einer einfachen, benutzerfreundlichen grafischen Oberfläche. Müller Yves 1978 076 411 52 62 [email protected] PDA während des Ausleseprozesses 77 Elektro- und Kommunikationstechnik Generic Interface for CANOpen Industrieelektronik / Prof. Dr. Andrea Vezzini Der Energiespeicher ist das Hauptproblem bei sämtlichen Elektrofahrzeugen. Hohes Gewicht, geringe Reichweite und eine unzuverlässige Fuel Gauge (Batteriezustandsanzeige) sind bekannte Ärgernisse. Aus diesem Grund wurde eine intelligente Batterie entwickelt, welche als Modul z.B. in EScootern eingesetzt werden kann. Dieses Batterie Management System kommuniziert via CAN mit der Fahrzeugelektronik. Als Kommunikationsprotokoll für den CAN-Bus wurde CANopen verwendet, weil dessen Anwendung eine weitgehende Kompatibilität von CAN-Bus-Geräten verschiedener Hersteller gewährleistet. Sämtliche Batterieparameter wie Ladungszustand oder Batteriestrom können über diese Schnittstelle abgerufen werden. Pieri Claudio 1980 079 751 73 83 [email protected] 78 Für ein laufendes Projekt der HTI Biel (Smart Battery) soll nun ein CAN Interface auf Basis von Labview programmiert werden. Labview ist eine grafische Entwicklungsumgebung mit integrierten Funktionen für die Signalerfassung, Messwertanalyse und Datenpräsentation und ermöglicht somit die Darstellung in einer einzigen Umgebung. Das Interface unterstützt wichtige Elemente des CANopen Standards wie SDO (Servicedatenobjekte) und PDO (Prozessdatenobjekte) und weist als Kern ein Object Dictionary (OD) auf. Somit wird das Interface einfach portierbar, neue Einträge können direkt im Object Dictionary eingefügt werden. Dieses gibt auch vor, in welchem Format die Daten codiert sind. Das Interface ist zudem in der Lage, die Daten anhand des OD selbstständig zu decodieren, und es kann ebenfalls als Datenlogger verwendet werden. Das OD ist als Exceltabelle eingebunden, was den Vorteil hat, dass es ein Anwender ohne Labview Kenntnisse abändern kann. Flexibilität war ein wichtiger Punkt - Entfernungen bis in den Kilomebei der Entwicklung. Folglich ist terbereich sind möglich CANopen, ein sehr flexibler Stan- - die Systeme sind multimasterfädard für CAN-Kommunikation, das hig. richtige als Grundlage für unser Batteriemanagementsystem (BMS). Mit dem BMS können bis zu 96 Zellen überwacht werden, wodurch ein grosser Spannungsbereich abVorteile sind : - geringer Verdrahtungsaufwand gedeckt werden kann, der unter - hohe Störsicherheit durch stan- anderem bei elektrischen Autos erdardisierte CAN-Controller forderlich ist. Batterie und Monitoranzeige Impulsgenerator für Teilerprüfung Hochspannungstechnik/ Prof. Dr. Kurt Lehmann Elektro- und Kommunikationstechnik Hochspannungsteiler sind nötig, um hohe Spannungen auf einen Pegel zu teilen, der mit Messgeräten erfassbar ist. Die Übertragungscharakteristik der Hochspannungsteiler verfälscht dabei jedoch die Messresultate. Das Ziel dieser Diplomarbeit ist, ein Verfahren zu entwickeln, das die Übertragungscharakteristik eines Hochspannungsteilers ermittelt. Die durch diese Übertragungscharakteristik entstehenden Messverfälschungen sollten anschliessend in einem Messsystem softwaremässig korrigiert werden. Zur Ermittlung der Übertragungscharakteristik, wurde ein Impulsgenerator verwendet, welcher in vorherigen Semesterarbeiten entstanden war. Betriebsmittel der elektrischen Energieübertragung werden während der Entwicklung wie auch bei der Fertigung mittels genormter Prüfverfahren auf ihre Spannungsfestigkeit geprüft. Dazu werden sie unter anderem mit Spannungsimpulsen definierter Form und Amplitude belastet. Um die korrekte Belas- Hochspannungsteiler tung zu überprüfen, werden diese Impulse mit einem breitbandigen Hochspannungsteiler erfasst und von einem speziellen Messsystem ausgewertet. ckelt, welcher einen Spannungsschritt mit genügender Amplitude und Flankensteilheit erzeugt. Dieser wurde im Rahmen der Diplomarbeit in Betrieb genommen. Durch messtechnische Massnahmen Das am Teilerausgang gemes- wurde der ganze Messkreis optisene Signal entspricht dabei einer miert. Trotzdem machten sich bei Faltung der Spannung am Teiler der Erfassung der Schrittantwort eingang mit der Systemantwort das hohe Teilverhältnis und die des Teilers. Mit Kenntnis der Sys- grossen Abmessungen des Teilers temantwort lässt sich somit unter nachteilig bemerkbar. Anwendung der Rückfaltung der genaue Spannungsverlauf bestim- Des weiteren wurde ein Rückfalmen. Bei allgemeinen Zweitoren tungsalgorithmus in LabView entwird zur Gewinnung der Systemant worfen, welcher die Verfälschungen wort der Frequenzgang oder die durch die ÜbertragungscharakteStossantwort (Anregung mit “Di- ristik des Hochspannungsteilers rac”-Impuls) erfasst. Beide Varian- korrigiert. Dabei wurden die Einten führen jedoch bei Hochspan- flüsse verschiedener Quantisienungsteilern zu messtechnischen rungseigenschaften überprüft und Schwierigkeiten, die eine korrekte die Tauglichkeit der Rückfaltung Erfassung der Übertragenscharak- anhand von Messungen ermittelt. teristik für Frequenzen über 1MHz verunmöglichen. Deshalb wird auf Der entworfene Rückfaltungsalgodie Erfassung der Schrittantwort rithmus wird in ein neues Stossausgewichen und die Rückfaltung auswertsystem für das Hochspanentsprechend angepasst. nungslabor der FH in Burgdorf implementiert, welches zur Analyse In vorherigen Semesterarbeiten von Spannungs- und Stromimpulwurde ein Impulsgenerator entwi- sen verwendet wird. Ries Stephan 1981 079 778 19 64 [email protected] Impulsgenerator für Teilerprüfung 79 Elektro- und Kommunikationstechnik PEM-Scoot – Aufbau und Test der Brennstoffzelle Energietechnologie / Prof. Michael Höckel Die zukünftige Verknappung von Erdöl zwingt die Menschheit, nach alternativen Energieträgern zu suchen. Der in der PEM-Brennstoffzelle verwendete Wasserstoff stellt eine derartige Alternative dar. Eine solche Brennstoffzelle ist das Herzstück des Elektrofahrzeuges PEM-Scoot. Dieser Roller ermöglicht den Transport von zwei Personen, ohne dabei schädliche Abgase zu produzieren. Seine Entwicklung ist ein gemeinsames Projekt der verschiedenen Forschungsgebiete Automation, Industrieelektronik und Energietechnik. Das Entwicklungsteam setzt sich aus vier Diplomanden zusammen, wobei jeder ein klar abgegrenztes Teilprojekt realisiert. Rihs Jonas 1980 078 685 38 05 [email protected] 80 Diese Diplomarbeit befasst sich mit dem Aufbau und Testen des Brennstoffzellensystems. Der Stapel wurde bereits im Vorfeld dieser Arbeit gefertigt und die Leistungsfähigkeit durch verschiedene Testreihen nachgewiesen. Die verfügbare elektrische Leistung von 1.5 kW gemäss früheren Untersuchungen sollte somit für eine Geschwindigkeit von ca. 50 km/h ausreichen. In der Brennstoffzelle reagieren Wasserstoff und Sauerstoff. Diese Reaktion läuft kontrolliert ab. Beide Gase sind durch einen so genannten Elektrolyten voneinander getrennt und tauschen nur über einen elektrischen Leiter Elektronen aus. Dieser Elektronenfluss macht die Brennstoffzelle zur Stromquelle. Als Reaktionsprodukt entsteht reines Wasser, weshalb die Brennstoffzelle als „sauber“ bezeichnet wird. Die Gase werden in zwei einzelnen Zwei-Liter-Aluminium-Hochdruckflaschen gespeichert. Mittels Hochdruckschläuchen werden die Gase zu den Druckminderern geführt, welche den Druck von 200 bar auf 2 bar reduzieren. Durch Magnetventile werden die Gase anschliessend dem Brennstoffzellenstack zugeführt. Ein Drucksensor misst dabei den Differenzdruck. Eine zu hohe Differenz könnte die Membranen beschädigen. Das entstandene Produktewasser wird am Ausgang des Systems mittels Magnetventilen an die Umgebung abgegeben. Die gespeicherten Gase sind sehr trocken, was zu einer Austrocknung der Zellen führen würde. Um dies zu verhindern wird der feuchte Sauerstoff, der nicht verbraucht wurde, mittels einer Luftpumpe an den Eingang zurück geführt. Da ein Brennstoffzellensystem über einen ungefähren Wirkungsgrad von 50 % verfügt, muss die entstandene Wärme abgeführt werden, dies geschieht mit einem Kühlwasserkreislauf. Durch eine Wasserpumpe wird das heisse Wasser Brennstoffzellenstapel mit 1.5 kW el. Leistung durch einen Kühler gepumpt, wo es sich abkühlen kann. Bei diesem Kreislauf ist zu darauf zu achten, dass die Temperatur bei ca. 65° C konstant bleibt. Bei dieser Temperatur hat das Brennstoffzellensystem den optimalen Betriebspunkt. Um die Pumpen und Ventile mit einem µC anzusteuern, sind Treiberschaltungen notwendig. Sie verstärken die Steuersignale so, dass die Peripherie damit geschaltet werden kann. Optimierung einer EAS – Antenne Telekommunikation / Prof. Markus Liniger / JE-TEC Elektro- und Kommunikationstechnik Nahezu in jedem Verkaufs- oder Verleihgeschäft (Warenhäuser, Bibliotheken usw.) sind Systeme zur Diebstahlsicherung, sogenannte EAS-Systeme (Electronic article surveillance) angebracht. Die Geschäftsinhaber stellen an neue Systeme immer höhere Anforderungen, welche von bestehenden Anlagen nur teilweise erfüllt werden (kleinere Tags, breitere Durchgänge, Designer-Antennen). Eine Schwierigkeit liegt dabei in der Einhaltung der Normen bezüglich Nutzabstrahlung (maximale Senderleistung), Nebenabstrahlung sowie Störsicherheit (Immission). Um ein CE-Zertifikat zu erhalten, müssen im wesentlichen die Normen EN 300330 und EN 301489-3 (short range devices) eingehalten werden. Damit die in der Einleitung erwähnten Anforderungen eingehalten werden können, sollen die Feldverteilung und die Anpassung der Antenne des vorliegenden EASSystems (Electronic article surveillance) optimiert werden. Bewährt hat sich eine Kombination aus 2- und 3-Loop Antennen mit Fernfeldkompensation. Sie sind für eine Frequenz von 8.2 MHz ausgelegt. Zur Detektierung eines Diebstahls wird an der Ware ein elektronischer Aufbau in einem Plastikgehäuse, ein sogenannter Tag, angebracht. Da die Tags ihre Resonanzfrequenz wegen Bauteiltoleranzen nie genau bei 8.2 MHz haben, muss die Frequenz zwischen 7.4 und 8.8 MHz variieren. Zur Detektion eines Tags wird der Spannungsanstieg, welcher bei der Resonanzfrequenz entsteht, die sog. Resonanzüberhöhung, ausgewertet. Tags, welche von dem zu schützenden Objekt nicht entfernt werden können, müssen bei einem Kauf deaktiviert werden. Dies geschieht mittels Deaktivierungselektronik und einer Deaktivatorantenne, über welche während kurzer Zeit ein Impuls mit relativ hoher Energie ausgesendet wird, der die Sollbruchstelle des Schwingkreises zerstört. Somit entsteht beim Durchschreiten des EAS Systems keine Resonanz mehr und es wird kein Alarm ausgelöst. Um Fehlalarme des Empfängers, verursacht durch diese Leistungsspitzen zu verhindern, wird dessen Detektion während dieser kurzen Zeit unterdrückt. gegangenen Semesterarbeit ein Roboter so modifiziert, dass PC gesteuert Messpunkte angefahren werden können. Zum Messen der Feldstärke wird ein Networkanalyzer verwendet. Damit auch das Abspeichern der Daten automatisch abläuft, muss der Networkanalyzer mit demselben PC synchronisiert werden. Mittels GPIB–Bus kann der PC die Messwerte des Networkanalyzers einlesen und mit der aktuellen Position der Messantenne abspeichern. Weiter muss beachtet werden, dass das Feld aus dreidimensionalen Vektoren besteht. Dadurch ist die Ausrichtung der Tags relevant und die Messungen müssen mit entsprechender Ausrichtung der Messantenne (horizontal (flat), Für eine genaue Messung der Feld- vertikal (side), frontal (front)) durcher wurde im Rahmen der voran- geführt werden. Die gespeicherten Daten der Messung werden mit Matlab ausgewertet. Weiter wird der Anpassungsprint, welcher für die Ansteuerung der verschiedenen Loops verantwortlich ist, ausgemessen und simuliert, damit die Beeinflussung der Antenne durch ihn bestimmt werden kann. Schären Björn 1981 079 693 91 29 [email protected] Schütz Daniel 1982 076 394 27 70 [email protected] Elektromagnetisches Feld einer 2-Loop Antenne 81 Elektro- und Kommunikationstechnik Audio Spektrumanalyse mit digitaler Filterbank Technische Informatik / Prof. Gerhard Krucker Spektralanalysen im Bereich der Akustik benötigen oft eine Auflösung in Oktaven. Die Arbeit zeigt die Entwicklung eines PC-basierten Spektrumanalyzers für den Audiobereich mit Oktav- und TerzAuflösung. Kernstück bildet eine digitale Filterbank, welche die spektrale Zerlegung des Signals durchführt. Scheurer Patric 1981 079 654 74 67 [email protected] Im Gegensatz zu FFT-basierten Spektralanalysatoren erfolgt die spektrale Zerlegung mit einer digitalen Filterbank. Sie bildet das Terz spektrum für die höchste Oktave des zu untersuchenden Signals. Durch anschliessende Datenreduktion erfolgt sukzessive die Berechnung der niederfrequenteren Terzspektren mit der gleichen Filterbank. Somit benötigt diese elegante Lösung lediglich vier digitale Filter (Abb. 1). Die Programmstruktur ist in drei Grundfunktionalitäten unterteilt : 1. Datenakquisition : Die Daten werden von der Soundkarte gelesen und in Datenpuffern bereitgestellt. 2. Frequenzgewinnung : Aus dem Eingangssignal wird mit digitaler Filterung das Terz- oder Oktavenleistungsspektrum ermittelt und skaliert. 3. Grafische Benutzeroberfläche : Sie dient zur Konfiguration des Analyzers und zur Anzeige des Frequenzspektrums (Abb.2). Ein systematischer Test mit verschiedenen Testsignalen, wie rosa Rauschen und reinen Sinusschwingungen zeigte die Funktionsfähigkeit innerhalb der vorgegebenen Toleranzgrenzen. Amplitudenfehler, einerseits durch die verwendete Soundkarte, andererseits durch die Datenverarbeitung selbst hervorgerufen, verlangen aber ein Kalibrationsverfahren. Es kompensiert Verzerrungen im Amplitudengang bis auf einen maximalen Fehler von ± 0.25dB. Der Spektrumanalyzer wurde als Der Filterentwurf und die Simulation reine Softwarelösung auf einem der Filteralgorithmen erfolgten mit handelsüblichen PC mit Soundkarder Signal Processing Toolbox von te realisiert. Er gewährleistet eine Matlab®. Die gesamte Implementie- präzise Anzeige des Leistungsrung des Programms und die Ge- spektrums im Audiobereich von staltung der grafischen Benutze- 100Hz bis 20kHz. Umfangreiche roberfläche wurden mit Microsoft Einstellmöglichkeiten ermöglichen Visual Studio. NET in der Sprache den Einsatz als praxistaugliches C++ durchgeführt. Messgerät (Abb. 2.). Abb. 1: Filteralgorithmus 82 Abb. 2: GUI Kommunikationsadapter für Verdichtersteuergerät Elektro- und Kommunikationstechnik Technische Informatik / Prof. Gerhard Krucker / indico electronic AG Der Kommunikationsadapter WCA erweitert das Verdichter-Steuergerät Wettronic der Firma indico electronic AG mit moderner Kommunikationstechnologie. Mit einem Webbrowser kann über Ethernet das Webinterface des Kommunikationsadapters besucht werden. Dieses ermöglicht die Fernwartung der angeschlossenen Steuergeräte über ein Netzwerk oder das Internet. Ausgewählte Prozessdaten der Steuergeräte können zudem vom Kommunikationsadapter vor Ort aufgezeichnet und zur Analyse heruntergeladen werden. Das Verdichter-Steuergerät Wettronic der Firma indico electronic AG ist nicht netzwerkfähig. Eine Kommunikation über RS232 und RS485 Schnittstelle ist wohl möglich, es fehlt aber eine moderne Lösung für die Kommunikation über ein Netzwerk bzw. über das Internet. Interessant ist insbesondere die Möglichkeit, über diesen Kommunikationsweg Fernwartung und Datenaufzeichnung betreiben zu können. Der Kommunikationsadapter WCA soll dies ermöglichen. Webinterface zugänglich gemacht werden. Das Webinterface, welches auf den bewährten Technologien HTML, CGI und Java Script aufgebaut ist, kann über Ethernet mit einem gängigen Webbrowser bedient werden. Alle Einstellungen, die den Kommunikationsadapter selber oder die von ihm ausgeführten Funktionen betreffen, werden über das angebotene Webinterface vorgenommen. Eine zusätzliche Software für den PC ist nicht notwendig. IP Socket-Verbindung mit den nötigen Daten versorgt wird. Die auf die se Weise simulierte Gerätefront erlaubt dem Benutzer im Webbrowser eine Fernbedienung, die der realen Bedienung weitgehend entspricht. Bei der Datenaufzeichnung wird eine konfigurierbare Auswahl an Datenpunkten aus den Prozessdaten von einer ebenfalls konfigurierbaren Auswahl von Steuergeräten aufgezeichnet. Die Daten werden in einem einstellbaren Zeit-Intervall auf eine Speicherkarte gespeichert. Der Kommunikationsadapter WCA Die erarbeitete Fernwartungs-Lö- Mit dem Webbrowser können sie ist über den S-Bus – einen RS485 sung erlaubt es dem Benutzer, die heruntergeladen und ausgewertet Bus – mit einem oder mehreren Wett angeschlossenen Steuergeräte von werden. Die Datenaufzeichnung ronic-Geräten verbunden. Ü ber ferne zu bedienen und deren Pro- kann über einen externen Digitaldiese Verbindung fordert er die zessdaten einzusehen. Die Fernbe- Eingang, nach einer Zeitangabe benötigten Daten an, welche ent- dienung wird mit einem Java Applet für Start und Stop, oder direkt über sprechend aufbereitet über ein ermöglicht, welches über eine TCP/ das Webinterface aktiviert werden. Schmider David 1977 078 803 02 35 [email protected] Die Lösung wurde mit Hilfe eines Embedded Webserver der Firma Beck realisiert. Dieses Modul vereint einen Microcontroller mit einem Ethernet-Anschluss und zwei RS232 Schnittstellen. Ein vorinstalliertes, multitaskingfähiges Echtzeit-Betriebssystem mit WebserverFunktionalität ist Teil des Moduls. Es eignet sich somit ideal für die gestellte Aufgabe. Einsatz-Szenario für den Kommunikationsadapter WCA Analyse und Design der Software wurden mit Hilfe der Modellierungssprache UML erarbeitet. Die Implementierung wurde mit den Programmiersprachen C++ und Java vorgenommen. 83 Elektro- und Kommunikationstechnik Steuerungsumbau in Zahnradtraktor der Furka-Bahn Elektrische Maschinen / Automation / Prof. Markus Moser, Prof. Dr. Hansjürg Rohrer / DFB Die Dampfbahn Furka-Bergstrecke AG (DFB) betreibt während den Sommermonaten auf der alten Bergstrecke eine Verbindung über den Furkapass. Von der Brünigbahn konnten zwei Dieseltraktoren Baujahr 1965 übernommen werden, welche momentan in DFB-Eigenarbeit abgeändert und an die aktuellen Sicherheitsbestimmungen des Bundes angepasst werden. In Zukunft soll mit den beiden Fahrzeugen im Rangier- und Baubetrieb entlang der Strecke eine Doppeltraktion realisiert werden. Es galt, das Fahrzeug und dessen Bedienungseigenschaften zu erfassen, Lösungsansätze für die nötige Fernsteuerung in der Doppeltraktion zu entwickeln sowie die Leittechnikstruktur für eine spätere Vielfachsteuerung zu entwerfen. Schmidhalter Fabian 1979 078 657 52 10 [email protected] 84 Die alte elektromechanische Ansteuerung der Fahrzeuge soll durch eine moderne SPS-Steuerung ersetzt werden. Beim Fahrzeugumbau wird die Neuverdrahtung so ausgelegt, dass das Fahrzeug bis zum in naher Zukunft geplanten SPS-Einbau über einen sogenannten “Notbetriebs-Modus” weiterhin funktionsfähig bleibt. Die geplante Doppeltraktion zum Bewältigen grösserer Lasten verlangt die Möglichkeit, das zweite Fahrzeug vom besetzten Führerstand aus fernsteuern zu können. Hierzu müssen bisher mechanische Vorgänge wie die Betätigung des Füllhebels zum Starten des Dieselmotors, die Wahl der Getriebeposition, und auch die Bedienung von Dieseleinspritzung und Staudruckbremse automatisiert werden. Das Gestänge zur Dieseleinspritzungs- und Staudruckbremsbetätigung wird beispielsweise durch Linearmotoren ersetzt. Da die beiden Dieselfahrzeuge zwar baugleich sind, aber bei identischen Steuersignalen unterschiedliche Zugkräfte entwickeln, müssen diese Unterschiede in der Doppeltraktion berücksichtigt werden. Insbesondere ist eine Zugkraftregelung zu entwerfen, dass die Forderung einer weitgehenden Angleichung der Zugkräfte erfüllt wird. messen, und mit den Signalschemas der Fahrzeugbauer verglichen. Hierbei kamen Abweichungen zum Vorschein, welche es beim Softwareentwurf für die neue Steuerung zu berücksichtigen gilt. Um die Gestänge der Einspritzungund Staudruckbremssteuerung durch Linearmotoren ersetzen zu können, wurden die notwendigen In der Arbeit wurde die Funktions- Kräfte gemessen, damit die einzuweise der Fahrzeugsteuerung un- bauenden Komponenten ausgetersucht und anschliessend durch wählt werden können. Fahrversuche verifiziert. Die zur Zugkraftvorgabe vom Steuerkont- Im Weiteren wurde ein SPS-Siroller ausgehenden Signale wurden gnalübersichtsschema für das Einauf dem Fahrzeug im Einsatz ge- zelfahrzeug, sowie die Leittechnikstruktur für die Fernsteuerung in Einzel- und Doppeltraktion via CANPowerline entworfen. Der “originale” Tmh 986 links und der bereits umgebaute Tmh 985 Steuerkontroller der Tmh 985/986 Spektrumanalyzer-Zusatz zu PC (Digitalteil) Elektro- und Kommunikationstechnik Telekom / Prof. Fritz Dellsperger Spektrumanalysatoren sind in der Telekom weit verbreitet. Sie können die Amplituden der einzelnen Frequenzen messen in dem ein Bandpassfilter über den gewünschten Frequenzbereich gefahren wird. Heutzutage sind digitale Signalprozessoren (DSP’s) sehr leistungsfähig. Dadurch können die teuren Hardwarefilter durch Digitalfilter ersetzt werden. Ziel dieser Arbeit ist es, einen solchen Digitalteil zu entwickeln. Weiter soll die Darstellung der Messresultate und die Steuerung des Messgerätes mit einem PC erfolgen, damit weitere Hardware eingespart werden kann. Der verwendete DSP ist das Eva luationboard TMS320C6713 DSK von TI. Für die Analog-DigitalWandlung eignet sich die Modulkarte ADS1602 mit einem 16 Bit ADC und einer maximalen Samplingfrequenz von 2,5MSPS. In unserem Projekt ist er mit 800kHz getaktet. Die Mittenfrequenz des Eingangssignals ist bei 200kHz, was eine direkte Verarbeitung äusserst schwierig macht. Aus diesem Grund setzten wir einen komplexen Mischer ein, der das Signal in das Basisband herunter mischt und dabei auch noch gleich das untere Seitenband eliminiert. Dies hat den Vorteil, dass nun das Signal Tiefpass anstelle von Bandpass gefiltert werden kann. Auch die Samplingfrequenz kann bei schmalbandigeren Filter dezimiert werden. Der Hauptteil des Projekts ist die Realisierung der resolutionbandwith (RBW) Filter. Diese Filter sind für die Genauigkeit der Frequenzmessung hauptsächlich verantwortlich. Je grösser die Bandbreite der RBWFilter sind, desto verschmierter (ungenauer) wird das Frequenzspektrum. Der Spitzenwertdetektor ist auch ein wichtiger Teil eines Spektrumanalysers. Dieser zeigt an, wie gross die Amplitude des gefilterten Signals maximal ist. Dieser Wert kann nun angezeigt werden. filter gefiltert. Die Resultate sind im Allgemeinen in logarithmischer Form dargestellt, was in unserem Projekt nicht anders ist. Die Oberfläche soll zudem noch Eingabemöglichkeiten haben, damit die allgemeinen Einstellungen eines Spektrumanalysers gemacht werden können. Diese müssen dann wiederum zum DSP übertragen werden. Schüpbach Simon 1981 079 745 51 19 [email protected] Das detaillierte Blockschaltbild ist in der Abbildung dargestellt. Im Um dies zu ermöglichen braucht Hintergrund ist das ganze Projekt es eine Übertragung vom DSP abgebildet. Der für die Diplomarzum PC. TI hat dafür schon einge- beit relevante Teil ist dann in einer baute Funktionen, die Werte über Vergrösserung im Vordergrund zu die USB-Schnittstelle übertragen sehen. Wobei die Steuerung des können. Die übertragenen Werte DAC’s erst in einem späteren Prowerden dann mit Hilfe von MatLab jekt eingebaut wird. noch mit einem einstellbaren Video Blockschaltbild des ganzen Projekts mit einer Vergrösserung des Digitalteils 85 Elektro- und Kommunikationstechnik PEM-Scoot : Aufbau des Brennstoffzellenrollers Industrieelektronik, Energietechnik / Prof. Dr. Andrea Vezzini, Prof. Michael Höckel Die zukünftige Verknappung von Erdöl zwingt die Menschheit nach alternativen Energieträgern zu suchen. Der in der PEM-Brennstoffzelle verwendete Wasserstoff stellt eine solche Alternative dar. Eine solche Brennstoffzelle ist das Herzstück des Elektrofahrzeugs PEM-Scoot. Dieser Roller ermöglicht den Transport zweier Passagiere, ohne schädliche Abgase zu produzieren. Seine Entwicklung ist ein gemeinsames Projekt der verschiedenen Forschungsbereiche Automation, Industrieelektronik und Energietechnik. Das Entwicklungsteam setzt sich aus vier Diplomanden zusammen, wobei jeder ein klar abgegrenztes Teilprojekt realisiert. Der PEM-Scoot ist ein Elektroroller, dessen Energiequelle nicht wie herkömmlich ein Akkumulator, sondern ein PEM-Brennstoffzellensystem (Polymer Elektrolyt Membran) ist. Schütz Dominik 1980 079 471 17 84 Die Brennstoffzelle wandelt den in Druckflaschen gespeicherten Sauer- und Wasserstoff in Wasser um. Dabei entstehen Wärme und elektrische Energie. Diese wird benutzt, um den Elektromotor zu betreiben. Die eingebaute Brennstoffzelle erzeugt eine elektrische Dauerleistung, die für eine Geschwindigkeit von ca. 40 km/h ausreichen sollte (1.5 bis 2 kW). Um in Beschleunigungsphasen eine Leistung von bis zu 3 kW erbringen zu können, verfügt der PEM-Scoot über einen zusätzlichen Energiespeicher. Die- ser besteht aus zehn Supercaps (Kondensatoren mit einer Kapazität von 2700 Farad), die in Schwachlastphasen überschüssige Energie aufnehmen und sie während Beschleunigungen an das Antriebssystem abgeben. Brennstoffzelle und Energiespeicher wurden bereits im Vorfeld der Diplomarbeit entwickelt und im Verlauf dieser Arbeit auf ihre Tauglichkeit hin geprüft. Sowohl Brennstoffzelle als auch Supercaps werden durch diverse Regelkreise gesteuert. Durch die Überwachung der wichtigsten Systemgrössen wird der sichere Betrieb der einzelnen Komponenten und des Gassystems gewährleistet. Die wichtigsten Fahrzeugdaten, wie Kühlwassertemperatur und Füll- PEM-Scoot in der Aufbauphase 86 stand der Treibstofftanks, werden über ein Monitoringsystem angezeigt. Der PEM-Scoot ist primär ein Forschungsprojekt und dient den Studenten der HTI in Biel dazu, ihre Kenntnisse aus der Theorie in einem praktischen Umfeld zu vertiefen. In ihm vereinigt sich das Wissen aus den Bereichen Energietechnik, Automation und Industrieelektronik zu einem Fahrzeug, das Zukunft hat. Die Beschreibungen der weiteren Teilprojekte des PEM-Scoot befinden sich auf den Seiten 38, 67, und 80 dieses Buches. Temperaturüberwachung einer Lichtleiterfaser Elektro- und Kommunikationstechnik Sensorik / Ing. Peter Aeschimann Lichtleiterfasern (siehe Abb. 1) werden in der materialbearbeitenden Laserindustrie bei unterschiedlichsten Applikationen eingesetzt. Dabei wird vor allem die Flexibilität, die eine Lichtleiterfaser gegenüber einem Direktstrahl bietet, sehr geschätzt. Das Problem dabei ist, den Laserstrahl, mit einem typischen Durchmesser von ca. 12mm, über ein Objektiv in eine Lichtleiterfaser von beispielsweise 400µm Durchmesser genau einzukoppeln. Eine solche Lichtleitereinkopplungseinheit (siehe Abb. 2) besteht aus einem optischen und einem elektronischen Teil. Der optische Teil setzt sich im wesentlichen aus Umlenk- oder Einschwenkspiegeln und einem oder zwei Objektiven zusammen. Die darin enthaltene Elektronik seinerseits diente bis anhin ausschliesslich der Ansteuerung der motorisierten Einschwenkspiegel sowie der Sicherheitskreisüberwachung. Überwacht wurde aber nur, ob der Einschwenkspie- Abb. 2: Lichtleitereinkopplungseinheit gel auch in einer definierten Position steht und ob überhaupt eine Lichtleiterfaser eingesteckt ist. Wie oben aber bereits erwähnt, soll nun auch die Justierung des Laserstrahls in die Faser irgendwie überwacht werden. Die Idee, dies mittels eines Temperatursensors zu tun, lag da sehr nahe. Denn sollte der Laserstrahl nicht komplett in die Faser einkoppeln, so entsteht unweigerlich Streustrahlung. Diese Streustrahlung, unabhängig vom Ausmass der Dejustage, führt über kurz oder lang dazu, dass das Material, welches von der eigentlichen Faser umgeben ist, erwärmt wird. Und genau diese Temperaturveränderung gilt es zu erfassen und geeignet zu nutzen. Dies bedeutet, die Temperaturmessung sollte so ausgewertet werden können, dass man feststellen kann, ob sie allenfalls schlecht justiert, beschädigt oder ober sich noch alles im grünen Bereich befindet. Ziel dieser Diplomarbeit ist es also zum einen, einen Entwurf für eine solche Temperaturmessung zu entwickeln, welche in einem Industrieumfeld störungsfrei und den Anforderungen genügend genau arbeitet. Und zum anderen, die langsam etwas in die Jahre gekommene, bereits bestehende, diskret aufgebaute Elektronik durch eine Mikrokontrollersteuerung zu ersetzen. Siegenthaler René 1976 079 643 82 08 [email protected] Abb. 1: Lichtleiterfaser 87 Elektro- und Kommunikationstechnik Parametrierung von Feldgeräten mit Fieldcare Automatisierung / Prof. Max Felser / Ing. FH Thomas Meier-Künzig (DSM Nutritional Products Schweiz) Das Plant-Asset-Management-Tool FieldCare ist auf dem FDT/DTM-Standard aufgebaut. Mit FieldCare können intelligente Feldgeräte wie Ventile und Sensoren der Produktionsanlagen einer Fabrik von einem PC aus konfiguriert und diagnostiziert werden. FieldCare unterstützt Netzwerke mit Gateways unterschiedlicher Protokolle von Feldgeräten beliebiger Hersteller. Die Praxistauglichkeit dieses Tools soll an einer realen Anlage bei DSM Nutritional Products in Sisseln untersucht werden. Es soll möglich sein, alle vorhandenen Feldgeräte, welche sich in dieser Anlage befinden, mit FieldCare bedienen und warten zu können. Sigrist Lorenz 1978 079 305 22 24 [email protected] Die neunziger Jahre waren geprägt durch den Siegeszug der Mikroprozessor- und Computertechnologien. Dieser hinterliess in der Automatisierung eine Vielzahl von Insellösungen. Jeder Hersteller von Feldgeräten entwickelte eigene Tools zur Unterhaltung seiner Geräte. Die Betreiber mussten für die unterschiedlichen Feldgeräte mehrere Software-Tools pflegen. Dies bedeutete, dass das Personal enorm viel Zeit für Wartung und Instandhaltung dieser Geräte aufwenden musste. Durch den FDT-Standard (Field Device Tool FDT) ist die Softwareschnittstelle standardisiert worden. Dadurch ist es möglich geworden, die intelligenten Feldgeräte in den Automatisierungsanwendungen von einem FDT-Inbetriebnahmewerkzeug aus oder über ein Prozessleitsystem zu bedienen. Mit FieldCare können Feldgeräte von unterschiedlichen Herstellern parametriert und diagnostiziert werden. FieldCare stellt über einen Kommunikations-DTM (Device Type Manager) die Verbindung zu einem Gateway her. Diesem sind die DTMs der Geräte unterlagert zugewiesen. Ein Geräte-DTM kann seinerseits wiederum einen DTM unterlagert aufnehmen. Der FDT/ DTM-Ansatz erlaubt beliebig tiefe Schachtelung von DTMs, so können klar gegliederte Strukturen aufgebaut werden. FDT/DTM ist dem Windows-PC/Druckertreiber ähnlich, jedoch mächtiger als dieser. 88 Das FieldCare stellt das Betriebssystem dar. Durch die Installation des DTMs kann der Benutzer Parameter einer Gerätekaskade verändern (Bsp. Remote-I/O’s). Derzeit sind 15 FDT-Frames und ca. 800 Geräte-DTMs erhältlich. DSM Nutritional Products möchte nun ein praxistaugliches FDT-Tool einsetzen und mit diesem alle Feldgeräte zehn Jahre lang softwarekompatibel bedienen und warten können. Netzwerk- und Diagnoseansicht in FieldCare In der vorliegenden Diplomarbeit soll FieldCare im MSR-Labor und in der Vitex-Anlage getestet werden. Es soll die Einfachheit der FieldCare und DTM-Installation auf PCs und Laptops aufgezeigt werden. Die Performance in einer Multivendor Umgebung (Vitex-Anlage) soll gemessen und mit dem bisherigen PDM-Tool verglichen werden. Eine abschliessende Empfehlung soll über die Tauglichkeit von FieldCare für DSM-Aufschluss geben. Server Activity Visualizer Elektro- und Kommunikationstechnik Telekom / Mikrocontroller / Prof. Max Felser / Ascom (Schweiz) AG Der PING-Befehl ist das von Netzwerkadministratoren am häufigsten eingesetzte Werkzeug um Fehler zu diagnostizieren. Um dem Netzwerkadministrator der Ascom Berufsbildung ein noch schnelleres und einfacheres Erkennen von Fehlern zu ermöglichen, wurde das System “Server Activity Visualizer” entwickelt. Das PC-unabhängige System überwacht bis zu 20 IP-Adressen in einem Datennetz mit Ping-Kommandos und zeigt optisch und akustisch die Zustände an. Grundlagen PING dient in TCP/IP-Netzen zu Diagnosezwecken. Mit Hilfe dieser Funktion lässt sich überprüfen, ob ein bestimmter Teilnehmer im Netz existiert und ansprechbar ist. Um den Verbindungstest vorzunehmen, greift PING auf das Netzwerkprotokoll ICMP (Internet Control Message Protocol) zurück und erzeugt einen Echo Request. Dabei wird ein ICMP-Paket versendet, worauf der Zielhost erkennt, dass dieses Paket ohne Veränderung an den Sender zurückgeschickt werden muss. Der Sender kann nun überprüfen, ob das empfangene Paket dem ursprünglich gesendeten entspricht und aus dieser Tatsache ableiten, ob der Zielhost erreichbar ist. Ausserdem wird die Laufzeit des Pakets vom Senden bis zum Eintreffen des Echos ermittelt. Bei der Applikation “Server Activity Visualizer” werden wichtige Stationen (z. B. Server) über regelmässige PINGs auf Verfügbarkeit überprüft. Der Status jeder Station wird optisch mit einer zweifarbigen LED dargestellt. Für die akustische Signalisierung von Fehlern dient ein Piezosummer. Hardware Die Hardware baut auf dem 8-BitRISC-Mikrocontroller PIC18F452 von Microchip auf. Sie umfasst eine Bedieneinheit mit einem LC-Display und einer Frontplattentastatur. Das System ist mit einem 10Mbps Ethernet-Port ausgestattet und das USB-Interface ermöglicht die Kommunikation mit einer WindowsSoftware. Um Statusänderungen mit Zeitstempel speichern zu können, ist ein EEPROM und eine batteriegepufferte Echtzeituhr (RTC) integriert. Die Hardware ist klein, kompakt und in einem optisch ansprechenden Tischgehäuse untergebracht. Software Für meine Anwendung habe ich einen lizenzfreien TCP/IP-Stack von Microchip portiert. Der Stack besteht aus den Protokollen TCP, UDP und IP im Transport und Internet-Layer und den Hilfsprotokollen ICMP und ARP. Weiter stehen die Applikationsprotokolle HTTP, FTP und DHCP zur Verfügung. Die erstellte Software sendet in definierten Zeitintervallen ICMP-Echoanforderungen an bis zu zwanzig IPAdressen. Überprüft wird dann, ob die jeweiligen Echos erfolgen und in einem zulässigen Bereich liegen. Ausgefallene Pakete werden mit Zeitstempel gespeichert. Im benutzerfreundlichen Menu können TCP/ IP-Parameter eingestellt werden. Ausserdem wurden DHCP-ClientFunktionen integriert. Stalder Matthias 1976 078 685 11 16 [email protected] Das System “Server Activity Visualizer” 89 Elektro- und Kommunikationstechnik Trainierbares Roboterfahrzeug mit Neurocontroller Mechatronik / Prof. Dr. Jakob Schmid Schon seit geraumer Zeit versuchen Wissenschaftler, die Fähigkeiten des menschlichen Gehirns nachzubilden. Einen Ansatz für diese Nachbildung bieten die künstlichen neuronalen Netze. Ihre Lernfähigkeit wird vielfach ausgenutzt, um die Modellbildung eines Systems zu ersetzen. Anhand von Beispieldaten wird das neuronale Netz trainiert, damit es die gestellte Aufgabe ohne Kenntnis des genauen Modells lösen kann. Mit diesem Ansatz wird nun einem Modellfahrzeug das autonome Fahren in einem Hindernispark beigebracht. Das neuronale Netz des Fahrzeugs berechnet anhand von Distanzmessungen den Steuerradeinschlag und die angemessene Geschwindigkeit, um sich im Park fortzubewegen. Steinmann Rolf 1981 079 379 20 92 [email protected] In einer vorgängigen Diplomarbeit wurde ein Modellfahrzeug mit einem Mikroprozessor und acht Ultraschallsensoren ausgerüstet, damit es nach der Führung durch einen Lehrer selbstständig einen Hindernispark durchfahren kann. Der Steuerradeinschlag wird anhand der Sensordaten von einem neuronalen Netz berechnet. Die Geschwindigkeit des Fahrzeuges wird konstant gehalten. Das Training des neuronalen Netzes geschieht auf einem Computer, welcher über die RS232-Schnittstelle mit dem Fahrzeug kommuniziert. Das Ziel dieser Diplomarbeit ist eine Weiterentwicklung dieses Modellfahrzeuges. Neben dem Steuerradeinschlag soll auch die Geschwindigkeit des Fahrzeuges vom neuronalen Netz gesteuert werden. Kommt das Fahrzeug zu nahe an ein Hindernis, soll ein übergeordnetes Steuerungssystem die Kontrolle über das Fahrzeug übernehmen und es in eine sichere Position fahren. Anschliessend übernimmt das neuronale Netz wieder die Steuerung. Die Kabelverbindung mit dem PC soll durch eine Bluetooth-Funkverbindung ersetzt werden. Ein weiteres Ziel ist die Verknüpfung des Fahrzeugs mit der in einer Semesterarbeit hergestellten MATLAB-Simulation, sowie deren Erweiterung. Der Benutzer soll auch die Möglichkeit haben, die aktuell berechneten Daten des Fahrzeugs live auf dem PC betrachten zu können. Dazu ist in MATLAB eine geeignete Graphik zu programmieren. Fahrzeug einem Hindernis kommt, desto langsamer wird es. Das heisst, das neuronale Netz ist in der Lage die Geschwindigkeit vernünftig einzustellen. Abhängig davon, welcher Sensor sich zu nahe bei einem Hindernis befindet, wird das Fahrzeug vom übergeordneten Steuerungssystem korrigiert. Die Distanzschwelle, wann das Steuerungssystem eingreift, wurde geschwindigkeitsabhängig programmiert. Je höher die Geschwindigkeit des Fahrzeugs ist, desto grösser ist auch der Distanzbereich in welchem eingegriffen wird. Für die Funkübertragung zwischen Modell und Computer sind zwei BluetoothAdapter verantwortlich, welche die Entstanden ist ein Fahrzeug, wel- Daten der RS232-Schnittstelle über ches alle gewünschten Anforde- Funk übertragen. Die Simulation in rungen erfüllt. Nach einer sinnvollen MATLAB wurde entsprechend erFührung durch den Lehrer wird ein weitert, so dass das Originalfahreinfacher Park praktisch kollisi- zeug auch mit Daten der Simulation onsfrei durchfahren. Je näher das trainiert werden kann. Zusammenhänge zwischen den beteiligten Objekten 90 Anlage zur plasmaunterstützten Schichtabscheidung Elektro- und Kommunikationstechnik Mikrosystemtechnik / Prof. Dr. Hans Köppel Mit der plasmaunterstützten Schichtabscheidung aus der Gasphase (PECVD) können dünne Schichten für verschiedenste Anwendungen, wie z.B. Werkzeuge, optische Komponenten und Mikrosysteme hergestellt werden. Der Prozess eignet sich für metallische und besonders für nichtmetallische Schichtmaterialien. Das Dünnschichtlabor der HTI in Burgdorf konnte bislang lediglich mit physikalischen Verfahren dünne Schichten herstellen. Deshalb soll eine PECVD-Anlage die Prozesspalette erweitern. In einer Semesterarbeit wurde die Machbarkeit des Eigenbaus einer solchen Anlage überprüft. Das positive Ergebnis führte zur Entwicklung einer PECVD-Anlage in einer weiteren Semester- und Dip lomarbeit. Das PECVD-Verfahren Schichten in Mikrosystemen zur Isolation und zum Schutz (Passivierung) müssen vielen und hohen Anforderungen genügen, wie z.B. Der PECVD-Prozess (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) findet im Vakuum in einem sogenannten Parallelplatten-Reaktor statt. Der gasförmige Ausgangsstoff (Precursor) wird durch - Spannungsarmut - mech. Festigkeit / Härte ein hochfrequentes elektrisches - hohe elektrische Durchschlags- Feld (13.56 MHz) zwischen zwei parallelen Elektroden aktiviert. Zum festigkeit - chemische Resistenz Beispiel mit TEOS (Tetraethylortho- Porenfreiheit silikat) als Precursor und Substrattemperaturen von rund 300° C Im Dünnschichtlabor der HTI in scheidet sich auf der SubstratoberBurgdorf wurden bislang aus- fläche eine Schicht aus Siliziumdioschliesslich mit physikalischen xid ab, mit Eigenschaften, die denVerfahren (Verdampfung oder Zer- jenigen hochwertiger Oxide aus der stäubung von Material im Vakuum) klassischen thermischen Oxidation Schichten aufgebracht, welche nahe kommen. die genannten Anforderungen nur zum Teil erfüllen. Darum wurde beschlossen, die Prozesspalette um das PECVD-Verfahren zu erweitern. Vereinfachtes Blockschema der PECVD-Anlage Entwicklung der Anlage In der ersten Semsterarbeit wurde überprüft, ob mit einem gegebenen finanziellen Rahmen und den Anforderungen gemäss Pflichtenheft, der Eigenbau einer solchen Anlage möglich ist. Das positive Ergebnis führte zur Entwicklung einer universellen Hochvakuumkammer, welche für weitere Prozesse ausbaubar ist. Weiter wurde die Grobplanung der gesamten Anlage erstellt. In der zweiten Semester- und der Diplomarbeit wurden die Gasversorgung und das Vakuumsystem aufgebaut, digitale- und analoge Schnittstellenmodule entworfen, ein HF-Generator und das zugehörige Anpassnetzwerk dimensioniert sowie die Steuersoftware programmiert. Die Steuerung erfolgt über ein LabView-Programm, welches über einen CAN-Bus mit den Schnittstellenmodulen kommuniziert. Stettler Alexander 1981 079 434 87 03 [email protected] Methoden Für die Entwicklung der Anlage kamen verschiedenste Methoden zum Einsatz. Schaltungen wurden klassisch berechnet und teilweise als Versuchsschaltung aufgebaut, während thermische Eigenschaften von Anlagenteilen mit der Finite-Elemente-Methode ermittelt wurden. Teilweise waren auch Labor-Experimente notwendig, wie z.B. die Dimensionierung des PrecursorVerdampfers. Berechnungen auf diesem Gebiet sind sehr komplex und teilweise nur eine grobe An näherung an die Realität. 91 Elektro- und Kommunikationstechnik Software für PROFINET IO Device Automatisierung / Prof. Max Felser Die Etablierung von Industrial-Ethernet in der Automatisierungstechnik bietet Entwicklern von Feldgeräten neue Möglichkeiten. So kommt zusätzlich zur reinen Feldbuskommunikation nun auch informationstechnische Kommunikation zum Einsatz. Dies dient in erster Linie einer besseren vertikalen Integration von Automatisierungsanlagen. Ziel der Diplomarbeit ist die Portierung des PROFINET IO Stacks auf eine ARM9 basierte Hardwareplattform mit integriertem Ethernet-Controller. Messungen an einem definierten Referenzmodell geben Aufschluss über die erlangte Performance. Zbinden Markus 1976 [email protected] In einer Automatisierungsanlage ist es wichtig, mit einem einheitlichen Kommunikationssystem von der Feldebene bis zur MES-Ebene (Manufacturing Execution System) nahtlos kommunizieren zu können. Spätestens mit PROFINET IO hat die Ethernet-Kommunikation auch die Feldebene erreicht, die bisher eine Domäne von PROFIBUS und anderen Feldbussen gewesen ist. Für die PROFINET IO-Feldgeräteentwicklung werden vorgetestete Software-Stacks angeboten, welche die Funktionalität eines IO-Devices ganz oder teilweise enthalten. Mit diesen Komponenten ist man als Feldgeräte-Entwickler in der Lage, ein zertifizierbares Produkt zu entwickeln. Die Siemens AG bietet einen Betriebssystem- und 92 Abb. 1: Development Board ns9360 mit ARM9 Ethernet-Controller unabhängigen Software-Stack an, der die Funk tionalität eines IO-Devices enthält. Im Labor des PROFINET Kompetenzzentrums in Burgdorf werden im Anschluss an diese Diplomarbeit die Grenzen einer Portierung ausgelotet. So kann in Richtung höchster Performance mit leistungsfähigen Controllern bis hin zu einer low-cost-Lösung mit reduzierter Leistung geforscht werden. Für die Diplomarbeit kommt ein Development Board der Firma Netsilicon (Abb. 1) mit einem ARM9Controller zum Einsatz. Beim Echtzeitbetriebssystem handelt es sich um einen sehr leistungsfähigen Echtzeit-Kernel für Deeply Embedded-Applikationen, dem ThreadX. Anpassungen am Softwarestack ergeben sich durch die Wahl des Compilers (GNU) und an den definierten Schnittstellen zum Board Support Package (Abb. 2). Um das so entstandene IO-Device in ein PROFINET IO–Netz einzubinden, müssen dessen Eigenschaften in einer “Generic Station Descrip tion”-Datei hinterlegt sein. Anhand dieser GSD-Datei kann das Device bei der Projektierung einfach eingebunden werden. Abb. 2: Softwarearchitetkur PROFINET IO Stack Snow Moisture Determination Elektro- und Kommunikationstechnik Electronics / Prof. Roland Brun Victory or defeat in today’s ski sport is increasingly influenced by the materials in use. Especially, to apply the right wax in the right circumstances is an important factor and depends heavily on the degree of snow moisture. The aim of this project was to develop a highly precise capacitance measurement method able to satisfy the requirements of snow moisture measurement. The snow moisture sensor is comparable to a capacitor where the snow acts as the dielectric fluid. A change in humidity will influence the sensor’s capacity, which in return allows us to use the capacity variation to determine the relative snow moisture. The Swiss Federal Institute for snow and avalanche research is interested in precise snow moisture measurement methods. Snow moisture measurements are used for different applications. One of them is to determine the optimal wax type under varying snow conditions. Furthermore, snow humidity is an important factor to determine the possibilities of floods and to predict the danger of future avalanches, and it is of importance to the operation of hydroelectric power-plants, because the snow moisture is an indicator for the amount of water left in the mountains. Basically, snow is a mixture of air, water and ice crystals. Each of them has a different permittivity, which is influenced by frequency changes. The relaxation spectra [Fig. 1] illustrate this dependency. With a capacitance sensor we can only measure the permittivity of the whole mixture. In order to extract the individual values, we need further measurements. One is performed in frozen snow where there isn’t any water left and, in addition to that, a measurement in the air is required. Based on the mixture model from Polder and van Santen, we are then able to calculate the composite snow moisture. Fig. 1: Relaxation spectra of water and ice Fig. 2: Snow moisture sensor Principally, the probe is based on an opened plate capacitor. The electrical field passes trough the snow and influences the capacity of the probe. The variation between dry and wet snow averages at only 1 Pico farad. Other factors to be considered are for example the fact that the measurement is only possible within a frequency window from 10 MHz to 1 GHz, and that the environment temperature is subject to variation of more than 30 degrees. For the above-mentioned application of optimal wax determination, the sensor needs to fit in a Nordic ski track. That means the complete electronics must be placed in an area of 45x35 mm. This constraint requires a high level of miniaturization [Fig. 2]. Ziegler Silvio 1982 031 765 55 79 [email protected] In the effort of finding a suitable design and technique, various solutions were developed. At the end, a completely new method was chosen: the sensor forms an oscillator together with a quartz crystal. Accordingly, a change of the sensors capacity will force a frequency change in the oscillator. This frequency change is quantified by a PLL (Phase Locked Loop), whose voltage above the VCO (Voltage Controlled Oscillator) is digitalized by an A/D converter. The reference-oscillator is based on the same topology as the VCO. As a result, nearly perfect temperature compensation is achieved. The visualization and calibration is finally done by a microcontroller. 93 Informatik Informatique Generator zur Entwicklung von Web-Applikationen Datenbanken-Applikationen / Prof. Dr. Joachim Fulde, Prof. Rolf Jufer In der Zeit von E-Business und automatisierten Geschäftsprozessen ist der Bedarf nach Web-Applikationen riesig. Freie Tools zur schnellen Software-Erstellung gibt es kaum. Die existierenden Tools sind meist zu spezifisch oder lassen sich nur schwer anpassen. Sie neigen dazu, umfangreiche und kaum überschaubare Applikationen zu erzeugen. Das Ziel dieser Diplomarbeit ist die Entwicklung eines Generators, mit welchem schlanke und einfach wartbare Web-Applikation erzeugt werden können. Abdalla Tarig 1969 078 836 39 01 [email protected] Ausgangslage : Bei vielen Unternehmungen werden neue IT-Systeme entwickelt oder bestehende abgelöst. Heutzutage setzen die meisten Firmen auf eine Web-Applikation mit einem Server-Backend und einem WebFrontend (User Interface). Unabhängig von den eingesetzten Servertechnologien stellen sich bei der Entwicklung von Web- und Datenbanken-Applikationen immer wieder ähnliche Probleme Lösungsbeschreibung : Nach dem Lesen der Benutzereingaben wird der Weplicator die Verbindung zur Datenbank aufbauen, dann die Metadaten aus dieser lesen und die Feldernamen der vom Benutzer gegebenen Tabelle in ein XML-File speichern. Mit den statischen XSL-Templates wird der Weplicator das generierte XML-File transformieren. Ein TransformerObjekt wird durch die Benutzung der Klassen TransformerFactory und Transformer erzeugt. Nach der - INSERT, UPDATE und DELETE Erzeugung des Transformers ruft von Datensätzen man seine Methode transform() auf - Datenbankdefinitionen und übergibt ihr einen Input (Sour- View zu den Inhalten der Daten- ce) und einen Output (Result). bank - Die HTML-Templates, die das Deutlicher : Es wird ein XSLT-Style Layout auf Webbrowser ermög- sheet auf ein XML-Dokument anlichen. gewendet und das Resultat in eine Datei geschrieben. Es werZiel dieser Diplomarbeit ist ein ein- den die Stream Implementationen facher Generator namens Weplica- der Source- und Result-Schnitttor zur Entwicklung von Web-Ap- stellen aus dem Paket (javax.xml. plikationen zu implementieren. Der transform.stream) benutzt. Auch Weplicator soll Code und allenfalls das XSLT-Stylesheet wird hierbei andere benötigte Applikationsteile als Source-Instanz behandelt und (Templates, Konfigurationsfiles, Da beim Erzeugen des Transformertenbankdefinitionen) automatisch Objekts mit angegeben, um die erstellen. Transformation zu spezifizieren. Die Layout-Templates (mit JByte Template engine) werden auch generiert, um die View und die HTML-Formulare zu bearbeiten. Weitere Infos unter http://www.taab.ch/index.php?id=weplicator 94 Die generierte Applikation : Es werden zwei Applikationen generiert, eine mit JAVA und die andere mit PHP. In der generierten Applikation werden folgende Punkte vorhanden sein : - Eine View-Möglichkeit um die Inhalte der Datenbank zu sehen (Liste und Details) - Templates für HTML-Formularen (INSERT, UPDATE und DELETE). - Code (Programm) und Layout (HTML-Template) müssen getrennt werden (MVC). - Der generierte Code soll nach dem DAO-Entwurfsmuster struk turiert werden. Ich hoffe, dass durch den Einsatz des Weplicators zur Codegenerierung die Entwicklungszeit reduziert wird, die Fehlerquellen lokalisiert werden, der anzupassende Code minimiert und die Erstellung von Prototypen und ganzen Datenbankenapplikationen erleichtert werden. Beschreibung der Funktionalität des Weplicators PONCHO Plus Informatik Informatique Embedded Linux / Prof. Dr. Franz Meyer / HTI Das Ziel von PONCHO Plus ist es, eine Lösung zur Audio- und Video-Übertragung auf einer Embedded Linux Plattform zu realisieren. Die Grundlage bildet das Framework von Poncho, welches über ein effektives Messaging-System das Zusammenspiel von vielen “Chatting Objects” ermöglicht. Die Implementierung auf einem Embedded-Board sorgt dafür, dass sie einfach für beliebige Aufgaben im Bereich Sicherheit und Automation eingesetzt werden kann. In der heutigen Zeit besteht immer mehr das Bedürfnis, Geräte und Applikationen zur Überwachung und Steuerung in ein Netzwerk zu integrieren. Im vorangehenden PONCHO-Projekt wurde ein Framework realisiert, das verschiedene Devices miteinander interagieren lässt. Diese lassen sich vielfältig kombinieren und aneinander anpassen, um so komplexe Abläufe und Systeme einfach zu realisieren. lassen sich im Bereich der Sicherheit völlig neue Anwendungsfälle erschliessen. Die Möglichkeiten gehen von der einfachen Klingel bis zur Gegensprechanlage mit Video und zusätzlichen Steuerungsfunktionen. Die Ablaufsteuerung erfolgt über das Poncho-Framework, welches die verschiedenen Devices verwaltet und den gegenseitigen Austausch von Mitteilungen gePONCHO Plus lässt nun mit Hil- währleistet. Die Video- und Audiofe dieses Frameworks nicht nur Devices können auf Befehl einen Messages austauschen, sondern Datenkanal ausserhalb des Ponermöglicht auch die Übertragung cho-Message-Systems zu einem von Audio und Video zwischen beliebigen anderen Terminal öffObjekten im selben Netzwerk. So nen. Ist der Kommunikationskanal zwischen Device und Terminal einmal offen, funktioniert er ohne das Poncho-Framework. Die beteiligten Devices können aber weiterhin direkt Einfluss darauf nehmen und so auch die Konferenz beenden. In unserem Modell der Türsteuerung wird ein Anruf auf ein Drücken des Klingelknopfes hin gestartet. Der Benutzer, welcher den Anruf entgegennimmt, kann den Besucher über das Videobild auf seinem Terminal während des Sprechens betrachen. Sind die Bedenken des Users ausgeräumt, kann er mit einem Knopfdruck oder Klick auf den Bildschirm dem Besucher die Tür öffnen. Die gesamte Türsteuerung mit bidirektionaler Audio-Übertragung, Video-Übertragung, registrieren des Klingelknopfes und ferngesteuerter Türöffnung ist auf einem einzigen Embedded-Board realisiert. Dieses kann mit zusätzlichen Modulen ausgerüstet werden. Unsere Lösung ist platzsparender, flexibler und dank einem Wireless-Modul auch mobiler als herkömmliche Lösungen. Durch den Gebrauch von Open Source Software und Linux können ausserdem die Kosten reduziert werden Soekris net4801: platzsparende Video- und Audio-Übertragung Patrick Aeberhard 1978 079 306 18 42 [email protected] Sutter Stefan 1980 079 402 91 70 [email protected] Wiedmer Simon 1981 079 771 05 04 [email protected] 95 Informatik Informatique Hardware-Accelerated Image Processing Computer Vision / Prof. Roger Cattin During filter processing on images or especially on image streams, the CPU of a common PC often reaches its limit. This explains why a hardware-based extension is obvious and necessary. In order to reduce the CPU workload, the time consuming pixel based operations are outsourced to an external processor. But with a simple hardware solution, the problem of scalability and expandability arises. FPGAs may be a reasonable approach to solve this problem. As the number of gates in FPGAs will increase in the future and they may be reprogrammed, the system will be scalable and extensible. Objective Aebersold Reto 1981 079 254 30 17 [email protected] Local image filter algorithms may be parallelized and implemented in FPGAs (see fig. 1) and will there fore have a higher data throughput than a common CPU. While the software filter processing remains on the CPU, the hardware filter processing is placed outside the PC, without using any system resources. Hence our main objective is to provide a user-friendly base system, Figure 2: System Architecture Overview Schwarzentrub Nicolas 1973 078 601 09 90 nicolas.schwarzentrub@ gmail.com 96 FPGA Filter Processing Architecture Our approach comprises the use of a high abstraction level to develop the filter processing system. Therefore we use Matlab-Simulink and Xilinx System Generator for the filter design and Xilinx EDK for the programming of the data flow management. The core of the system consists of the MicroBlaze controller, that manages the data flow and Figure 1: Hardware vs. Software routes incoming image data to the filter and back to the communication interface after processing (see which consists of the hardware fig. 2). Filters are designed in Matpart and the corresponding soft- lab and exported as cores to the ware part on the host system. Con- EDK where they are attached to cerning the hardware, we want to the FSL as a co-processor of the offer a modular architecture that is MicroBlaze. Some basic image filresponsible for the communication ters are provided as a Matlab librawith the host system, the memory ry, so the end user may create his management and the possibility to own filter network and generate a add and develop new image filters. new core. Conclusion FPGA definitely is a reasonable solution for fast filter processing as the mentioned advantages show. The usage of high abstraction level tools allows the development of hardware algorithms without indepth knowledge of the hardware itself. Another approach might be the use of high abstraction languages like SA-C. They provide software developers with an easy way to rewrite their algorithms already written in C‑like languages, without concerning the parallelization of the algorithms. A Simple Artificial Chemistry Experiment System Softwareentwicklung / Prof. Dr. Peter Schwab, Prof. Dr. Thomas Hinze (Technische Universität Dresden) Informatik Informatique 'saces' is a simple tool written in Java which visualizes chemical processes using 3D animation of molecules. It is intended as both an application in artificial chemistry and as an educational tool for students and teachers in chemistry. An artificial chemistry is a man-made system that is similar to a real chemical system. There is a population of molecules, a set of reaction rules and an algorithm which executes the reactions. With artificial chemistry many applications are possible: artificial life, chemistry modeling, massively parallel execution of finite automata, and modeling how to solve NPcomplete problems. 'saces' is a simple educational tool which visualizes chemical proces ses and reactions using 3D animation of molecules. The paradigms of artificial chemistry are helpful when considering a compromise between costly physics based real-time calculations and a more abstract approach to modeling. Artificial chemistry is also in itself a fascinating and important subject. Molecules in artificial chemistry need not always represent physical molecules. Strings, graphs, bit vectors, etc., are also good candidates for artificial molecules. Reaction rules then recombine them in diverse ways. Artificial chemistry is therefore more about speculative thinking than it is an attempt to model chemistry with physical realism. The Conway Game of Life can be viewed as an extremely abAdleman demonstrated that com- stracted form of artificial chemistry. putations can be carried out using molecules and solved a “Traveling Despite the level of abstraction dicSalesman” problem using real DNA tated by artificial chemistry, 'saces' in 1994. An artificial chemistry can uses a more concrete model. The be designed to model DNA com- molecules are hard, colored puting and their operations. Other spheres which move as an ideal applications of artificial chemistry gas in a rectangular reaction vessel. are parallel execution of finite au- They may collide with each other. tomata, graph rewriting, artificial life, If a reaction applies upon collision, and chemical and biology modeling. the educt molecules are removed Running an ‘artificial’ explosion from the simulation and the product molecules added. Physical preservation laws for mass, energy and momentum can be modeled where neccessary. A few sample experiments are available : an abstract explosion, a simplified detonating gas explosion, Brownian movement, and others. More general-purpose experiments are possible. A Lotka-Volterra system models predator-prey interaction. The Lotka-Volterra experiment fluctuates as expected : The number of prey molecules decreases as the number of predators increases. The predators in turn begin to die out when most of the prey has been eaten, giving the prey species a chance to recover. The cyclic nature of predator-prey can therefore be visualized. A finite automaton experiment is also included. The states and the letters of the input alphabet are modeled as molecules. State transitions are reactions of which the new state is the product. Aguillon Anthony 1973 Noelpp Daniel 1970 'saces' is developed using Java 5 and JOGL (Java OpenGL) and is available for Windows, Mac OS X and Linux. JOGL is a native wrapper which provides hardware-accelerated 3D graphics to Java applications. Experiments are saved as XML files and validated with XML Schema. 97 Informatik Informatique AIBP Analysis & Integration of Business Processes Geschäftsprozessmodellierung, E-Business, SW-Entwicklung / Prof. Dr. Joachim Fulde, Prof. Rolf Jufer / Walter Eich Durchdachte Geschäftsprozesse garantieren den nachhaltigen Erfolg einer Unternehmung. Dies setzt jedoch voraus, dass die Unternehmen ihre Abläufe modellieren und analysieren. ARIS bietet mit dem Modelltyp EPC die Möglichkeit, Geschäftsprozesse strukturiert und nachvollziehbar festzuhalten. AIBP ermöglicht die automatisierte Analyse von EPC-Modellen und deren Transformation in voll funktionsfähige Workflows. Die in Microsoft Visio modellierten und in Form von XML-Dateien gespeicherten Prozesse werden in die formale Sprache jPDL transformiert. Die resultierenden Prozessdefinitionen lassen sich mit der AIBP-Webapplication ausführen. Andenmatten Mario 1976 [email protected] Wittwer Gerhard 1980 [email protected] 98 Zielsetzung von AIBP Primäre Zielsetzung von AIBP ist es, das Erfassen und Modellieren von Geschäftsprozessen zu vereinfachen und dadurch die Wirtschaftlichkeit und Produktivität einer Unternehmung zu erhöhen. Mit den AIBP-Produkten wurde ein Lösungsansatz entwickelt, die Zielsetzung zu erreichen. AIBP-Webservice Nach vordefinierten Regeln analysiert der AIBP-Webservice einen Microsoft Visio-Prozess. Schrittweise überführt der Webservice den Prozess über eine abstrakte Zwischenebene in ein AIBP-konformes Prozessobjekt, das an den AIBP-Client zurückgesendet wird. Der Dienst kann übers Internet der Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt werden. Die erstellten Geschäftsprozesse sind für die Benutzer einfach über das Webportal zugänglich und ausführbar. Eingesetzte Technologien Der AIBP-Client sowie der AIBPWebservice sind mit den Technologien von Microsoft.NET realisiert und somit für die Windows-Plattform ausgelegt worden. Der WebAIBP-Client service erfüllt die Anforderungen Der AIBP-Client dient der Interakdes Standardprotokolls SOAP. tion mit dem Benutzer. Als Haupt- AIBP-Webapplication Der modulare Aufbau, die Portabiaufgabe erfüllt er das Handling Mit der AIBP-Webapplication wird lität sowie die Erweiterbarkeit der von Prozessdefinitionen sowie der ein vollumfängliches Framework für AIBP-Webapplication sind nach Transformation unterstützt durch die Publikation von transformierten der Standardarchitektur J2EE siden AIBP-Webservice. Geschäftsprozessen zur Verfügung chergestellt. Elementare Bausteine Zusätzlich bietet der AIBP-Client gestellt. Das Framework ist eine sind mit Java Server Faces sowie Funktionalitäten für das Verwalten Erweiterung der jBoss jBPM Work- Struts realisiert und werden durch von AIBP-Solutions. Dies beinhaltet flow-Engine. Es verfügt über eine eine autonome Businesslogic ununter anderem das Erweitern und Benutzer- und Prozessverwaltung terstützt. Validieren von Prozessdefinitionen sowie eine Schnittstelle für ein ausowie das Erstellen von Prozes- tomatisiertes Deployment von neu- Einsatz und Nutzen sarchiven für das Deployment mit en oder zu aktualisierenden Pro- Mit AIBP lassen sich GeschäftsproHilfe der AIBP-Webapplication. zessdefinitionen. zesse optimieren und nachhaltig Gewinn bringend einsetzen. Vernetzte Systeme und transparente, durchgängige Prozesse sind grundlegende Faktoren für Kostenoptimierung und Effizienzsteigerung. Schematischer Aufbau von AIBP ELQUERITO – Electronic Enquiry Tool Informatik Informatique E-Business / Dr. Arno Schmidhauser Bei diesem Projekt geht es um ein Tool, mit welchem Umfragen elektronisch durchgeführt werden können. Es kann ein Fragebogen individuell erstellt, zu befragten Personen elektronisch versandt, ausgefüllt sowie ausgewertet werden. Die Daten werden dabei jederzeit vertraulich behandelt. Dies wird durch eine Authentifizierung des Befragten garantiert. Weiter wird sichergestellt, dass der Fragebogen nach Beantwortung nicht mehr verändert werden kann. ELQUERITO soll in Zukunft die Durchführung der Erhebungen vereinfachen. Dabei ist zu beachten, dass der Aufwand für Installation und Wartung lokaler Client-Software möglichst gering zu halten oder ganz zu vermeiden ist. Elektronische Erhebungen mit Fragebogen sind heute ein oft verwendetes Instrument im Marketing, in der Evaluation von Kunden- und Mitarbeiterzufriedenheit und vielen anderen Bereichen eines Unternehmens. Dementsprechend bietet der Markt eine recht grosse Auswahl an Software-Lösungen dafür. Empfindlich eingeschränkt ist diese Auswahl, wenn folgende Anforderungen gestellt werden : - - - - Das von uns realisierte Tool “EL- ELQUERITO beinhaltet drei HauptQUERITO” verbindet die oben ge- funktionen: nannten Aspekte. Umfrage erstellen Vor allem wurde darauf geachtet, Der Verfasser einer Umfrage hat die dass ausschliesslich OpenSour- Möglichkeit eine Umfrage zu erstelce-Produkte zur Realisierung und len und zu verwalten. Weiter kümfür den Betrieb des Systems ver- mert er sich um die Administration wendet wurden. Das System ist der Teilnehmer. Dazu muss er auf modular aufgebaut und einzelne seinem Rechner die Applikation Komponenten können bei Bedarf ELQUERITO Editor installiert haben. ausgewechselt oder hinzugefügt Diese Applikation kommuniziert werden. über eine Webservice-Schnittstelle kleine Beschaffungskosten mit dem ELQUERITO Server, worin Installationsfreie Lösung auf der sämtliche Daten abgelegt sind. Benutzerseite (HTML, Webbrowser) Umfrage beantworten Offene, komponentenbasierte Ar Der Teilnehmer kann bequem über chitektur das Web die Umfrage beantworVerwendung von Datenbanken ten, zu welchen er eingeladen wurauf XML-Basis für maximale de. Dazu benötigt er lediglich einen Struktur- und Abfrageflexibilität PC mit Internetanschluss und einen gängigen Webbrowser. Aymon Myriam 1978 [email protected] Erard Michel 1981 079 589 40 80 Umfrage auswerten Vorgängig beantwortete Umfragen können über den ELQUERITO Editor gesichtet und ausgewertet werden. [email protected] Marbet Christian 1978 079 317 59 75 [email protected] 99 Informatik Informatique RAT – Remote Assistance Tool Verteilte Systeme / Prof. Gerhard Hassenstein, Prof. Rolf Lanz RAT ist eine Open Source Remote Supportlösung, welche es erlaubt, unabhängig von den eingesetzten Netzwerktopologien, von einem Helpdesk-Arbeitsplatz auf einen entfernten Kunden-PC zuzugreifen. Der Supporter hat die Möglichkeit, einen Chat zu starten, den Bildschirm des Kunden zu beobachten und den Desktop zu übernehmen. Die Handhabung der Supportlösung auf der Kundenseite ist ohne Installation und Konfiguration möglich und kann mit Anleitung per Telefon oder E-Mail vom Kunden problemlos über das Internet ausgeführt werden. Baumann Toni 1973 [email protected] Bremgartner Lucas 1979 [email protected] Stutz Thomas 1975 [email protected] 100 Ausgangslage Aus dem Bedürfnis unseres Auftraggebers einem Kunden-Support bieten zu können, egal wo er sich befindet und welche Ausgangslage er hat, ist diese Arbeit entstanden. Es konnte kein bereits bestehendes Produkt gefunden werden, das alle nachfolgenden Anforderungen unseres Auftraggebers abdeckt. Die Applikation soll in jeglicher Netzwerktopologie eingesetzt werden können. Der Kunde soll nichts installieren, und keine komplizierten Einstellungen machen müssen. Die Applikation soll einfach erweiterbar sein (z.B. Filetransfer, Voip etc.). Erst bei Bedarf sollen weitere Programmteile nachgeladen werden. Eine Open-Source-Lösung wird vom Auftraggeber bevorzugt, da dadurch keine Herstellerabhängigkeiten entstehen. Features von RAT - Sichere Authentisierung - Beobachten Desktop - Übername Desktop - Datenkomprimierung - Chat - OS Windows XP/2kx - OS Linux Fedora Core 3 - Benutzerverwaltung - Datenbankanbindung - Mehrsprachigkeit RAP (Remote Assistance Protokoll) Das Remote Assistance Protokoll wurde entwickelt, um die Kommunikation zwischen den drei beteiligten Kommunikationspartnern (Master, Host und Proxy) zu ermöglichen. RAP kann als eigenständiges Protokoll, wie auch in andere Protokolle eingepackt verwendet werden. Das RAP-Protokoll ist asynchron und textbasiert. Netzwerktopologie Die nachfolgende Grafik stellt das übliche Szenario für RAT dar. Sowohl der Kunde (Host) wie auch der Supporter (Master) befinden sich mit ihrem PC in einem nicht gerouteten Netzwerk. Um das Verbinden von Host und Master möglich zu machen, muss der Netzwerkverkehr über den RAT-Proxy laufen. Netzwerktopologie Flexibler Protokoll-Stack Je nach Anforderung können dem Protokoll-Stack von RAT dynamisch Schichten hinzugefügt werden. RAP kann direkt in TCP/IP eingepackt werden. Ist eine Verschlüsselung des Datenverkehrs gefordert, wird eine SSL/TLS-Schicht hinzugefügt. Gibt es dann noch Probleme mit Firewalls und http-Proxys, kann der ganze Datenverkehr in HTTP eingepackt werden. Flexibler Protokoll-Stack Webbasierte Logistikapplikation für Automatenbetreiber Informatik Informatique Softwareentwicklung / Prof. Dr. Jean-Pierre Caillot Verschiedene Automatenbetreiber beschäftigen sich seit Jahren mit dem Gedanken, die Abläufe der Logistik im Zusammenhang mit der Wartung und Versorgung der Automaten zu optimieren. Die Firma smarcom AG hat ein GSM-Modul entwickelt, das sich in Verkaufsautomaten installieren lässt und die Statusinformationen auslesen kann. Die Idee dieser Diplomarbeit besteht darin, eine Webapplikation zu entwickeln, welche als Service für die Automatenbetreiber angeboten werden kann. Über das Mobilfunknetz können nun Statusdateien der entsprechenden Automaten heruntergeladen und ausgewertet werden. Situation In der Schweiz werden Verkaufsautomaten von verschiedensten Privatpersonen, KMUs und Grossfirmen betrieben. Jeder dieser Betreiber organisiert den Service und die Wartung in eigenen Geschäftsprozessen. Dabei variiert die Integration in bestehende Systeme sehr stark. Grundsätzlich werden Automaten in regelmässigen Abständen besucht. Da keinerlei Information über den Zustand eines Automaten besteht, bevor ein Befüller oder Techniker zu einem Automaten kommt, passiert es, dass ein Automat entweder schon längere Zeit leer ist oder dass kurz nach dem letzten Besuch eine Störung aufgetreten ist, welche den Automaten ausser Betrieb gesetzt hat. Zielsetzung WLAB soll eine Plattform für alle Automatenbetreiber sein. Deshalb wurde sie als Service konzipiert, welcher den Vorteil bietet, dass keine Infrastruktur beim Kunden installiert werden muss. Auch Weiterentwicklungen können auf diese Art einfach verteilt werden. Ausserdem soll WLAB auch für kleine Unternehmen einen Nutzen bringen um die Logistik zu rationalisieren. Dabei soll ein GSM-Modul zum Einsatz kommen, das es ermöglicht, Statusinformationen von den Verkaufsautomaten über das Mobilfunknetz zu übertragen. hat dann die Möglichkeit sich die zuletzt heruntergeladenen Statusinformationen anzeigen zu lassen. Falls er es wünscht, können direkt aus WLAB auch neue Statusinformationen angefordert werden. Solche Statusinformationen enthalten verschiedenste Informationen zu Umsatz, Konfiguration und Störungen, die sich nach der “European Vending Association (EVA)” und deren Standard “Data Transfer Standard (DTS)” richten. Sie werden von WLAB benutzerfreundlich und verständlich aufbereitet. Administration Ein Kunde kann Automaten und Der Funktionsumfang von WLAB Benutzer erfassen. Jedem Benutfür die Diplomarbeit umfasst fol- zer werden nun Rollen zugewiesen, gende Module : welche es ihm erlauben bestimmte Tätigkeiten durchzuführen. AlarmSteuerung und Störungsgruppen können Loggt sich ein Benutzer ein, so derart konfiguriert werden, dass werden ihm Alarme und Störungen Benutzer über den Status eines Aueinzelner Automaten angezeigt. Er tomaten informiert werden, sobald das System das Ereignis registiert. Statistik Das Statistikmodul bietet die Möglichkeit Auswertungen über den Datenbestand der Statusinformationen zu erstellen. Im Rahmen der Diplomarbeit werden fünf Statistiken vorbereitet. Die fünf Auswertungen geben Information über die Umsatzentwicklung, die Anzahl Transaktionen, die verkauften, die meist verkauften und die ausver kauften Produkte. Bell John 1966 076 340 68 89 [email protected] Coray Patrick 1978 079 755 61 33 [email protected] Hägler Benjamin 1976 076 549 59 95 [email protected] Systemübersicht 101 Informatik Informatique JCards – Ein verteiltes Kartenspiel RMI & JINI / Prof. Jean-Paul Dubois, Prof. Claude Fuhrer JCards ist eine verteilte Applikation mit Client-Server-Architektur. Sie dient als robustes Framework für Kartenspiele, die mit Remote Method Invocation über ein Netzwerk gespielt werden. Die Idee ist, dass sich Entwickler nur um die konkrete Implementation eines bestimmten Kartenspiels kümmern müssen, die restliche benötigte Infrastruktur aber vorhanden ist. Zusätzlich zum Framework wird ein vollständig ausgebauter Schieber-Jass mit diversen Spiel-Modi implementiert. Bellot Jean Pascal 1973 079 768 77 08 [email protected] Die Spieler verbinden sich auf den JCards-Server, der als zentrale Plattform und allgemeiner Sammelpunkt dient. Dort hat man die Möglichkeit, sich über Chat zu unterhalten und neue Mitspieler zu gewinnen. In einer Kollektion wird die Auswahl an Spielen, wofür man sich je nach Interesse anmelden kann, dem Publikum schmackhaft gemacht. Ein Spiel kann erst gestartet werden, wenn es genügend Mitspieler hat. Mit einem ausgefeilten Matching-Algorithmus werden die Anmeldungen der Spieler ausgewertet und laufend miteinander abgegli- chen. Die Spieler werden aufgrund ihrer Interessen regelmässig über Alternativen informiert, falls das von ihnen gewünschte Spiel noch nicht eröffnet werden kann. Der vorhandene Schieber-Jass ist in einen allgemeinen abstrakten und einen schlanken konkreten Teil unterteilt, damit weitere Kartenspiele mit möglichst kleinem Aufwand implementiert werden können. Deshalb ist der abstrakte Teil so konzipiert, dass er auf alle Möglichkeiten eines Kartenspiels vorbereitet ist, d.h. die Anzahl verwendeter Karten, die Anzahl Spieler, die Reihenfolge der Spielzüge etc. sind flexibel und dynamisch konfigurierbar. Das Spiel läuft auf dem Server und unterhält auf den mit ihm verbundenen Clients einen Proxy. Dieser erstellt die grafische Spieloberfläche und übernimmt die Kommunikation mit dem Spiel, beispielsweise Übermittlung der getätigten Spielzüge an den Server oder Anzeige der gegnerischen Züge. Für die Netzwerk-Kommunikation wurde Remote Method Invocation verwendet. Die eingesetzten Technologien sind alle in Javas Standard Edition enthalten. Server und Client können somit gestartet werden, ohne zusätzliche Software installieren zu müssen. Wüthrich Simon 1978 078 885 28 45 [email protected] Client mit laufendem Jass 102 Jarwas – Ein Management-System Informatik Informatique Softwareentwicklung / Dr. Jürgen Eckerle, Walter Eich Verteilte Applikationen sind grundsätzlich schwieriger zu warten als “normale”. Wenn nun eine solche Applikation noch an mehreren Orten installiert ist, stellt dies eine zusätzliche Erschwerung dar. Jarwars ist eine Applikation, welche diese Problematik erleichtern soll. Es erlaubt die Verwaltung von Installationen einer verteilten Applikation sowie das automatisierte Einspielen von Updates. Letzteres geschieht in einer Transaktion: Im Fehlerfall wird ein Rollback durchgeführt und die letzte Version wieder eingespielt, so dass das System immer in einem konsistenten Zustand bleibt. Verteilte Applikationen, welche bei mehreren Kunden installiert sind, sind aufwändig zu warten. Bei einem Update muss dieses in der Regel von Hand bei allen Kunden neu installiert werden. Bei stark verteilten Applikationen besteht zudem ein Risiko, dass das Einspielen eines Updates auf einem Server nicht funktioniert und so das Gesamtsystem inkonsistent wird. Die Idee dieses Projektes ist es, eine Lösung für diese Problematik im J2EE-Umfeld zu finden. Verteilte Applikationen, insbesondere solche, die bei mehreren Kunden installiert sind, sollen zentral verwaltet und das Einspielen von Updates soweit als möglich automatisiert werden. Falls bei einem Update einer Applikation bei einem Kunden mehrere Server betroffen sind, soll dieses Update in einer Transaktion erfolgen, d.h. entweder werden alle beteiligten Server erfolgreich aktualisiert, oder der letzte Zustand wird wieder hergestellt, so dass die Applikation immer in einem konsistenten Zustand läuft. Dazu stellen wir uns eine dreiteilige Lösung vor, bestehend aus einem Deployment-Server-Teil, einem Distributor-Teil und einem Target-Teil. Der Deployment-Server verwaltet alle Installationen sämtlicher Applikationen an einer zentralen Stelle. Der Distributor kommuniziert mit dem Deployment-Server und ist verantwortlich für das weitere Einspielen von Updates auf die verschiedenen Server beim Kunden. Auf dem Deployment-Server kön- nen Rollen für Teil-Applikationen vergeben werden, welche der Distributor nutzt, um das Update-Modul dem richtigen Server zuzuordnen. Er erhält von jedem Server (Target) eine Rückmeldung über den Erfolg des Deployments. Falls das Update auf einem oder mehreren Targets fehlschlägt, stellt der Distributor auf allen Targets den letzten funktionierenden Zustand wieder her. Er teilt dem Deployment-Server mit, ob das Update erfolgreich war. Auf jeden für Jarwars erreichbaren Servern muss das Target-Modul installiert sein, welches Updates vom Distributor entgegennimmt und lokal in den Application-Server integriert. Das Zusammenspiel dieser drei Komponenten ist in der Abbildung ersichtlich. Berger Philipp 1976 [email protected] Herger Franziska 1975 Die Lösung wurde in Java implementiert. Als Zielplattform haben wir uns aufgrund der Quelloffenheit für JBoss entschieden (http://www. jboss.org). Da die Lösung selbst in J2EE-Komponenten und anderen offenen Standards implementiert ist (EJBs, MBeans, Web-Services etc.) ist eine spätere Portierung auf andere J2EE-Application-Server oder sogar andere Architekturen gewährleistet. [email protected] Komponenten der Jarwars-Applikation 103 Informatik Informatique ACE – a collaborative editor Advanced Java / Prof. Jean-Paul Dubois, Prof. Claude Fuhrer Working on a document as a group can be challenging. Version control systems like Subversion and CVS help to keep a consistent copy of a document, but they do not allow real-time collaboration. Would it not be easier and more efficient to edit a document together in real-time, seeing each other’s changes immediately and reducing the amount of time to complete work substantially? The error prone step of merging several asynchronous changes to a document can be avoided altogether with a real-time synchronous collaborative editor, namely ACE - a collaborative editor. Bigler Mark 1981 [email protected] Räss Simon 1980 ACE is a collaborative text editor. It allows multiple geographically dispersed users to view and edit a shared text document at the same time, thus facilitating efficient teamwork. According to available knowledge, there is only one such application ; it works well and has reached widespread use. Unfortunately, it is limited to the Mac platform. ACE is the first collaborative text editor that runs across all major platforms, including Windows, Linux, and Mac. First of all, ACE is a simple text editor with standard features such as copy/paste and load/save. Multiple documents can be edited at the same time. Furthermore, ACE can share documents with other users on different computers, connected by communication networks. ACE also discovers users and their shared documents automatically in a local area network. Users can opt to join any discovered shared document. For all this, no configuration is necessary because it is based on zero-conf networking (also known as Bonjour or Rendezvous). Once a user has joined a shared document, he can freely edit the document at the same time with all participants as a virtual team. Socalled awareness information helps to avoid unnecessary conflicts (i.e. two users editing at the same time and text location). Awareness information includes the cursor and the currently selected text of the other users marked with the color of the respective user. The heart of the application is a concurrency control algorithm based on the innovative concept of Operational Transformation, which allows for lock-free editing of a document by multiple users. It imposes no editing constraints and resolves all conflicts automatically. The algorithm overcomes one of the most significant challenges in designing and implementing realtime collaborative editing systems, namely consistency preservation. That is to ensure that at quiescence (i.e. when no messages are in transit) the shared document is identical for all participants. This algorithm was implemented as part of the semester project and forms the foundation of ACE. ACE builds upon open technologies such as BEEP (RFC 3080) and zeroconf networking ; all this leaves the possibility open to communicate even with different applications that understand the public protocol of ACE. 079 732 67 81 [email protected] For further information or to download ACE visit http://ace.iserver.ch/ Zbinden Lukas 1980 079 672 85 21 [email protected] Three users in a collaborative editing session 104 Output Design Informatik Informatique Software Engineering / Pierre Fierz, Dr. Andreas Spichiger Im klassischen Client / Server Applikationsmodell werden auf beiden Seiten eine Vielzahl von Dokumenten generiert, angezeigt und/oder gedruckt. Idealerweise unterscheiden sich Client- respektive Serverdokumente nicht. Oft werden aber auf den beteiligten Systemen unterschiedliche Betriebssysteme eingesetzt, wodurch normalerweise unterschiedliche Software verwendet wird. Dies führt zu unterschiedlichen Dokumentlayouts, welche mit beträchtlichem Mehraufwand angeglichen werden müssen. Das im Projekt “Output Design” entwickelte System ermöglicht die zentrale Definition von Inhalt und Layout. Eine solche Vorlage kann auf jedem System, das über einen XSLT-Prozessor und Java2 Umgebung verfügt, zum Dokument gerendert werden. Das System besteht aus den drei Modulen OutputDesigner, DataDesigner und Transformation, respektive Rendering. mat. Oasis OpenDocument ist ein im Frühjahr 2005 verabschiedetes Datei-Format, welches eine breite Unterstützung führender IT-Unternehmen geniesst. Dank der offen OutputDesigner gelegten Datei-Spezifikation und Der OutputDesigner bietet dem der durchgehenden XML-StruktuEndbenutzer eine grafische Ober- ren bietet sich dieses Dokumenfläche zum Gestalten von Doku- tenformat auch für den Einsatz im menten und Einfügen von dyna- OutputDesigner an. mischen Variabeln. Das Kernstück des Moduls bildet der OpenOf- DataDesigner fice-Writer, dessen Oberfläche Der DataDesigner dient primär dem sich durch eine intuitive Bedienung Erstellen von XML-Dateien, welche auszeichnet. Die Kommunikations- die Definition der im OutputDesischnittstelle zwischen OpenOffice gner zur Verfügung stehenden Variund OutputDesigner erlaubt, die ablen enthält. Ein beträchtlicher Teil definierten Variabeln in das Doku- der Daten ist in relationalen Datenment einzufügen. Zudem unter- banken gespeichert, weshalb die stützt OpenOffice ab der Version Referenzimplementation auf sol2.0 das Oasis OpenDocument For- che Datenbank-Systeme ausgelegt Prozessfluss im Projekt OutputDesigner ist. Die technische Umsetzung erfolgt auf der Basis von JDBC und ODBC. Zusätzlich bietet der DataDesigner die Möglichkeit, die den Variabeln entsprechenden Daten aus einer Datenbank zu extrahieren und in eine XML-Datei zu exportieren. Die se Daten werden anschliessend in der Transformation in das Enddokument eingearbeitet. Transformation/Rendering Das Kernstück des gesamten Prozesses liegt in der Transformation, welche sich auf zwei Phasen verteilt. Die erste Transformation erfolgt beim Export aus dem OutputDesigner. Mittels einer XSLTExportschnittstelle, die von OpenOffice zur Verfügung gestellt wird, kann das Dokument in seine Komponenten zerlegt werden. Die resultierende XSL Transformation erlaubt, den Dokumentinhalt mit den extrahierten Daten zu verbinden. Dabei entsteht für jeden Datensatz eine vollständige Abbildung des Dokuments als XSL Formatting Object. Dieses Format beinhaltet alle notwendigen Informationen um das Dokument mit dem Apache FOP Engine zu rendern. FOP ist eine OpenSource Rendering Engine, welche aus einem XSL-FO diverse Standardformate (bspw. PDF, SVG, PS) erzeugen kann. Da FOP vollständig in Java2 implementiert ist, kann dieser Prozess auf jeder Plattform durchgeführt werden, für welche eine Java2 Umgebung zur Verfügung steht. Borlinghaus Daniel 1971 079 621 02 76 [email protected] Germann Thomas 1978 [email protected] 105 Informatik Informatique FFFP (Fourier For Fingerint Project) Computer Vision / Roger Cattin Avec l’importance sans cesse grandissante de la sécurité dans de nombreux domaines, le recours à la biométrie est de plus en plus répandu, et en notamment à la reconnaissance des empreintes digitales, en raison de leurs particularités intéressantes (définitives dès la naissance, inchangées tout au long de la vie, facile à scanner, etc.) Cependant il faut, pour qu’une reconnaissance des empreintes digitales soit efficace, que la qualité de la capture de celles-ci soit la meilleure possible, ce qui n’est pas toujours le cas. Brigante Adriano 1982 Maillat Dominique 1982 106 L’objectif du projet est d’avoir un outil qui permet de pré-traiter une empreinte digitale avant de la comparer avec les empreintes d’une base de données. En effet pour qu’un algorithme de matching soit efficace, il faut que les crêtes des empreintes soient continues et nettes, les fins de crêtes et les fourches bien définies. L’outil permettra donc d’obtenir une image améliorée de l’empreinte qui rendra la reconnaissance plus fiable. La solution élaborée est une application qui se base sur une analyse de l’image grâce à son spectre de Fourier. Lors de la première utilisation, l’utilisateur pose son doigt sur le capteur afin d’obtenir une image de son empreinte, qui sera enregistrée dans une base de données avec son nom d’utilisateur. Ensuite, lors des utilisations suivantes, l’utilisateur posera son doigt sur le capteur et entrera son nom dans l’application, qui vérifiera que l’empreinte appartient effectivement à l’utilisateur qui s’annonce. Afin d’améliorer l’efficacité et la fiabilité de cette vérification, l’application va analyser et traiter les images d’empreintes. Cette analyse se passe en plusieurs parties. Tout d’abord l’image va être découpée en blocs de taille réduite. Pour chaque bloc l’analyse après transformation de Fourier va déterminer l’espacement moyen des crêtes et l’angle moyen des crêtes. Elle va également déterminer les régions de l’image où la structure est suffisamment marquée pour être considérée comme fiable, et ignorer les autres. Ensuite, l’image est reconstruite par une transformation de Fourier inverse, afin d’obtenir une image finale plus nette que l’originale, où les structures importantes de l’empreinte sont mises en évidence et plus facilement reconnaissables pour l’algorithme de matching. OpTheseus – Positionsgestütztes Auftragssystem Informatik Informatique Location Based Services / Prof. Rolf Gasenzer Viele wirtschaftliche Aktivitäten könnten heute ohne effiziente Logistik mit Hilfe von Kurierdiensten (Langsamverkehr und Nahverkehr, Schnellverkehr und Fernverkehr) nicht mehr bedürfnisgerecht bewältigt werden. Viele Speditionsdienstleister koordinieren ihre Kuriere noch per CB-Funk oder Mobiltelefon, ohne genau zu wissen, wo sich diese im Moment befinden, welche Aufträge sie erledigt haben und welche noch zu erledigen sind. OpTheseus ist eine Software die hilft, die aktuelle Position des Kuriers (Fahrers) anhand von GPS grafisch auf einer Karte darzustellen und neue Aufträge dem jeweils geeignetsten Kurier zu übermitteln. Für einen Speditionsdienstleister stellt die Koordination von mehreren Kurieren mit einer optimalen Zuteilung der Auslieferungsaufträge eine Kernproblematik dar. Viele Entscheide fällt ein Disponent nach Gefühl oder anhand gesammelter Erfahrungen. Für den Kurier ist es oft schwierig, ohne Zusatzinformationen selbständig zu entscheiden, in welcher Reihenfolge er die Aufträge abarbeiten soll, um Umwege möglichst zu vermeiden. Optheseus ist eine Client-Serverapplikation, welche Disponenten und Kuriere bei ihren täglichen Herausforderungen unterstützt, indem sie für die Kernprozesse eine problemorientierte Aufbereitung und Darstellung von Informationsbausteinen ermöglicht. OpTheseus vereint verschiedene Systeme in einem. Dazu gehören ein Navigationssystem mit GPS-Pointtracking und ein Auftragsdispositionssystem. OpTheseus Disponent-GUI Zu den Navigationsprozessen : Mithilfe von GPS kann die aktuelle Position des Kuriers ermittelt und grafisch auf einer Karte dargestellt werden. Für den Kurier bringt das den Vorteil, dass er sich fortlaufend orientieren kann, indem er die Software als Navigationssystem nutzt und dank navigierbaren (routable) Karten (die auf Geo- und Strasseninformationsdaten von Navteq™ aufsetzen) den kürzesten (“idealen”) Weg für alle Lieferungen berechnen lässt. Diese Wegstrecke kann grafisch auf der Karte am Bildschirm dargestellt werden. Dank dieser “Shortest Path”-Berechnungen können Leerkilometer und unnötiger Materialverschleiss vermindert sowie Arbeitszeit eingespart werden. Zu den Auftragsdispositionsprozes sen : In der Zentrale kann die Disposi tion neue Kunden und Aufträge erfassen und systemgestützt dem geeignetsten Kurier zuweisen. Der Auftrag wird via mobile Datenkommunikation über GPRS an den Kurier übermittelt. Die bestehende Auslieferungstour wird neu berechnet und aktualisiert. Der aktuelle Status eines Auftrags kann jederzeit vom Disponenten abgefragt werden. Das System hat zudem den Vorteil, dass Medienbrüche vermieden werden, indem diverse bis anhin benötigte Papierdokumente (wie Auftragsempfangsbestätigungen und dergleichen mehr) wegfallen können. Bühler André 1978 079 355 41 05 [email protected] Luginbühl Marc 1980 079 435 62 48 [email protected] Architektur OpTheseus 107 Informatik Informatique Netzwerkanalyzer mit Linux-Bridge Netzwerktechnik – Softwareentwicklung / Prof. Hansjürg Wenger Mit der zunehmenden Verbreitung des Internetes und lokaler Netzwerke in Betrieben ist der Netzwerkverkehr in den letzten Jahren erheblich gewachsen. Zudem wird die Datenübertragung durch den Einsatz von Lichtwellenleitern und anderen neuen Übertragungstechnologien immer schneller. Unternehmen möchten die Netzwerkinfrastruktur zu unternehmensrelevanten Zwecken nutzen und den allfälligen Missbrauch oder deren Fehlfunktion erkennen können. Im Rahmen dieser Diplomarbeit wird eine Möglichkeit gesucht, ein System mit gewöhnlicher PCHardware und Opensource-Software zu entwickeln, welches den Datenverkehr analysiert, protokolliert und statistisch aufarbeiten kann. Bürki David 1980 078 640 53 71 [email protected] Spreng Michael 1976 079 441 17 74 Für einen Netzwerk-Administrator ist es wichtig zu wissen, welcher Datenverkehr auf einem NetzwerkSegment zirkuliert. Dazu werden Netzwerk-Analyzer verwendet, welche Netzwerk-Segmente abgreifen und den Datenverkehr analysieren können. Dies sind meist teure Hardware- oder Softwarelösungen. Unser System soll eine reine Softwarelösung auf Open-Source-Basis sein, die in der Lage ist, hohen Anforderungen (1GB Link) standzuhalten, und welche die gesammelten Daten statistisch aufbereitet. der die komprimierten Daten an einen Zweitrechner mit Datenbank versendet. Ein Java-Client greift diese Daten ab und speichert sie sogleich in eine MySQL-Datenbank. Nun möchte der Netzwerkadministrator wahrscheinlich nicht diese Datenbank, welche sich eventuell nicht einmal an seinem momentanen Arbeitsort befindet, nach Informationen über sein Netzwerk durchkämmen. Um diesem Problem Abhilfe zu verschaffen, werden Der Datenverkehr wird dabei nach Netzwerk-, Transport- und Applikations-Protokoll aufgeteilt und nach den jeweiligen Quell- und Ziel-Systemen gegliedert. Die daraus entstehenden Statistiken können je nach Anforderungen angepasst werden. [email protected] Das System ist in drei Teile aufgeteilt, diese Aufteilung ist in der Abbildung ersichtlich. Pro Teil wird eine andere Programmiersprache eingesetzt. Herzstück des Systems ist die Capture Station. Dieser Rechner ist als Bridge konfiguriert und wird in ein bestehendes Netzwerk integriert. Um direkt auf ein Interface zuzugreifen und dessen Datenfluss abzugreifen, wird eine in C geschriebene Software mit der “libpcap” Library eingesetzt. Um Performance auf der Bridge einzusparen, erstellt die Software einen TCP / IP-Socket, Systemaufbau 108 die Statistiken auf einem Webserver erstellt und sind so über das Internet zugänglich. Für die Darstellung wird HTML und PHP eingesetzt. Dieser gesamte Ablauf bedingt hohe Performance und gute Architektur. Einige Prozesse in der Applikation müssen « gleichzeitig » in verschiedenen Threads ablaufen. Dies stellt auch gewisse Minimal anforderungen an das verwendete Betriebssystem. Webapplikation HOPE Informatik Informatique E-Business / Prof. Rolf Jufer HOPE ist ein “third party product” zum browserbasierten Fussballmanager Hattrick. Bei Hattrick, einem Strategie- und Aufbausimulationsspiel aus Schweden, treten über 700’000 User aus 102 Ländern in virtuellen Spielen gegeneinander an. Mit unserer Webapplikation unterstützen wir diese Spieler bei der langfristigen Planung und Verwaltung ihres Teams. HOPE ist sprachunabhängig und wurde komplett mit Open-Source Produkten entwickelt. Idee Als langjährige Hattrick-Spieler waren wir mit den Features der bestehenden Tools unzufrieden. Bisher verwalteten wir unsere Mannschaften mit Excel und wollten nun ein professionelles System für die Planung entwickeln. Die Resonanz in der Community auf unsere Projektidee war gross und so beschlossen wir sie umzusetzen. Umsetzung Für die Umsetzung wählten wir das Open-Source Framework Jakarta Struts aus, welches die Trennung zwischen Businesslogik, Präsentation und Datenhaltung erlaubt. Es war uns wichtig, dass unsere zukünftigen Kunden, die HattrickSpieler, von Anfang an in die Dip lomarbeit mit einbezogen werden. Es entstand gleich zu Beginn eine grosse Testcommunity, die unsere Arbeit kritisch testete. Unser iteratives Vorgehen ermöglichte uns Releases in kurzen Zyklen aufzuschalten. So konnte schnell auf Wünsche eingegangen und Anregungen umgesetzt werden. nung von Hattrick-Teams. Nebst kleineren Features wie Stadionausbauhilfen bieten wir eine Finanz- und eine Trainingplanung an. In der Finanzplanung lassen sich zukünftige Investitionen planen. Die Trainingsplanung hilft dem BenutDer Zugriff auf die Hattrick-Daten zer, die Jugendspieler optimal zu erfolgt über eine XML-Schnittstelle, fördern. welche die schwedischen HattrickHersteller bereitstellen. Die erhal- Ein weiteres Hauptfeature ist die tenen Daten werden in eine MySql- Voraussage von Spielresultaten. Datenbank geschrieben und dienen Der User kann jederzeit seine Geals Grundlage für die Features von winnwahrscheinlichkeit gegen eiHOPE. Durch die gute Skalierbar- nen bestimmten Gegner berechkeit und ein modulares Design ha- nen lassen. ben wir die Wartbarkeit verbessert. Wir sind gerüstet, um auf zukünf- Fazit tige Hattrick-Regeländerungen mit Nebst den technologischen Hergeringen Anpassungen an der Ap- ausforderungen wie die Integration plikation reagieren zu können. vieler Open-Source Frameworks konnten wir ein Produkt von der Fachlich beschäftigt sich HOPE Zertifizierung bei Hattrick bis hin zur vor allem mit der langfristigen Pla- Marktreife entwickeln. Bütikofer Alain 1980 079 330 71 19 [email protected] Imboden Alex 1979 078 621 43 19 [email protected] Sasso Leo 1981 078 641 80 15 [email protected] Screenshot: Spiele voraussagen 109 Informatik Informatique Plateforme d’aide à l’enseignement de la cryptologie Cryptologie / Prof. Dr. Olivier Biberstein, Prof. Claude Fuhrer De nos jours, la cryptologie s’utilise pour la protection des données, les communications, les paiements à travers l’Internet, les signatures électroniques, etc. Maîtriser les concepts liés à la cryptologie devient dorénavant indispensable pour toute personne travaillant dans l’informatique. L’objectif de ce projet “Crypto Platform” consiste à réaliser un support pédagogique visuel, interactif et simple d’emploi destiné à l’enseignement des bases de la cryptologie. Il s’agit donc de développer une application mettant à la disposition de l’utilisateur de nombreux programmes de démonstration qui illustrent, étape par étape, le fonctionnement des principales techniques de chiffrement. Cissé Philipe 1969 [email protected] De Amicis Nicolas 1981 078 673 69 03 L’architecture de ce projet est basée sur le principe de client-serveur. La technologie RMI (Remote Method Invocation) nous permet d’avoir des programmes clients Java très légers. RMI offre aussi la possibilité de mettre à jour et d’étendre facilement les fonctionnalités de la plateforme cryptographique. Les programmes clients écrits au moyen du langage de programmation Java utilisent la librairie SWT (Standard Widget Toolkit) afin de diminuer la quantité de code à adapter. Au moyen de ces technologies, la plateforme cryptographique peut s’utiliser indifféremment sous les systèmes d’exploitation Windows et Linux. De nouvelles démonstrations peuvent être ajoutées aisément grâce à une architecture modulaire qui a été conçue pour permettre un maximum de flexibilité dans les développements futurs. des animations Flash ainsi qu’une aide sous forme d’une bibliothèque virtuelle expliquant chaque algorithme. Ces démonstrations Java sont téléchargées, installées ou mises à jour sans intervention de l’utilisateur grâce à la technologie Java Web Start qui facilite grandement l’utilisation de cet outil pédagogique. Le langage de programmation Flash a été choisi pour sa simplicité à créer des animations graphiques. Cette simplicité est essentielle pour expliquer dans les détails chaque algorithme, comme par exemple, le rôle de la matrice utilisée dans le chiffre de Vigenère, la cryptologie quantique, difficilement programmable de nos jours, ou la machine de cryptage Enigma, qui joua un rôle prédominant lors de la seconde guerre mondiale. * Site Web de “Crypto Platform” http://147.87.107.91:8080/CryptoPlatform/ [email protected] Un utilisateur peut se connecter sur le site* Web de “Crypto Platform” qui met en ligne plusieurs démonstrations développées au moyen du langage de programmation Java, 110 La stéganographie : dissimuler du texte dans une image sans que les changements soient visibles Create Your Watch, create your DELANCE… Informatik Informatique Web Design / Prof. Dr. Emanuel Benoist Welcome to the future of watch making… Create Your Watch is an interactive Web software to build real Swiss watches, the beautiful DELANCE watches, women watches of course ! With it, you will be able to choose the components for your gift, the case, the diamonds, the rubies and more… and make the watch of your dreams: romantic, glamorous, all fantasies are permitted. Please enter in the ‘Create Your Watch’ universe, watch it now ! At the beginning was the woman… Yes, this program was designed for women, all the images and colors have been made with this thought. The idea was to fit in with the DELANCE objective: build real women watches. Also, we have to imagine a software for that: It must be smart but not complicated, it must be beautiful but not superficial (see pictures). To realize this challenge, a programming language seems to fit in: Flash. Everybody who has gone on the Web has seen flash animations for publicity. Flash allows making pretty program interfaces, but it also has its own integrated language: Actionscript, which manages the smart part: Communication with database, with other languages (JAVA), and of course manages the program, runs animations, moves, transforms, creates or plays. Djafer Mounir 1978 But what can a user do with soft: First: Choose all components for his precious watch. They are: the case (in gold, steel or with gold), the watchband (gold, steel, alligator, lizard…), and of course the jewels (diamonds, rubies or blue sapphire). You can also select a watch from the DELANCE Collection and modify it. Two: Save this watch in your own gallery, and modify it when you want it. Three: Order this watch or another from your gallery or DELANCE Collection. How it works, it’s simple! The components of a watch are pictured and converted into flash movies. These movies are loaded at run time when ‘Create Your Watch’ needs them, for example to display the collection an Actionscript function you call a Web Service that returns the addresses of the pieces movies from a database, another function: put the movies all together in the right place to display the right DELANCE watch. All the information used is accessed within this process, like, for example prices of the watches. After that I think you are impatient to try it. Simply visit www.delance.com, you will have a good time. Thank you for your interest, Sincerely Mounir Djafer. 111 Informatik Informatique e-ETNA – Exportmodul für Navision E-Business / Prof. Dr. Urs Sauter / F. Knuchel, Logico SA Biel/Bienne Die vereinfachte Ausfuhrregelung (VAR) erlaubt es Schweizer Unternehmen, mit relativ geringem administrativem Aufwand Waren auszuführen. In Zusammenarbeit mit Logico SA Biel, dem führenden Microsoft Business Solution Partner der Westschweiz, wird Navision “VAR-tauglich” gemacht. Zudem wird am Beispiel der Aktualisierung der Zollstellen gezeigt, wie Web-Services die Pflege von Stammdaten erleichtern können. Als Nebenprodukt der Diplomarbeit entsteht ein Handbuch, das jüngeren Studierenden den Einstieg in die Entwicklungsumgebung von Navision erleichtern soll. Esposito Tiziano 1979 078 718 61 35 [email protected] Marthaler Christoph Die Tatsache, dass die Schweizer Wirtschaft jeden zweiten Franken im Ausland verdient, hat uns bewogen, uns mit dem Thema Export zu beschäftigen. Exportierende Unternehmen sind interessiert, Zollformalitäten möglichst einfach abzuwickeln. Zurzeit erreichen Schweizer Exporteure dieses Ziel am besten, indem sie das Verfahren der vereinfachten Ausfuhrregelung (VAR) in die Auftragsbearbeitung ihres Unternehmens integrieren. In unserer Diplomarbeit realisieren wir dies für das ERP-System (Enterprise Resource Planning) Navision. Microsoft Navision für kleine und mittlere Unternehmen ist eine kaufmännische Komplettlösung, die exakt auf die Bedürfnisse kleinerer mittelständischer Betriebe abgestimmt ist. Am Beispiel der Zollstellen wird gezeigt, wie die Aktualisierung von Stammdaten mit Hilfe eines WebService deutlich benutzerfreundlicher gemacht werden kann. Unser Web-Service aktualisiert sich durch das Herunterladen einer XML-Datei von der Website der Eidgenössischen Zollverwaltung selbst und importiert diese Stammdaten der Zollämter in Navision. Die Integration der VAR-Funktionalität in den bestehenden Auftragsbearbeitungsprozess von Navision er- 1978 079 384 66 87 [email protected] Folgende Funktionen werden implementiert und dokumentiert : - VAR-Setup (Import von zusätzlichen Navisionobjekten und Erweiterung einiger bestehender Objekte) - Ergänzung der Stammdatenverwaltung Wabel Ralph 1980 - Erstellung eines Ausfuhrbelegs innerhalb der bestehenden Auftragsbearbeitung 078 681 75 36 [email protected] 112 - Erstellung des Monatsreports und der entsprechenden Datei für die Zollverwaltung Auftragsprozess in Navision fordert relativ tief greifende Eingriffe in die bestehende Software. Eine zentrale Aufgabe bestand darin, die Eingriffe in die bestehende Applikation so gering zu halten, dass bei zukünftigen Release-Wechseln möglichst wenig manuelle Eingriffe in den Code zu machen sind. Unsere Erfahrungen haben wir in einem Handbuch festgehalten, das jüngeren Studierenden den Einstieg in die proprietäre Entwicklungsumgebung von Navision erleichtern wird. Roal – Research Objective : Artificial Life Informatik Informatique Artificial Inteligence / Dr. Bernhard Anrig Roal is a free software project that aims to provide a framework for the development of simulations in the field of artificial intelligence (AI) and artificial life (AL). The framework contains example simulations that use it and highlight its potential. In the simulations, artificial life forms act in a virtual 3D environment with a realistic physical behavior. The framework integrates common AI/AL techniques like evolutionary programming, genetic algorithms and artificial neural networks and provides a distributed architecture, allowing to distribute a simulation on multiple hosts. Motivation At the heart of artificial intelligence research are basic questions : What is intelligence ? When is something or somebody intelligent ? What is intelligent behavior ? Artificial life is a subfield of artificial intelligence. Its purpose is to study life through the use of human-made analogues of living systems. This is often done by constructing models of the reality and may involve methods from biology like Darwin’s theory of evolution by natural selection. Implementation With Roal we create a world that offers the virtual environment in which artificial life simulations take place. This world has physical characteristics that can be specified and that shape the creatures’ behavior. The artificial life forms (or organisms) and other objects can be created and put into the world. We focus A population of evolved creatures on life forms that have bodies consisting of multiple segments connected through various types of joints, but the framework does not restrict the character and the type of life forms or machines. The body of the life form is equipped with different types of “sense organs” that are sensitive to, e.g., light, color, or physical contact. These sensors send their actual state to the creature’s brain, which may be an artificial neural network (ANN) or a similar method. The brain controls the body through effectors. It may, for example, apply a torque to one of the creature’s joints. Roal then uses the functionality of the ODE physics engine to compute the resulting effect on other parts of the body and elements in the virtual environment. The graphical output is produced with the 3D engine Ogre and the underlying OpenGL technology. In order to be able to use more computing resources, a simulation can be distributed to multiple systems. The bodies and the knowledge of life forms can adapt to or learn from new situations and the environment (e.g., a life form with an advanced body and a sophisticated mind/ knowledge may emerge from an evolutionary process). Typical simulations that can be created with the Roal framework define a goal the creatures strive for. This may be walking, swimming, foraging, or other targets. We can imagine simulations like a football game with multiple adaptive creatures or a simulation of life forms that evolve and adapt to the current environment. Even computer aided design where virtual furniture is created with artificial intelligence is a potential application. Eyer Marcel 1978 [email protected] Hofer Mathis 1982 Interested ? For more information visit the Project-Wiki at http://roal.sourceforge.net/ [email protected] Will it learn to walk? 113 Informatik Informatique CronGate – Ereignis-gesteuerter Job Scheduler Algorithmen und Datenstrukturen, Verteilte Systeme / Dr. Jürgen Eckerle Eine effiziente Umsetzung von Business-Prozessen ist unverzichtbar für moderne IT-Unternehmen. Mit der Automatisierung von IT-unterstützten Geschäftsabläufen soll eine Reduktion der von Menschen verursachten System-Störungen erzielt werden. Die am meisten verbreiteten Job Schedulers erlauben lediglich, die Ausführung von Jobs zu einem festgelegten Zeitpunkt anzustossen ; sie achten weder auf die fehlerfreie Termininierung noch auf die kausalen Abhängigkeiten der Jobs. Bei CronGate werden die Vorbedingungen der einzelnen Tasks überprüft und bei deren Erfüllung die Nachfolgejobs ausgeführt. Die Jobs werden zentral gesteuert und können auf verschiedenen Systemen gestartet werden. Ein Business Prozess ist eine definierte Abfolge von Jobs, welche untereinander kausal abhängig sein können. Faccio Gina 1975 [email protected] Ziel dieses Projekts ist ein Ereignis-gesteuerter Job Schedulers als Prototyp zu entwickeln, welcher ermöglicht, Zeit- und IT-Ressourcen erfolgreich einzusparen. Einige der Viele Unternehmen handhaben IT- wesentlichen Vorteile des Einsatzes unterstützte Business Prozesse als von CronGate sind : eine Ansammlung isolierter Prozesse. Damit der Ablauf wichtiger - Die Jobs werden nicht isoliert beBusiness Prozesse dennoch nicht trachtet, sondern sind Teil eines scheitert, werden einzelne Jobs mit Business Prozesses und können Zeit-Reserven unnötig verlängert. voneinander abhängig sein Solche Zeit-Reserven verschwen- - Die Überprüfung der Abhängigden menschliche und materielle keiten eines Jobs erfolgt autoRessourcen. matisch, was eine Reduktion der Fehler, die bei der manuellen Die Automatisierung der adminisAusführung vorkommen, zur Foltrativen Tätigkeiten in den Rechenge hat zentren ist eine Notwendigkeit, um - Die Jobs starten nach der erfolgFehler bei der Durchführung zu rereichen Beendigung all ihrer Vorduzieren, Ressourcennutzung zu bedingungen ohne Zeitverzögeoptimieren und schlussendlich die rung Effizienz der Geschäftsabläufe zu - Es kann eine Reaktion für den Fall steigern. von Misserfolg bei der Durchführung eines Jobs definiert werden - Die Ausführung aller Jobs wird zentral verwaltet, die Jobs können auf verschiedenen Systemen gestartet werden Business Prozess als Abhängigkeitsgraph. Seine Jobs laufen auf verschiedenen Sys- 114 temen Die kausalen Abhängigkeiten der Jobs eines Business Prozesses werden durch einen gerichteten Graphen dargestellt. Hierbei repräsentieren die Knoten des Graphen die Jobs, und die Kanten bedeuten mögliche kausale Abhängigkeiten. Eine Kante des Knotens a nach Knoten b bedeutet, Knoten b ist vom Knoten a abhängig, d.h. der Job a muss vor dem Start von Job b erfolgreich beendet sein. Das auslösende Ereignis für das Starten eines Jobs ist somit die erfolgreiche Terminierung der Vorgängerjobs. Die Richtung der Kanten des Graphen definiert auch die Richtung, in welcher ein Business Prozess durchlaufen wird. Die Darstellung der Vorbedingungen als gerichteter Graph soll dem Systemadministrator eine deklarative Definition eines Business Prozesses ermöglichen. Damit wird auch das Verständnis eines Business Prozesses erleichtert. LEGO Mindstorms Simulator – JORGE Informatik Informatique Computer Graphics / Prof. Jean-Paul Dubois, Prof. Claude Fuhrer Roboter erfreuen sich immer grösserer Beliebtheit. LEGO hat deshalb sein Sortiment um einen Roboter-Bausatz, den sogenannten Mindstorms, erweitert. Im Verlauf der letzten Jahre hat sich eine grosse Gemeinschaft um dieses Thema aufgebaut. Es werden jährlich Veranstaltungen organisiert, wo sich Studenten und Schüler im Bau von Robotern und deren Programmierung messen. Wir bieten ein virtuelles Pendant zu den Bausätzen von LEGO an. Mit unserem Programm kann der Anwender eigene Roboter kreieren und sie in einer selbst gestalteten Welt zum Leben erwecken. Der Fantasie sind also keine Grenzen mehr gesetzt. In der Standardausstattung be- Neben der Hardware bietet LEGO steht ein Mindstorms-Bausatz aus eine Programmiersprache an, dafolgenden Komponenten : mit jeder seine eigenen Programme schreiben kann. Mit Hilfe solcher - Ein RCX-Mikrocomputer, auf wel- Programme können sich Roboter chem Programme ausgeführt selbständig in der Umwelt bewewerden ; maximal können drei gen. Über die Sensoren kann das Motoren und drei Sensoren an- Programm auf Hindernisse reagiegeschlossen werden ren und der Roboter kann gege- Eine Infrarotschnittstelle zur Über- benenfalls ausweichen. Über die tragung von Programmen Infrarotschnittstelle können die Ro- Zwei Motoren, mit denen der Ro- boter auch untereinander kommuboter bewegt werden kann nizieren. - Ein Lichtsensor, der dem Roboter zur Erkennung der Helligkeit Die Programmierung der Roboter dient macht nicht nur Spass, sondern - Zwei Berührungssensoren fördert auch das logische Denken. Dieser Umstand führt dazu, dass Im Fachhandel sind weitere Sen- ein Mindstorms-Bausatz nicht nur soren, wie beispielsweise ein Wär- ein Spielzeug ist, sondern auch mesensor, erhältlich. ein begehrtes Schulmittel. Da ein LEGO-Minstorms-Bausatz mehrere hundert Franken kostet, ist es für Schulen und andere Institutionen oft unmöglich, ganze Schulklassen mit Robotern auszustatten und erst recht nicht möglich individuelle Umgebungen für jeden Roboter bereitzustellen. Feissli Stefan 1981 Mit Hilfe unseres Simulators kann das Verhalten von selbst geschriebenen Programmen auf einem oder mehreren Robotern getestet werden. Durch die virtuelle Realität ist es möglich, jede erdenkliche Welt nachzubilden. Ob die Kraft der Motoren erhöht oder ob eine Mondlandschaft mit entsprechenden physikalischen Eigenschaften simuliert wird, liegt in der Entscheidung des Benutzers. 079 641 71 13 [email protected] Lutz Niklaus 1979 078 835 75 77 [email protected] Seiler Christof 1981 078 760 21 16 [email protected] Screenshot der Applikation 115 Informatik Informatique Telekommunikations-System für Call Center Informatik / Prof. Dr. Hansjörg Keller Die Kommunikation, Grundstein der globalen Gesellschaft, hat in den letzten 100 Jahren mehrere Revolutionen erlebt. Mit Voice-over-IP befinden wir uns heute erst am Anfang der nächsten Revolution. Das enorme Potential dieser Technologie scheint bei Weitem nicht ausgeschöpft. Jedoch konzentrieren sich die Telefonkonzerne auf die traditionelle Carrier-Technologie. Im KMU-Bereich konnte sich bisher noch kein Produkt durchsetzen. Unsere Diplomarbeit nutzt eine optimale Kombination vorhandener Technologien, erweitert um eigene Entwicklungen für eine anwenderfreundliche Telefonzentrale. Die Qualität des Produktes wird mit einem Lasttest in einem Call Center mit Hilfe einer eigens entwickelten Umfragesoftware bestätigt. Fiechter Adrian 1980 078 772 76 56 [email protected] Nufer Andreas 1982 079 233 80 45 [email protected] Telefonzentrale Die Telefonzentrale basiert auf den Anforderungen, welche wir zusammen mit dem Telekommunikationsanbieter VIA NET.WORKS in Rotkreuz erarbeitet haben. Das Ziel dieser Telefonzentrale ist eine Reduktion der Kosten. Auf Basis der Kostenverursacher wird in folgender Tabelle gezeigt, mit welchen Mitteln diese reduziert werden können. Unsere Telefonzentrale basiert auf Industrie-Computern mit dem Betriebsystem Linux. Die Software Asterisk wird als Telefonieplattform verwendet. Für die Konfigurationsschnittstelle wird ein auf .NET basiertes Komponentensystem eingesetzt. Seine Verwaltung erfolgt über ein Snap-In für die Microsoft Management Console und integriert sich damit nahtlos in die übrige Windowsverwaltung. Damit kann ein Informatikverantwortlicher die Telefonzentrale in einer ihm bekannten Umgebung verwalten. Sie bietet Funktionen wie VoiceMail, Queues, Konferenzschaltungen und VoiceMenus. Die Telefone kommunizieren über das SIP-Protokoll, welches nach Bedarf durch L2TP getunnelt und mit IPSec gesichert werden kann. Call Center Software Die Call Center Software basiert auf dem Know-how der Firma POLYQUEST AG in Bern. Sie ermöglichte auch den produktiven Test des Telefonzentralen-Prototyps 116 Kostenverursacher Infrastruktur Wartung Mittel -Verwendung des Computernetzwerkes für Telefongesprächsübertragung -Arbeitsplatzrechner kann als Telefon verwendet werden -Anschaffungskosten der Telefonzentrale für 10 Benutzer unter Fr. 2000.--Kostenlose Filialen-Telefonverbindung über das Internet -Die Telefonzentrale kann vom Informatikverantwortlichen betreut werden. Kein zusätzlicher Spezialist wird benötigt. und des Call Center Software-Prototyps. Dadurch konnte unser System während 4 Tagen seine Stabilität und Benutzbarkeit unter Beweis stellen. Die Call Center Software besteht aus mehreren Teilkomponenten. Der Server ist eine PostgresSQL Datenbank auf welche von einem Windows Service über ADO.NET zugegriffen wird. Der Supervisor und der Projektmanager können wiederum über ein Microsoft Management Console Snap-In den Server verwalten. Damit die Angestellten zukünftig auch von zu Physikalische Systemarchitektur Hause arbeiten können, wird ein WebService mit ASP.NET und den WSE3 eingesetzt. Dieser kommuniziert über .NET Remoting mit dem internen Server. Der Client greift über SOAP und HTTPs auf den WebService zu. Die Umfragen basieren auf in der Datenbank abgelegten XML-Daten, welche über ein Userinterface abgearbeitet werden. Fazit Die Zukunft wird zeigen, ob wir geeignete Partner zur weiteren Entwicklung und zum Vertrieb der Produkte finden. DaX – Data eXchange im öffentlichen Verkehr Verteilte Systeme, Web Services, E-Business, SW-Engineering / Dr. Stephan Fischli / Andreas Spichiger Informatik Informatique Die Transportunternehmen im öffentlichen Verkehr vereinbaren mit DaX einen Standard, der ein Datenmodell sowie ein Kommunikationsprotokoll zum Austausch von Sortiments- und Abrechnungsdaten definiert. Dieser Datenaustausch ist Voraussetzung dafür, dass den Kunden des öffentlichen Verkehrs unabhängig vom Distributionskanal möglichst alle Fahrscheine verkauft werden können. Die DaX Services setzen diesen Standard in Form von J2EE Web Services um und bilden damit die Basis für die Einführung einer neuen Generation von Billettautomaten mit Touchscreen (BATS) der SBB. Der DaX Test Client überprüft den Standard durch die Anwendung des Datenmodells und die Interoperabilität (.NET / Axis). Die Multichannel Services (MCS) der SBB bilden mit ihrer Serviceorientierten Architektur eine sehr gute Ausgangslage, um die für DaX geforderten Dokumente erstellen zu können. Für den Zugriff auf Sortimente und Artikeldaten, Verbindungspunkte und Preise stehen bereits Services zur Verfügung. Konkrete Anforderungen für die Einführung einer DaX-Schnittstelle bestanden für die Einlieferung von Abrechungsdaten sowie für die Kommunikation der BATS. DaX Services Die DaX Services bestehen aus einer J2EE Web-Applikation und neuen MCS Komponenten, die für Empfang und Verarbeitung von Nachrichten sowie für die Konvertierung von und nach DaX zuständig sind. Soweit möglich werden Abhängigkeiten von den Back-EndSystemen der SBB vermieden. Realisiert wurden eine Stammda- tenlieferung (<10MB), Verbindungsund Preisabfragen, der Zugriff auf die Kundendatenbank sowie weitere Services für artikelspezifische Erweiterungen (z. B. Natel reload). DaX Test Client Mit einem in C# realisierten Prototyp wird das Datenmodell, das einen erweiterten DaX Standard (daxrpc) realisiert, aus Sicht eines Client-Entwicklers verifiziert. Überprüft wurden insbesondere die Möglichkeiten, dynamische, mehrsprachige Benutzeroberflächen auf grund der gelieferten Stammdaten erzeugen zu können, die Laufzeiten und Speicherbedarf für die Stammdatenlieferung sowie die Interoperabilität von .NET und Axis Web Services. Die .NET Web Service Schnittstelle ist über einen COM-Wrapper auch für alle Applikationen zugänglich, welche COM-Libraries importieren können. Einsatz und Nutzen Die DaX Services zeigen auf, dass der Einsatz des DaX-Standards auch für interne Anwendungen wie die Kommunikation zu den BATS sinnvoll ist. Neue oder geänderte Artikel können von allen Systemen, die den Standard unterstützen, sofort eingesetzt werden. Die Vielfalt an Schnittstellen und Formaten kann reduziert werden. Die Konvertierung ins DaX Format kann für die MCS-interne Architektur genutzt werden, um eine stärkere Entkopplung von den Legacy-Systemen zu erreichen ; gegen aussen erlauben die Web Services eine interoperable Kommunikation mit Geschäftspartnern. Die Diplomanden danken dem Team MCS, Informatik Personenverkehr SBB, für die tolle Aufgabenstellung sowie die Unterstützung. Finger Tobias 1975 079 476 31 79 [email protected] Ulrich Daniel 1963 079 698 42 19 [email protected] DaX Partner 117 Informatik Informatique OnTipp – Web-Applikation für Online-Tippspiele E-Business, SW Entwicklung / Prof. Dr. Jürgen Eckerle Viele regionale und kleine Sportvereine bieten ihren Mitgliedern für die von ihnen durchgeführten Wettkämpfe Tippspiele als Papierlösungen oder mit Excel an. Mit der zunehmenden Vernetzung und den technischen Möglichkeiten im Bereich ICT könnten viele dieser Tippspiele als Online-Anwendungen angeboten werden. Für einzelne Sportarten bestehen heute bereits Online-Tippspiel-Lösungen, jedoch fehlt der generische Ansatz für diese fast vollständig. Frey Stephan 1977 078 808 35 32 [email protected] Klopfenstein Hans-Peter 1970 [email protected] 118 Tippspiele sind für verschiedene Sportarten denkbar. Fussball, Tennis und Formel 1, um nur einige zu nennen. Alle diese Sportarten haben in ihren Eigenschaften Gemeinsamkeiten, die es ermöglichen einen allgemeinen Ansatz für Tippspiele zu definieren. So haben zum Beispiel Fussball und Eishockey sehr ähnliche Strukturen in der Form von Begegnungen. Fussball-WM und Tennisturniere weisen grosse Ähnlichkeiten im Ablauf der Veranstaltung auf. So sind die zukünftigen Begegnungen abhängig von den Resultaten der vorangegangenen Begegnungen. OnTipp, die Web-Applikation Ziel der Diplomarbeit ist die Entwicklung einer Web-Applikation (OnTipp) für eine Meisterschaft, in der eine Fussballmannschaft aus der Region teilnimmt. Der Administrator des Vereins kann sich die Meisterschaft in OnTipp erstellen und festlegen, welche Tippmöglichkeiten zur Verfügung stehen. Interessierte Benutzer müssen sich für das Tippspiel registrieren und gelangen über die Authentifizierung zu den Tippmöglichkeiten. Technische Fakten Eines der grundlegenden Ziele bei der Umsetzung von OnTipp ist der konsequente Einsatz von freier Software. Der grösste Teil der regionalen und kleinen Vereine hat heute einen Webauftritt und somit einen Webserver zur Verfügung. Für den Einsatz von OnTipp ist nichts weiter notwendig als ein Webserver, der einen Servlet/JSPContainer bzw. den Apache Tomcat zur Verfügung stellt. OnTipp lässt sich als selbstständiges Softwarepaket installieren. Sobald ein Spiel stattgefunden hat, wird das Resultat durch den Administrator erfasst und die Benutzer können sich ihre ausgewerteten Resultate anzeigen lassen. OnTipp ist eine Java-Applikation, die das MVC-Pattern (Modell View Controller) konsequent realisiert. Als weiteres Ziel soll OnTipp eine weitgehend schlanke Applikation sein und verzichtet deshalb auf Frameworks wie Struts oder Java Server Faces. Neben Ranglisten für die Spiele können Rangliste für das Tippspiel angefordert werden. So können sich Benutzer untereinander mes- Nutzen von OnTipp sen und vergleichen. OnTipp kann von kleinen und mittleren Vereinen als “Just for Fun”Applikation für die Mitglieder oder weiteren Interessierten eingesetzt werden. Kleine, finanzschwache Vereine erhalten so die Möglichkeit für individuelle Tippspiellösungen. vIPS – visual Information and Planning System Informatik Informatique Advanced Web Technologies / Prof. Dr. Emmanuel Benoist Als einfach zu bedienende Planungssoftware soll vIPS als Intranetlösung kleineren und mittelgrossen Handwerksbetrieben die Möglichkeit geben, ihre Ressourcen und Aufträge optimal zu planen, sowie Firmen-, Kunden- und Auftrags-Daten effizient zu verwalten. Mit dem SMART-Board der Firma SMART Technologies erhält vIPS das optimale Instrument der Visualisierung, das dem Benutzer eine einfache und übersichtliche Oberfläche bietet, auf welcher er mit Drag & Drop seine Aufträge planen und koordinieren kann. Da auf dem SMART-Board keine Tastatur zur Verfügung steht, erfolgt die Datenverwaltung vorzugsweise am PC. Es existieren bereits heute viele Produkte für die Personalplanung. Alle Produkte sind sehr umfangreich und dementsprechend teuer in der Anschaffung sowie im Unterhalt. Unsere Applikation soll einer kleineren Firma als kostengünstige Variante zur Verfügung gestellt werden. So lautete der Auftrag der Firma ARVIS AG aus Worb. Aus diesem Auftrag entstand vIPS, eine Planungssoftware, die gängige Funktionen der Personalplanung zur Verfügung stellt, jedoch einfacher zu handha- löscht werden. Ein gut ausgearbeiben ist als bereits auf dem Markt tetes und individuell einstellbares verfügbare Produkte. Zugriffssystem sorgt für die nötige Überprüfung der Berechtigungen Das vIPS-Grundpaket besteht aus bei Zugriffen auf die Daten. Somit zwei Teilen, der Datenverarbeitung wird sichergestellt, dass nur beund der Planung. rechtigte Benutzer die Daten einsehen können. Datenverwaltung Jedes Planungssystem benötigt Planung eine Datenverwaltung. In vIPS kön- Das Herzstück der Applikation ist nen die verschiedenen Daten in die Planungsmaske. In dieser MasMasken erfasst, bearbeitet und ge- ke können die vorhandenen Aufträge den Arbeitern zugeordnet werden. Die Planung wird grafisch angezeigt und deren Elemente können per Drag & Drop einfach bearbeitet werden. Besonderheiten vIPS kann gut erweitert werden. So gibt es zum Beispiel ein Auswertungsmodul, in welchem verschiedene Auswertungen zur Verfügung gestellt werden. Weiter ist die ganze Applikation mehrsprachig. Zur leichten Handhabung gehört auch eine einfache Installation, welche durch das selbst erstellte Installationsprogramm ermöglicht wird. Während der Arbeit wurden weitere Bedürfnisse entdeckt. So wären ein Wizard für verschiedene Abläufe, eine Importmöglichkeit für Daten aus anderen Systemen oder die Zeiterfassung für die geleisteten Arbeiten sehr praktisch. Solche Erweiterungen können als Zusatzmodule realisiert und in die bestehende Applikation eingefügt werden. vIPS auf dem SMART Board Guntelach Reto 1978 078 606 38 19 [email protected] Joss Ernst 1981 079 615 75 30 [email protected] Thoma Florian 1977 078 708 11 50 [email protected] 119 Informatik Informatique Open Source Wireless Switch Network Security / Rolf Lanz, Gerhard Hassenstein Bei modernen Funknetzwerken übernimmt ein zentrales Gerät die Kontrolle und Steuerung des gesamten WLANs. “Intelligente” Access Points, welche normalerweise die Verschlüsselung und Authentisierung vornehmen, gibt es nicht mehr. Diese Aufgaben werden von einem zentralen Gerät – dem Wireless Switch – übernommen. Die Access Points werden zu einfachen “Thin Access Points” degradiert. Sie sind über Ethernet mit dem Wireless Switch verbunden und stellen den Funkkontakt zu den Arbeitsstationen her. Die Vorteile von Wireless-Switch-Architekturen sind das zentrale Management, tiefere Verwaltungskosten, schnelles Roaming und der Einsatz von kostengünstigen Access Points. Haag Manuel 1974 076 396 26 89 [email protected] Heiz Thomas 1978 079 654 94 11 [email protected] 120 Auf Basis eines bestehenden Open Source Software Access Points wurde im Rahmen dieser Diplomarbeit ein drahtloses Netzwerk (WLAN) nach neusten Erkenntnissen entwickelt. Dieses besteht aus einem zentralen Server (Wireless Switch) und mehreren Thin Access Points. Das Netz unterstützt den Standard WPA2/IEEE 802.11i und ist somit zu jedem beliebigen WPA2fähigen Client kompatibel. Es können sich Benutzer mit Windows, Linux oder Mac OS X Betriebssystem verbinden. Das WLAN erscheint als normales WPA2 geschütztes Netz, bei dem die dahinter liegende Wireless-Switch-Architektur für Clients transparent bleibt. Der Wireless Switch ist verantwortlich für die Konfiguration und Steuerung seiner Thin Access Points. Er stellt mit IEEE 802.1X eine generelle Methode für die Authentifizierung und Autorisierung über das Extensible Authentication Protocol (EAP) zur Verfügung und sorgt für den Schlüsselaustausch mit der jeweiligen Arbeitsstation. Nach dem Verbindungsaufbau bildet er den Verschlüsselungsendpunkt der Datenverbindung zum Client. Die gesamte Kommunikationsstrecke zwischen dem Wireless Switch und den drahtlosen Endbenutzern ist mit dem als sicher geltenden Verschlüsselungsalgorithmus Advanced Encryption Standard (AES) verschlüsselt. angeboten. Ziel dieser Diplomarbeit war jedoch, mit kostengünstigen und leicht zugänglichen Mitteln eine solche Architektur aufzubauen. Als Grundlage für den Wireless Switch dient deshalb ein handelsüblicher PC mit Linux-Betriebssystem und zwei Ethernet-Interfaces. Der Thin Access Point ist Vermittler Die Thin Access Points werden auf zwischen Wireless Switch und Cli- einem Linux-Laptop mit PCMCIAent. Beim Verbindungsaufbau und WLAN-Karte betrieben. Sämtliche bei der Verschlüsselung spielt er le- Softwarekomponenten sind Open diglich eine untergeordnete Rolle. Source und in C programmiert. Es ist vorgesehen, in einem NachfolMittlerweile werden von diversen geprojekt die Thin Access Points Herstellern Komplettlösungen für auf ein Embedded Linux System zu Wireless-Switch-Infrastrukturen portieren. Open Source Wireless Switch Cell Computing Model Informatik Informatique Technisch Wissenschaftliche Informatik / Prof. Dr. Peter Schwab Durch den steigenden Bedarf an Informationen und durch die globale Vernetzung der Gesellschaft werden Softwarelösungen komplexer und dadurch schwerer wartbar. Wie sehen Softwarelösungen zukünftig aus, und wo haben wir noch Potential bei der Verarbeitung von Informationen ? In diesem Zusammenhang wurde das Cell Computing Model entworfen. Es definiert ein Software Modell, welches Aufbau und Arbeitsweise von biologischen Organismen zum Vorbild nimmt. Durch die Kombination mit bewährten Paradigmen der objektorientierten Entwicklung wurde ein Framework geschaffen, welches die Entwicklung und Anwendung von Cell Computing Applikationen ermöglicht. In der realen Welt laufen unendlich viele Ereignisse zur gleichen Zeit ab, unzählige Kreisläufe stabilisieren das System in stetiger Wechselwirkung. Durch die Evolution werden unflexible und störende Komponenten zerstört oder angepasst. Dieses Verhalten wird mit der Definition des Cell Computing Model (CCM) in die Computerwelt übertragen, wobei sich dieses Modell sehr stark an die biologische Arbeitsweise und den Aufbau von Lebewesen orientiert. Das Modell richtet sich nach Multiprozessor Computer und verteilten Applikationen aus. In absehbarer Zukunft stösst die Entwicklung von noch schnelleren Rechnern an ihre Grenzen. Die Vernetzung und der Bedarf an Information wird aber stetig zunehmen. Dadurch wird Beispiel zum Berechnen von Fraktalen die Entwicklung von Applikationen komplexer und aufwendiger. Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurde das CCM definiert und ein Framework geschaffen, welches das Entwickeln von komplexen und verteilten Applikationen auf Basis des CCM ermöglicht. Wie der Name Cell Computing bereits besagt, werden so genannte Programmzellen entwickelt, die eine bestimmte Aufgabe im System übernehmen sollen. Diese Zellen laufen parallel und kommunizieren miteinander. Sie tauschen Daten untereinander aus. Zellen sterben ab, wenn sie nicht mehr gebraucht werden, und es werden je nach Bedarf wieder neue generiert. Dadurch passt sich ein System stets der Aufgabe an und es kann sich sogar weiterentwickeln. Neue Zellen können von der Erfahrung bestehender Zellen profitieren. Die Systemsicherheit wird durch mobile Sicherheitszellen realisiert. Sie wandern im System und siedeln sich dort an, wo sie dringend gebraucht werden. Sie blockieren und neutralisieren Fremdzellen, zum Beispiel Viren. Hadorn Benjamin 1978 [email protected] Noch bleibt viel zu tun, denn die Hardware von heute ist noch nicht für diese extremparallele Verarbeitung gebaut. Dennoch kann dieses Modell bereits mit mehreren vernetzten PCs eingesetzt werden. Mehr Informationen zur Entwicklung und den Möglichkeiten sind unter http://www.xatlantis.ch zu finden. Verteilte Applikation mit Cell Computing Model 121 Informatik Informatique Blueserve Verteilte Systeme / Prof. Dr. Jürgen Eckerle Wer hat sich nicht schon oft geärgert, dass er – von der Bedienung geflissentlich ignoriert – durstig im Restaurant warten muss, bis es endlich klappt die Bestellung aufzugeben. Blueserve soll dem Gast die Bestellung erleichtern und dem Servicepersonal ein Arbeitsmittel geben, um effizienter arbeiten zu können. Wo andere elektronische Bestellsysteme die Kommunikation zwischen Servicepersonal und Küche vereinfachen, soll Blueserve schon eine Stufe früher ansetzen und die Abläufe zwischen Gast und Personal optimieren. Hauser Serge 1973 076 558 57 15 [email protected] Bei Blueserve handelt es sich um eine Bestellapplikation für Gastronomiebetriebe. Ziel beim Einsatz von Blueserve ist es : einerseits dem Gast eine effiziente Bestellung zu ermöglichen, andererseits dem Personal so viel Laufarbeit wie möglich einzusparen. Mit Blueserve können das Verteilen der Speisekarte, sowie das Aufgeben der Bestellung und die Zahlungsanforderung elektronisch gelöst werden. Bei diesen Schritten ist somit die Anwesenheit des Personals nicht mehr erforderlich. Ein Gast betritt zum ersten Mal das Lokal und sein Mobiltelefon ist eingeschaltet sowie Bluetooth aktiviert. Der Provisioning-Daemon scannt permanent nach neuen Mobiltelefonen und entdeckt das Telefon, sobald es in seine Reichweite kommt. Nach erfolgter Detektierung sendet der Provisioning-Server dem Telefon den Blueserve-Client und einen Waplink mit der URL zum Download. Die Zustellung des Waplinks ist nötig, da nicht alle Mobiltelefone direkt Java-Applikationen aus der Inbox installieren können. Beim Öffnen dieser Meldung wird der Client installiert und die Speisekarte ist elektronisch verfügbar. Startet der Gast nun den Client, so scannt dieser nach Gegenstatio- 122 nen, installiert die neueste Version der Speisekarte und fragt nach der Tischnummer. Der Gast kann jetzt seine Bestellung aufgeben oder die Rechnung verlangen. taurant darstellt und deren Status (Tisch frei, Bestellung offen etc.) mittels Farben visualisiert. Weiter kann man über dieses Userinterface natürlich auch die norDas Personal benutzt eine malen Kassafunktionen ausführen Webapplikation, welche die Tische (Abrechnung, Storno usw.). Die entsprechend ihrer Lage im Res- Webapplikation kann somit auch als Standalone-POS-Lösung benutzt werden. Generell wurde bei der Entwicklung von Blueserve darauf geachtet, dass alle Komponenten einfach ausgetauscht werden können, beziehungsweise unabhängig voneinander funktionieren. So könnte der Provisioning-Daemon zum Beispiel auch für Werbezwecke verwendet werden : Man stelle sich einen Kleiderladen vor, und alle Leute, die daran vorbeigehen, bekommen einen Werbeflyer als Bild aufs Handy geschickt. Screenshot Blueserve Architektur Blueserve E-dec Cargo Processing Services – ECPS System and Security Engineering / Prof. Dr. Eric Dubuis Informatik Informatique Um den Bedürfnissen der heutigen informationsverarbeitenden Gesellschaft gerecht zu werden, hat die Oberzolldirektion das e-dec System eingeführt. Mit diesem ist es möglich, die Zollpapiere digital zu übermitteln und zu verarbeiten. Wir haben dieses System um eine neue, SOAP-basierte Schnittstelle erweitert. Diese Schnittstelle kann vielfältig, zum Beispiel direkt von Programmen aus, benutzt werden. Den Anforderungen wird unser SOAP-basierte Web Service in allen Punkten gerecht. E-dec Die Zollabfertigung von Waren, das so genannte Cargo Processing, gehört zum Kerngeschäft der Eidgenössischen Zollverwaltung. Ihre Dienstleistungen in diesem Bereich müssen sich einerseits am Kunden orientieren. Andererseits gilt es, den Aufwand, um diese Dienstleistungen anbieten zu können, möglichst gering zu halten, ohne dabei die Zollsicherheit zu vernachlässigen. Politische, rechtliche, technologische und wirtschaftliche Entwicklungen vergangener Jahre haben dazu geführt, dass die Eidg. Zollverwaltung zurzeit über eine sehr breite Palette an Produkten verfügt. Diese Vielzahl an Cargo Processing Produkten führt zunehmend zu einem Dienstleistungsangebot, das sowohl kundenseitig, wie auch verwaltungsintern als zu breit und unklar wahrgenommen wird. Hinzu kommt, dass es sich bei den e-dec Simulation Um das komplexe e-dec System zu vereinfachen und an unsere Applikation anzubinden, haben wir eine eigene, stark vereinfachte, Implementation dieses Systems angestrebt. Die e-dec Simulation ist ECP Services komplett mit der neuen EJB 3.0 Unsere Arbeit ermöglicht den Kun- Technologie und dem Application den der Eidg. Zollverwaltung mit Server JBoss 4.0.3 SP1 realisiert. Hilfe eines benutzerfreundlichen Interfaces vom e-dec System ge- Technische Abfolge der Kombrauch zu machen. munikation Ein Benutzer meldet sich am CliDas System beinhaltet folgende entsystem an. Die Credentials des Aspekte der Sicherheit : Die Ver- Benutzers werden bei jeder Anfraschlüsselung und Signierung, die ge an den Webservice mit gesenAutorisation und Authentikation det. Jeder SOAP-Inhalt wird zuerst sowie die sichere Übermittlung der komprimiert, verschlüsselt und anDaten. Um diesen Anforderungen schliessend signiert. Das Ergebnis gerecht zu werden, setzten wir RSA wird zum Schluss in einem sicheren Zertifikate, Kerberos, LDAP und HTTPS Kanal an den Web Service HTTPS ein. Die zu übertragenen geschickt. XML-Dokumente werden entspre- Der Webserver prüft die übermitchend des WS-Security Standards telten Credentials mittels Kerberos. signiert und verschlüsselt. Falls der Anmeldeversuch gelingt, wird die SOAP-Meldung weiterverarbeitet. angebotenen Cargo Processing Produkten häufig um isolierte Lösungen handelt, die zu wenig aufeinander abgestimmt sind. Dies führt bei allen Beteiligten zu Effizienzeinbussen bzw. Mehraufwand. Imoberdorf Daniel 1982 079 213 35 21 [email protected] Pfammatter Matthias 1979 078 721 90 31 [email protected] Kommunikationsablauf 123 Informatik Informatique ATOL – Logistics Analysis Tool ERP / Prof. Dr. Martin Spätig Die Setz Gütertransport AG, eine Tochtergesellschaft der schweizerischen Post im Bereich Transport- und Lagerlogistik, beabsichtig ein Informationssystem einzuführen, um betriebliche und finanzielle Daten in der Form von Kennzahlen analysieren zu können. Der Nutzen des Systems liegt im Kennzahlenvergleich über verschiedene Kunden (ca. 3000) und im Zeitablauf. So können auffällige Abweichungen rasch erkannt und näher untersucht werden. Jacob Philippe 1978 [email protected] Mätzener Reto Unser Client basiert auf den Daten dreier Vorsysteme : Tramper, Transflow und dem CRM (Customer Relationship Management). Tramper und Transflow sind die Auftragsabwicklungssysteme der Setz Gütertransport AG. Diese beiden Systeme werden im produktiven Betrieb monatlich Sendungsdatenfiles exportieren. Atol wird diese Sendungsdaten verifizieren, in die MSSQL-Datenbank einfügen und analytisch verdichten. Aus dem CRM werden die Kundendaten erfasst. Die Einführung von Atol in den laufenden Betrieb wird im Rahmen dieser Diplomarbeit nur konzeptionell vorgenommen. Atol wird in Form eines Prototyps zur Verfügung gestellt. Dieser enthält zwei Teil-Applikationen : - XML Parser - Client Die Analysen verdichten und rechnen kundenbezogen Logistikkennzahlen wie z.B. Anzahl Sendungen, Umsatz/Sendung, Gesamtgewicht. Weiter wird eine Analyse bezüglich Finanzkennzahlen zur Verfügung gestellt, sowie die Möglichkeit der Beurteilung der Datenqualität. Nebst den Analysen selbst hat die OLAP(Online Analytical Processing)Die Teilapplikationen sind beide in und Drilldown-Funktionalität zwiJava programmiert. schen den verschiedenen Analysen In unserer Entwicklungsumgebung im Mittelpunkt gestanden. Aus jehaben wir für die Datenverarbei- der Ansicht kann für die markierten tung eine 3. Teilapplikation imple- Records direkt eine andere Analyse mentiert: durchgeführt werden. Bei Tramper und Transflow werden - CSV Parser die Daten in Form von Flatfiles (CSV, Das Informationssystem Atol beinKomma oder Semikolon getrennt) Der CSV Parser wandelt die CSV- haltet den ganzen Prozess von der exportiert. Auf das CRM wird Atol Files in XML-Files um. Diese Funk- Datenerfassung über die analymit WebServices zugreifen, um die tionalität wird im Betrieb von einer tische Berechnung bis hin zur PräDaten zu erfassen. externen Software übernommen. sentation der Daten. 1978 079 316 01 50 [email protected] Wiedmer Roman 1979 [email protected] 124 Atol im produktiven Betrieb Atol in der Entwicklungsumgebung dippLeDAP – Autorisationsverwaltung LDAP Informatik Informatique Telematik / Adrian Gschwend, Mohamed Mokdad Grosse Unternehmen, Institutionen und Schulen betreiben oft verschiedene Applikationen mit dezentraler Benutzerverwaltung. Zudem werden oft neue Applikationen implementiert, für welche die Benutzerverwaltung zusätzlich entwickelt werden muss. Die Administratoren und UnternehmensMitarbeiter müssen dadurch viele Benutzerkonten und Passwörter verwalten. Bei austretenden Mitarbeitenden geht das Löschen der entsprechenden Benutzerkonten vergessen, was zu erheblichen Sicherheitsproblemen führen kann. Diese Problematik soll durch die Diplomarbeit “dippLeDAP – Autorisationsverwaltung LDAP” gelöst werden. dippLeDAP basiert auf einer Ent- definieren, was die Rückgabewerte wicklung in PHP, welche Autorisa- von LDAP für ihre Applikation betionsattribute benutzerbezogen in deuten. LDAP speichert und verwaltet. Autorisierung Die Applikation dippLeDAP stellt ein Die Autorisierung ist ein zentraler Webbasiertes Interface für Appli- Baustein der Applikation dippLekations-Administratoren zur Verfü- DAP. Die Informationen, welcher gung, welches Autorisierungen für Benutzer was, wo und wie darf, ist Benutzer von Applikationen Dritter im LDAP-Server im Attribut UniBEerlaubt, die im LDAP-System ver- applAuthorisation abgelegt. Dieses waltet werden. Attribut wird durch die Schema-ErDie Autorisationsattribute für eine weiterung UniBEapplication.scheApplikation “X” werden von Appli- ma des LDAP-Server zur Verfügung kations-Administratoren mit Hilfe ei- gestellt. ner XML-Datei definiert und der Applikation dippLeDAP zur Verfügung Aus dem Schema ist ersichtlich, gestellt. Anschliessend können die wie die Syntax für das Attribut UniAutorisationsrechte in dippLeDAP BEapplAuthorisation definiert wird : den Benutzern zugeordnet und verwaltet werden. <application name>; <module>; Die Authentifizierung für die Ap- <application specific stuff> plikation “X” erfolgt anschliessend direkt durch LDAP und liefert die application name: Über den appliAutorisationsrechte des Benutzers cation name kann die richtige Varia zurück. Die Entwickler der Appli- ble im LDAP-Server gesucht werkation “X” müssen hier lediglich den. Webinterface dippLeDAP module : Hier steht der Name eines Moduls oder der Name eines Bereiches, für das oder den Berechtigungen vergeben werden. application specific stuff : Im dritten Teil der Variable werden die Berechtigungen der Applikation festgelegt. Joerg Katiuscia 1979 Die Applikation dippLeDAP wird dadurch die zentrale Schalt- und Steuerstelle für Berechtigungen, weshalb wir ein besonderes Augenmerk auf die Sicherheit gelegt haben. Ein wichtiger Aspekt ist Defense in Depth. Defense in Depth verlässt sich nicht nur auf die Eingabeprüfung, sondern verlangt von den einzelnen Programmkomponenten, dass die Übergabewerte immer wieder auf Korrektheit hin überprüft werden. Wenn eine Komponente versagt, können die nachfolgenden Komponenten den Fehler auffangen und korrigieren. 079 653 65 25 [email protected] Wenger Andreas 1974 079 503 71 00 [email protected] Eingabeprüfung vs. Defense in Depth 125 Informatik Informatique VeinScan – Vein Pattern Recognition Framework Image Processing / Prof. Roger Cattin VeinScan ist ein Projekt, das sich zum Ziel gesetzt hat, Personen anhand von Venenmustern erkennen und unterscheiden zu können. Laut medizinischen Berichten ist es sehr unwahrscheinlich, dass zwei Menschen ein genau gleiches Venenmuster auf dem Handrücken haben. Diese Eigenschaft eignet sich somit für eine neue Art von biometrischer Personenerkennung. Mit Hilfe von Infrarotlicht, einer passenden Kamera und angepassten Bildverarbeitungsfiltern können die Venenverläufe hervorgehoben und analysiert werden. Das Projekt VeinScan stellt ein C++ Framework zur Verfügung, mit dessen Hilfe dieses neue und noch kaum verbreitete Identifizierungsverfahren realisiert werden kann. Kappeler Monika 1979 078 742 73 00 [email protected] Lauper Reto Weltweit suchen Experten nach sicheren biometrischen Methoden, um Personen eindeutig identifizieren zu können. Dabei stehen in Europa bisher Fingerabdruck-, Irisund Gesichtserkennung im Mittelpunkt. Allerdings hat sich noch keines dieser biometrischen Verfahren endgültig durchgesetzt. Es gilt nun ein Verfahren zu entwickeln, das kontaktlos ist und auf Schnelligkeit und Sicherheit basiert. Der Fakt, dass jeder Mensch ein anderes Handvenenmuster hat, macht es möglich, diese biometrische Eigenschaft auszunutzen und Personen berührungslos, schnell und eindeutig identifizieren zu können. Da diese Möglichkeit bis heute auf europäi schem Boden kaum angewendet wird, gilt VeinScan als ein wegbereitendes Forschungsprojekt. den ganzen Filterablauf realisieren zu können. Dabei wurde auf Stabilität, Einfachheit der Anwendung und zeitliche Optimierung Wert gelegt. Dazu ermöglichen Rotationsfilter eine gewisse Bewegungsfreiheit der Hand im Aufnahmebereich. Matching Nach Extrahierung der Venenverläufe kann das Bild mit den vorher registrierten Bildern dieser Person verglichen werden. Es gibt verschiedene Varianten, wie ein solcher Vergleich gemacht werden kann. VeinScan beschreibt die Vorund Nachteile der möglichen Verfahren und stellt in einem C++ Framework die passenden Funktionen und Klassen zur Verfügung. 1981 079 539 19 04 [email protected] Pennisi Sandro 1981 079 330 93 42 [email protected] 126 Feature Extraction Von Auge sieht man die meisten Blutgefässe auf dem Handrücken kaum. Bei einigen Menschen stören auch kleine Haare auf der Hand. Um nun die Venen besser sichtbar zu machen, wird die Hand in einer abgedunkelten Aufnahmebox mit infrarotem Licht bestrahlt. Dieser Bereich von Wellenlängen wird vom Gemisch Wasser mit Hämoglobin (Blut) gut absorbiert und die Venen kommen so besser zur Geltung. Mit einer infrarotsensiblen Kamera und angepassten Bildverarbeitungsfiltern kann der Verlauf der Gefässe aus Bildern vom Handrücken extrahiert und analysiert werden. Ein C++ Framework wurde entwickelt, um Aufnahmebox Infrarotbild Venenverlauf RPSimulation – Resource Planning Simulation Informatik Informatique .Net / Prof. Marcel Pfahrer Die Software RPSimulation dient zur Unterstützung von Investitionsentscheidungen und simuliert einen Geschäftsverlauf über einen wählbaren Zeitbereich auf einem hohen Aggregations-Niveau. Neben Mengen, Preisen, Kosten und Kapazitäten werden die Auswirkungen verschiedener Investitionen auf diese Grössen erfasst und in die Simulationsberechnungen einbezogen. Dabei können auch verschiedene Varianten berechnet und miteinander verglichen werden. Im Rahmen der Diplomarbeit wurde eine Web-Applikation erstellt, welche anhand der eingegeben Daten verschiedene Simulationsberechnungen durchführt. Der Aufbau der Simulation besteht aus den folgenden vier Komponenten : Produktionsmodell, Investitionsmodell, Absatzmodell und Finanzmodell. Im Produktionsmodell wird ermittelt, ob die geplanten Produktionsmengen mit den bestehenden Kapazitäten produziert werden können. Treten Kapazitätsengpässe auf, können im Investitionsmodell Produktionserweiterungen umgesetzt werden. Ob die produzierten Mengen abgesetzt werden können, wird im Absatzmodell überprüft. Die finanziellen Auswirkungen der drei oben erwähnten Modelle werden im Finanzmodell zusammengefasst und ausgewertet. Daneben erleichtern sie aber auch das Gespräch mit externen Geldgebern. Der wichtigste Vorteil des Modelleinsatzes ist jedoch darin zu sehen, dass sich das Management systematischer und intensiver mit der Zukunft der Unternehmung auseinandersetzt. Der Benutzer erhält nach Abschluss der Berechnungen eine Zeitreihe der Bilanz und der Erfolgsrechnung, einen Absatzplan und einen Kapa- Aus technischer Sicht besteht die zitätsplan in einer aufbereiteten Ex- Applikation aus zwei Teilen. Die Becel Datei. nutzeroberfläche wurde mit ASP. NET realisiert, während die SimuDie Simulationsergebnisse dienen lationsberechnungen auf der Dain erster Linie als Entscheidungs- tenbank implementiert wurden. Als unterlagen bei der Beurteilung von Programmiersprachen wurden C# Investitionsprojekten und von zu- und T-SQL eingesetzt. künftigen Chancen und Gefahren. König Roger-Markus 1981 079 354 61 34 [email protected] Niklaus Beat 1981 078 809 60 54 [email protected] Schema RPSimulation 127 Informatik Informatique DMS-Archivierungslösung Aspekte der Wirtschaftsinformatik/ Prof. Rolf Jufer In der heutigen Zeit werden immer mehr Dokumente in elektronischer Form erstellt und weiterverarbeitet. Ein Dokumentenmanagement System (DMS) hilft bei dieser Informationsflut die Übersicht zu bewahren. Ein DMS unterstützt aber nur den aktiven Lebenszyklus eines Dokumentes (von der Erstellung bis das Dokument erledigt ist). Für das weitere Geschehen ist dann eine Archivierungslösung zuständig. Solche Lösungen sind in der Regel für KMUs unerschwinglich. Das Ziel dieser Arbeit war es nun eine Lösung zu finden, die auch einer KMU ein revisionssicheres und kostengünstiges Archivieren elektronischer Dokumente ermöglicht. Leuthe Sabine 1980 076 324 73 66 [email protected] Rechsteiner Mirco 1977 078 652 01 23 [email protected] 128 Allgemein Aufbau der Lösung Ein DMS unterstützt die adminis- Die DMS Archivierungslösung betrative Abteilung einer Firma beim steht aus fünf Hauptteilen : gesamten Lebenszyklus eines Do- 1. Export aus DMS 2. Zwischenlayer (Besteht aus kumentes. Beim Erstellen können so genannte Metainformationen einem XML mit den Metadaten mitgegeben werden, die das Dound den Dokumenten selbst. kument genauer bezeichnen. Dank Der Zwischenlayer macht den der Metainformationen können DoDMS Export und den Archiv kumente schneller wieder gefunExport unabhängig voneinanden werden, auch beim Verwalten der, so kann jedes beliebige verschiedener Versionen eines DoDMS mit jeder beliebigen Arkumentes kann ein DMS hilfreich chivierungsart verbunden wersein. Nachdem ein Dokument als den.) 3. Export ins Archiv erledigt markiert wurde, beginnt die 4. Jukebox Archivierung. (enthält die Datenträger) 5. Viewer Zwischenlayer kann nun der Archivexporter die Dokumente (Original und Tiff) und deren Metainformationen zusammenstellen und auf die Archivdatenträger brennen. Um die Revisionssicherheit der Archive zu gewährleisten, werden DVD-R als Datenträger verwendet. Ein Archiv kann auch aus mehr als einer DVD bestehen. Jeder Datenträger soll auch einzeln und ohne das Ersteller-DMS noch lesbar sein. Deshalb wird aufgrund der Informationen aus dem Zwischenlayer pro Datenträger ein Index erstellt und auf die DVD gebrannt. Dieser Index bildet die Basis für den Viewer, mit dem der Inhalt der Datenträger durchsucht werZuerst werden die zu archivierenden den kann. Die Indexdatei kann aber Dokumente (welche Dokumente ar- auch ohne Viewer gelesen werden. chiviert werden sollen, kann eigens Bei den Originalformaten der Dodefiniert werden) und deren Meta- kumente kann nicht garantiert werinformationen aus dem DMS expor- den, dass diese auch in 10-15 Jahtiert. Die Metainformationen werden ren noch gelesen werden können, im Zwischenlayer gespeichert. Vom deshalb wird zu jedem druckbaren Dokument auch eine Tiff-Version mitgeliefert. Das Tiff-Format ist das alte Faxformat, bei dem davon ausgegangen werden kann, dass es noch lange lesbar bleibt. Deshalb wird von den gelieferten Dokumenten automatisch eine Tiff-Kopie erstellt. Aus demselben Grund wird auch der Index als einfache Textdatei erstellt. TARANTILLA – Firewall Remote Management System Informatik Informatique Netzwerktechnik / Prof. Hansjürg Wenger Die Firma Netbeat AG bietet ihren Kunden so genannte Enterprise Network Services (ENS) an. Dabei werden Komponenten wie Firewalls und Mailrelays beim Kunden installiert, konfiguriert, betreut und überwacht. Der Kunde muss sich nicht mehr um die Komponenten kümmern, sondern kann sich auf seine Geschäfte konzentrieren. Damit die eingesetzten Netzwerkkomponenten auch in Zukunft von Netbeat vernünftig administrier bar bleiben, entwickelten wir TARANTILLA, ein System, das es erlaubt, alle Firewalls zentral zu verwalten. TARANTILLA soll bei Netbeat weiterentwickelt werden. Folgende Komponenten und Features veranschaulichen die Möglichkeiten des Management Systems : Die Administration der Hosts geschieht über ein in der Skriptsprache PHP implementiertes Web-Interface. Ein Firewall-Operator verbindet sich Die Konfigurationen aller Hosts mit dem Browser über eine sichere werden in einer Datenbank abge- Verbindung (HTTPS) zum Managelegt. Dabei werden nicht nur die ak- ment System. Für jeden Operator tuellen Konfigurationen gesichert, können individuelle Berechtigungen sondern auch die vorgängigen, wie vergeben werden. auch die zukünftigen Konfigura tionen. Das Web-Interface bietet die MögDamit entsteht die Möglichkeit, lichkeit, mehrere Hosts oder ganfrühere Einstellungen wieder zu ze Hostgruppen auszuwählen und reaktivieren. Des Weiteren verfügt bestimmte Teile in einem Schritt zu man über eine Versionskontrolle. konfigurieren. So kann zum Beispiel ein Firewallport auf allen seZu jeder Konfiguration gibt es in der lektierten Hosts gleichzeitig und vor Datenbank auch ein Änderungspro- allem mit geringem Aufwand geöfftokoll. Damit hat man die Kontrolle net werden. darüber, wer was und zu welchem Zeitpunkt an den Firewalls geändert Damit man zukünftig auch weiterhat. entwickelte Hosttypen unterstützen Übersicht Management System kann, wurden alle hostspezifischen Komponenten modularisiert und als Plugins implementiert. Entwickelt Netbeat eine neue Firewall-Ver sion, so muss nur das Plugin auf die neue Firewall-Struktur angepasst werden. Das Grundsystem bleibt dasselbe. Gleichzeitig hat man auch die Möglichkeit andere Hosttypen, z.B. Mailrelays mit TARANTILLA zu administrieren. Die Kommunikation zwischen den Firewalls und dem Management System geschieht grundsätzlich mit Hilfe der Open Source Software Cfengine. Dabei wird das Pull-Verfahren verwendet. Die Firewall holt sich die Konfiguration selber und kann sich mit Hilfe von Cfengine selbständig aktualisieren. Dies hat den Vorteil, dass eine Firewall auch administriert werden kann, obwohl der Internet-Link des Providers in diesem Augenblick nicht verfügbar ist. Für Hosttypen, welche das Pull-Verfahren oder Cfengine nicht unterstützen, gibt es alternativ eine Push-Möglichkeit. Meier Thomas 1975 076 370 70 09 [email protected] Vonlanthen Elmar 1978 079 242 25 07 [email protected] Weitere Infos unter http://www.tarantilla.ch 129 Informatik Informatique NE3C : Network Compliance & Consistency Checker Network Design / Prof. Dr. Abdelatif Mokeddem / Université de Neuchâtel Le projet NE3C est le développement d’un système expert d’analyse et de gestion des configurations des équipements réseaux. Basé sur des règles de configurations que l’utilisateur peut paramétrer, il permet de créer, vérifier et corriger les configurations en quelques clics, permettant ainsi une meilleure administration du réseau. Opérant simultanément sur plusieurs composants, il permet de gagner un temps précieux lors de changements inhérents à tout un réseau. Indépendant du système d’exploitation, il l’est aussi face aux équipementiers réseaux grâce à sa modularité et à son extensibilité. Nania Antonio 1980 078 755 03 12 [email protected] Tadic Daniel 1980 078 710 34 71 [email protected] Wenger Marc 1980 079 249 24 56 [email protected] 130 Général NE3C est capable de mettre en évidence des erreurs de configurations des équipements réseaux au niveau syntaxique et sémantique. Le système est basé sur les règles syntaxiques du système d’exploitation réseau et sur les polices de configurations définies par l’utilisateur. L’architecture du programme est séparée en deux parties, la partie noyau (kernel) en Java et la partie interface graphique (GUI) en Tcl/Tk, communiquant par IPC sur un socket bidirectionnel. Pour chaque marque d’équipement réseau, il existe un fichier XML qui peut être créé, modifié ou mis à jour par l’utilisateur. Une autre solution a été de regrouper le code dépendant du fabricant dans une seule classe Java. Ainsi, en cas de besoin, le développeur peut aisément ajouter un nouveau fabricant en ne modifiant qu’une seule classe. XML Comme mentionné précédemment, les commandes syntaxiques se trouvent dans des fichiers XML. Elles sont réparties en commandes globales (indépendantes du vendeur et du type de composant) et en commandes spécifiques dont certaines sont prédéfinies. D’autres commandes spécifiques peuvent également être ajoutées par l’opérateur en modifiant les fiInterface graphique (GUI) chiers XML. À chaque démarrage, L’interface graphique a été dévelop- le kernel lit les fichiers de référence, pée en Tcl/Tk, langage interprété et met à jour ses propres commanmulti-plateformes (Unix, Linux, HP- des et transmet les paramètres de Kernel UX, Sun-Solaris, OS/400, Windows, ces commandes au GUI, qui crée Le kernel est développé en Java Mac), qui met à disposition des dynamiquement les éléments spéamenant ainsi les avantages de la outils de haut niveau pour la partie cifiques. programmation objet et la gestion graphique (“widgets” ou objets grades threads. Qui plus est, Java est phiques inclus dans le ToolKit) et un langage interprété, donc indé- pour les applications de réseau. pendant du système d’exploitation. Une des difficultés de l’implémentation du kernel a été de garder une grande modularité dans la manière de le coder : Comme NE3C est indépendant du système d’exploitation de l’équipement réseau, il a fallu trouver des solutions pour séparer les données propres aux fabricants (paramètres de connexion, commandes, syntaxe des commandes) de la fonctionnalité du programme (téléchargement, contrôle et réparation des configurations). L’une des solutions a été de créer Lien Site officiel : des bases de données (XML) contenant les commandes des fabricants. Vue d’ensemble de l’architecture http://ne3c.versatech.ch PET’up: Mobile Datenkommunikation im PET-Recycling Informatik Informatique E-Business / Prof. Rolf Gasenzer / Endoxon AG Werfen Sie Ihre PET-Getränkeflasche in den Abfall, nachdem Sie sie ausgetrunken haben ? Nein ? Gut so ! PET ist ein hochwertiger Werkstoff, der zu 100 % aus Erdöl oder Erdgas hergestellt wird. Getränkeflaschen aus PET sind leicht und praktisch unzerbrechlich. Es lohnt sich, den Wertstoff PET zu sammeln und für neue Getränkeflaschen wieder zu verwenden, da bei der Aufbereitung im Vergleich zur Neuproduktion 60 % der Energie eingespart werden kann. Die Prozesse der PET-Rückführung werden jetzt durch den Einsatz mobiler Datenkommunikation unterstützt. Im Jahr 1984 wurden erstmals PETGetränkeflaschen in der Schweiz eingesetzt – als 1.6 dl-Flaschen an Bord von Swissair. PET wird heute in rund 150 Ländern der Erde verwendet. Besonders verbreitet sind PET-Getränkeflaschen in Europa und den USA. hat, vom Chauffeur zuerst auf Papier notiert worden. Erst Tage bis Wochen später wurden die Daten in einem CRM-Tool eingegeben. Die se Verzögerung hat zwei Folgen : Erstens muss der Transporteur lange auf seine Gutschrift warten und zweitens dauert es lange, bis Informationen über den PET-Rückfluss Der Verein PET-Recycling Schweiz vorliegen. Diese Informationen sind (PRS) befasst sich seit In-Kraft-Tre- heute wichtiger denn je, soll doch ten der Verordnung über Getränkeverpackungen (VGV) im Jahr 1990 mit der Sammlung von PET-Getränkeflaschen. Im Jahr 2004 sind in der Schweiz 31’495 Tonnen PET-Getränkeflaschen gesammelt worden. Dies entspricht einer Recy clingquote von 74 %. An 21’000 Orten sind über 47’000 Sammelbehälter aufgestellt. Die gesammelten PET-Flaschen werden im Auftrag des Vereins PRS von Transporteuren abgeholt und zu einem der fünf Sortierzentren gebracht. Bisher sind die Informationen, welcher Chauffeur wann an welcher Sammelstelle wie viel PET abgeholt die Recyclingquote auf über 75 % gesteigert werden. Diesem verzögerten Informationsfluss wird jetzt mittels mobiler Datenkommunikation auf die Sprünge geholfen : Der Chauffeur übermittelt in Zukunft die Informationen über die am PET-Sammelpunkt abgeholte Menge PET über sein WAPfähiges Mobiltelefon an eine zentrale Datenbank. Von dort werden die Daten an PRS weitergeleitet, so dass jeweils abends schon die Sammelmenge des aktuellen Tages bekannt sein wird. Dadurch können ertragsreiche Sammelpunkte ausgebaut und ertragsschwache Sammelpunkte gezielt gefördert werden. Ausserdem können die Transporteure für ihre Leistung schneller als bisher entlöhnt werden. Oberli Gregor 1974 079 424 99 17 031 381 25 89 [email protected] [email protected] Die Koordinaten der PET-Sammelpunkte sind bekannt. Daraus ergibt sich ein weiterer Zusatznutzen : Dem Chauffeur kann auf Wunsch (sofern er ein entsprechend grafikfähiges Mobiltelefon besitzt) eine Umgebungskarte des Sammelpunkt-Standortes gezeigt werden. Erfassungsmaske für den Abholvorgang an einem Sammelpunkt 131 Informatik Informatique Virtuelle Juragewässerkorrektion 2 Computer Graphics / Prof. Claude Schwab Die virtuelle Juragewässerkorrektion zeigt ein 3D-Modell des Seelandes. Mittels eines Joysticks kann über das Gebiet navigiert und die Wasserstände der Juragewässer simuliert werden. Das Ziel dieser Diplomarbeit bestand darin, die erste Version der Visualisierung der Juragewässerkorrektion, die schon im Schloss-Museum Nidau zur Verfügung steht, mittels eines neuen Java3D-Programms zu ersetzen. Der Hauptteil der Aufgabe war es, ein neues Texturmodell zu entwerfen. Im neuen Texturmodell können Orthobilder in sehr guter Auflösung verwendet werden. Paiano Gabor 1980 [email protected] Seiler Roland 1980 [email protected] 132 Die Diplomarbeit ist in der Ausstellung im Schloss-Museum Nidau zu besichtigen. Die Simulation dient zur Veranschaulichung der Wasserstände. Der Besucher kann so die Auswirkungen der Juragewässerkorrektion auf das Sumpfgebiet des Seelandes im 3D-Modell erkunden. Dazu kann er die Wasserstände vor und nach den Korrektionen ansehen. Zusätzlich werden die Besucher durch ortsabhängige Audiokommentare akustisch begleitet. Als Semesterarbeit haben wir uns in einem ersten Schritt des Höhenmodells angenommen. Für die Reduktion der Höhendaten haben wir den Delaunay-Algorithmus verwendet. Der Delaunay-Algorithmus dient zur Triangulierung der Höhenpunkte. Dabei ist der Abstand zwischen den Höhenpunkten nicht zwingend fest. Es können Punkte aus den Höhendaten reduziert werden. Somit ist es uns möglich die Daten an einigen Regionen des Höhenmodells in einer grossen bzw. Die Hauptanforderung an die 3D- kleinen Auflösung des Rasters zu Anwendung war es, die grosse laden. Datenmenge richtig zu verwalten. Einerseits war das Höhenmodell Für die Diplomarbeit befassten wir im 25m-Raster benutzerdefiniert uns mit dem dynamischen Laden zu reduzieren und zu laden. An- der Orthobilder. Weiter integrierten derseits mussten die Orthobilder wir eine Lösung, um Audiokomdynamisch angezeigt werden. Im mentare ortsabhängig abzuspieSpeicher der Grafikkarte sind mit len. Für das dynamische Laden einem dynamischen Speicherma- der Orthobilder bedienten wir uns nagement nur die sichtbaren Teile eines Quadtrees. Abhängig von des 3D-Modells abgelegt. Die opti- der Position des aktuellen Standmale Einteilung der Ressourcen war ortes werden Teile geladen oder für ein gutes Resultat unabdingbar. aus dem Speicher entfernt. Durch St. Petersinsel heute St. Petersinsel 1867 die Quadtree-Struktur ist dies sehr schnell zu erzielen. Die Bildteile werden dynamisch von der Festplatte in den Hauptspeicher und weiter in den Grafikspeicher verschoben. Ein weiteres Anliegen war uns die Flexibilität der Lösung. Dazu haben wir ein Administrationstool entwickelt, mit welchem die Simulation sehr einfach verändert werden kann. Der Benutzer kann z.B. andere Gebiete laden, den Höhenraster verändern, Audiokommentare oder Ortschaftsnamen einfügen und die automatische Besichtigungsroute definieren. Zeit- und Projektverwaltungs-Tool Informatik Informatique Wirtschaftsinformatik / Prof. Michael Röthlin Im Hinblick auf die Bedürfnisse von kleinen und mittelgrossen Unternehmen (KMU) wurde die webbasierte Zeitmanagementsoftware entwickelt. Das System ermöglicht eine effiziente Zeitverwaltung, ist mehrbenutzerfähig und erlaubt durch seine modulare Struktur eine einfache Einbindung in verschiedene, in Unternehmen typischerweise bereits vorhandene Systeme für Lohnbuchhaltung oder Projektmanagement. Informatikverantwortliche werden bei Installation und Betrieb der Software durch Verwaltungswerkzeuge unterstützt. Für den Betrieb der Software müssen nur wenige Daten gepflegt werden und verschiedene Hilfsmittel helfen Anwenderinnen und Anwendern, im Betrieb eine permanent hohe Datenqualität zu erreichen. Auf dem heutigen Softwaremarkt findet man zahlreiche Zeitmanagement- und ProjektmanagementWerkzeuge, welche aber zumeist sehr komplex und für den Einsatz in Grossunternehmungen konzipiert sind. Zudem bieten nur wenige Produkte sowohl Zeit- als auch Projektmanagementfunktionen an ; die meisten beschränken sich auf das Projektmanagement, wobei die Erfassung von Projektaktivitäten die Eingabe einer Vielzahl von Datenelementen erfordert. und praktisches Werkzeug benötigen, dessen Funktionalitäten keine komplexe Bedienung und nur einen begrenzten Aufwand bei der Datenpflege erfordern. Da auf die Software per Web-Browser zugegriffen wird, entfallen Installationen auf Arbeitsplatzrechnern ; der gleichzeitige Zugriff mehrerer Benutzer ist von inner- und ausserhalb eines Unternehmensnetzwerks via WWW jederzeit möglich. Neu im System erfasste und Benutzern zugewiesene Aktivitäten werden diesen sofort angezeigt. Ermöglicht Mit dem Zeit- und Projektmanage- werden diese Eigenschaften durch ment-Tool sollen kleine und mittel- die Verwendung aktueller Datengrosse Unternehmen angespro- bank- und Webtechnologien. chen werden, die ein einfaches Mit dem Einsatz der Software wird das aufwändige und fehlerträchtige Notieren von geleisteten Arbeitszeiten auf Handzetteln, ExcelSheets und Kalendern überflüssig. Nach der Rückmeldung ihrer Arbeitszeiten können sich Mitarbeitende ihre Einträge wochen- oder monatsweise auflisten lassen und – falls nötig – Fehler korrigieren ; eine aggregierte Ansicht zeigt ihnen zudem die bisher verbuchten Zeiten pro Projekt. Projektverantwortliche erhalten aussagekräftige Daten zu den für ihre Projekte geleisteten Arbeiten ; Personalverantwortliche ersehen auf einen Blick erbrachte (und zu entlöhnende) Arbeitsstunden pro Organisationseinheit und Zeitraum. Schliesslich können die Abrechnungsdaten zu Fakturierungs- und Kostenstellenrechnungszwecken exportiert werden (SAP R/3-Schnittstelle). Pfäffli Manuel 1981 079 350 03 57 [email protected] Podbreznik Danijel 1976 079 321 93 88 [email protected] Weber Alexander 1980 078 764 77 60 [email protected] 133 Informatik Informatique COAP – Customized Open Access Point Embedded Linux / Prof. Dr. Franz Meyer Die Anforderungen an eine Netzwerkkomponente sind durch die Vergrösserung der Bandbreite in und aus dem Internet und den damit verbundenen neuen Möglichkeiten zur Nutzung von Netzwerkdiensten stark gewachsen. Ohne entsprechendes Bandbreitenmanagement werden Videostreaming oder Internettelefonie durch P2P-Applikationen und weitere Dienste eingeschränkt bis verunmöglicht. Unsere Lösung wird für Linksys-kompatible Wirelessrouter erarbeitet. Der Lösungsansatz unseres intelligenten Bandbreitenmanagements liegt in der Priorisierung bestimmter Protokolle auf Anwendungsebene sowie der Zusicherung einer Mindestbandbreite. Das Produkt wird primär für den SOHO-Bereich entwickelt. Pfund Mario 1978 076 412 74 23 [email protected] Weisskopf Beat 1980 Bandbreitenmanagement ist ein Thema, welches immer mehr an Bedeutung gewinnt. Grund dafür ist unter anderem der immer schneller werdende Internetzugang. Dieser erlaubt es, Dienste wie Internettelefonie, Videostreaming sowie P2PDownloadprogramme zu nutzen. Probleme treten dann auf, wenn alle Dienste zusammen mehr Bandbreite zu konsumieren versuchen, als verfügbar ist. Wenn also der Dienst für das Videostreaming und das P2P-Programm die vorhandene Bandbreite je für sich beanspruchen, kann dies zu Störungen bei der Wiedergabe des Videostream führen, wenn es sich gegen das P2P-Programm nicht durchsetzen kann. Damit die “richtige” Anwendung genug Bandbreite erhält, benötigt man ein entsprechendes Bandbreitenmanagement. Im Rahmen unserer Diplomarbeit setzten wir uns vertieft mit diesem Thema auseinander und entwickelten eine Lösung, welche es dem Benutzer erlaubt, Mindestbandbreiten für Applikationen zuzuteilen. Dazu benötigt der Anwender keine vertieften Kenntnisse zu diesem Thema und kann auch einfache Vorlagen auswählen. Die Klassifizierung von Datenpaketen findet grundsätzlich auf Anwendungsschicht statt. Eingesetzt werden L7-filter des gleichnamigen OpenSource-Projektes, da beispielsweise über den bekannten Port 80 längst nicht mehr nur HTTPPakete verschickt, sondern dieser Port auch von P2P-Programmen genutzt wird. Durch entsprechende Filter wird der sich gerade im Aufbau befindende Datenverkehr nach höherliegendem Protokoll analysiert und kann entsprechend behandelt werden. Diese Behandlung reicht von Zusicherung und Priorisierung der Bandbreite bis zum Verunmöglichen eines Verbindungsaufbaus. Entwickelt wird die Anwendung für Linksys-kompatible Wirelessrouter, auf welche das embedded Linux OpenWrt als Firmware geladen werden kann. Die Systemressourcen wie Speicher und Prozessor sind durch die Leistung des von uns eingesetzten Router vorgegeben. Diese Beschränkung war eine Herausforderung, die auch Einfluss auf die Wahl der Technologie hatte, mit der wir die Ziele umgesetzt haben. Neben den L7-filter wurde mit iptables und dem Standard-Kernelmodul tc gearbeitet. Für die Gestaltung der Weboberfläche wurde PHP eingesetzt. 079 465 95 50 [email protected] Bandbreitenmanagement mit tc, Klassifizierung über iptables und L7-filter 134 StudyBuddy – Prüfungsvorbereitung auf dem Handy Informatik Informatique Mobile Computing / Prof. Dr. Jacques Boillat Welcher Schüler oder Student kennt das Problem nicht: obwohl man sich zu Hause auf eine anstehende Prüfung vorbereiten möchte, muss man doch noch weg. Die Bücher mag man nicht mitschleppen und den sperrigen Ordner erst recht nicht. Es gibt eine Lösung: StudyBuddy. StudyBuddy ist eine Java Applikation für Mobiltelefone, welche es dem Benutzer erlaubt, offline und ortsunabhängig Prüfungsfragen zu üben und sich selbst zu testen. Motivation Heute findet man viele verschiedene Softwarepakete für das Lernen und Üben von theoretischen Prüfungsfragen am PC, wie z.B. easydriver zur Vorbereitung auf die theoretische Führerprüfung. Dank der rasanten Weiterentwicklung der mobilen Endgeräte ist es nun möglich, solche Software beispielsweise auch für Mobiltelefone zu entwickeln. Dadurch wäre der Benutzer flexibler und könnte sich spielerisch zu jeder Zeit und überall auf eine Prüfung vorbereiten. Idee Das Ziel unserer Diplomarbeit war es, StudyBuddy zu entwickeln. StudyBuddy ist eine generische Java-Applikation für Mobiltelefone, die das Lernen von Theorielektionen und das Lösen von Test-Prüfungen auf einem Java-fähigen Mobiltelefon erlaubt. Das unterliegende Datenmodell macht es möglich, dass StudyBuddy für praktisch alle theoretischen Prüfungen einsetzbar ist. Die Theorie- und Prüfungsdaten werden in Themenkreise und einzelne Lektionen unterteilt. Diese wiederum enthalten eine beliebige Anzahl geordneter “Screens”, die mit Text und multimedialen Elementen (Bild, Ton) gestaltet werden können. Jeder “Screen” besitzt einen der vordefinierten Ausgabetypen (z.B. Single Choice Frage, Multiple Choice Frage, Theorieblock etc.), der die Darstellung auf dem Mobiltelefon festlegt. Es wurde eine Web-Applikation erstellt, die das Herunterladen von StudyBuddy erlaubt. Zusätzlich bietet sie dem Benutzer eine Statistik über die Resultate der gelösten Test-Prüfungen und kann somit zur Fortschrittskontrolle eingesetzt werden. Technologien / Implementation Da die neuen Mobiltelefone nahezu alle Java-fähig sind, lag es auf der Hand die mobile Applikation als Java MIDLet zu realisieren. Die Nutzdaten, die zwischen dem MIDLet und dem Server ausgetauscht werden, sind durch XML-Schemata definiert. Roesti Dominic 1980 076 582 26 38 Die Server Applikation wurde als J2EE Applikation entwickelt. Sie verwendet für die Darstellung der Webseiten JSP (Java Server Pages) und Servlets. Zusätzlich wird Struts als Model-View-Controller eingesetzt. Dies ermöglicht es, Benutzerinterface und Business-Logik sauber zu trennen. Als J2EE Application Server wird Jboss 4.0. verwendet. [email protected] Sweeney Christina 1979 076 565 07 85 [email protected] Systemdiagramm StudyBuddy 135 Informatik Informatique Golfsimulator G3D Computergrafik / Prof. Claude Fuhrer, Prof. Dr. Olivier Biberstein Das Bedürfnis von Golfspielern, eine möglichst reale Simulation zu haben, besteht schon lange. Das Golfspielen zu Hause, in einem Büro oder im Garten, ohne einen Golfplatz zu besitzen oder reell zu betreten, ist ein Wunsch dieser Schönwettersportart. Ebenfalls senkt ein Simulator die Kosten für das Golfspiel massiv. In diesem Projekt geht es darum, einen möglichst reellen Golfsimulator in einer 3D-Umgebung zu erstellen, welcher mit einem Computer benutzt und gesteuert werden kann. Schaerer Niklaus 1973 [email protected] Thomann Marc 1982 079 775 47 01 [email protected] Um eine reelle Simulation eines Golfschlages darzustellen, müssen diverse physikalische Faktoren miteinbezogen werden. So ist etwa der Spin des Balles entscheidend, ebenso wie die Schlagstärke, die horizontalen und vertikalen Abschlagswinkel, Gravitation und die Wettereinflüsse. All dies fliesst zusammen in einer selber entwickelten Physik-Engine, welche die Schläge verarbeitet. ze findet seinen Höhepunkt, wenn ein Spieler einen Ball einlochen will. Das Einlochen ist ein Wechselspiel zwischen Flugphase und Kollisionen mit dem Untergrund. Stellt man sich jetzt noch einen solchen Schlag an einem steilen Abhang vor, könnte man eine ganze Abhandlung darüber schreiben. So haben wir uns daran gemacht, möglichst viele all unserer Ideen umzusetzen. Wir haben ein GUI erstellt, mit welchem ein Benutzer den Während der Berechnung des Simulator testen kann. Eine DatenSchlages wird die aktuelle Positi- bank, welche die ganzen Daten wie on laufend in einer 3D-Umgebung Platz- und Locheigenschaften oder visualisiert. Die dafür benutzten gespeicherte Spieler und SpielGolfplätze wurden grundlegend mit stände verwaltet, wurde ebenfalls Terragen realisiert und mit GIMP realisiert. Mit Hilfe dieser DB ist es nachbearbeitet. Der Realitätsef- möglich, einen beliebigen Golfplatz fekt wird verstärkt, indem diverse nachzuzeichnen und dem Simuin MAYA modellierte Objekte, wie lator hinzuzufügen. Ist dieser Platz Häuser, Bäume, Palmen und an- erst einmal erfasst, kann darauf deres auf dem jeweiligen Golfplatz gespielt werden, ohne zusätzlich platziert werden. das ganze Programm anzupassen. Soweit klingt alles recht einfach, doch es mussten diverse Probleme überwunden werden, bis der erste Ball abgeschlagen werden konnte. Neben dem Herleiten und Entwickeln der Physik-Engine musste eine Collision-Detection realisiert werden, welche in der Lage ist, den Aufprall eines Balles und dessen Koordinaten auf einem Terrain festzustellen und den weiteren Flugverlauf nach dem Aufprall zu bestimmen. Dies jedoch nicht ohne die Oberflächenbeschaffenheit und die damit verbundene Reibung des Untergrundes zu ignorieren. Das Gan- 136 Schlaganalyse in 2D Eine mögliche Erweiterung wäre das Einbinden einer Abschlagserfassungshardware, um das Ganze noch realistischer zu machen. Mit dem realisierten Prototyp wurde eine gute Grundlage geschaffen, um eines Tages, wenn es in Biel wieder mal neblig ist, an der HTI Golf zu spielen. Wenn Sie mehr über dieses Projekt erfahren möchten : www.hta-bi.bfh.ch/Projects/g3d Unterstützung von J&S-Coaches in Jugendvereinen Informatik Informatique ERP / Prof. Dr. Martin Spätig J&S-Coaches spielen heute in der Jugendarbeit eine wichtige Rolle. Sie tragen die Verantwortung für die Qualität der Lager, die unter Jugend & Sport durchgeführt werden. Bis heute gibt es für die Arbeit der Coachs kein Hilfsmittel, um die benötigten Daten verwalten zu können. Während der Dip lomarbeit soll ein Prototyp erstellt werden, der die Bedürfnisse der Coaches möglichst gut abdeckt. Bei der Arbeit wurde darauf geachte, dass kostenlose OpenSource-Technologien eingesetzt wurde, und die Applikation einfach anpass- bzw. erweiterbar ist. In der Organisation von Jugend & Sport (J&S) wurde im Jahr 2000 die Funktion des Coachs geschaffen, um die Vereine zu unterstützen und die kantonalen J&S-Ämter zu entlasten. Die Aufgaben eines Coachs sind vielfältig. Er übernimmt bei der Planung von Jugendlagern eine beratende Funktion und muss vor der Durchführung der Lager die Programme beurteilen und bewilligen. Dabei gibt es von J&S und den Jugendverbänden Vorgaben, was in diesen Lagern enthalten sein muss. Nebst der Betreuung der Lager steht ein Coach dem Leiter der Organisation bei Fragen oder Problemen als Unterstützung zur Seite. Bei der Arbeit der Lageradministration fallen sehr viele Daten an. Dies sind nebst Adressen und Kursen der Leiter vor allem Daten zu den Lagern selbst. Bei der Administration der Lager wird zudem noch sehr viel mit Papier gearbeitet, da eine rechtsgültige Unterschrift von Nöten ist. So müssen beispielsweise auf jedem Formular die Adressen von Vereinspräsidenten und Coachs von Hand neu eingetragen werden. Damit eine hohe Verfügbarkeit erreicht wird und die Benutzer keine Installation vornehmen müssen, wurde die Applikation webbasiert erstellt. Auf Grund all der Anforderungen, welche an die technologische Seite des Projekts gestellt In der Diplomarbeit wurde der Pro- wurden, fiel der Entscheid zugunstotyp einer Applikation erstellt, die ten einer Java-basierten Realisiees ermöglicht alle relevanten Daten rung, in der das Apache-Framein einem System zu verwalten. Sind work Struts eingesetzt wurde. Für die Daten in einem System erfasst, die Datenhaltung wird eine MySQLkönnen diese direkt für das Dru- Datenbank eingesetzt. cken der Anmelde- und Bewilligungsformulare genutzt werden. So werden Fehler bei der Übertragung der Daten in die Papiere vermieden. Ausserdem können in diesem System gewisse Probleme, beispielsweise fehlende Leiterkurse oder zu kleines Leiterteam, bereits vor der Anmeldung festgestellt werden. So bleibt genügend Zeit, geeignete Massnahmen zu ergreifen. Thomet Andreas 1980 079 749 00 42 [email protected] Lagerverwaltung: Ausschnitt aus dem Prototyp – Detailansicht der Lagerverwaltung 137 Informatik Informatique Client-Server-Lösung für Mobiltelefone Electronic Commerce / Prof. Rolf Gasenzer / planet-it AG Planet Sundowner ist eine Informations-Plattform, die es dem Anwender (Schiffsführer) ermöglicht, unterwegs in fremden Gewässern und Häfen auf seinem handelsüblichen Mobiltelefon Informationen über mögliche Anlegeplätze für die Übernachtung zu erhalten und gegebenenfalls eine Reservation vorzunehmen. Die Grundlage hierzu bildet ein Wasserplatzaustauschsystem auf der Basis von Echtzeitdaten, an dem die Schiffsführer von Vergnügungsschiffen angeschlossen sind. Werren Stefan 1967 079 752 69 90 [email protected] Segeln oder mit einem Motorboot über den See fahren, das ist eine Leidenschaft und eine schöne Freizeitbeschäftigung für viele Menschen auch in der Schweiz. Dadurch, dass viele unserer Seen mit Kanälen oder Flüssen miteinander verbunden sind, haben wir die Möglichkeit auch in anderen Gewässern als im “heimischen” See zu fahren und an den schönsten Plätzen anzulegen. Genau hier liegt das Problem : Die meisten Häfen an unseren Seen haben nicht genügend Gästeplätze, um spontan in einem fremden Hafen anzulegen und das Freizeitangebot der näheren Umgebung in Anspruch nehmen zu können. Planet Sundowner bietet mit seinem Austauschportal eine Lösung für dieses Problem. funkgerät) zu entwickeln, der dem User den Zugriff auf das Portal ohne applikationsspezifisches Know-how ermöglicht, um seinen Liegeplatz freizugeben und die Reservationen eines Gästeplatzes vorzunehmen. es dem User erlaubt, mit einem Minimum an Eingaben über die Tastatur Freigaben und Reservationen vornehmen zu können. Die Freigaben und Reservationen werden für den Offlinezugriff auf den Geräten zwischengespeichert. Die realisierte Client-Applikation ist durch den Einsatz von Java und dem eingesetzten High-Level-GUI API auf den gängigsten mobilen Kommunikations-Geräten l auffä hig. Die Installation ist über alle gängigen Schnittstellen inklusive Download über WAP/GPRS ohne Kenntnisse des Users möglich. Er kann die Software selber per WAP oder servergesteuert per SMS herunterladen. Die Kommunikation mit dem Server wird über ein proprietäres Protokoll realisiert, welches ein Minimum an Daten mit dem Server austauscht, um wertvolle Online-Zeit und Übertragungsvolumen zu sparen. Die Herausforderungen liegen in der Das Ziel ist es, einen Client für ein Gestaltung einer intuitiven Menuhandelsübliches “Handy” (Mobil- und Applikationsteuerung, welche Systemübersicht 138 Der Serverteil dieses Portals, der im Vorjahr als Diplomarbeit unter der Projektbezeichnung “PlanetBoat” mit PHP/MySQL realisiert wurde, wird durch die Firma planetIT AG in Nidau betrieben und weiterentwickelt. Maschinentechnik Mécanique Steigern des Sägefortschritts bei Pendelstichsägen Produktentwicklung / Prof. Heinrich Schwarzenbach / Scintilla AG, Zuchwil SO Bei den professionellen Stichsägen wird der Schnittfortschritt durch eine der Hubbewegung überlagerte, mehrstufige Pendelbewegung in Sägerichtung massgeblich gesteigert. Im professionellen Umfeld ist es wichtig, den Handwerkern leistungsstarke Handwerkzeuge unter Berückstichtigung von Ergonomie und Preis zur Verfügung zu stellen. Ziel dieser Diplomarbeit ist, eine deutlich spürbare Verbesserung des Sägefortschrittes durch ein optimiertes Pendelsystem zu erarbeiten, welches keine ergonomischen Nachteile generiert und auch ideal mit der Hubbewegung abgestimmt ist. Ackermann Christian 1982 079 750 11 27 [email protected] Brand Simon 1981 079 239 19 54 [email protected] Ausgangslage Bei hochwertigen Stichsägen wird der zum Sägen verwendeten Hubbewegung eine Pendelbewegung überlagert. Diese wird über eine Rolle am Sägeblatt eingeleitet und wirkt in Richtung des Sägefortschrittes. Für saubere und genaue Schnitte wird ohne Pendelung gearbeitet, schnelle und grobe Schnitte in Holz werden mit der maximalen Pendelstufe erreicht. Je nach Material können auch Zwischenstufen verwendet werden. Diese Bewegungserzeugung soll analysiert und verbessert werden, damit ein höherer Sägefortschritt erzielt werden kann. Dabei dürfen bei Ergonomie keine Nachteile und beim Preis nur minimale Mehrkosten entstehen. Arbeitsschritte Um ein optimales Arbeitsergebnis zu erzielen wurden folgende Arbeitsschritte definiert : Weiteres Vorgehen Aufgrund der CAD-Daten werden nach Abschluss der Diplomarbeit Prototypen hergestellt. Ein Vergleichstest mit dem Serieerzeugnis - Aufnahme der IST-Situation in soll die theoretischen Ergebnisse verschiedenen Anwendungsfäl- praktisch verifizieren. len mit der GST135CE (BOSCHErzeugnis, aktueller Stand der Technik). Sägeversuche mit dem Serieerzeugnis und der Testeinrichtung. - Feststellen und Gewichten der massgebenden, leistungssteigernden Einflussfaktoren der Pendelbewegung. - Erarbeiten von Varianten für eine neue, verbesserte mehrstufige Pendeleinstellung. Abprüfen der neuen Pendelungen auf dem Sägeprüfstand. - Bewertung und Auswahl der zwei Hilfsmittel besten Lösungen. Für diese Analyse und die anschlies- - Konstruktive Ausarbeitung der sende Ideenfindung stand ein neuzwei besten Ideen anhand der artiger, von BOSCH entwickelter GST135CE. Sägeprüfstand zur Verfügung, bei - Erstellen von Prototypendaten der verschiedene Sägeparameter auf ProEngineer (Wildfire). BOSCH GST135CE variiert werden können. Aus den Erkenntnissen dieser Sägetests konnte ein Verbesserungspotential für die Pendelung in Serieerzeugnissen abgeleitet werden. Sägezahnverlauf ohne Pendelung 140 Sägezahnverlauf mit Pendelung Segel- und Kufenbefestigung für Snowboards Konstruktion / Prof. Heinrich Schwarzenbach / Marc Käser, 1a Marketing und Kommunikation Maschinentechnik Mécanique Was macht eigentlich ein Windsurfer im Winter? Wieso nicht auf “hartem Wasser”, mit Hilfe eines Snowboards im Wind surfen? Die Idee, die beiden Trendsportarten zu verschmelzen, ist nicht neu. Bisher war aber Windsurfing auf Schnee nur mit Skiern, speziellen Schneegleitern und eigens dafür entwickelten Schneebrettern möglich. Eine neue Segel- und Kufenbefestigungsvorrichtung, welche auf ein herkömmliches Snowboard montiert wird, soll nun das Surfen auf Schnee ermöglichen. In Zusammenarbeit mit 1a Marketing und Kommunikation aus Münchenwiler, Inhaberin des Patent anspruchs vom Juni 2005, soll in einer gemeinsamen Projektarbeit ein marktreifes Produkt entstehen. Ein neues, attraktives Erzeugnis von der Idee bis zur Serienreife zu entwickeln war das Ziel dieser Diplomarbeit. Die Aufgabenstellung verlangte die Ausarbeitung möglicher Lösungen. Basierend auf ersten Erfahrungen mit einem rudimentären Prototyp sollten verschiedene Varianten erarbeitet werden. Mit Hilfe eines neuen Prototyps konnten anschliessend bis zu vier Kufenarten in verschiedenen Variationen getestet und verglichen werden. Durch subjektive und messbare Kriterien wurden die besten Lösungen ausgewählt und bis zur Serienreife weiterentwickelt. serdem müssen sie eine hohe Stabilität bei der Fahrt gewährleisten und möglichst wenig Widerstand im Schnee erzeugen. Die Mastbefestigung musste so ausgelegt werden, dass ein herkömmliches Segel, wie dies beim Windsurfen eingesetzt wird, montierbar ist. Da bei der Fahrt grosse dynamische Kräfte und Schläge auftreten, mussten die einzelnen Teile ausreichend dimensioniert werden. Zusätzlich wurden dämpfende Elemente verbaut, die einen Teil der Schläge aufnehmen. Ein zentraler Punkt der Problemstellung war die Kufenkonstruk tion. Um mittels der Windkraft ein Snowboard gezielt zu steuern und ein Wegrutschen beim Kreuzen zu verhindern, sind Kufen notwendig. Diese Kufen übernehmen dieselbe Aufgabe wie die Finne bei herkömmlichen Surfbrettern. Damit ein Surfen bei verschiedenen Schneegegebenheiten möglich ist, müssen die Kufen verstellbar oder auswechselbar gestaltet sein. Aus- Bei den ersten Tests sind die optimale Kufenform und die Anordnung rasch ersichtlich geworden. Nun galt es, zwei Lösungen hinsichtlich Kostenoptimierung und Fahrdynamik zu realisieren. Um möglichst gute Fahreigenschaften zu erzielen, konnte mit Hilfe eines Rohrsystems und flexiblen Verbindungen eine gut steuerbare Konstruktion gestaltet werden. Bei der Ausführung hinsichtlich Kostenoptimierung standen geringe Fertigungskosten bei hohem Spassfaktor im Vordergrund. Wir sehen ein grosses Potential zur Weiterführung und Realisierung unserer Arbeit. Windsurfer erhalten so in Kombination mit dem Snowboard auf einfache Weise die Möglichkeit, ihre Sportart im Winter auszuüben. Zudem ist es einfacher, die Surftechnik vor dem sprichwörtlichen Sprung ins kalte Wasser auf festem Untergrund zu erlernen. Andres Christian 1977 078 739 14 77 [email protected] Trösch Michael 1981 079 487 25 55 [email protected] Insofern konnten wir mit dieser Diplomarbeit zu einer gelungenen Verbindung zweier Fun-Sportarten beitragen. Wir bedanken uns bei den folgenden Sponsoren: 141 Maschinentechnik Mécanique Ausrichtung mit Zielvorrichtung Medizinaltechnik / Prof. Heinrich Schwarzenbach / Stryker Trauma AG, Selzach Die Firma Stryker Trauma AG ist in der Medizinaltechnik tätig. Am Standort Selzach (Kanton Solothurn) entwickelt und produziert sie chirurgische Instrumente und Implantate für die Knochenbruchheilung. Im Rahmen der Diplomarbeit soll eine Ausrichtung entwickelt werden, die in zwei Richtungen auf eine Ebene gerichtet werden kann. Auf diese Ausrichtung soll zusätzlich eine Zielvorrichtung aufgebracht werden, welche möglichst frei einstellbar ist und fix auf der Ausrichtung befestigt werden kann. Bertini Fabio 1981 079 220 69 44 [email protected] Ausgangslage Problemanalyse Die Konstruktionsaufgabe lässt sich in diverse Teilfunktionen wie Befestigung, Ausrichtung auf die Ebene und Zielvorrichtung aufteilen. Aus den verschiedenen Konstruktionsvorschlägen sollen die nutzbringendsten zu einer Lösung zusammengefasst werden. Als Abschluss der Diplomarbeit soll ein Prototyp erstellt werden, mit welchem die Funktionstauglichkeit überprüft wer den kann. Die Befestigung soll sich anpas- Es wurde eine Vorrichtung entwisungsfähig präsentieren und varia- ckelt, welche beliebig fixiert werden bel verstellen lassen. kann. Die Ausrichtung erfolgt mit zwei Hebeln, welche gleichzeitig Eine anwenderfreundliche Ausrich- das Ausrichten und Fixieren erlautung ist unerlässlich. Hierfür wich- ben. Diese Multifunktionalität bietet tig ist eine schnelle und genaue dem Anwender hohen Nutzen. Die Einstellung auf das Ziel. Weiter ist aufsetzbare Zielvorrichtung kann von Vorteil, wenn die Ausrichtung auf der Ausrichtung frei bewegt stufenlos vollzogen werden kann. und nach durchgeführter EinstelSelbsthemmende Komponenten lung fixiert werden. unterstützen eine präzise Verstellung der Vorrichtung und schützen Weitergehende Informationen zu diese weiter vor unbeabsichtigtem diesem Projekt können aus Geheim Verstellen. haltungsgründen nicht erwähnt werden. Die Zielvorrichtung soll auf der Ausrichtung frei bewegbar sein. Bei Bedarf muss sie aber fixiert werden, um eine genaue Position halten zu können. Möglichkeit für eine Ausrichtung in zwei Richtungen: das Kardangelenk 142 Der Prototyp Drucklastvorrichtung für Zellzüchtung Maschinentechnik Mécanique Mechatronik / Prof. Juraj Cizmar/ MEM Research Center, Universität Bern Das Maurice E. Müller-Institut beabsichtigt ein Verfahren zur Züchtung von Bandscheibengewebe zu entwickeln. Für die Grundlagenforschung müssen die heranwachsenden Bandscheibenzellen bei genau definierten Bedingungen zeitweise mechanischer Belastung ausgesetzt werden. Zur Simulation werden die Zellen auf Druck sowie auf Scherung beansprucht. Das Ziel dieser Arbeit ist nun, eine Anlage für die Druckbelastung zu konstruieren, zu montieren und in Betrieb zu nehmen. Die Zellen befinden sich in einer gelartigen Masse. Daraus werden Proben mit einem Durchmesser von sechs Millimetern und einer Höhe von zwei Millimetern geformt. Damit die Zellen nicht absterben, müssen diese ständig von einer Nährflüssigkeit umgeben sein. Deshalb befinden sich die sechs Zellproben in einem Becher zwischen zwei Scheiben. Die Scheiben besitzen viele Bohrungen, damit die Nährflüssigkeit von oben wie von unten zu den Proben gelangen kann. Der Becher wird nun auf einen Schlitten gestellt. Durch eine Exzenterwelle mit Pleuel, welche mit Hilfe eines Elektromotors angetrieben wird, führt der Schlitten eine Hubbewegung von vier Millimetern durch. Die Geschwindigkeit beträgt ungefähr ein Hertz. Als Gegenkraft dient ein Stempel, der die Proben um ca. zehn Prozent zusammenpresst. Um Hübe im Bereich von Zehntelmillimetern ausführen zu können, wurde ein verstellbarer Anschlag realisiert. Nachdem die Proben zusammengequetscht sind, schlägt der Stempel auf dem Anschlagring an. Der restliche Hub wird nun durch eine Feder aufgenommen, welche sich innerhalb der Höhenverstellung befindet. Die Höhenverstellung dient dazu, dass unterschiedliche Anfangsbedingungen eingestellt werden können. So kann man Versuche fahren, bei denen die Proben bereits leicht vorbelastet sind. Oder man stellt es so ein, dass die Proben nur ganz kurz gequetscht werden. Damit die Ein- stellungen nachvollziehbar sind, befindet sich oberhalb des Stempels ein Drucksensor, der die Zustände über einen Computer visualisiert und speichert. Die speziellen Umgebungsbedingungen (37°C, 5 % CO2 und 100 % Luftfeuchtigkeit) und die Sterilisierbarkeit stellen hohe Anforderungen an die Materialien, Maschinenelemente und an die Elektronik. Die Vorrichtung muss zudem sehr kompakt konstruiert sein, um bei dem geringen zur Verfügung stehenden Raum im Inkubator (40x16x30 cm), Platz zu finden. Christen Curdin 1978 [email protected] Drucklastvorrichtung Becher mit Proben 143 Maschinentechnik Mécanique Kreativprojekt H2O-Clock Konstruktion / Steuerungs- und Regeltechnik / Prof. Daniel Debrunner / Büro Cortesi, Biel Die Stadt Biel ist bekannt für ihre ausgeprägte Uhrenindustrie. In der Innenstadt ist jedoch selten eine öffentliche Uhr anzutreffen. Der Wandel der Zeit bedingt eine Neugestaltung des Images der Stadt Biel. Es gilt somit eine Wasseruhr zu konzipieren, die auf einem öffentlichen Platz in der Innenstadt von Biel gebaut werden soll. Die H2O-Clock ist ein begehbarer Brunnen, der die genaue Uhrzeit mittels Wasserfontänen anzeigt. Ausserdem runden diverse Wasser- und Lichtspiele die Zeitanzeige ab. Dietiker Jürg 1980 Ausgangslage In der Innenstadt von Biel sind kaum öffentliche Uhren vorzufinden, die zum Teil auch noch ungenau sind. Der Auftrag war es, eine Wasseruhr zu konzipieren, die die genaue Uhrzeit anhand von Wasserstrahlen darstellt. Der Kreativität wurden keine Grenzen gesetzt. [email protected] Glauser Roger 1982 [email protected] Zielsetzung Am Ende der Projektarbeit sind zwei massstabgetreue Modelle vorhanden. Diese werden die Zeit allerdings aufgrund des kleinen Budgets nicht mit Wasser, sondern, mit Licht anzeigen. Ferner ist eine Steuerung zu entwickeln. Die Modelle dienen der Sponsorensuche für die H2O-Clock. Alle wichtigen Daten für den Bau der H2O-Clock, wie Durchflussmenge, Wasser- und Stromverbrauch, Bauund Unterhaltskosten etc. sind zu evaluieren. Mögliche Variante der H2O-Clock 144 Vorgehen In der vorgängigen Semesterarbeit wurden bereits mehrere Vorschläge und Varianten ausgearbeitet, miteinander verglichen und davon die zwei besten Varianten weiterverfolgt und detailliert entwickelt. Dank dem grossen Spielraum konnten wir unserer Fantasie freien Lauf lassen. Die eine Variante hat als zentrales Objekt ein Rad, das sich auf einem Wasserfilm wie ein Gleitlager dreht. Die andere Variante hat im Zentrum eine Säule, von der ringsherum ein Wasservorhang zum Boden fliesst. Für das Modell im Massstab 1:16 werden diese zwei Varianten mit Stereolithographie in 3D ausgeplottet. Damit die Brunnenmodelle nicht so kahl aussehen, werden diese möglichst originalgetreu nachbearbeitet und in einem Modellkasten in die Umgebung integriert. Um die genaue Uhrzeit anzuzeigen werden 12 LED (Light Emitting Diode) für die Stunden, 60 LED für die Minuten und 60 LED für die Sekunden benötigt. Über einen Mini-Controller und eine MIDI-Karte werden die LED angesteuert. Die exakte Uhrzeit wird über eine Funkuhr direkt auf die Steuerung übertragen. Da es sich bei diesem Projekt um einen neuen Publikumsmagneten handelt, wird die Öffentlichkeit auch über das Projekt “H2O-Clock” informiert. Ein ausführlicher Bericht wurde in der Wochenzeitung Biel-Bienne abgedruckt. Ausserdem wurde eine Internetseite aufgeschaltet, die durch uns betreut wird. Weitere Infos unter www.h2o-clock.didi80.ch Modell: 1000 x 800 x 250 mm Als Maschineningenieur FH finden Sie bei uns einen sicheren Einstieg in die Welt der Industrie Interessante und abwechslungsreiche Projekte bearbeiten Selbständig breite Erfahrungen sammeln in mehreren Branchen Projektverantwortung mittragen für Ausführung und Termine Direkten Kontakt mit unseren Kunden pflegen EnDes Engineering erbringt in vier eigenständigen Gesellschaften hochwertige Ingenieurdienstleistungen. Mit mehr als 70 Mitarbeitenden und in enger Partnerschaft mit unseren namhaften Kunden aus dem Maschinen-, Fahrzeug- und Anlagenbau. Steigen Sie ein! EnDes Engineering Partner AG Industriestrasse 27 CH-4703 Kestenholz (SO) Tel. +41 62 389 70 80 Fax + 41 62 389 70 81 [email protected] www.endes.ch Maschinentechnik Mécanique Entwicklung einer Mehrfarbenmischdüse Entwicklung / Prof. Dr. Reinhold Krause In den letzten Jahren entwickelte die HTI eine Menge im Bereich Drucktechnologie. Doch bis heute gibt es noch keine vernünftige Lösung für einen Farbdrucker, welcher grosse Flächen bedruckt. Mit der Entwicklung einer Mehrfarbenmischdüse erhofft man sich neue Wege im Druckbereich. Die Aufgabe ist es, farbige Bilder mit fünf verschiedenen Farben in einer Mischdüse zu mischen und die Pixel pixelweise zu spritzen. Die HTI ist seit längerem im Druckbereicht tätig, doch bis heute gibt es noch keinen Farbdrucker mit Farbmischung. Mit dem MobileJet haben sie bisher nur einfarbige Bilder gedruckt. Feller Daniel 1982 079 202 77 68 [email protected] Das Ziel meiner Diplomarbeit ist die Entwicklung einer Mehrfarbenmischdüse. Aus den drei Grundfarben Rot, Grün, Blau sowie Schwarz und Weiss gilt es, eine geeignete Farbpalette zu mischen. Der Pixel-Durchmesser muss 4 cm entsprechen, was ein sehr kleines Pixelvolumen ergibt. Um eine Mehrfarbenmischdüse zu entwickeln, waren vertiefte Kenntnisse über die verschiedene Mischverfahren, Ventile und Düsen erforderlich. Recherchen wurden bereits in der Semesterarbeit durchgeführt. Somit konnte in der Diplomarbeit direkt mit der Entwicklung der Mischkammer begonnen werden. Zuerst erarbeiteten wir verschiedene Konzepte aus, welche man als Prototypen herstellte. Wichtig ist, dass eine gute Durchmischung der einzelnen Farbkomponenten erzielt wird. Die Durchmischung kann mit Hilfe von Gittern, Stäben oder Drallkörpern verbessert werden. Durch die Sprühdüse mit Drallkörper wird eine zusätzliche Durchmischung erzielt. Für die praktischen Sprühversuche baute man einen Versuchsstand, mit dem die Prototypen eingehend getestet wurden. Ventile zur Einspritzung der Farben konnten wir bei verschiedenen Schaltfrequenzen auf Durchfluss untersuchen. Ebenso versuchte man Strömungssimulationen vorzunehmen. Mit Hilfe dieser Simulation war es uns möglich, vorzeitig Aussagen über die verschiedenen Mischvorgänge in der Mischkammer zu machen. Strömungssimulationen werden an der HTI mit Fluent durchgeführt. Für die Simulationen ist ein Negativ der Konstruktion erforderlich, da nur der Fluidteil für das Programm wichtig ist. Das Negativ wird vor der Simulation mit Hilfe des Programms Gambit vernetzt. Die Genauigkeit der Simulation hängt von der Netzdichte ab. Je engmaschiger das Netz ist, desto genauer wird die Strömungsrechnung, was aber auch die Rechnungszeit extrem hinauf setzt. Durch die Simulation konnten wir die Durchmischung, Strömungsgeschwindigkeit, Turbulenz usw. analysieren. Analyse einer Strömungssimulation Mit diesem neuen Spritzverfahren kann man in Zukunft Werbung auf Asphalt oder Rasen drucken. Diese Mischdüse ist besonders für die Industrie interessant. Einsatzgebiete könnten sein : farbige Strassenmarkierungen sowie das Mischen von verschiedenen Komponenten. Farbpixel eines Versuchs 146 3D-Markieren von Glas mit Nd:YAG Laser Maschinentechnik Mécanique Lasertechnik / Prof. Dr. Beat Neuenschwander Wird ein gepulster Laserstrahl in ein Glasstück fokussiert, entsteht im Fokus ein kleiner Mikroriss. Mit dieser Technologie werden heute 3-dimensionale Figuren in Glasstücke geschrieben. Die Grösse der Mikrorisse hängt einerseits von der Fokusgrösse im Glas (welche in industriellen Systemen nur bedingt anpassbar ist) und anderseits von der verwendeten Pulsenergie ab. Je feiner die Mikrorisse sind, desto näher beieinander lassen sie sich erzeugen. Das Schreiben einer Figur geschieht mit einem 2-Achsen-Scanner, der den Laserstrahl an die entsprechende Stelle ablenkt, während in der dritten Achse der Laserkopf langsam bewegt wird. So lässt sich schichtweise die 3-dimensionale Figur aufbauen. 3D-Kontur-Erfassungssysteme bieten die Möglichkeit, in kurzer Zeit räumlich ausgedehnte Objekte zu erfassen und ihre Konturen als Punktewolken (x, y und z-Koordinaten) auszugeben. Diese werden zum Beispiel in Form eines ASCIIFiles herausgegeben. Die Schwierigkeit liegt nun darin, die Daten so aufzubereiten, dass sie auf der Maschine importiert werden können. Dies geschieht mit einer neu entwickelten Software, welche die Daten sortiert, skaliert, konvertiert und am Schluss als 2D-Dateien in einem maschinenkompatiblen Format herausschreibt. Weiter bietet die Software die Möglichkeit einer Interpolation von zusätzlichen Punkten und eine Achstransformation. In einem Ablaufprogramm kön- nen danach die 2D-Dateien nach- das Volumen einer Kugel mit einem einander automatisiert geladen und Durchmesser von 0.1mm - 0.3mm deren Inhalt markiert werden. einnehmen. Die Markierversuche wurden mit einem industriellen Markierlaser durchgeführt. Es ist dies im speziellen ein gepulster Nd:YAG Laser mit einer Wellenlänge von 532nm. Zusätzlich ermöglicht ein Q-Switch im Resonator sehr kurze Impulse mit hoher Leistungsdichte zu erzeugen. Der fokussierte Laserstrahl erzeugt kurzzeitig eine sehr hohe Wärmeentwicklung im Glas. Diese äussert sich in Form von Mikrorissen. Diese Risse, auch Cracks genannt, bilden sich sternförmig im Raum aus. Analysen unter dem Auflicht-Mikroskop zeigten, dass die Cracks Um anschauliche Cracks in optisches Glas zu markieren benötigt man eine Pulsenergie von ungefähr 2mJ. Dies zeigten Tests mit einem Laborlaser. Auf der industriellen Markiermaschine, welche zur Verfügung steht, erreicht man jedoch nur 0.2mJ. In Floatglas konnte dieses Problem mit mehreren Pulsen pro Punkt aufgefangen werden. Es ist nicht möglich, mit dieser Anlage Cracks in optisches Glas zu schiessen, da dieses zu wenig Energie absorbiert. Die Versuche der 3D-Markierung beschränkten sich also auf Floatglas und Acrylglas (Plexiglas). Gasser Milo 1979 079 709 67 03 [email protected] Beleuchtete Laserinnengravur in Floatglas 147 Maschinentechnik Mécanique Gelenkverbindung für Schmalspurtriebzug Produktentwicklung / Prof. Walter Güller / Stadler Rail AG Moderne Triebzüge werden immer häufiger in Gelenkbauweise produziert. Der Gelenkverbindung zwischen den Wagenkasten kommt daher eine hohe Bedeutung zu. Auch die Stadler Rail AG setzt solche Gelenktriebzüge auf Schmalspur- und Zahnradstrecken ein. Für Normalspurbahnen sind gute Lösungen für die Gelenkverbindung vorhanden. Bei Schmalspurbahnen werden jedoch engere Kurvenradien gefahren und dadurch muss das Gelenk mit erhöhten Bewegungsfreiheiten konzipiert werden. Dabei darf die Lebensdauer nicht vermindert werden und die sichere Übertragung aller Kräfte muss gewährleistet sein. Geissbühler Jonas 1981 077 400 49 48 [email protected] Die Firma Stadler Rail AG ist der führende Hersteller von Fahrzeugen für den Regional- und S-Bahnverkehr und für Schmalspur- und Zahnradbahnen in der Schweiz. In diesen Einsatzgebieten werden heute fast ausschliesslich Gelenkfahrzeuge eingesetzt. Solche Fahrzeuge verringern die Anzahl Achsen, was Kosten und Gewicht einspart und zudem grosse Niederflurbereiche ermöglicht. Die Gelenkverbindung wird jedoch grösseren Beanspruchungen ausgesetzt. Für Normalspurbahnen sind Gelenkkonstruktionen vorhanden, welche die hohen Anforderungen gut erfüllen. Bei Schmalspurbahnen hingegen kann die Standard-Lösung der Normalspurbahnen nicht eingesetzt werden, da, bedingt durch die engeren Kurvenradien, grössere Bewegungsfreiheiten am Gelenk erforderlich sind. Aktuell werden im Bereich der Schmalspurbahnen verschiedene Konstruktionen eingesetzt, doch alle Lösungen weisen nebst Vorteilen auch gewichtige Nachteile auf. nach 1’000’000 Fahrzeugkilometern einer grossen Revision unterzogen werden, muss die Gelenkverbindung eine entsprechende Lebensdauer aufweisen. Nebst diesen technischen Aspekten sind auch wirtschaftliche Kriterien in die Lösungsfindung einzubeziehen. Die Aufgabe besteht nun dar- Kostengünstige Herstellung und in, eine neue Gelenkverbindung Montage sowie minimaler Warfür die erhöhten Anforderungen tungsaufwand werden gefordert. bei Schmalspurbahnen zu entwickeln. Die sichere Übertragung aller In einem ersten Schritt werden verauftretenden Kräfte sowie ausrei- schiede Konzepte erarbeitet. Durch chende Bewegungsfreiheiten ge- eine sorgfältige Bewertung nach genüber den Schwenk-, Nick- und verschiedenen Kriterien wird ein Wankbewegungen (Schwenkbe- Konzept ausgewählt und im Detail wegung infolge Kurvenfahrt, Nick- gelöst. Für die wichtigsten Bauteile bewegung infolge Muldenfahrt und ist dann der rechnerische NachWankbewegung infolge Verwin- weis, auch mit Hilfe von FEM-Produng der Wagenkasten zueinan- grammen (Finite Element Methode), der) sollen gewährleistet sein. Da zu erbringen. die Triebzüge nur alle 8 Jahre oder Schmalspurtriebzug in Gelenkbauweise: Die Gelenkverbindungsstelle ist markiert 148 CFD und Strömungsoptimierung an Kanaleinbauten Maschinentechnik Mécanique Fluidmechanik / Prof. Dr. Kurt M. Graf / Flowtech Industries AG / CADFEM AG Rauchgase von Kraftwerken, die mit fossilen Brennstoffen wie Öl oder Kohle befeuert werden, enthalten Stickoxide. Die Firma Flowtech Industries AG entwickelt Denitrifikations-Anlagen (DeNox-Anlagen), welche die Stickoxidbeladung der Abgase reduzieren. Für einen optimalen Betrieb solcher Anlagen sind Vorgaben bezüglich des Strömungsprofils innerhalb der Strömungskanäle einzuhalten. Ziel der Diplomarbeit ist die Strömung durch eine DeNoxAnlage mittels CFD (Computational Fluid Dynamics) zu berechnen und mit Messungen zu vergleichen. Im Weiteren wird der Einfluss unterschiedlicher Turbulenzmodelle und Rechennetze auf die Qualität der Berechnungen untersucht. Bei Kraftwerken höherer Leistung reichen Primärmassnahmen nicht mehr aus, um die gesetzlichen Grenzwerte der Stickoxidbeladung der Rauchgase einzuhalten. Deshalb muss mittels DeNox-Anlagen der Stickoxidanteil in den Abgasen gesenkt werden. Dabei werden mit Hilfe von in die Rauchgase eingedüstem Ammoniak und einer katalytischen Oberfläche die Stickoxide zu Stickstoff und Wasser reduziert. Um einen optimalen Betrieb der Anlage zu gewährleisten, sollte die Ungleichförmigkeit der Zulaufströmung zu den Katalysatorelementen kleiner als 10 % betragen. Ebenfalls sollte der Fehlanströmungswinkel unter 15° liegen. Da die Rauchgase der untersuchten Anlage noch Flugasche enthält würden sonst die filigranen Katalysatoren mit der Zeit zerstört werden. Die Auslegung der Kanaleinbauten spielt somit eine wichtige Rolle. Die Strömungsverhältnisse um diese Kanaleinbauten werden durch eine numerische Simulation mit der Software Ansys CFX beschrieben. Simuliert wird ein Ausschnitt der Anlage, welcher einen rechtwinkligen Krümmer mit Leitblechen, einen Strömungsgleichrichter und die Katalysatorlagen enthält. Eine Schwierigkeit stellen dabei die grossen Dimensionen des zu simulierenden Abschnittes dar. Die Ausdehnung der gesuchten Strömungsphänomene liegt im Bereich mehrerer Kubikmillimeter, das Gesamtvolumen beträgt jedoch ca. 930 Kubikmeter. Entsprechend fein muss also auch das Rechennetz aufgelöst werden um exakte Resultate zu erhalten. In Kombination mit der Gesamtgrösse ergibt sich ein sehr hoher Anspruch an die Rechenleistung und Rechenzeit. Deshalb wurden zu Beginn nur 2D-Simulationen erstellt. Somit konnte die Rechenzeit in Grenzen gehalten und der Einfluss verschiedener Parameter auf die Qualität der Rechnungen abgeschätzt werden. Vergleiche der Resultate mit Messdaten der Firma Flowtech ergaben eine relativ gute Übereinstimmung bei den globalen Werten, wie durchschnittliche Geschwindigkeiten oder Druckabfälle. Bei der Ausbildung des Geschwindigkeitsprofils ergeben sich jedoch grössere Abweichungen. Die Simu lationen ergeben auch, dass im Bereich der Leitbleche ein instatio näres Strömungsverhalten auftritt. Es bilden sich an den Leitblechen Ablösungen, welche sich ausbilden und wieder zusammenbrechen. Je nach Turbulenzmodell tritt eine periodische oder eine zufällige Entwicklung der Verläufe aus. Basierend auf diesen Erkenntnissen wurde ein 3D-Rechennetz erstellt, das nun durch die Firma CADFEM berechnet wird. Gerber Michael 1980 079 772 24 28 [email protected] Die Resultate werden in die Entwicklung von DeNox-Anlagen bei der Firma Flowtech einfliessen. Geschwindigkeitskontur über Leitbleche, Gleichrichter und Katalysatorelemente 149 Maschinentechnik Mécanique Seilklemme mit hydraulischer Dehnungskompensation Konstruktion, Transporttechnik / Prof. Hans-Ulrich Feldmann / Ingenieurbüro Christian Rikli, Hünibach Stahlseile haben die hervorragende Eigenschaft, über einen kleinen Querschnitt höchste Kräfte übertragen zu können und gleichzeitig sehr flexibel zu sein. Sie müssen aber auch sehr sorgfältig gehandhabt und gepflegt werden, da sie meist in Bereichen eingesetzt werden, in welchen Menschenleben gefährdet werden könnten. Ein heikler Punkt in der Handhabung von Stahlseilen ist die End- oder Zwischenbefestigung mit Klemmplatten, welche bezüglich Längsdehnung um ein Vielfaches steifer sind als das Stahlseil. Die von uns entwickelte mobile Seilklemme soll es ermöglichen, diesen Vorgang mittels Dehnungskompensation schonender durchzuführen. Gisin Cyrus 1981 078 687 52 46 [email protected] Senn Andreas 1982 Unsere Entwicklung basiert auf einer bestehenden Seilreckanlage, die vom Ingenieurbüro Rikli aus Hünibach konstruiert, gebaut und patentiert wurde. Mit dieser stationären Anlage können Seile bis zu einem Durchmesser von 90 mm und einer Spannkraft von 300 Tonnen vorgereckt werden. Dies hat zum Ziel, dass die Seile im definitiven Einsatz nicht nach kurzer Zeit nachgespannt werden müssen. Da sich das System im Einsatz bewährt hat, entstand die Idee, auf Basis der Patentschrift eine mobile Variante des Systems zu entwickeln, mit der es möglich ist, z.B. Seilbahnseile schonend zu spannen. Mit dieser neuen Variante sollen Seile mit einem Durchmesser bis zu 65 mm und einer Spannkraft bis zu 100 Tonnen gespannt werden können. platte führt. Dabei ist eine Beschä- Seiles wird durch spezielle Elastodigung der Drahtoberfläche nicht merplatten ausgeglichen. auszuschliessen. Da das System mobil sein soll, Bei der stationären Anlage ist der müssen das Gewicht und damit Dehnungsausgleich mechanisch auch die Dimensionen der Klemgelöst. Bei unserer mobilen Vari- me möglichst klein sein. Die hohen ante hingegen geschieht der Deh- auftretenden Kräfte zwangen uns, nungsausgleich über bewegliche teilweise hochfestes Material einBacken, welche durch ein System zusetzen und die hochbelasteten von hydraulischen Ausgleichszylin- Bauteile mittels FEM-Analysen zu dern alle die gleiche Kraft auf das optimieren. Seil übertragen und sich entsprechend der Seildehnung schlupf- Unsere Konstruktion ist nun soweit, frei mit dem Seil verschieben. Der dass ein erster Prototyp gebaut Ausgleich funktioniert für alle Seile und getestet werden kann. Wir sind in einem Durchmesserbereich überzeugt, dass mit dieser neuarvon 40 - 65 mm und einem E-Mo- tigen Seilklemme die Sicherheit und dul-Bereich von 70000 - 100000 N/ Qualitätssicherung der Seile bei mm2. Auch die durch die Dehnung Montage und Unterhalt entscheientstehende Querkontraktion des dend verbessert werden kann. 078 809 05 19 [email protected] 150 Das Kernstück der von uns entwickelten Seilklemme bildet der hydraulische Dehnungsausgleich. Er ermöglicht dem Seil, sich innerhalb des geklemmten Bereiches um einen bestimmten Betrag zu dehnen, und bewirkt so eine stufenförmige Krafteinleitung, welche sich auf die ganze Klemmlänge verteilt. Das Seil wird dadurch viel schonender gespannt als mit einer herkömmlichen Klemmplatte. Ohne Dehnungsausgleich geschieht die Krafteinleitung hauptsächlich im vorderen Bereich und der Spannungssprung ist viel höher, was zum teilweisen Rutschen des Seiles in der Klemm Zusammenstellung der Seilklemme Elektronisches Einschiesswerkzeug für CO2-Laser Lasertechnik / Prof. Dr. Beat Neuenschwander Maschinentechnik Mécanique Moderne Laserschneidanlagen gehören heute zur hoch entwickelten Spitzentechnologie. Das Ausrichten des Laserstrahls vom Resonator zum Schneidkopf über die Umlenkspiegel ist momentan sehr aufwändig. Die Spiegeljustage erfolgt mit speziellen Gipsplättchen. Ein kurzer Laserpuls lässt eine Brandspur auf den Plättchen zurück, dabei entstehen Russ und Rauch. Der Russ kann sich auf der Optik ablagern und beeinflusst somit die optischen Parameter des Strahls. Um diesen langen, umständlichen Vorgang zu verkürzen und die negativen Einflüsse zu eliminieren, soll ein elektronischer Sensor entwickelt werden. Bei CO2-Laser-Schneidanlagen wird der Laserstrahl mittels Umlenkspiegeln im sogenannten Strahlengang von der Laserquelle zum Schneidkopf geführt. Dabei wird der Strahl jeweils parallel zur Bewegungsrichtung der Achsen des Schneidkopfs umgelenkt. Der ganze Strahlengang ist in einem Balg vor Ausseneinflüssen geschützt. Die Umlenkspiegel werden bei der Inbetriebnahme der gesamten Schneidanlage justiert ; diesen Vorgang nennt man “Einschiessen”. es sich nicht um einen kontinuierlichen Vorgang, sondern um das stetige Wiederholen der Schritte Puls, Analyse und Justage handelt. die Umlenkprismen eingebaut werden kann. Dabei ist die Kühlung des Sensors ohne externen Kühlwasserkreislauf sicherzustellen. Die Daten des Sensors müssen elekAufgrund thermischer Effekte in tronisch ausgewertet und auf eine der Laserquelle muss der Justier- Anzeige gebracht werden. Mittels vorgang mit einer angemessenen Laborversuchen ist die Genauigkeit Leistung erfolgen. Die Spiegel sind des Sensors zu bestimmen. nach der Montage jedoch nicht genau genug eingestellt um von Ein Simulationsprogramm bestimmt Beginn an mit grosser Leistung zu die idealen Sensorabmessungen. arbeiten. Es muss damit gerech- Die Konstruktion des Sensors und net werden, dass der Strahl in die der Sensorhalterung wurde auf Strahlengangführung gelenkt wird einem CAD-Programm gezeichnet. Heute erfolgt die Spiegeljustage und diese zerstört. Daher erfolgt Diese Sensorhalterung mit Aufsatzim Strahlengang mittels speziellen pro Spiegel zuerst eine Grobjustage scheiben ist in die verschiedenen Gipsplättchen. Mit einem kurzen mit kleiner Leistung und anschlies- Umlenkprismen einbaubar. Erste Laser-Puls wird eine Brandspur send die Feinjustage mit grösserer Laborversuche brachten einen Einauf das Plättchen gebrannt. Dabei Leistung. blick in die mögliche Messgenauigentstehen Russ und Rauch, welche keit. Tests auf einer Hochleistungsden Strahlengang kontaminieren. CO2-Laser-Schneidanlage wurden Der Russ kann sich auf der Optik Basierend auf den in der Semester- vorgenommen. Weitere Anpasablagern und der Rauch im Strah- arbeit gewonnenen Informationen sungen optimieren das Design, die lengang beeinflusst die optischen ist in Zusammenarbeit mit dem In- Datenerfassung und die AuswerParameter des Laserstrahls. Zu- dustriepartner Bystronic Laser AG tung. dem dauert das Justieren lange, da ein Sensor zu bauen, der direkt in Govaert Ivan 1975 062 961 01 05 [email protected] 151 Maschinentechnik Mécanique Handling-System für Gebäckstücke Allgemeiner Maschinenbau / Prof. Dr. Juraj Cizmar / Seewer AG Die Firma Seewer AG in Burgdorf stellt Bäckereimaschinen her und hat uns den Auftrag gegeben, ein Handling-System für Gebäckstücke zu entwickeln. Das System wird bei der automatischen Produktion von Croissants eingesetzt. Die Aufgabe des Handling-Systems ist, die aus einer Teigbahn ausgestanzten dreieckförmigen Teigplätzchen auf einem nachfolgenden Bandförderer in die richtige Lage und Reihe für die Weiterverarbeitung zu platzieren. Bis zu 1000 Reihen pro Stunde sollte das Handling-System verarbeiten können. Günter Martin 1982 079 543 68 89 [email protected] Die Aufgabe der Diplomarbeit ist die konstruktive Ausgestaltung des Handling-Systems. In der vorangehenden Semesterarbeit wurden bereits Konzepte erarbeitet und evaluiert. Diese müssen nun in der Diplomarbeit umgesetzt und verfeinert werden. Der Ablauf des Handlings ist so festgelegt, dass immer eine ganze Reihe Teigplätzchen gepackt und auf ein schneller laufendes Transportband verschoben wird. Auf diesem Band wird die ganze Reihe Teigplätzchen zusätzlich um 90 Grad gedreht. Die Aufgabenstellung fordert, dass am Schluss zwischen den einzelnen Teigplätzchen ein Abstand von 100mm resultiert. Für das Handling des Teiges sticht man mit Nadeln in den Teig ein und verschiebt diesen so auf den Transportbändern. Das Handling-System ist so aufgebaut, dass ein Rahmen an einen bereits bestehenden Arbeitstisch montiert wird. Auf diesem Rahmen ist ein Schlitten aufgebaut, welcher die Längsbewegung ausführt. An dem Schlitten ist die Schwenkvorrichtung befestigt, welche die Drehung um 90 Grad ermöglicht. Die Schwenkvorrichtung besteht aus einer Aufnahme und einer Spreizvorrichtung. Die Anzahl Teigplätzchen pro Reihe kann nach Grösse der Croissants zwischen zwei und sechs variieren. Für jede Anzahl Teigstücke pro Reihe ist eine separate Spreizvorrichtung geplant. Handling-System am Arbeitstisch befestigt 152 Deshalb ist für das Wechseln dieser Spreizvorrichtung eine einfache Lösung zu finden, für die kein Werkzeug benötigt wird. Für das ganze Handlingsystem werden möglichst einfache und wenige Teile eingesetzt. Bei der Materialwahl wird berücksichtig, dass das ganze Handling-System in der Lebensmittelproduktion eingesetzt wird. Das ganze System sollte einfach zu handhaben und zu reinigen sein. Damit das vorgegebene Kostendach eingehalten werden kann, wird mit dem Auftragsgeber eine Kostenberechnung durchgeführt. CFD-Berechnung der Trocknung poröser Stoffe Maschinentechnik Mécanique Verfahrenstechnik / Prof. Dr. Kurt M. Graf / ProcEng Moser GmbH, Siselen Trocknen gehört zu den wichtigsten verfahrenstechnischen Prozessen. Der Vorgang wird durch einen gekoppelten Wärme- und Stofftransport gesteuert. Die Simulation eines Trocknungsvorganges ist im Moment noch nicht in CFD-Programmen (Numerische Strömungssimulationen) standardmässig enthalten. Ziel der Arbeit ist es, durch Erweiterung des CFD-Codes FLUENT mit benutzerdefinierten Funk tionen die Simulation dieses Prozesses zu ermöglichen. In FLUENT können standardmässig nur statische Randbedingungen gesetzt werden. Da während des Trocknungsvorgangs die Feststofftemperatur sowie die Oberflächenfeuchte stetig ändern, werden in der ersten Phase der Arbeit dynamische Randbedingungen in C++ geschrieben und in FLUENT implementiert. Es sind dies direkte Ergänzungen der Energie- sowie der Massengleichungen. Die erste Ergänzung wird für einen oberflächenfeuchten Körper realisiert. Da wir uns im ersten Trocknungsabschnitt befinden, können die Transportvorgänge im Feststoff fürs erste vernachlässigt werden. Es ist hier nötig, den Wassergehalt auf der Oberfläche bei entsprechen der Temperatur anzupassen, sowie den Wärmefluss mit der Verdampfungswärme zu verbinden. Temperaturverteilung im Feststoff während der Trocknung Dieser Vorgang wird mit verschiedenen Eingangsparametern der Luft (Geschwindigkeit, relative Luftfeuchte und Temperatur) gerechnet. Ebenfalls untersucht werden die Einflüsse der Turbulenz- und Wandmodelle von FLUENT auf die Lösung. Gurtner Reto 1978 In der zweiten Phase der Arbeit werden die Rechnungsergebnisse mit einem einfachen Versuchsaufbau auf ihre Verlässlichkeit hin überprüft und allfällige Anpassungen am entwickelten Lösungsansatz vorgenommen. Weiter wird ein Konzept ausgearbeitet, wie der gesamte Trocknungsprozess inklusive Feuchtetransport aus und der Wärmetransport in den Feststoff berechnet werden könnte. Dieses soll soweit gehen, dass während einer Semesterarbeit das Konzept weiterentwickelt und realisiert werden kann. 079 319 18 70 [email protected] Als Hilfestellung für den Berechnungsingenieur werden die gemachten Erfahrungen mit Netzgenerierung und Turbulenzmodellierung zusammengestellt und Empfehlungen zur optimalen Modellierung ähnlicher Vorgänge angegeben. 153 Maschinentechnik Mécanique Automatisierung einer Klebeanlage Mechatronik / Prof. Fritz Bircher / Hans Stettler AG Lyss Im Auftrag der Firma Hans Stettler AG in Lyss wurde der Produktionsprozess für das Kleben von hochpräzisen Saphirteilen überarbeitet und optimiert. Das bisherige Verfahren war unbefriedigend und erforderte zu aufwändige manuelle Nachbearbeitung. Mittels Versuchen wurde ein neu erarbeitetes Konzept auf Funktion und Genauigkeit geprüft und anschliessend zu einer automatisierten Klebeanlage weiterentwickelt. Halter Lukas Martin 1981 079 306 32 84 [email protected] 154 Die Firma Hans Stettler AG in Lyss ist auf die hochpräzise Bearbeitung härtester Materialien in der Uhrenund Schmuckindustrie sowie in den Bereichen Optik, Elektronik und Medizin spezialisiert. Da sich nicht alle Stücke mit der geforderten Präzision als ganzes fertigen lassen, werden einige Teile durch Kleben miteinander verbunden. Dies stellt bei der geforderten Qualität und Präzision eine grosse Herausforderung dar. auf folgende zwei Hauptprobleme reduziert werden können : - Wie kann der Klebeprozess so ausgeführt werden, dass die ganze Fläche zwischen den Teilen mit Klebstoff gedeckt ist, jedoch der Kleber nicht über den Rand der Klebestelle austritt und keine Lufteinschlüsse entstehen. - Wie können die Teile, die eine sehr komplexe Geometrie aufweisen können, gegriffen und positioniert werden, dass nach Die Saphirteile werden mit einem dem Aushärten des Klebers die transparenten, hochviskosen Klebminime Masstoleranz eingehalstoff geklebt. Dieser Vorgang bietet ten werden kann. verschiedene Schwierigkeiten, die Bis anhin wurden die Teile mit einer Hilfseinrichtung manuell geklebt und aufwändig nachbearbeitet. Die se Vorgehensmethode kann nicht automatisiert werden. Daher ist die Firma sehr interessiert, ein anderes Vorgehen zur effizienteren Produktion zu finden. Im Verlauf der Arbeit wurden mit Hilfe von Vorversuchen verschiedene Lösungsansätze erarbeitet. Daraus entstand ein völlig neues Konzept zum Kleben der Saphirteile. Um die grundlegend neue Idee auf die Umsetzung zu prüfen wurde ein Versuchsaufbau konstruiert und hergestellt. Nach diversen Versuchsreihen und deren erfreulichen Ergebnissen wurde ein Konzept für eine automatisierte Klebeanlage erstellt. Geklebtes Endprodukt Seilbefestigungen im Seilpark Maschinentechnik Konstruktion / Fördertechnik / Prof. Hans-Ulrich Feldmann / Bolliger+Partner, Chur Mécanique Gruppenerlebnisse in freier Natur liegen voll im Trend. Ob Teambildungsseminare von Firmen oder abenteuersuchende Städter, alle suchen den Kick in der Natur. Seilparks decken genau diese Anforderungen ab. Doch damit dieses Abenteuer nicht im Spital endet, braucht es Sicherheitsvorrichtungen, die den Anforderungen eines eventuellen Sturzes standhalten. In der Semesterarbeit wurde ein mathematisches Modell gebildet um diese Seilkräfte an den Befestigungspunkten zu ermitteln. Mit der Diplomarbeit wurde nun dieses Modell mittels Feldversuchen verglichen und überarbeitet. Dazu wurde eine Messeinrichtung gebaut und in einer Versuchsanlage eingesetzt. Bereits in der Semesterarbeit wurde ein mathematisches Modell für dynamische Seilrechnungen von Sicherungsseilen gemacht. In dieser Diplomarbeit soll nun dieses Modell gemäss einer realen Anlage überarbeitet und ergänzt werden. Für die Messung der Seilkräfte muss eine Kraftmesseinrichtung entworfen, hergestellt und getestet werden. Mit dieser Messeinrichtung wird die Seilkraft, bei einer speziell aufgebauten Versuchsanlage, an den Befestigungspunkten gemessen. Das Ziel dieser Diplomarbeit ist es verlässliche Grössen der Kräfte zu erhalten, welche an den Befestigungspunkten wirken. Dehnungsmessprinzip entschieden. Die Messeinrichtung kann so einfach mit einem Messkörper aus Stahl, bestückt mit Dehnungsmessstreifen (DMS), realisiert werden. Dabei ist es auch möglich den ganzen Sturzverlauf aufzuzeichnen. Das Ganze ist so konstruiert, dass die Messeinrichtung mit Schäkel und Kauschen zwischen das Sicherungsseil und Befestigungspunkt eingebaut wird. Der Messkörper ist mit vier aktiven DMS bestückt (zwei längs, zwei quer), welche in einer Vollbrücke geschaltet sind. Versuchsablauf Im Seilpark Ropetech Bern wurde eine Versuchsanlage von 12m Aufbau der Messeinrichtung Länge aufgebaut. Als Prüf-, FallZuerst musste ein geeignetes masse diente ein Ölfass gefüllt mit Messverfahren ausgewählt werden. Sand (40 kg / 80 kg Prüfgewicht). Aus den verschiedenen Kräftemess Dieses Prüfgewicht wurde aus unprinzipien habe ich mich für das terschiedlichen Höhen und mit ver- schiedenen Anbindemitteln in das Sicherungsseil fallen gelassen. Das Messsignal wurde mittels Oszilloskop und Laptop aufgezeichnet. Auswertung Die gewonnenen Messresultate wurden in das Mathematikprogramm MathCAD eingelesen und konnten dort nun mit den theoretisch berechneten Werten ver glichen werden. Nun gilt es die Abweichungen zwischen Theorie und Praxis zu erfassen und auszuwerten. Dabei muss beachtet werden, dass im Modell der Einfluss der Bäume nicht berücksichtigt worden ist. Allein die Baumart, die Baumgeometrie, der Standort und das Erdreich verunmöglichen es praktisch, dies im Modell zu berücksichtigen. Es konnten jedoch trotzdem wertvolle Daten über die Kräfte in der Praxis gewonnen werden. Honsperger Daniel 1981 079 651 78 39 [email protected] Messeinrichtung montiert Versuchsaufbau Messkörper 30kN 155 Maschinentechnik Mécanique Anpassen einer hochdynamischen Laserschneideinheit Angewandte Lasertechnologie / Prof. Dr. Beat Neuenschwander Die Firma RayTools hat eine hochdynamische Laserschneideinheit für kleine Blank-Grössen (maximal 100 x 100mm2) als Konzeptstudie entwickelt. Das Ziel solcher Anlagen ist die Ergänzung von Stanzanlagen für relativ kleine Losgrössen, Spezialformen sowie um Werkzeugkosten zu sparen. Markant an dieser Laserschneidanlage sind die Beschleunigungen von bis zu 5g in der X- sowie in der Y-Achse. Die Regelung der Schneidkopfhöhe für den Einstechvorgang und der Blechunebenheitskorrektur, sowie die automatische Blech Zu- und Abfuhr ist für den Prototyp noch nicht entwickelt worden. Huber Matthias 1982 079 370 93 83 [email protected] In der vorangegangenen Semesterarbeit wurde ein Konzept für einen verbesserten Schneidkopf entwickelt. Auf die Problempunkte Regelung, Blechzuführung und Entsorgung der Werkstücke wurde aber nicht eingegangen. Jeder einzelne dieser Punkte ist bei bestehenden Blechschneidemaschinen bereits gelöst. D. h. es sind entsprechende Konzepte vorhanden. Aufgrund der hohen Dynamik und der sehr engen Platzverhältnisse können diese Konzepte jedoch nicht direkt auf die vorliegende Laserschneideinheit übertragen werden. 2. Priorität: Zuführung des Blechs Es ist ein Konzept für eine automatische Blechzuführung (z. B. mittels eines Coil Feeders) zu erarbeiten und eventuell zu realisieren. Die Schneideinheit ist so anzupassen, dass sie für Produktionstests eingesetzt werden kann. Dabei sind folgende Aufgaben zu lösen: 1. Priorität: Abstandsregelung zwischen Schneidkopf und Werkstück Der Abstand zwischen Schneidkopf und Werkstück muss während des Schneidvorgangs konstant 0.8mm ±0.05mm betragen. Die Regelung muss schnell genug erfolgen und es ist ein geeignetes Abstandsmesssystem in den Schneidkopf einzubauen. Die gesamte Regelung muss über die bereits bestehende Steuerung realisiert werden. Zudem muss der Schneidkopf mindestens einen Hub von 20mm fahren können, für die Gewährleistung eines sauberen Einstechvorgangs. Es steht frei, entweder den Schneidkopf oder den Arbeitstisch zu bewegen. 156 3D-Modell von Schneidkopf (keine Z-Achse) Laserschneideinheit 3. Priorität (Zusatzaufgabe): Entsorgung der Werkstücke Nach dem Schneiden müssen die Werkstücke vom Blech getrennt und zur Weiterverarbeitung aufbewahrt werden. Hierfür ist ein Konzept zu erarbeiten. Die grösste Herausforderung der Hauptaufgabe (Düsenabstand) ist ein Antriebssystem zu finden, das kompatibel mit der Steuerung, kompakt und leicht ist. Die Leistungsanforderungen an den Motor sind eher bescheiden. Aber neben dem Motor, der Bewegungseinheit und dem Schneidkopf muss auf engstem Raum eine Haltebremse, ein Messsystem für die Schneidkopfposition und ein Messsystem für den Abstand zwischen Schneidkopf und Werkstück integriert werden. Konstruktive Auslegung einer Formieranlage Maschinentechnik Mécanique Konstruktion, Automation / Prof. Urs Josi Die Vakuumkondensatoren der Firma COMET AG sind Bauteile der besonderen Art. Sie wurden für sehr hohe Spannungen, Ströme und den Einsatz unter Hochfrequenz entwickelt. Die Produktpalette umfasst Typen mit Kapazitäten von drei bis 6600 pF, höchst möglichen Strombelastungen bis 1000 Ampères und Spannungsfestigkeiten bis 90kV. Um die von den Kunden geforderte Qualität an die Spannungsfestigkeit zu erreichen, müssen alle Kondensatoren formiert werden. Kondensatoren der Mini-Cap Serie werden heute einzeln und von Hand bearbeitet. Es gilt nun eine Anlage zu entwickeln, die eine grössere Menge dieses Typs selbstständig formiert, um so einen grösseren Durchsatz und auch Schichtbetrieb zu ermöglichen. Das Formieren ist ein Prozess, welcher dem einzelnen Kondensator die Hochspannung “beibringt”. Im eigentlichen Sinne ist es ein Veredeln der Elektrodenoberfläche im Innern des evakuierten Kondensators. Mikrobereich. Durch ein Anlegen des Kondensators an eine genau definierte Hochspannung entstehen an diesen Stellen Feldüberhöhungen, was zu Überschlägen führt. Diese Überschläge setzen Energien frei, die das Kupfer an den betreffenden Stellen direkt verdampfen Die Oberfläche der einzelnen Kup- und die Elektrodenoberfläche glätferelektroden besitzt fertigungsbe- ten. dingt eine gewisse Rauhigkeit. So hat es an der Oberfläche der Elek- Im Rahmen dieser Diplomarbeit troden überall Ecken und Kanten im wurde eine Anlage konstruiert, die Prozessstruktur der neuen Anlage Prinzipmodell der Formiereinrichtung bis zu 30 Mini-Cap Kondensatoren formiert. Unter diesem Gesichtspunkt können die bisher gebundenen Ressourcen (Mitarbeiter) sinnvoll auch anderweitig eingesetzt werden. Um einen grösseren Durchsatz zu erreichen, muss diese Anlage auch den Betreib durch die Nacht (Schichtbetrieb) gewährleisten. Die erarbeitete Lösung muss also in Bezug auf die Arbeitszeit, und daraus resultierend auch auf die Kosten, nachweisbar wirtschaftlicher sein als der bis anhin manuell ausgeführte Formierprozess. Jaggi Manuel 1980 076 371 38 13 [email protected] Um zu einer konstruktiven Lösung zu gelangen, mussten zuerst Prozessstrukturen analysiert und neu definiert werden. Mit Hilfe von Anforderungsliste und der Funktionsstrukturen wurden einzelne Untersysteme gebildet, die nach einer Grobbewertung und Auswahl der Ideen zu einzelnen Komplettlösungsvarianten zusammen geführt werden konnten. Mittels weiteren Auswahl- und Bewertungsverfahren wurde eine einfache und wirtschaftliche Lösung gefunden. Die Schwierigkeit bei der Umsetzung stellt die Hochspannung dar. Alle kritischen Teile müssen isoliert oder abgeschirmt sein. Und was noch viel wichtiger ist, die Sicherheit des Mitarbeiters muss zu jedem Zeitpunkt des Prozesses gewährleistet sein. Um dies alles zu erfüllen wurde nach Normen und nach SUVA Richtlinien entwickelt. 157 Maschinentechnik Mécanique Steuerung eines Gravierplotters Mechatronik /Prof. Fritz Bircher Aus Teilen eines ausgemusterten A0-Plotters wurde in vorangehenden Arbeiten am Fachbereich Maschinentechnik ein Gravierplotter aufgebaut. Dazu wurde für die vorliegende Anlage ein Gravierkopf entwickelt, welcher hohe Einstichfrequenzen ermöglicht. Für den Antrieb der Spindel sorgt ein eigens zu diesem Zweck gebauter Druckluftmotor. Der Gravierplotter wurde nun im Rahmen der vorliegenden Arbeit mit einer Steuerung versehen und so erweitert, dass normale Schriftgravur mit vorgebbarem Text und einfache Vektorgrafiken erstellt werden können. Er soll jedoch zu einem späteren Zeitpunkt ohne zusätzliche Hardware für die Erstellung vollgrafischer, digitaler Bilder erweitert werden können. Jörg Bruno 1979 079 778 68 51 bruno_ [email protected] Aufbau des Gravierplotters Aus Teilen eines früheren A0-Plotters wurde der oben abgebildete Gravierplotter gebaut. Neuartig dabei ist der Gravierkopf, welcher als Spindelantrieb einen selbst entwickelten Druckluftmotor besitzt und mit Hilfe einer Tauchspule mit hoher Frequenz auf- und ab bewegt werden kann. Damit sollen Gravierkopf 158 später neben den klassischen Gravuren für Schrift und Vektorgrafik auch Gravuren mit hoher Dynamik für pixelorientierte, vollgrafische, hoch auflösende Digitalbilder realisiert werden können. Um im vorliegenden Projekt die später bei einer minimalen Amplitude von 2 mm geforderte Einstichfrequenz von knapp 100 Hz zu erreichen, musste in einem ersten Schritt dieser Arbeit das vorliegende System ausgemessen werden. Dabei wurde besonderes Gewicht auf die Eignung des Gravierkopfes gelegt. Es war wichtig herauszufinden, ob der gewählte Aufbau überhaupt alle Anforderungen bezüglich der geforderten Dynamik erfüllen kann. Die Messresultate zeigen, dass dies der Fall ist. Einziger Schwachpunkt ist der Druckluftmotor, der in seiner Drehzahl eher knapp dimensioniert ist und zudem Drehzahlschwankungen besitzt. Für den oben ab- gebildeten Gravierplotter wurde im Rahmen dieser Arbeit weiter eine geeignete Steuerung evaluiert und beschafft. Nach der Verdrahtung der Steuerung wurden die einzelnen Anlageteile in Betrieb genommen und die Grundfunktionen sowie der ganze Gravierablauf programmiert. Das nun vorliegende Steuerprogramm ist in der Lage, einfache Gravieraufgaben zu steuern. Damit kann der Gravierplotter Schriften und einfache Vektorgrafiken gravieren. Die ganze Steuersoftware ist modular aufgebaut. So kann als weiterführende Arbeit die Funktionalität jederzeit so erweitert werden. Entsprechend der Zielsetzung kann dann ein beliebiges Bild, z.B. aufgenommen mit einer Digitalkamera, graviert werden. Dieses wird – analog dem Ablauf bei einem Drucker – Zeile für Zeile und Pixel für Pixel auf die zu gravierende Platte eingestochen. Messungen an einer Wasserkraftschnecke Maschinentechnik Mécanique Messtechnik / Prof. Dr. Juraj Cizmar Die Nutzung von Wasserkraft im kleinen Massstab mit ökologisch vorteilhaften Energieerzeugern gewinnt durch den zunehmenden Energiebedarf immer mehr an Bedeutung und wird auch durch Förderprogramme der Behörden unterstützt. Damit wird die Investitionstätigkeit zur Nutzung der Wasserkraft durch private Kleininvestoren erleichtert. Die Wasserkraftschnecke beruht auf dem Prinzip der Archimedesschnecke und eignet sich hervorragend für den Einsatz in kleineren Fliessgewässern. Eine in der Schweiz einmalige Anlage wurde Anfang dieses Jahres in Derendingen (Kt. SO) in Betrieb genommen. Da es sich um eine Pionieranlage handelt, sind präzisere Angaben über technische und wirtschaftliche Parameter von Interesse. Um eine Evaluation des real optimalen Betriebspunkts und Aussagen über die Rentabilität der Anlage machen zu können, besteht die Hauptaufgabe in der Ermittlung der relevanten Daten der Anlage. Für die Ermittlung der Durchflussmenge wurden verschiedene Messsysteme verwendet : Die Wassermenge, welche durch die Schnecke fliesst, wird mit einer Flügelrad-Geschwindigkeitsmessung an verschiedenen Punkten im durchflosDazu wurde ein Messkonzept er- senen Querschnitt erfasst. Weiter arbeitet und die dafür notwendigen wird die Wassermenge im Bypass Messeinrichtungen installiert und mit einem eigens dafür konstruin Betrieb genommen. Teils muss- ierten Überfall gemessen, welcher ten auch die Bedingungen vor Ort weiter eine Einstellung der Fallhöhe baulich angepasst werden, um die ermöglicht. Für die Erfassung des Fehlergrössen bei den Messungen gesamten Wasseranfalls im Bach minimieren zu können. wird weiter die Salzkonzentrations- Foto des Kraftwerks – Ansicht Auslaufbereich methode angewandt – jedoch mehr als Kontrolle der beiden anderen Messmethoden. Als weitere technisch wichtige Parameter sind die mechanische und die elektrische Leistung zu nennen. Die elektrische Leistung konnte über die Energiezähler erfasst werden. Für die mechanische Leistung wurde eine Wirbelstrombremse installiert, welche die Wellenleistung nach dem Getriebe misst. Käser Jürg 1980 076 441 65 04 [email protected] Mit den genannten Methoden können nun Aussagen über Wirkungsgrad, Schluckvermögen und Teillastverhalten gemacht werden. Das natürliche Gewässer weist Schwankungen des Wasseranfalls auf, welchen die Leistung der Anlage unterworfen ist. Für die Messung der technisch relevanten Grössen über einen längeren Zeitraum werden Pegelstandssensoren installiert. Durch die während der Diplomarbeit durchgeführte Messung und den daraus gewonnenen Erkenntnissen kann über die Pegelstände auf die Leistung und den Wirkungsgrad der Anlage geschlossen werden und den Schwankungen über einen längeren Zeitraum Rechnung getragen werden. Die Messwerte der Pegelstandssensoren werden mit Hilfe der Mobilfunktelephonie ausgelesen, so dass die Daten durch den Betreiber am Heim-Computer ausgewertet werden können. 159 Maschinentechnik Mécanique Neue Generation von Kreisscheren Produktentwicklung Produktentwicklung/ Prof. Walter WalterGüller Güller/ ARYMA Maschinenbau AG, Pieterlen Die Firma Aryma Maschinenbau AG in Pieterlen stellt Kreisscheren her. Vorab für das Schneiden von Ronden und Ringen in den Werkstoffen Metall, Buntmetall und auch Kunststoff. Der Absatzmarkt hat sich in den letzten Jahren verkleinert, weil mit anderen Trennverfahren wie dem Laserschneiden konkurrenziert werden muss. Kreisscheren haben nach wie vor spezifische Vorteile ; es ist aber unabdingbar, sie technologisch auf einen neuen Stand zu bringen. Durch ein kluges Maschinenkonzept soll die Einsatzvielfalt verbessert werden. Zugleich muss das Preis-Leistungsverhältnis verbessert werden. Der Verkaufspreis soll von heute rund CHF 65’000 auf 50’000 gedrückt werden. Kissling Remo Remo Kissling 1981 079 615 1981 98 52 [email protected] 079 615 98 52 [email protected] Die Kernaufgabe besteht darin, den Oberteil der neuen Maschine zu entwerfen. Dabei soll beachtet werden, dass eine günstige, aber genügend steife Grundmaschine entsteht, die optional mit ergänzenden Betriebsstationen und Komponenten aufgerüstet werden kann. worden. Die Maschine besteht neu aus einer geschlossenen Bügelkonstruktion. Die zentrische Klemmung der Scheibe wird fest an die Konstruktion montiert. Mit Führungen, welche an der Bügelplatte montiert sind, werden die einzelnen Bearbeitungsmodule verstellt. Die Module In einem ersten Schritt sind die Be- sind in sich abgeschlossen, das arbeitungsoperationen, welche am heisst sie beherbergen alle notWerkstück vorgenommen werden, wendigen Komponenten wie die in einem Pflichtenheft definiert wor- Antriebsmotoren oder die Zylinder. den. Die Grundoperation ist das Einzig die Energieversorgung und Kreisschneiden zum Herstellen von die Steuerung sind zentral auf der Ronden und Ringen. Grundmaschine platziert. Dadurch Optionale Operationen sind das erreicht man eine modulare MaStanzen eines zentrischen Loches schinenstruktur, welche den jeweisowie eines Lochkreises. Weiter ligen Kundenbedürfnissen flexibel soll die Scheibe bordiert werden angepasst werden kann. können, und es soll eine zweite Schneideinheit zum Herstellen von In einem weiteren Schritt ist die Ringen montiert werden können. Festigkeit der Maschinenstruktur mittels Finite Elemente Methode Auf Grund dieser Vorgaben ist das überprüft und analysiert worden. neue Maschinenkonzept entworfen Dabei sind die Deformationen der Aktuelle ARYMA Kreisschermaschine 160 Bügelkonstruktion betrachtet worden, welche durch die grossen Stanzkräfte hervorgerufen werden. Es ist sichergestellt, dass durch die Deformationen keine Qualitätseinbussen beim Schneiden und Stanzen entstehen. Die Schneid- und Bordiereinheit inklusive Antriebsmotoren und Zustellzylinder sind berechnet und massstäblich entworfen. Ebenfalls ist die zentrale Spanneinheit mit der Option Stanzen eines zentrischen Loches entworfen und die Lagerung sowie der Klemmzylinder evaluiert. Das Führungssystem zur Aufnahme der Module ist entworfen und aufgezeichnet. Die Arbeit dokumentiert zudem die Herstellkosten der Grundmaschine und der optionalen Operationseinheiten. Zukünftiges Maschinenkonzept Entwicklung eines Druckkopfes für Farbgrafik Mechatronik / Prof. Fritz Bircher / aaadvanced technology GmbH, Wollerau Maschinentechnik Mécanique Werbefirmen verlangen heute nach immer grösseren Plätzen und exklusiveren Orten um ihre Werbungen zu präsentieren. Zum Beispiel Parkplätze vor Firmengebäuden, Landebahnen von Flughäfen oder Fassaden an Gebäuden. Genau diese verschiedenen Flächen sollen in Zukunft für die Werbung nutzbar gemacht werden. Bis heute können Bilder – mit dem an der HTI in Burgdorf entwickelten Druckroboter MobileJet – nur monochrom auf Bodenflächen gedruckt werden. Es gibt bisher keine Möglichkeit, bunte Bilder in beliebiger Grösse auf Bodenflächen oder an Gebäudefassaden zu spritzen. In der hart umkämpften Werbebranche ist hier ein grosses Potential vorhanden. In Sachen Werbung ist nur das Beste gut genug. Deshalb will die HTI in Burgdorf einen neuen Druckroboter entwickeln, mit welchem verschiedene Untergründe bedruckt werden können. Es sollen Strassen, Parkplätze, Landebahnen für Flugzeuge oder sogar Fassaden an Gebäuden farbig bedruckt werden. In dieser Diplomarbeit wird ein Druckkopf für den neuen Druckroboter entwickelt. Von der Konstruktion bis zur Inbetriebnahme und verschiedenen Drucktests auf einem Prüfstand ist alles vorhanden. Der Druckkopf soll möglichst leicht, schwingungsarm und stabil sein. Das Gewicht spielt eine massgebende Rolle, weil dieses ständig beschleunigt und wieder abgebremst wird. Wenn die Masse des Druckkopfes klein gehalten wird, ist das Druckverhalten hoch dynamisch. Genau gesagt heisst das, dass die Beschleunigungs- sowie die Bremsstrecken kurz werden. Infolge der kleinen Masse, wird auch der Energieverbrauch klein. In einer ersten Phase musste eine geeignete Anordnung der Düsen am Druckkopf gefunden werden. Diese ist von zentraler Bedeutung, denn je nach Aufbau sind verschiedene Vor- sowie auch Nachteile vorhanden. Wenn die Anordnung geeignet ist, können viele Probleme schon im Voraus verhindert werden. Ein schlechter Druck und schluss endlich ein unschönes Bild wäre das Ergebnis einer fehlerhaften Konstruktion. Anschliessend wurde der Druckkopf konstruiert. Eine fachgerechte Konstruktion war unumgänglich, weil sehr viele Faktoren berücksichtigt werden mussten. Um die geforderte Dynamik zu erreichen, musste das Konzept den Anforderungen gerecht werden. Auf dem Druckkopf sind 64 dieser Düsen angebracht. Somit wird es möglich sein, mit dem neuen Drucker pro Stunde ein Bild von rund 25 m2 auf den Boden zu spritzen. Der Druckkopf wurde schlussend lich auf einem Prüfstand getestet. Weil dieser nur ein Format der Grösse A3 zulässt, ist die Auflösung des Bildes sehr beschränkt. Um trotzdem ein grösseres Testbild Die verwendeten Ventile zum Sprit- zu erstellen, wurde ein Programm zen der hochviskosen Farbe arbei- geschrieben, welches es erlaubt ten mit einer Frequenz von rund Bilder zu splitten. Wenn die Teilstü250 Hz. Das heisst, pro Düse und cke dann aneinander gereiht werSekunde werden 250 Punkte auf den, ergibt sich ein grosses Bild. den Untergrund gespritzt. Bei einem Pixeldurchmesser von 2 mm ergibt dies eine Druckgeschwindigkeit von 0,5 m/s. Koch Didier 1981 079 732 80 26 [email protected] Druckkopf auf dem Prüfstand 161 Maschinentechnik Mécanique Greifersystem für Kommissionier-Roboter (roboPicker) Konstruktion / Prof. Fritz K. Güdel / Im Auftrag der Güdel AG, Langenthal Die Firma Güdel AG hat ein neues Greifer- und Robotersystem zum Patent angemeldet, welches das Umschlagen und Kommissionieren von Behältern und Gebinden in Logistikzentren und im Warehouse-Bereich erlaubt. Damit will die Firma verstärkt in den Konsumgüterbereich vorstossen. Das neuartige Konzept eröffnet diesem Robotersystem völlig neue Perspektiven in Bezug auf die Ladedichte im Warehouse und auf die Umschlagleistung des Roboters. Am Anfang erstellte ich in enger Zusammenarbeit mit der Güdel AG eine Anforderungsliste, in welcher genau festgehalten wurde, welche Gebindetypen mit dem roboPicker umgeschlagen werden müssen. Leuenberger Roger 1982 079 764 31 92 [email protected] Die Hauptaufgabe bestand nun darin, ein mechanisch möglichst einfaches und preiswertes Greifersystem zu erarbeiten, sowie die Antriebs- und Maschinenkomponenten für den Greifvorgang auszulegen. Ebenfalls zur Aufgabe gehörte die Der Vorteil des roboPickers ge- Berechnung der Eigenfrequenzen genüber herkömmlichen Geräten sowie der Verformungen mittels besteht darin, dass im Warehouse FEM (Finite Elemente Methode). eine höhere Ladedichte (ausgenützte Fläche) erreicht werden Wie auf der Zeichnung zu erkenkann. Sie wird erreicht, indem der nen ist, wird ein Greifsystem in den roboPicker die Gebinde, im Gegen- Schwertern (104, 105) sowie auch satz zu marktüblichen Geräten, nur im Zwischenspeicher (108, 109) anauf 2 Seiten greift. So können die gebracht. Aus Sicherheitsgründen Gebinde auf den anderen Seiten war vorgegeben, dass sowohl im näher zusammengestellt werden, Schwert-, wie auch im Zwischenwodurch mehr Gebindestapel in speicher mechanische Untergriffein Warehouse passen, was einen Systeme ein sicheres Halten der Vorteil für den Kunden darstellt. Gebinde in allen Betriebszuständen gewährleisten. Schematischer Aufbau des roboPickers 162 Nach diversen Abklärungen und Recherchen konnte ich so genannte aufblasbare Dichtungen, welche mit Druckluft aufgeblasen werden, für den Zwischenspeicher vorsehen. Die Greifvorrichtung im Schwert konnte ebenfalls so ausgelegt werden, dass während des ganzen Betriebes die Sicherheitsvorschriften eingehalten werden können. Integrierender Bestandteil der Greifervorrichtung war eine so genannte Abstoss-Vorrichtung. Beim Aufeinanderstapeln vereinzelter Gebinde verkeilen sich diese ineinander. Die Abstoss-Vorrichtung verhindert nun beim Laden des Gebindes, dass das nächst untere Gebinde durch die Verkeilung auch in die Höhe gehoben wird. Detaillierte Ansicht des Greifers Laserstrahlformung zur Oberflächenbehandlung Maschinentechnik Mécanique Produktionstechnik / Prof. Fritz K. Güdel, Dr. Phys. Jürg Steffen Laser in der Produktionstechnik erzeugen Strahlen unterschiedlicher, im Allgemeinen axialsymmetrischer, Intensitätsverteilungen. Wird bei der Oberflächenbehandlung von Metallen eine grössere Fläche mit einem runden Strahl überfahren, entstehen über eine Härtespur ungleiche Einwirkdauern. Zudem reproduziert die Oberflächentemperatur die radiale Intensitätsverteilung. Dies führt zu ungleichmässigen Härteprofilen. Der somit für Härteaufgaben ungünstige Rohstrahl kann durch den Einsatz einer brechenden ZnSe-Facettenoptik oder einer reflektiven, modulierten Paraboloptik geformt werden. Die Aufgabenstellung Ziele dieser Diplomarbeit sind es, die beiden Strahlformungssysteme sowie die Härteprozesse, mit Rohstrahl und mit geformtem Strahl, einander gegenüberzustellen. Um mit der Linse und den Spiegeln arbeiten zu können, muss die Adap tion an die CO2-Laserschneidanlage realisiert werden. Simulationen und Berechnungen der Wärmeleitung gaben Aufschluss über die durch Rechteckstrahlen erzielten Temperaturverläufe im Werkstück sowie über maximale Prozesstemperaturen. Messungen der Intensitätsverteilungen nach den eingesetzten Optiken und praktische Härteversuche mit anschliessender Analyse ermöglichen es, die angestrebten Vergleiche anstellen zu können. Die Strahlformungssysteme Das Funktionsprinzip der Facettenlinse beruht auf der Brechung. Der Laserstrahl wird in einzelne quadratische Zonen aufgeteilt. Jede dieser Zonen wird durch die Linse so gebrochen, dass alle Zonen in einer Ebene zusammenfallen. Die überlagerten Wellen sind weiterhin kohärent. Dadurch entstehen markante Interferenzerscheinungen. Bei der Wechselwirkung mit der Werkstückoberfläche führt dies zu ungleichmässiger Wärmeeinbringung und dadurch auch zu Inhomogenitäten im Härteverlauf über eine Spur. Die Linienintegratorspiegel teilen den Rohstrahl nicht auf. Durch die Grundform, in einer Ebene parabolisch in der anderen zylindrisch, wird der Laserstrahl fokussiert. Die Modulation der Parabel bewirkt Reflektionen unter ungleichen Winkeln. Dadurch kann die Form sowie die Homogenität des Laserstrahls in der Arbeitsebene in einer Richtung beeinflusst werden. Durch Überlagerung von Teilstrahlen in der Bearbeitungsebene entstehen wieder Interferenzstrukturen. Meier Marc André 1983 079 771 78 03 Das Laserhärten Die Wärmeeinbringung lässt die im Stahl in Karbiden gebundenen CAtome in den Fe-Kristall diffundieren. Es entsteht Austenit. Die hohe Abkühlrate durch Selbstabschreckung bewirkt, dass der Kohlenstoff in Zwangslösung verbleibt. Die Kristallgitterstruktur verzerrt sich, es ist harter Martensit entstanden. Das Härteergebnis kann durch die Parameter Einwirkdauer und Intensität beeinflusst werden. Es darf aber nicht die Schmelztemperatur durch zu hohe Intensität und/oder zu lange Einwirkdauer überschritten werden. Ist die Einwirkdauer zu kurz, kann kein oder nur geringfügig Kohlenstoff diffundieren und keine vollständige Martensitphase entstehen. Kriterium für eine homogene Härtung ist der Ausgleich der lokalen Temperaturspitzen von den Interferenzen während der Einwirkdauer. [email protected] Strahlformungssysteme im Vergleich 163 Maschinentechnik Mécanique Optimierung eines Ventils für hochviskose Fluide Konstruktion und Entwicklung / Prof. Dr. Reinhold Krause In der Industrie sucht man täglich nach praktischen Lösungen um hochviskose Medien präzise zu dosieren. Die Grundlage für die strömungstechnischen Berechnungen liefern Navier-Stokes und Bernoulli. Die Gleichungen von Bernoulli gelten vorwiegend für newtonsche Fluide. Anhand von praktischen Versuchen zeigen wir, wie sich eine nicht-newtonsche Flüssigkeit (Glyzerin) in einer Düse verhält. Die aus den vorgenommenen Berechnungen gewonnenen Erkenntnisse werden umgesetzt, indem eine strömungstechnisch verbesserte Düse konstruiert und in Betrieb genommen wird. Meier Stefan 1979 078 744 55 07 [email protected] 164 In der Mikrofluidik gibt es noch viele Unklarheiten betreffend des Verhaltens von Flüssigkeiten. In der Industrie wird täglich nach Lösungen gesucht, Flüssigkeiten möglichst einfach und präzise zu dosieren. Das Strömungsverhalten von niederviskosen Flüssigkeiten, wie Wasser oder dünnflüssiges Öl sind relativ einfach zu berechnen. Die Berechnungen für hochviskose Fluide sind hingegen komplexer. Hier müssen Scherkräften und Wandreibungen Rechnung getragen werden. Die Grundlage für solche Berechnungen liefern Navier-Stokes und Bernoulli. Die Bernoulli-Druckgleichung ist im Grunde eine Vereinfachung von Navier-Stokes und gilt nur für newtonsche Fluide. Bei Glyzerin handelt es sich allerdings um eine nicht-newtonsche Flüssigkeit. Hier müssen zusätzlich Energiebetrachtungen angestellt werden. Das an der HTI entwickelte Piezoventil Versuchsaufbau zur Ermittlung der kinetischen Energie von Tropfen In dieser Diplomarbeit geht es darum, das Verhalten von hochviskosem Glyzerin in einer Düse zu untersuchen und die Düse strömungstechnisch zu verbessern. Mittels eines Piezo-Ringaktors wird die Düse ausgelenkt, wodurch sich Glycerin in einer Vorkammer ansammelt. Wird der Piezoaktor wie- der entspannt, schnellt die Düse zurück, wodurch das angesammelte Glyzerin ausgestossen wird. Mit einem liegenden Tropfen aus Glyzerin und Silikonöl wird der Kontaktwinkel auf der Oberfläche verschiedener Materialien gemessen. So wird ermittelt, welches der ausgemessenen Materialien sich am besten zur Konstruktion einer Düse eignet. Das Material sollte hydrophob sein, damit sich wässerige Flüssigkeiten gut ablösen. Die Hydrophobie eines Materials lässt sich im polaren Anteil der Oberflächenenergie erkennen, welche mit der Methode des liegenden Tropfens berechnet werden kann. Diodengepumpter Q-Switch-Laser Maschinentechnik Produkteentwicklung / Prof. Roland Hungerbühler, Prof. Giuliano Soldati / RayTools AG, Burgdorf Mécanique Materialbearbeitung mittels Laser ist heute in vielen Anwendungsfällen bereits Stand der Technik. In der Mikrostrukturierung und Feinstbearbeitung von zum Teil neuartigen Materialien ist nach wie vor ein sehr grosses Entwicklungspotenzial vorhanden. Zur Erforschung von Laserapplikationen lässt die HTI in Burgdorf von der Firma RayTools AG ein speziell auf ihre Bedürfnisse zugeschnittenes Lasersystem herstellen. Ziel der Diplomarbeit ist die Umsetzung eines anhand von Berechnungen erstellten Resonatordesigns in ein entsprechendes Produkt. Festkörperlaser erreichen gute Strahlqualität nur bei grossen Resonatorlängen. Dies führt zu einem schmalen optischen Stabilitätsbereich und zu einer hohen Anfälligkeit auf mechanische Beeinflussungen. Um den Laser bei verschiedenen Leistungen betreiben zu können, müssen zudem thermische Effekte in den Laserstäben leistungsabhängig kompensiert werden. Anhand von Berechnungen und Laborversuchen wurde durch die Physiker der RayTools AG eine Modellanordnung des Lasers entworfen. Dieses Modell beschreibt die verwendeten optischen Komponenten sowie deren Abstände zueinander und bildet die Grundlage für die Gestaltung der Laserquelle. Um die hohen Anforderungen an Stabilität und Genauigkeit des Resonators zu erfüllen, wurden die möglichen Störeinflüsse, wie thermische Ausdehnung, mechanische Nd:YAG-Pumpkavitäten / RayTools AG Schwingungen und Verzugsempfindlichkeit, detailliert untersucht und eine darauf unempfindliche Bauform gewählt. ken und Abschirmungen an den Pumpkavitäten vorgesehen. Auch die Pumpkavitäten selbst und der akustooptische Modulator sind wassergekühlt. Bei der Auslegung Herzstück der Struktur ist eine der Wärmetauscher wurde auf eine hochsteife Honeycomb-Platte. Auf möglichst effiziente Nutzung des dieser Platte werden die optischen Leitungswassers im RückkühlkreisKomponenten angeordnet. Sämt- lauf geachtet. liche Komponenten wurden so ausgelegt, dass die optischen Ele- Damit das System abgeschlossen mente in den jeweils notwendigen werden kann und optisch anspreFreiheitsgraden und mit der erfor- chend aussieht, wurde ein entsprederlichen Genauigkeit justiert und chendes Metallgehäuse entworfen. arretiert werden können. Um einen reibungslosen Ablauf des Zur Kompensation der thermischen Projekts zu gewährleisten war es Effekte können zwei Linsen präzise notwendig, die zur Verfügung steentlang der optischen Achse ver- hende Zeit sehr effizient einzuteilen. schoben werden. Die Konstruktion Die Konzeptphase musste dementeiner geeigneten Mechanik war ein sprechend straff gehalten werden, sehr spannender Teil dieser Aufga- um schnell mit der Beschaffung be. zugekaufter Komponenten und der Konstruktion beginnen zu können. Zur Minimierung thermischer Ein- Während des ganzen Projekts durfflüsse auf die Struktur, wurden spe- ten nie die Kosten und der Zeitplan zielle wassergekühlte Wärmesen- aus den Augen verloren werden. Minder Bruno 1980 079 616 18 61 [email protected] CAD-Modell des Lasersystems 165 Maschinentechnik Mécanique Standardsoftware für Handlingmodule Steuerungstechnik / Prof. Daniel Debrunner Handlingmodule sind kompakte Bauteile, die je nach Bauform unterschiedliche Bewegungen ausführen. Sie lassen sich im Baukasten-Prinzip zusammenstellen. Um die Handlingmodule anzusteuern, braucht es eine Steuerung und ein entsprechendes Steuerprogramm. Um bei grösseren Automatisierungsanlagen Programmierzeit zu sparen, empfiehlt es sich standardisierte Bausteinprogramme zu verwenden. Das Ziel der Diplomarbeit liegt darin, ein auf modularen Bausteinen basiertes Programm zu schreiben. Bei dieser Arbeit wird als Steuerung eine Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) von der Firma SIEMENS verwendet. Das Steuerungsprogramm wird in der Programmiersprache S7-GRAPH geschrieben. Mirabile Gerlando 1979 079 745 09 10 [email protected] Aufgabe Modulare Standardsoftware-Bausteine für Handlingmodule schreiben. Die Softwarebausteine sind anschliessend in einer Automatisierungsanlage zusammenzustellen und zu testen. Eine bereits montierte “Pick and Place”-Station wird von der HFT Biel zur Verfügung gestellt. Steuerung und Programmiersprache Es wird eine Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) S7-300 von SIEMENS verwendet. Als Programmiersprache für das Steuerprogramm wird S7-GRAPH (Ablaufsteuerung) gewählt. Da sie einer graphischen Ablaufkette entspricht, ist S7-GRAPH für Handlingmodule ideal geeignet. Die StandardbauHandlingmodule steine werden mit der FunktionsUnter dem Begriff Handlingmodule plansprache (FUP) geschrieben. sind kompakte Bauteile zu verste- S7-GRAPH und Funktionsplan gehen, die je nach Bauform unter- hören zum STEP 7-Paket der Proschiedliche Bewegungen ausfüh- grammiersprachen von SIEMENS. ren. Mit den verschiedenen Linear-, Dreh- und Greifer-Handlingmodu- Vorgehen len lassen sich sowohl ein- als auch Nach der Entgegennahme der “Pick mehrachsige Handlingsysteme aus and Place”-Station ist eine korrekte dem Baukasten konzipieren. Verkabelung und Anschliessen an Linearmodul 166 “Pick and Place”-Station der HFT die Steuerung zu gewährleisten. Es müssen sämtliche teilnehmenden Bauteile richtig angesteuert werden. Danach werden Testprogramme geschrieben, die jedes einzelne Bauteil ansteuern und testen. Nach dem Testen werden die Standardsoftware-Bausteine für die modularen Funktionen entwickelt. Lösung Die fertigen Softwarebausteine werden zu einem vollständigen Programm zusammengefügt. Als Resultat ist ein Steuerprogramm vorhanden, welches auf mehrere modulare Bausteine zugreift. Die Anlage und das Programm können jederzeit, ohne grösseren Aufwand, mit weiteren Handlingmodulen ergänzt werden. Produktivitätssteigerung durch Fliessfertigung Maschinentechnik Mécanique Produktion und Verfahren / Prof. Fritz K. Güdel Fliessfertigung ist ein Fertigungsverfahren, bei dem Arbeitsplätze und Maschinen entsprechend der Folge der Arbeitsverrichtungen angeordnet sind und die Werkstücke oder ganze Maschinen dieser “Fliessstrasse” entlang wandern. Das Fluss-Prinzip verkürzt die Durchlaufzeiten und senkt die Umlaufbestände, benötigt weniger Produktionsfläche, steigert die Flexibilität sowie vorhandene Kapazitäten werden optimal ausgelastet. Da die verschiedenen Arbeitsschritte bis zum fertigen Produkt nahtlos ineinander übergreifen müssen, ist es wichtig die ganze Prozesskette mit einzubeziehen, neben der Produktion auch die Supply Chain und die Administration. Produktion bewiesen. Damit bei den Materialanlieferungen sowie deren Qualität und Administrativen Abläufen die Verschwendungen auch eliminiert werden können, muss der Ansatz von Lean Supply Chain und Lean Administration miteinbezogen werden. Hier kommt dann endgültig die Komplexität aller Zusammenhänge einer Unternehmung zum Tragen. Anhand eines aktuellen Startup Montageprodukts, haben wir eine Ist-Analyse durchgeführt und mit Hilfe des Wertstromdesigns Verschwendungen sichtbar gemacht. Hier heisst es sehen lernen. Verschwendungsarten : - Transport - Bestände - Überproduktion - Wartezeiten - unnötige Arbeitsschritte - Ausschuss/Nacharbeiten - Wege - Mehrfacheingabe von Daten Wertstromdesign ist eine Methode, um eine ganzheitliche Verbesserung der Wertschöpfungskette zu erreichen. Mit dieser wird eine reibungslose und zugleich effiziente Steuerung der Materialflüsse in der Produktion aufgezeigt. Um eine stetige Verbesserung zu erhalten, ist es unbedingt notwendig nach Plan-Do-Check-Act vor zu gehen. Durch die Gruppenarbeit konnten wir das interdisziplinäre Arbeiten im Team unter Beweis stellen. Dabei ist es wichtig eine einheitliche Datenstruktur zu pflegen, regelmässig Wissensstandpunkte auszutauschen und das weitere Vorgehen abzustimmen. Im Speziellen behandelte Herr Preisig die Supply Chain und Herr Mühlemann die Produktion. Nächste Idee umsetzen oder Standardisieren (Act) Ideen für Verbesserung des Ist-Zustandes planen (Plan) Hat sich gewünschte Verbesserung eingestellt? (Check) Umsetzen (Do) Standard Zeit Mühlemann Marco 1977 [email protected] Preisig Peter 1967 [email protected] Verbesserung Ziel unserer Diplomarbeit war es, dass notwendige Wissen über Fliessfertigung anzueignen, den Ablauf einer Fliessfertigung zu visualisieren und anhand der Problematiken an den notwendigen Prozessschritten, Standards wie Checklisten und als Kern einen Aktionsplan zu erstellen. Kontinuierlicher Fluss gehört zu den Grundprinzipien des Lean Management, welches dem Toyota-Produktionssystem zu Grunde liegt. Lean bedeutet mehr als nur schlank oder mager. Mit Lean sollen Werte ohne Verschwendungen geschaffen werden. Unser Auftraggeber, die Firma Stoppani AG in Neuenegg, ist der Outsourcing-Partner für Systembau und eliminiert seit Anfangs 2004 Verschwendungen in der Montage. Unter Lean Production wurde die Funktionalität vom Fliessen in der - überflüssige Funktionalität von ERP- und Supply Chain Management Systemen - Aufwand der Datenpflege Das Deming Rad über Kontinuierliche Verbesserung 167 Maschinentechnik Mécanique Analyse der Steifigkeit einer Verzahnungsmaschine Dynamische Systeme / Prof. Martin Züger Noch häufig bilden Intuition, Erfahrungswerte und Handrechnungen die Dimensionierungsgrundlage bei der Entwicklung von Systemkomponenten im Werkzeugmaschinenbau. Die für die Handrechnung getroffenen Annahmen und Vereinfachungen enthalten erfahrungsgemäss grosse Sicherheiten und führen zu überdimensionierten Strukturauslegungen. Durch Simulation des Strukturverhaltens mittels Finiteelementeanalyse (FEM) können diese versteckten Sicherheiten reduziert und Überraschungen bei Prototypenversuchen ausgeschlossen werden. Oertle Reto 1978 078 648 40 35 [email protected] 168 Ausgangslage Die Firma CADMO AG befasst sich mit der Forschung und Entwicklung von Wälzfräsmaschinen im Verzahnungssegment. Im Herbst dieses Jahres wurde eine neue Prototypenmaschine fertiggestellt. Die Maschinenanforderungen im Bereich der Konturtreue und der Repetitionsgenauigkeit bedürfen einer hohen Eigensteifigkeit der Systemkomponenten. Spezielle Anforderungen werden vor allem an den Maschinenständer gestellt. Er nimmt die vom Fräser erzeugten Schnittkräfte auf und leitet diese weiter in das Maschinenbett. Nebst den hohen Schnittbelastungen wird der Maschinenständer durch seine Funktion als Verfahrelement zusätzlich dynamisch Belastet. Mittels FEM-Analyse, soll nachträglich das Strukturverhalten auf seine Schwachstellen hin untersucht werden. Ziel der Diplomarbeit - Zur Überprüfung der Prozessfähigkeit wird eine Deformationsund Spannungsanalyse des Maschinenständers mittels FEM durchgeführt. - Berechnung und Nachweis der Lebensdauer und der statischen Tragsicherheit für das eingesetzte Linearführungssystem. - Um den Einfluss der Störfrequenzen zu erfassen, werden die Eigenfrequenzen des Systems in Abhängigkeit der verschiedenen Belastungszustände ermittelt. - Im Hinblick auf die Weiterentwicklung der Prototypenmaschine werden Vorschläge für eine steifigkeitsoptimierte Gestaltung des Maschinenständers erarbeitet. Umsetzung Damit der Einfluss der unterschiedlichen Arbeitspositionen beurteilt werden konnte, wurde die Berechnung der Auflagekräfte parametrisiert aufgebaut. Die Umsetzung der Berechnung geschah mit der Mathematiksoftware Math-CAD. Aus den Berechnungsresultaten resultierte ein kritischer Betriebszustand, der die Grundlage für die FEM-Analyse bildete. Gestützt auf die Handrechnungsresultate erfolgte die Verifizierung der geforderten Werte für die Lebensdauer und die statische Tragsicherheit. Der Aufbau des FE-Modells beinhaltete die Berücksichtigung der Elastizitäten der Verbindungselemente. Basierend auf Qualitätsund Plausibilitätsaussagen resultierte der quantitative Nachweis des Strukturverhaltens. Gleitschirm : Optimierung des Gurtzeugs mit CFD Maschinentechnik Mécanique Fluidmechanik / Prof. Dr. Kurt M. Graf / ADVANCE Thun AG Mit den heutigen Gleitschirmen kann man in reinen Gleitflügen bei gleichen Ausgangshöhen etwa 3-4mal so weit fliegen wie mit einem Schirm aus den Pionierzeiten. Die Leistungsverbesserungen wurden dabei durch Optimierungen der Flügel- und Profilformen, höhere Streckungen und die Reduzierung des Leinenwiderstandes erreicht. Die Widerstandsreduzierung des Piloten inklusive des Gurtzeugs wurde dagegen noch nicht systematisch in Angriff genommen. Die Firma ADVANCE sieht deshalb speziell für den Hochgeschwindigkeitsbereich im Wettkampf noch ein hohes Verbesserungspotenzial durch aerodynamisch optimierte Gurtzeug-Pilotensysteme. Es gibt zwar bereits Wettkampfgurtzeuge mit Beinverkleidungen und aerodynamisch günstig geformten Rückenteilen. Diese sind jedoch in der Regel nicht als Resultat einer aerodynamischen Optimierung, sondern meist durch intuitiv aerodynamisch günstige Formgebungen entstanden. Mit der Diplomarbeit sollte eine Basis für eine systematische aerodynamische Optimierung des Gleitschirm-Gurtzeugs gelegt werden. Dazu soll ein Standard-Wettkampfgurtzeug mit CFD-Methoden (Computational Fluid Dynamics) ana- lysiert werden. Anpassungen der Geometrie an die Vernetzungsbedingungen und das Erzeugen eines Rechennetzes mit ausreichender Qualität sind die ersten Arbeitsschritte. Die Randbedingungen für die Berechnung (Fluggeschwindigkeit, Gleitwinkel) werden von der Firma ADVANCE zur Verfügung gestellt. Aufgrund von Literaturwerten und früheren Messungen aus dem Windkanal kann der zu erwartende Widerstandsbeiwert Cw abgeschätzt und für die Bewertung der Rechenergebnisse verwendet werden. Die Resultate aus den CFD-Simulationen werden dann in weiterführende Berechnungen mit dem ganzen Gleitschirm-System einfliessen. Weiter dient dieser Widerstandsbeiwert auch als Referenz im Vergleich mit neuen Gurtzeugen. Wenn möglich sollen auch die Auswirkungen auf den Luftwiderstand im beschleunigten Flug (höhere Geschwindigkeit, grösserer Gleitwinkel) und bei falschen GurtzeugEinstellungen untersucht werden. Reusser Rino 1982 079 754 55 71 [email protected] Auf Grund der grafischen Darstellung von Druckverteilung, Strömungslinien und Geschwindigkeitsvektoren können die Problemstellen lokalisiert werden. Weiter soll auch ein Prototyp mit Vollverkleidung simuliert werden, um das Ausmass der Optimierungen gegenüber dem Standard-Wettkampfgurtzeug abschätzen zu können. Als Resultat der Simulations-Ergebnisse und den Erfahrungen mit dem Prototypen kann dann eine aerodynamisch optimale Form des Gurtzeugs ermittelt werden. Das neue Gurtzeug wird voraussichtlich in der nächsten WettkampfSaison zum Einsatz kommen. Strömungslinien um ein Wettkampfgurtzeug mit Beinverkleidung 169 Maschinentechnik Mécanique Charakterisierung von Nitrocarburierproben Werkstoffe / Prof. Jean Martin Rufer / Adrian von Känel Oft werden auf Verschleiss beanspruchte Bauteile zur Erhöhung der Verschleissbeständigkeit nitrocarburiert. Die so behandelten Bauteile können aus unterschiedlichsten Eisenwerkstoffen sein. Auch die Nitrierbehandlung kann sehr unterschiedlich ausgeführt sein. In Grundlagenversuchen soll nun auf zwei ausgewählten Stählen das Verschleissverhalten bestimmt werden. Diese Proben werden mit verschiedenen Parametern nitrocarburiert. Zudem wird ein Vergleich mit den Nitrocarburierparametern aus verschiedenen Lohnhärtereien gemacht. In erster Linie interessiert vor allem der Kohlenstoff- und Stickstoffgehalt in der randnahen Oberfläche und deren Auswirkung auf das Verschleissverhalten. Schlup Reto 1980 079 746 90 60 [email protected] Nach DIN EN 10052 versteht man unter dem Begriff Nitrocarburieren ein thermochemisches Behandeln zum Anreichern der Randschicht eines Werkstücks mit Stickstoff und Kohlenstoff unter Bildung einer Verbindungsschicht. Unter der Verbindungsschicht befindet sich eine mit Stickstoff angereicherte Diffu sionsschicht. Mit dem Nitrocarburieren wird, bei Werkstücken und Werkzeugen aus Eisenwerkstoffen das - Verschleissverhalten - Festigkeitsverhalten - Korrosionsverhalten (ausgenommen korrosionsbestän dige Stähle) verbessert. schicht, Kohlenstoffgehalt und Ver- abgegeben. Diese wurden in einer lauf, Stickstoffgehalt und Verlauf normalen Charchierung der jeweiusw. abhängen. ligen benutzten Öfen nitrocarburiert und von uns ausgewertet. Die An der HTI führen wir das Nitro- ersten Ergebnisse zeigen auch hier, carburieren in einem Glockenofen dass doch einige Unterschiede in und mit Kohlenmonoxid durch. Lei- den Resultaten bestehen. Zudem der konnten in diesem Ofen keine habe ich bemerkt, dass die beiden befriedigenden Resultate erzielt Stähle nicht immer gleich gut auf jewerden. Deshalb haben wir eine des Verfahren ansprechen. In den kleine Versuchsanlage mit Glasre- angefragten Lohnhärtereien wird torte aufgebaut, in welcher nun die meist mit Endogas gearbeitet welGrundlagenversuche durchgeführt ches Kohlenmonoxid, an Stelle von werden. Kohlendioxid, beinhaltet. Untersucht wird vor allem der Verlauf und Gehalt an Stickstoff und Kohlenstoff. Diese Messungen machen wir mittels GDOS (Glimmentladungsspektroskopie). Zur Kon In dieser Arbeit geht es nun darum, trolle der Werte werden im Metallodas Verschleissverhalten in Funk graphielabor zusätzlich Schliffbilder tion von verschiedenen Parametern und Härteverläufe gemessen. zu erhalten. Verschleiss kann von vielen Parametern wie zum Bei- Zusätzliche Proben der beiden Testspiel Nitrierhärtetiefe, Verbindungs- stähle wurden an Lohnhärtereien Randschicht eines 42 CrMoS4 nach 8h Nitrocarburieren 170 Nun gilt es zu prüfen, ob wir mit Kohlenmonoxid dieselben Werte, bezüglich Kohlenstoff und Stickstoff, erhalten wie die Industrie. Der nächste Schritt wäre dann, die verschiedenen Teile mit Hilfe von Tribometern auf das Verschleissverhalten zu prüfen und in Zusammenhang mit den Verfahrensparametern zu bringen. GDOS Werte eines 42CrMoS4 nach 8 h Nitrocarburieren Messen der Abstreifkräfte beim Feinschneiden Maschinentechnik / Prof. Heinrich Schwarzenbach, Prof. Dr. Peter A. Neukomm / Feintool Technologie AG, Lyss Maschinentechnik Mécanique Die beim Feinschneiden zum Auswerfen der Werkstücke benötigte Abstreifkraft wird heute mit 8 bis 15 % der Schneidkraft angenommen. Es wird jedoch vermutet dass dieser Wert in Wirklichkeit viel tiefer liegt. Zur besseren Auslastung der Maschine und Vereinfachung der Konstruktion sowie der Werkzeugelemente, will die Firma Feintool in Zusammenarbeit mit der ETH Zürich und der HTI in Biel ein Modell entwickeln, mit welchem diese Kräfte berechnet werden können. Ausgangslage Mithilfe der ’Finite Elemente Methode’ FEM wird die Bearbeitung des Werkstückes simuliert. Die Einflüsse der verschiedenen Faktoren (Material, Schneidespalt, Geometrie usw.) müssen jedoch an einem mit Kräfte-Sensoren ausgestatteten Werkzeug experimentell erfasst werden. Messtrecke vom Messbolzen über die Datenaufbereitung bis zur Datenverarbeitung speziell für diese Anwendung entwickelt und gebaut. Konzept: möglichst einfach und nur so genau wie nötig Dieses Ziel hat mich während der ganzen Diplomarbeit begleitet. Die dabei entstandene Lösung ist sehr einfach, aber zuverlässig. Die zu messenden Kräfte wirken über Bolzen auf das Werkzeug. An diesen Bolzen wird mit Dehnungsmessstreifen die Stauchung gemessen, womit auf die wirkende Kraft geschlossen werden kann. Die Vorteile dieser Messvorrichtung sind gross. Das Messwerkzeug ist werkstatttauglich, flexibel einsetzbar und kostengünstig. Das Entwickeln eines Konzeptes für diese Messung war Inhalt der Semesterarbeit. Die Diplomarbeit umfasst das Umsetzen und Ergänzen des Konzeptes. Dabei habe ich die ganze Das Messgerät beinhaltet drei Teile : 1. Der Messbolzen mit den Dehnungsmessreifen, Sensor (Mechanik, Festigkeitslehre) 2. Die Signalaufarbeitung (Elektronik) 3. Die Datenverarbeitung und Darstellung, DAQ (Informatik) Der Druckmessbolzen ist zweiteilig aufgebaut. Im Inneren ist der eigentliche Messbolzen, der mit einem relativ kleinen Querschnitt eine grosse Stauchung je Krafteinheit erfährt. Damit sich der Bolzen während des Schneidprozesses durch die dabei auftretenden maximalen Kräfte nicht plastisch deformiert, übernimmt ab einer gewissen Stauchung eine Hülse ca. 80 % der Kraft. Die Stauchung wird mittels Dehnungsmesstreifen DMS gemessen. Die Messstreifen sind in einer Vollbrücke geschaltet, wobei gegenüberliegend immer ein DMS längs und ein DMS quer zum Bolzen an- geordnet sind. So kann über die beiden Längs-DMS die Biegung kompensiert werden und mit den beiden Quer-DMS die Auslenkung erhöht, aber auch die Temperatur kompensiert werden. Das daraus entstandenen Signal wird in einer ersten Stufe so nahe wie möglich am Werkzeug aufgearbeitet und verstärkt. Des Weiteren ist das ganze Gerät EMV tauglich gebaut, damit die Signale nicht durch magnetische Wechselfelder von Motoren oder Stromleitungen gestört werden. Im zweiten Gehäuse, ausserhalb des Werkzeugraumes, befinden sich die Daten-Akquisition und die Gerätespeisung. Die Übertragung zum Computer erfolgt über USB. Dort können die Daten auf einer einfachen Maske, welche mit LabVIEW programmiert wurde, ausgewertet und dargestellt werden. Mit dem entwickelten Messsystem wurde die Grundlage für die empirische Ermittlung der Abstreifkräfte in Funktion der Einflussfaktoren wie Geometrie, Materialstärke, Werkstückgrösse usw. geschaffen. Mit diesen Resultaten kann die Werkzeugauslegung und Maschinenaus wahl optimiert werden. Druckbolzen mit Hülse Werkzeug mit eingebauten Druckbolzen Druckbolzen mit Dehnungsmesstreifen Schneeberger Marc 1981 078 676 30 88 [email protected] 171 Maschinentechnik Mécanique Messmittelfähigkeitsanalyse im Systementwurf Messtechnik / Prof. Roland Hungerbühler / Disetronic Medical Systems AG Die Firma Disetronic gehört seit 2003 zur Geschäftseinheit Roche Diabetes Care der Division Roche Diagnostics. Disetronic ist einer der führenden Hersteller von Insulinpumpen, zur Therapie von Diabetes. Die Branche der Medizinaltechnik kennt viele Normen, speziell für Produktion und Fertigung. Eine dieser Vorschriften verlangt, anhand eines Nachweises zu doku-mentieren, dass die in der Produktion eingesetzten Messsysteme zuverlässige Werte liefern. Diese werden mit den in der Produktspezifikation festgelegten Grenzwerten verglichen. Somit entsteht eine solide Entscheidungsgrundlage zur Überprüfung der Funktionen. Dadurch wird sichergestellt, dass das Produkt einwandfrei arbeitet. Schoen Pamela 1978 078 845 12 99 [email protected] Das Ziel dieser Diplomarbeit ist, eine Grundlage zum Erstellen eines allgemeinen Arbeitsablaufs für die Entwicklung solcher Messsysteme bereitzustellen ; das bedeutet auch die Interaktion zwischen dem Produktenentwicklungsprozess (PDP) und dem Messsystementwicklungsprozess (MDP). Um ein Messsystem herstellen zu können, müssen alle Spezifikationen des zu prüfenden Produktes vorhanden sein. Das beeinflusst u. a. die Entscheidungsgrundlage, mit der die richtige Messmethode und somit das richtige Messgerät ausgewählt werden soll. Als Richtlinie dient der Leitfaden zum “Fähigkeitsnachweis von Mess systemen”, der sich auf die Richtlinie QS-9000 (MSA)1 stützt. Sie wurde von verschiedenen grossen Automobilherstellern und ihren Zulieferern verfasst und ist somit in der Automobilindustrie Standard. Viele andere Branchen lehnen sich an diese Richtlinie an. Dieser im Leitfaden dargelegte allgemeine Ablauf, soll als Ziel der Arbeit dem Entwicklungsprozess der Messsysteme in der Disetronic angepasst werden. Ein Messsystem ist dann tauglich, wenn es die Grenzwerte der in der Richtlinie beschriebenen Verfahren erfüllt. Im Verfahren 1 wird das Messsystem selbst auf seine Wiederholpräzision und systematische Messabweichung anhand eines Normals unter Betriebsbedingungen untersucht. In den quasi identischen Verfahren 2 und 3 wird je die Wiederhol- und Vergleichspräzision anhand mehrerer Prüfteile untersucht. Die Verfahren 2 und 3 unterscheiden sich lediglich in der Berücksichtigung des Bedienereinflusses. (Verfahren 3 : vollautomatisierte Messsysteme ohne Bedienereinfluss ; Verfahren 2 : manuelle Tests mit Bedienereinfluss). Das Verfahren 4 wird dort angewendet, wo die Linearität über den Messbereich analysiert und sichergestellt werden muss. Anhand eines vorhandenen Prüfsystems wurde der Ablauf probehalber ausgeführt. Insbesondere die Verfahren 1 und 3. Geprüft wurde die Anwendbarkeit des allgemeinen Ablaufes unter DisetronicBedingungen. Zur Prüfung verschiedener komplexer Funktionen der Pumpe existieren keine allgemeingültigen Normalen. Zum Beispiel lassen sich die Dichtigkeit oder die Schwingungen des Vibrators nicht mit herkömmlichen industriellen Normalen prüfen. Weiter muss der Entwicklungsprozess des Messsystems parallel zum Entwicklungsprozess der Pumpe erfolgen. Somit ist der allgemeine Ablauf nach QS-9000 (MSA) nur ein Teil des Messsystementwicklungsprozesses der Dise tronic. Wechselnde Produktespezifikationen wie Toleranzangaben und die Erstellung von Normalen (Einstellmeistern) und die empirische Ermittlung von Grenzwerten müssen auch noch berücksichtigt werde. ) MSA = Measurement System Analysis 1 172 Entwicklung einer mobilen Espressomaschine Maschinentechnik Mécanique Produktentwicklung/ Prof. Beat Engeli, Prof. Dr. Reinhold Krause Eine Marktstudie hat ergeben, dass für eine mobile Espressomaschine eine Nachfrage besteht. Mit einer solchen mobilen Maschine soll die Zubereitung von frischem Espresso oder Kaffee auf Reisen möglich werden. Die Espressomaschine muss möglichst kompakt gebaut sein und zwei Tassen Kaffee oder vier Tassen Espresso bester Qualität brühen können. Die gespeicherte Energie soll während ca. vier bis fünf Stunden verfügbar sein. Das Ziel dieser Diplomarbeit ist es, einen Prototyp zu bauen. Weiter sind mittels Versuchen die Brühparameter so zu justieren, dass eine optimale Espressoqualität resultiert. Ausgangslage Kaffee bzw. Espresso ist das Lieblingsgetränk des Schweizers. Im Jahr 2003 betrug der Pro-KopfKonsum 157 Liter, womit der Kaffee deutlich vor Milch, Bier und Mineralwasser zu liegen kam. Kaffee und Espresso werden heute häufig an Imbissständen in Bahnhöfen und in Zügen angeboten. Oft entspricht die Qualität jedoch nicht den Anforderungen des Konsumenten. Aus diesem Grund ist die Idee entstanden, eine mobile, kompakte Espressomaschine zu entwickeln, die problemlos auf Reisen mitgenommen werden kann. Der frisch gebrühte Kaffee soll von einwandfreier Qualität sein. Die benötigte Energie ist in Form von elektrischem Strom, Druckluft oder Dampf zu speichern. Voraussetzungen für guten Espresso Das Gelingen eines Espressos hängt von vielen Faktoren ab. Nebst der Qualität der Kaffeebohne haben Temperatur und Druck des Brühwassers sowie die Brühzeit einen entscheidenden Einfluss. Eine Recherche hat ergeben, dass mit folgenden Werten ein qualitativ guter Espresso erwartet werden darf : - Brühtemperatur : 88-97°C - Brühdruck : 8-12bar - Brühzeit : 20-25s Diese Parameter sind jedoch an der fertigen Maschine bis zum Qualitätsoptimum zu justieren. Konzept In einem ersten Schritt wurde nach geeigneten Konzepten für eine mobile Espressomaschine gesucht. Das Prinzip, nach welchem die meisten handelsüblichen Espressomaschinen arbeiten, hat sich als ungeeignet erwiesen. Bei diesem Prinzip wird kaltes Wasser mit einer Pumpe angesaugt, durch einen Durchlauferhitzer gefördert und durch das Kaffeepulver gepresst. Solche Durchlauferhitzer benötigen Leistungen von mindestens 1000W. Dies ist mit Akkus oder Kondensatoren vernünftiger Grösse nicht zu realisieren. Folgendes Konzept wurde als das geeignetste bewertet : Heisses Wasser wird in einem Isolierbehälter auf die Reise mitgenommen. Mit einem Heizelement und einem Akku werden die Wärmeverluste kompensiert. Für die Espressozubereitung wird das heisse Wasser mit einer Pumpe angesaugt und durch die Brüheinheit mit dem Kaffeepulver gepumpt. Das Wasser kann kalt in den Isolierbehälter gefüllt und sowohl am Stromnetz als auch im Auto via Zigarettenanzünder aufgeheizt werden. Auch das Einfüllen von heissem Wasser ist möglich. Bau eines Prototyps Ziel dieser Diplomarbeit ist es, einen funktionsfähigen Prototyp zu bauen. Dafür sind Komponenten wie Akku, Pumpe, Heizelement, Thermostat und Armaturen zu dimensionieren und zu beschaffen. Weiter wird das Maschinendesign erarbeitet, die Maschine konstruiert und die Steuerung entworfen und gebaut. Die Sicherheit des Anwenders muss dabei gewährleistet sein. Anschliessend ist die mobile Espressomaschine zusammenzubauen und zu testen. Als letzte Teilaufgabe werden die Brühparameter so eingestellt, dass eine optimale Espressoqualität resultiert. Schwegler Stefan 1981 079 77 55 33 8 [email protected] Entwurf der mobilen Espressomaschine 173 Maschinentechnik Mécanique K-Wire-Tip Medizinaltechnik / Prof. Heinrich Schwarzenbach / Stryker Trauma AG, Selzach SO Jeder kennt die Bilder von Patienten, bei denen Stäbe und Drähte durch die Haut hervorstehen und extern fixiert werden. In der Orthopädie werden solche Drähte K-Wire oder auch Kirschner-Bohrdrähte genannt. Sie dienen der Befestigung eines externen Rings. Die Firma Stryker will untersucht haben, ob das aktuelle Produkt noch Verbesserungspotential besitzt. Untersucht werden die Hitzeentwicklung und die Richtungsstabilität. Schwenter Peter 1981 078 673 09 07 [email protected] Die Knochen, in denen das K-Wire eingesetzt wird, sind so genannte Röhrenknochen. Sie haben eine härtere äussere Schicht (Kortikalisschicht) und eine innere Struktur (Spongiosa), die einem feinen Fachwerk ähnlich ist. An den Orten, wo normalerweise das K-Wire gebohrt wird, ist die durchschnittliche Kortikalisschicht konstant dick. Um die Hitzeentwicklung zu untersuchen werden verschiedene Messmethoden eruiert und ausprobiert. Die berührungslose Messung der Wire-Spitze durch eine Wärmebildkamera hat eine zu grosse Streuung der Resultate hervorgebracht. Erst durch das Messen der Umgebungstemperatur beim Bohrprozess mittels Sensor kann die Hitzeentwicklung richtig unterUm eine Verbesserung der K-Wire- sucht werden. Die Untersuchung Spitze (= Tip) zu erreichen, muss zum Verlauf erfolgt mittels einer stazuerst der Zustand des aktu- tischen Fotografie. ellen Produkts untersucht werden. Selbstverständlich geschieht das Die Messungen zeigen, dass es in nicht an natürlichem Knochenma- bestimmten Fällen noch Verbesterial. Für die Tests werden Plätt- serungspotential gibt, jedoch das chen aus einem knochenähnlichen bestehende K-Wire durchaus auch Material eingesetzt, welches den seine Vorteile hat. Eigenschaften der Kortikalis nahe kommt. In der Diplomarbeit werden Geometrien entwickelt, geschliffen, gemessen und ausgewertet. K-Wire in Kortikalismaterial 174 Recirculation des gaz d’échappement dans un moteur diesel Simulation numérique d’écoulements / Prof. Bernard Schmutz / Liebherr Machines Bulle SA, Dr Roger Röthlisberger Maschinentechnik Mécanique La recirculation de gaz d’échappement (RGE) est une méthode utilisée par les fabricants de moteurs diesel pour réduire principalement la formation d’oxydes d’azotes (NOx) au niveau du processus de combustion. Pour le travail de diplôme, la recherche est basée sur une RGE interne, réalisée par la modulation de la géométrie des courbes de levées de soupapes. L’influence de ces dernières est évaluée à l’aide du logiciel commercial de simulation numérique de la thermodynamique du moteur GT-Power. La modulation des courbes de levées de soupapes implique tout d’abord une modélisation de la commande du train de soupapes (distribution). Cette modélisation, effectuée à l’aide d’un sous-programme de GT-Power, GT-Vtrain, permet de générer des courbes de prélevée et de postlevée de soupapes et de calculer les sollicitations mécaniques des composants de la distribution. Une fois ces courbes générées et contrôlées sur la base de leurs caractéristiques cinématiques, elles sont complétées avec les levées principales d’admission et d’échappement. A partir de là, il est possible de faire des simulations en introduisant les courbes de levées de soupapes en suivant les standards du logiciel GT-Power. Au vu du nombre important de paramètres variables, ce travail a été focalisé sur la position, la durée d’ouverture et l’intensité du profil lors de la génération des courbes de prélevée et de postlevée de soupapes. Pour limiter le nombre de simulations, une matrice d’expérience s’avère être une solution optimale. Pour réaliser une recirculation interne des gaz d’échappement (RGE, i), il est possible d’ouvrir faiblement la soupape d’admission lors de la phase d’échappement (prélevée) ou d’ouvrir légèrement la soupape d’échappement lors de la phase d’admission (postlevée). En raison de la différence de pression entre le cylindre et le collecteur d’admission (dans le cas de la prélevée) ou la différence de pression entre le collecteur d’échappement Schéma explicatif des paramètres de pré- et postlevée et le cylindre (dans le cas de la postlevée), il est possible d’inverser le sens du débit et ainsi d’accroître la quantité de résidus dans les cylindres avant le nouveau processus de combustion. La difficulté réside dans l’amélioration globale de la recirculation. En effet, à faible charge et faibles fréquences de rotation du moteur, la suralimentation quasi absente provoque une recirculation excessive, ce qui rend difficile le démarrage à froid et augmente la consommation spécifique. La dynamique dans ces bas régimes est également mauvaise et les fumées augmentent. La finalité du travail étant de trouver le meilleur compromis a même de réduire la recirculation à charge partielle et faibles fréquences de rotation du moteur tout en ayant une recirculation à pleine charge qui nous permette de satisfaire les futures exigences légales. Signoretti Simon 1983 078 638 66 24 [email protected] Taux de recirculation obtenu à pleine charge avec 5 variantes de prélevée 175 Maschinentechnik Mécanique Brennstoffsystem der Gasturbinen GT 24/26 (Alstom) Energietechnik / Prof. Beat Engeli, Alstom / Dr. Andreas Belzner Um den sicheren Betrieb von Gasturbinen (GT 24/26) zu gewährleisten, muss die Zuführung des Treibstoffes (z.B.: Erdgas) in die Brennkammern der Turbine exakt geregelt werden können. Dies wird mit Regelventilen in der Zuführleitung realisiert. Bei der Inbetriebnahme dieser Gasturbinentypen müssen die vom Hersteller vorgegebenen Ventilkennlinien oft angepasst werden, weil sie für den sicheren Gasturbinenbetrieb scheinbar zu “ungenau” sind. Mit Hilfe der Statistik ist dieser Sachverhalt zu untersuchen. Stephani Dominik 1980 079 229 21 44 [email protected] Zur sicheren und schnellen Regelung der Gasturbine wird für das Regelkonzept zur Berechnung des aktuellen Brennstoffmassenstroms, unter anderem der momentane Ventilhub beziehungsweise, der Kv Wert benötigt. Es ist deshalb zwingend eine genaue Kennlinie bereit zu stellen, die den Brennstoffmassenstrom als Funktion der Ventilhubstellung voraussagt. Als genormte Grösse für den Durchfluss wird nach DIN EN 60534 2-1 der Kv Wert verwendet. Dieser ist wie folgt definiert: “Unter Kv Wert versteht man den Durchfluss in Kubikmeter pro Stunde ([Kv] = [m³/h]) von einer Flüssigkeit der Dichte p = 1000 kg/m³ und einer kinematischen Viskosität v = 1 mm²/s, der bei einem Differenzdruck Δp = 1 bar durch das Stellglied beim jeweiligen Stellweg hindurchgeht. [....] Der Kv Wert ist durch Messungen bei einer bestimmten Durchflussrichtung zu ermitteln.” Der Hersteller wird demnach nur eine Kv-Hub Kennlinie ausmessen, da diese als typische Ventilcharakteristik angesehen werden kann. Mit einer Gleichung nach DIN EN 60534 2-1 lässt sich nun der Massenstrom aus dem Kv Wert berechnen. Diese Gleichung berücksichtigt die relevanten Randbedingungen, wie zum 176 Beispiel: Druck, Temperatur und Gaseigenschaften. Bei Inbetriebnahmen wurden Erfahrungen gemacht, die zeigen, dass sich die Kv-Hub Kennlinien vom Hersteller als tendenziell “zu ungenau” herausgestellt haben und deshalb im Leitsystem der Gasturbine oft eine Korrektur nötig war. In einem ersten Teil dieser Diplomarbeit soll mittels einer statistischen Untersuchung gezeigt werden, ob es sich bei den Abweichungen zwischen dem Hersteller und dem Feld nur um zufällige Fehler oder tatsächlich um systematische Fehler han- Alstom Gasturbine GT 24/26 (188MW/280MW) delt. Die Grösse der Abweichungen ist ebenfalls noch zu ermitteln. Als weiterer Schwerpunkt dieser Dip lomarbeit soll ein Rechenmodell erstellt werden, welches es ermöglicht, die dynamischen Vorgänge in der Brennstoffleitung zu untersuchen. Der Umstand, dass bei kompressiblen Medien der Massenstrom, der irgendwo anders im System gemessen wird, durchaus verschieden von dem Massenstrom sein kann, der gerade durch das Ventil geht, ist dadurch zu erklären, dass eine Speicherwirkung der Systemvolumina bei Druckänderungen vorhanden ist. Robotergeführtes Remote-Schweissen Maschinentechnik Mécanique Produktionstechnik / Prof. Fritz K. Güdel Der Begriff Remote-Schweissen steht für schnelles und flexibles Laserschweissen. Ein Spiegelsystem im Scannerkopf übernimmt die Führung des Laserstrahls, der sich mit hoher Geschwindigkeit in einem Bearbeitungsfeld positionieren kann. Beim Nahtschweissen treten nun häufig Probleme beim Schutz des Schmelzbades auf. Schutzgasdüsen im herkömmlichen Sinn können nicht ohne weiteres eingesetzt werden, da separate Düsen nicht synchron zum Laserstrahl bewegt werden können. Stillstandzeiten sind für jeden Produktionsplaner ein rotes Tuch. Die Fertigungsanlagen verschiedenster Industriezweige müssen rund um die Uhr ausgelastet sein. Benötigen zum Beispiel die Schweissroboter zu viel Zeit, steigen die Kosten der Fertigungsteile markant an. Einen Weg in die Zukunft weist das Remote-Schweissen. Das englische Wort “remote” steht für die Begriffe “fern” bzw. “weit weg”. Mit anderen Worten : bei diesem Verfahren wird aus Distanz geschweisst. Je nach Laserart kann der Abstand zwischen dem Scanner und dem Werkstück bis zu einem Meter betragen. Das schafft Platz, um den Laserstrahl zu leiten und zu positionieren. Fast ebenso wichtig wie die Ener gie, die zum Schmelzen des Werkstoffes gebraucht wird, ist der Schutz der Schweissnaht. Hier offenbart sich der grosse Nachteil der Remote-Technik. Da bei den herkömmlichen Schweissverfahren der Laserkopf sehr nahe am Werkstück bewegt wird, kann die Schweissnaht mit einer fix am Bearbeitungskopf montierten Düse direkt am Auftreffpunkt des Strahles begast werden. Ganz im Gegensatz zum Scanner-Schweissen. Hier führt der Laserstrahl ebenfalls eine Bewegung aus, die Begasung direkt beim Strahl selber ist jedoch nicht möglich. Nach der Analyse des Problems kristallisierten sich zwei mögliche Ansätze heraus: eine dem Laserstrahl folgende Düse und ein System von Düsen, das die Begasung der Bearbeitungsfläche sektorweise erlaubt. Konkretisiert und realisiert wurde die zweite Variante. Dazu gehörte auch die Konstruktion von Gasdüsen, die eine flächendeckende Begasung möglich machen sollen, sowie deren Erprobung. Stettler Benjamin 1980 078 810 00 49 [email protected] Um wirklich aussagekräftige Ergebnisse zu erhalten, wurde im zweiten Teil der Arbeit eine Schlierenoptik aufgebaut. Mit dieser Technik ist es möglich, den Gasfluss und damit auch allfällige Turbulenzen zu simulieren und sichtbar zu machen. Turbulenzen stören den Schutz der Naht, es kommt zu Verwirbelungen zwischen dem Gas und der Umgebungsluft. Am Ende der Diplomarbeit sollen Rückschlüsse auf die Machbarkeit einer kommerziellen Lösung gezogen und die Grenzen festgestellt werden, wo eine Begasung der Schweissnähte mittels Düsen noch wirtschaftlich einsetzbar ist. Remote-Schweiss-Anlage der HTI in Burgdorf mit Düsenteststand 177 Maschinentechnik Mécanique Prozesstisch mit Linearantrieb Mechatronik / Prof. Fritz Bircher / Im Auftrag der Güdel AG, Langenthal Linearmotoren als Direktantriebe sind bei Prozesstischen noch kaum verbreitet. In heute gängigen Systemen werden dafür konventionelle rotative Antriebe verwendet. Linearmotoren haben sich bis heute aufgrund ihrer relativ hohen Anschaffungskosten und ihren Ansprüchen an eine leichtgängige und spielfreie Mechanik noch nicht richtig durchgesetzt. Weiter ist der Umgang mit diesen Antrieben noch neu, wodurch für Einsätze in der Praxis die nötigen Erfahrungen weitgehend fehlen. Meine Arbeit soll wichtige Erkenntnisse für weitere Einsätze von Linearmotoren liefern. Linearmotoren sind elektrische Antriebsmaschinen. Im Gegensatz zu den rotativen Maschinen versetzt ein Linearmotor die mit ihm verbundenen Teile nicht in eine drehende, sondern in eine gradlinige Bewegung (Translationsbewegung). Thurnherr Alain Didier 1982 077 405 50 88 [email protected] Linearmotoren beruhen auf dem gleichen Funktionsprinzip wie ein Synchronmotor, wobei der kreisförmig angeordnete Stator gedanklich aufgeschnitten und abgewickelt werden muss. Der “Läufer”, der im Synchronmotor rotiert, wird beim Linearmotor von einem längs bewegten Magnetfeld über die Fahrstrecke gezogen. Bei rotativen Antrieben muss das erzeugte Drehmoment mit mechanischen Elementen (Spindel, Getriebe usw.) in eine gradlinige Bewegung umgesetzt werden. Die Bewegung wird also indirekt herbeigeführt. Ausmessung mit Kreuzgitter-Messgerät 178 Mit Linearmotoren lassen sich direkt translatorische Bewegungen erzeugen. Sie werden deswegen auch Direktantriebe genannt. Warum haben sich die Linearantriebe noch nicht durchgesetzt ? Linearantriebe existieren schon länger, stellen aber bis heute nur eine Minderheit der gesamten Antriebs palette dar. Die Stückzahlen sind wesentlich kleiner als diejenigen von Rotativantrieben. Deswegen sind die Produktionskosten relativ hoch. Weiter sind die Anforderungen an die Mechanik gross und es fehlt vielfach an Erfahrungen im Umgang mit Linearmotoren. Ziel meiner Arbeit ist, Erfahrungen mit dem neuen Führungssystem im Zusammenbau mit Linearmotoren an einem konkret umgesetzten Projekt, dem sogenannten Prozesstisch, zu sammeln. Nach dem Einstellen der Antriebe soll der Prozesstisch statisch und dynamisch ausgemessen werden. Ein Kreisformtest wird Aufschluss über die Maschinengenauigkeit geben, welche massgeblich durch das Führungssystem beeinflusst wird. Am Ende meiner Arbeit müssen die Möglichkeiten und die Grenzen dieses Prozesstisches vorliegen, damit man in zukünftigen Projekten die Kombination von Linearmotoren mit dem neuen Linearführungssystem sinnvoll und erfolgreich einsetzen kann. Das neue Linearführungssystem der Güdel AG ist ein Produkt, welches speziell für den Einsatz in technisch anspruchsvollen Linear Die Nachfrage an Linearmotoren achsen entwickelt wurde. als Direktantriebe wird in Zukunft zunehmen, was längerfristig auch eine Absenkung der Produktionskosten zur Folge hat. Linearmotoren könnten sich somit in Zukunft zu einer entscheidenden Antriebskomponente entwickeln. Für eine erfolgreiche Anwendung mit Linearmotoren, wird in Zukunft auch das passende Linearführungssystem von grosser Bedeutung sein. Dosierapplikator für Lotpasten Maschinentechnik Mécanique Automation / Prof. Roland Hungerbühler Die Firma Comet AG entwickelt und produziert Vakuum-Kondensatoren für den Hochspannungsbereich. Ein wichtiger Teilprozess ist das Verlöten mechanischer Bauteile. Gegenwärtig wird das Lot in einem zeitaufwändigen Montageschritt manuell aufgetragen. Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurde ein Konzept zum automatisierten Aufbringen von Lot erarbeitet. Das Lot wird zukünftig als Paste mit einem speziell für Comet entwickelten Dosierapplikator aufgetragen. Zurzeit werden in einem Montageprozess mehrere dünnwandige Zylinderrohre in die Nuten einer scheibenförmigen Kondensatorplatte gefügt. Erst danach wird von Hand ein Lötdraht um die Zylinderrohre gelegt und verdrillt. Dieser Prozess ist sehr mühsam. Die Firma Comet hat das Lotauftragen bisher von Hand gemacht, weil die Qualität der Baugruppe entscheidend von diesem Prozess beeinflusst wird. Zu wenig Lot beeinflusst die elektrischen Eigenschaften des Endproduktes negativ. Zuviel Lot ist bei den hohen Preisen unwirtschaftlich. Das Lot muss über den gesamten Umfang einen konstanten definierten Querschnitt aufweisen. Vakuumkondensator / Comet AG Grundlegend wurden zwei Verfahren zum Lotauftragen analysiert und bewertet. Das weit verbreitete Schablonendruckverfahren ist für die Bedürfnisse von Comet nicht geeignet. Der Markt bietet für das Verlöten von Elektronikkomponenten druckbeaufschlagte Dosierapplikatoren an. Da in diesem Industriezweig die Lotpaste nur in geringer Dosis punktförmig aufgetragen wird, ist das Gerät für diese Applikation nicht anwendbar. Dieses System ist für linienförmiges Dosieren präziser Lotquerschnitte zuwenig prozesssicher, weil durch das Erzeugen eines Volumenstromes am Düsenaustritt durch Druck, Störeinflüsse wie Temperaturschwankungen, Viskositätsunterschiede einen zu grossen Einfluss haben. Deshalb wurde ein speziell auf diese Anwendung zugeschnittener Applikator entwickelt, welcher das Lot volumetrisch appliziert. Durch einen konstanten Volumenstrom sollen Fehlereinflüsse minimiert und ein prozesssicheres Auftragen ermöglicht werden. Zudem ist der Applikator mit einem entsprechenden Pastenreservoir so ausgelegt worden, dass er den gewünschten Automatisierungsgrad erreicht. Der Automatisierungsgrad des Prozesses wurde zusammen mit Comet erarbeitet. Das Konzept sieht eine manuelle Werkstückzuführung vor. Die komplette Bestückung einer Kondensatorplatte ist hingegen automatisiert. Die Kreisbewegung, welche zum Befüllen einer Nute notwendig ist, wird durch das Werkstück ausgeführt. Das Verschieben zu den verschiedenen Nutendurchmessern wird durch eine Zustellachse gewährleistet, an dem der Applikator befestigt ist. Der Bediener prüft die Qualität der aufgetragenen Paste. Comet produziert mit diesem Automat neun verschiede Kondensatortypen. Das Steuerungskonzept ist so ausgelegt worden, dass der Bediener auf einer Bedienoberfläche durch eingeben einer Plattentyp-Nummer das entsprechende Programm aufrufen und starten kann. Trepte Frank 1976 079 521 69 27 [email protected] 179 Maschinentechnik Mécanique Grundlagen eines neuartigen Verbrennungsmotors Simulation fluidischer Systeme / Prof. Bernard Schmutz / Varley Engineering Der Balmer-Varley-Motor ist ein neuartiger Verbrennungsmotor, welcher rein aus rotierenden Teilen besteht. Diese werden komplett ausgewuchtet und ermöglichen somit einen vibrationsfreien Lauf. Weitere Vorteile sind Downsizing und wenige Verschleissteile. Nachteilig wirkt sich die etwas komplizierte Abdichtung aus. Dieser Motor ist als Antrieb für einen PKW ausgelegt. Auch die Anwendung in anderen Gebieten, wie zum Beispiel der Luftfahrt, könnte dank dem vibrationsfreien Lauf sehr interessant sein. Varley Yanik 1979 079 419 88 37 [email protected] Das Prinzip des Balmer-Varley-Motors ist ganz einfach. Der Motor besteht im Wesentlichen aus drei Stufen. Die erste Stufe ist die so genannte Verdichterstufe. Eine Art Rootsgebläse pumpt die Luft in die zweite Stufe, wo die Luft verdichtet wird. Die zweite Stufe ist eine Art “rotierende Brennkammer”, welche zusätzlich auch die Trennung der ersten und dritten Stufe zur Aufgabe hat. In dieser Brennkammer wird der Brennstoff eingespritzt und gezündet. Das expandierende Brenngas strömt nun in die dritte Stufe, die Expansionsstufe. Sie funktioniert analog zur ersten Stufe, nur umgekehrt. Da wird nun die eigentliche Arbeit des Motors verrichtet. Bei der Konstruktion bemerkte ich, dass die zweite Stufe mit einer Ventilsteuerung nicht auszuführen ist, da wir sonst zu grosse Verluste in Kauf nehmen müssten. Da kam mir die Idee einer rotierenden Brennkammer. Druckdiagramm der Verdichterstufe Dieser Motor ist eine Eigenentwicklung von Patrik Balmer. Die Idee ist schon mehrere Jahre alt. Als er mir im Sommer 2004 davon erzählte, beschloss ich dieses Motorprinzip in einer Semesterarbeit und eventuell in der Diplomarbeit zu bearbeiten. In der Semesterarbeit im Frühling 2005 berechnete ich vereinfacht den thermodynamischen Wirkungsgrad und erstellte eine grobe Konstruktion des Motors. Anhand einer Vergleichsrechnung mit einem gleichvolumigen Ottomotor errechnete ich in der Semesterarbeit einen guten thermodynamischen Wirkungsgrad, der nur 1 % geringer ist als derjenige des Vergleichsmotors. Da diese Berechnungen nur grob waren und die Konstruktion noch etliches Optimierungspotenzial enthält, besteht die Diplomarbeit darin, eine feinere Berechnung des Motors zu erarbeiten sowie die Konstruktion wo möglich zu optimieren und deren Problemzonen aufzuzeigen. Für die thermische Berechnung verwende ich das finite Differenzverfahren um eine null-dimensionale Simulation zu erzeugen. Die null-dimensionale Simulation ist ein Standardverfahren, um allgemeine Aspekte der Thermodynamik eines Motors bei dessen Entwicklung zu berechnen. Der Balmer-Varley-Motor 180 Ziel dieser Arbeit ist die Abschätzung, ob eine Weiterentwicklung dieses Motors sinnvoll ist. Weitere mögliche Schritte nach der Diplomarbeit wären eine Marktanalyse und ein Businessplan. Dabei wird eine mögliche Patentierung des Funk tionsprinzips im Auge behalten. Flaschenverschluss LockBottle Maschinentechnik Mécanique Mechatronik / Prof. Fritz Bircher Spitzensportler, wie zum Beispiel Lance Armstrong, befürchten, dass jemand ihr Essen oder Trinken mit Doping oder sonstigen Substanzen anreichern könnte. Die Folgen eines Dopingskandals sind für Spitzensportler verheerend. Ihr Ruf wie auch ihre weitere sportliche Karriere stehen auf dem Spiel. Giftige Substanzen oder Medikamente werden für Kinder in Behältern, die mit einer Kindersicherung versehen sind, aufbewahrt. Leider gewähren diese Verschlüsse nicht einen hundertprozentigen Schutz. Um diesem vorzubeugen, wurde ein abschliessbarer Verschluss für Flaschen entwickelt. Seine Aufgabe besteht darin, den Zugang zum Falscheninhalt für Unbefugte abzusperren. Mit einem einfachen Handgriff wird die Vorrichtung auf der Flasche montiert. Dazu wird die Haube über den Flaschendeckel gestülpt und mit einer Drehbewegung am Flaschenhals festgeklemmt. Mit einem Schloss wird der Verschluss gegen das Öffnen gesichert. Der Flascheninhalt ist somit unzugänglich. Wenn der Flaschenverschluss richtig angebracht worden ist, kann er nicht mehr entfernt werden ohne die Flasche oder den Verschluss sichtbar zu beschädigen. Eine Manipulation wäre sofort erkennbar. Nur der Besitzer selbst hat die Möglichkeit an den Inhalt der Flasche zu gelangen. In erster Linie ist dieses Produkt für den Spitzensport gedacht. Es soll verhindern, dass jemand einem Sportler leistungssteigernde Substanzen in das Trinken geben kann. Ein weiterer Gebrauch könnte auch das Aufbewahren giftiger Substanzen in einem Hauhalt sein, damit Kinder diese nicht ungewollt einnehmen können. Die eigene Trinkflasche kann abgesichert werden und niemand wird die Flasche ohne ihr Wissen entleeren können. Das Produkt wird unter dem Namen LockBottle auf dem Markt erhältlich sein. Der Verschluss ist eine einfache Konstruktion mit wenigen Einzelteilen. Die Teile werden vorwiegend aus Kunststoff gefertigt. Nur jene Bauteile, die festigkeits- mässig stär ker belastet sind, werden aus Metall hergestellt. Weitergehend Flaschenverschluss LockBottle wurden Überlegungen angestellt, wie man das mechanische Schloss durch eine elektronische Alternative ersetzen könnte. Damit hätte man die Möglichkeit, den Zahlencode selber zu gestalten. Der Verschluss wäre damit für Drittpersonen viel schwieriger zu öffnen als bei der mechanischen Lösung. Es können Flaschen mit einem Flaschenhalsdurchmesser von 44 – 25 mm gesichert werden. Das bedeutet, dass damit alle gängigen Flaschen, die es auf dem Markt zu kaufen gibt, abgeschlossen werden können. Der Aussendurchmesser ist mit etwa 80 mm so gross wie der einer 1,5 l PET-Flasche. Weiermann Tobias Michael 1980 [email protected] Montierte Verschlüsse 181 Maschinentechnik Mécanique Schwingungen an Bremsbändern von Zahnradbahnen Produktentwicklung / Prof. Walter Güller / Stadler Rail AG Schwingungen und Eigenfrequenzen sind wichtige Faktoren in der Konstruktion von Bauteilen. Durch verschiedene Einflüsse kann ein System angeregt werden. Schwingungen in einem System können Bauteile schwächen. An Bandbremsen von Zahnradfahrzeugen der Firma Stadler Rail AG entstehen Schwingungen im hörbaren Bereich von 1000Hz, welche zu Beschädigungen führen können. Mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM) werden die verschiedenen Störfaktoren, Parameter und Ursachen dieser Schwingungen ermittelt. Diese tragen anschliessend zu Verbesserung der Konstruktion bei. Das Ziel der Arbeit ist das konstruktive Verbessern der Bandbremse ohne Schwingungsprobleme. Wilhelm Benjamin 1980 079 671 82 00 [email protected] Die Bandbremse ist nicht mehr sehr stark verbreitet und dennoch ein sehr effizientes Mittel, um Maschinen wie Kinderfahrräder, Winden und Fahrzeuge zu bremsen. Durch Umschlingen eines Zylinders kann Reibungsenergie erzeugt und kinetische Energie verringert werden. Äussere Störfaktoren wie Schmutz, Wasser, Schläge und Schwingungen treten auf. Zahnradbahnfahrzeuge von Stadler Rail AG werden mit Bandbremsen ausgerüstet. Zwei Bremssysteme, getrennt voneinander, ermöglichen ein sicheres Bremsen. Wenn ein Kreis versagen würde, so wird die Bremsarbeit vom zweiten System verrichtet. Das Bild zeigt die bestehende Bandbremse, welche ein Bestandteil beider Systeme sein kann. In einem System treten nicht grundsätzlich Schwingungsprobleme auf. Schwingungen werden zum Problem, wenn eine Komponente im System mitschwingt und daher erhöhten Belastungen ausgesetzt ist. Gerät ein System in Schwingungen, kann es sein, dass die schwächste Komponente den Belastungen nicht standhält. In diesem Fall kommt es zu Schwingungsproblemen. 182 Im Jahre 1983 wurde eine Studie zu Bandbremsen von der SLM (Schweizerische Lokomotiv- und Maschinenfabrik) durchgeführt. Verbesserungen sind realisiert worden. Trotz diesen Verbesserungen kommt es nach wie vor zu Schäden an den Bandbremsen. Zwar ist dies hinsichtlich der Fahrzeugsicherheit kein Problem, jedoch entstehen durch den Fahrzeugausfall beträchtliche Kosten. Weitere Schadensfälle möchten aufgrund von Mehrkosten und Mehrarbeit verhindert werden. Bandbremse von Zahnradbahnen Mit Verschieben der Eigenfrequenzen aus dem Betriebsbereich kann das Schwingungsproblem behoben werden. Durch konstruktive Änderungen können weitere Schäden an Bandbremsen vermieden werden. Die bestehende Bremse, wie auch neue Entwürfe, werden mit Finiten Elementen (FEM) simuliert und ausgewertet. Existierende Eigenfrequenzen, Kräfte und Verformungen werden sicht- und beurteilbar. Dementsprechend wird die heutige Konstruktion gezielt verändert und verbessert. In einem zweiten Schritt entsteht aus den Erkenntnissen der Arbeit eine neue Generation von Bandbremsen ohne Schwingungsprobleme. Verkleben von Buntmetallen während des Glühprozesses Maschinentechnik Mécanique Werkstofftechnik / Prof. Jean-Martin Rufer / Swissmetal Werk Boillat Die Firma Swissmetal Werk Boillat in Reconvilier BE produziert verschiedene Kupferlegierungen mit einer guten Bearbeitbarkeit zur Fertigung von Halbzeugen. Während dem Glühprozess unter Schutzgas von Draht oder Stangen kommt es zum Verkleben der Drähte, was sich negativ auf die Oberflächenbeschaffenheit auswirkt. Dieses Phänomen betrifft vor allem die Bronze- und die Neusilberlegierungen. Die Firma Swissmetal erhofft sich eine Reduktion oder sogar eine Elimination dieses Phänomens. Während den Glühprozessen bestimmter Legierungen im Ebner ofen ist ein Verkleben der einzelnen Wicklungen festzustellen. Dieses Phänomen wird umso intensiver, je mehr Gewicht auf den Wicklungen lastet. Bei zwei Legierungen ist dieses Verkleben besonders kritisch. Zum einen ist es das BZ4 (Bronze mit exzellenten mechanischen Eigenschaften) und zum anderen das NM3 (Neusilber zur Fabrikation von Schreibartikel). Beim BZ4 ist das Problem besonders gross, da es mit seinem oktogonalen Profil eine relativ grosse und ebene Kontaktfläche bietet. Das Ziel meiner Diplomarbeit ist, in einer ersten Phase die Ursache des Verklebens zu finden und diese zu charakterisieren. In einer zweiten Phase versuche ich, das Phänomen des Verklebens zu reduzieren oder sogar zu verhindern. aufgezeigt. Die Proben werden zudem unter zwei verschiedenen Atmosphären geglüht : Stickstoff (N2) und Ammoniakspaltgas (75 % H2 + 25 % N2). Das Ammoniakspaltgas wird zusätzlich noch befeuchtet um den Taupunkt zu variieren. Durch Variation von Belastung, Schutzgas und des Taupunktes erhoffe ich mir eine möglichst breit gefächerte Charakterisierung des Verklebens. Durch eine Gewichtsplattform mit variabler Anzahl an Gewichten werden verschiedene Belastungsarten simuliert und die Unterschiede in den Klebstellen Mit Hilfe von Druckversuchen stelle ich schlussendlich den Bezug zwischen der Behandlungsart und dem Verkleben her. Als weitere Hilfsmittel zur Auswertung der Ergebnisse stütze ich mich auf die Metallographie und den daraus resultierenden Schliffbildern, sowie der GDOS-Analyse (Glow Discharge Optical Spectroscopy). Letztere dient dazu, die quantitative Zusammensetzung der oberflächennahen Schichten zu ermitteln. Zenklusen Damian 1980 079 785 93 68 [email protected] Aufwicklung von Draht vor dem Glühprozess und zwei verklebte Proben als Resultat 183 Maschinentechnik Mécanique Entwicklung eines Ketten-Schmiersystems Mechatronik / Prof. Fritz Bircher In vielen Maschinen werden schnellaufende Ketten eingesetzt. Damit die Betriebskosten gesenkt werden können, möchte man eine hohe Lebensdauer der Kette und deren Komponenten erreichen. Dies erreicht man vor allem mit einer guten Schmierung. Um solche Ketten zu schmieren, ist man heutzutage auf aufwendige Handarbeit oder teure Schmiersysteme angewiesen. Der neu entwickelte Schmierstoffspender basiert auf der Grundlage der Gasentwicklungszellen, wie sie von der Firma Simatec AG hergestellt werden. Er soll kostengünstig und einfach auf bestehende Maschinen montierbar sein. Zumbrunn Reto 1981 079 729 56 81 [email protected] Das Anwendungsgebiet Kettentriebe werden auch heute noch in vielen Anwendungsge bieten eingesetzt. Um eine hohe Lebensdauer zu erreichen, ist eine gute Schmierung unabdingbar. Für langsam laufende Maschinenketten entwickelte die Firma Simatec AG ein Schmiersystem, bei dem das Öl oder Fett über eine Bürste auf die Kette aufgebracht wird. Die Regulierung der Schmierstoffmenge geschieht durch eine Gasentwicklungszelle. Diese Zelle entwickelt beim Kurzschliessen Wasserstoff, der mit einem Kolben den Schmierstoff aus dem Schmierstoffspender heraus drückt. Dieses Schmiersystem eignet sich jedoch nicht für schnell laufende Ketten, wie auch nicht für Kettentriebe, die grosse Stillstandszeiten haben. aufgebaut. Mit ihm können Ketten geschwindigkeiten von bis zu 10 m/s über mehrere Tage erreicht werden. Somit können die Systeme auch im Dauerbetrieb untersucht werden. Der Prototyp Zum Auftragen des Schmiermittels werden verschiedene Varianten untersucht. Eine wichtige Rolle spielen dabei das Auftragen mit Bürsten und das direkte Betropfen oder Aufspritzen auf die Kette. Die Herausforderungen Es musste somit eine Möglichkeit gesucht werden, wie die Ketten geschwindigkeit gemessen werden kann. Steht die Maschine still, muss auch automatisch die Schmierung abgestellt werden. Damit das Schmiersystem einfach eingesetzt werden kann und bestehende Maschinen nachgerüstet werden können, müssen der Eingriff in die Maschine so klein und der Wartungsaufwand wie die Wartungskosten so gering wie möglich sein. Der Versuchsstand Um die entwickelten Systeme testen zu können, wurde ein Prüfstand 184 Prüfstand zum Testen der Prototypen Die Auswertung Die gewonnenen Erkenntnisse werden nun genau analysiert und der Prototyp dementsprechend angepasst. Für eine Markteinführung muss das Layout des Prototyps nochmals überarbeitet werden. Mikrotechnik Microtechnique Laser Pattern Generator Optik / Prof. Christoph Meier, Matthias Kohler Zur Herstellung mikrooptischer Strukturen wird mit einem fokussierten blauen Laser der Photolack auf dem Substrat belichtet. Durch zwei Linearmotoren mit submikrometrischer Auflösung werden verschiedene Strukturen abgefahren. Durch das anschliessende Entwickeln des Substrates in einem Developerbad wird der belichtete Photolack weggeätzt. Verschiedene Systemparameter wie die Leistung, Fokus-Offset, Vorschubsgeschwindigkeit, Belichtungs- und Entwicklungszeit sind zu optimieren damit die Breite einer geschriebenen Linie im Mikrometerbereich ist. Bögli Christoph 1982 079 787 23 30 [email protected] In naher Zukunft werden blaue Laser in CD-Schreiblaufwerken Standard sein. Das blaue Licht ist besser fokussierbar, und somit können die Daten dichter geschrieben werden. Der Grund ist die kurze Wellenlänge des blauen Lichts. Dieser Vorteil soll genutzt werden um Strukturen, im Mikrometerbereich, in ein Substrat zu schreiben. diesen Markt eingestiegen. Diese Dioden sind für das menschliche Auge gefährlich, da sie eine maximale Leistung von 60mW haben. Wegen der komplizierten Herstellung sind sie teuer und noch nicht lange auf dem Markt. Laser Pattern Generator AFM-Messung der ersten Teststruktur die X- und Y-Vorschubsachse nicht ganz rechtwinklig zur optischen Achse liegt. Die Encoderdetektion der Motoren, die analoge und/oder digitale Modulation und der PI-Regler werden über eine FPGA-Karte (Field-ProAls Fortsetzung der Diplomarbeit grammable Gate Array) von Nativom letzten Jahr über das Auto- onal Instruments angesteuert. Mit fokusmodul von Herrn M. Kohler, dieser FPGA-Karte können paralleAls Lichtquelle dient ein Diodenla- wird ein Laser Pattern Generator le Prozesse programmiert werden. sermodul von Coherent. Die Diode aufgebaut. Das Autofokusmodul Die Abtastfrequenz beträgt 40MHz. ist ein Halbleiterlaser und emittiert ermöglicht es, die Fokussierebene Die Datenverarbeitung geschieht blaues Licht mit der Wellenlänge des Schreiblasers im konstanten demzufolge in Echtzeit, auch “Real 405nm. Sie werden hauptsächlich Abstand zum Photolack auf dem Time” genannt. von der japanischen Firma NICHIA Substrat zu halten. Die Höhenverhergestellt, aber auch SANYO ist in stellung wird durch einen Piezoaktuator, welcher mit einem PI-Regler gesteuert wird, im Submikrometerbereich realisiert. Der blaue Laser wird in dieses Autofokusmodul eingekoppelt. Somit kann die Fokussierebene des blauen Lasers konstant auf die gewünschte Höhe geregelt werden, auch wenn das Substrat nicht ganz eben ist oder Prinzip des Autofokusmoduls mit eingekop- 186 peltem Schreiblaser Telesensor-Centerfinder Sensorik / Prof. Dr. Peter A. Neukomm / T. Michel, Michel Enterprise, 8006 Zürich Mikrotechnik Microtechnique Eine verborgene Marke soll identifiziert und lokalisiert werden. Hierzu wird die Technik der passiven Telemetrie angewandt. Mit einem Spulensystem wird das Zentrum der Zielmarke bestimmt. In einem Suchfeld von 30x30mm und einer Suchtiefe von 5mm ist die Messunsicherheit kleiner als 1mm. Zur Identifizierung wird ein kostengünstiges Smart-Label verwendet, für die Lokalisierung ein Spulensystem mit Frequenzverdoppelung. Der Anwendungsbereich von Michel Enterprise liegt im Tiefbau. Der Telesensor Centerfinder identifiziert und lokalisiert eine verborgene, unsichtbare Marke (Transponder). Der Daten-Austausch zwischen dem Transponder und der Sendebzw. Empfangs-Einheit geschieht berührungslos. Der Transponder besitzt keine eigene Energie-Versorgung. Die für den Betrieb benötigte Energie bezieht der Transponder vom elektro-magnetischen Feld der Sende-Spule. Aus diesem Grund wird von der passiven Telemetrie gesprochen. Smart-Label zur Identifizierung Im ersten Moment wird die Zielmarke grob geortet und identifiziert. Das System zur Identifizierung ist auf dem Markt erhältlich und wird deshalb gekauft. Es handelt sich hierbei um das kostengünstige Smart-Label. Die Datenübertragung zwischen dem Smart-Label und dem Lesegerät erfolgt über Last-Modulation. Das Herzstück des Telesensor Centerfinder ist das Empfangsmodul. Hier wird das Nutzsignal fout =54.24MHz durch Filtern gewonnen. Auch die Leistungsübertragung von gekoppelten Spulensystemen liegt unter 20 %. Für das Gesamtsystem liegt die Effizienz bei 0.1x0.2x0.2=0.004, was einem Verlust von -24dB entspricht. Deshalb ist die beim Empfangsmodul eingeFrequenz-Verdoppelung im koppelte Signalamplitude sehr kein. Transponder Für die weitere Verarbeitung ist desDer Transponder bezieht seine halb eine Verstärkung notwendig. Grundsätzlich wird der Telesensor Energie aus der Frequenz von Die Amplitude des hochfrequenten Centerfinder in zwei Funktionen un- fin=27.12MHz. Durch Gleichrich- Eingangs-Signals wird nun detekterteilt : tung wird die Eingangsfrequenz tiert und in einen entsprechenden verdoppelt. Mit einer Effizienz von Gleichstrom-Pegel umgewandelt. 10 % entsteht die Frequenz von - die Identifizierung und - die Lokalisierung bzw. das Ein- fout=54.24MHz, welche durch eine Einzentrieren durch Amplituzentrieren Spule wieder abgestrahlt wird. den-Vergleich Für das Einzentrieren einer Achse sind zwei Spulen auf dem Empfangsmodul notwendig. Das Verhalten der abgestrahlten TransponderLeistung ist achsen-symmetrisch. Werden nun die Amplituden der beiden Empfangs-Spulen verglichen, kann das Zentrum des Transponders sehr leicht detektiert werden. Sind beide AmplitudenPegel gleich gross – bzw. die Pegeldifferenz gleich null –, befindet sich das Empfangs-Modul über Detektions-Prinzip dem Zentrum des Transponders. Brusa Tobia 1981 079 688 17 16 [email protected] pas|siv [auch pas– Adj. ] Ggs. aktiv 1 untätig, teilnahmslos, (still) duldend 2 nichts selbst unternehmend, tatenlos, antriebslos Telemetrie [griechisch] 1 Übermittlung von Messwerten über Funk 2 Fernmessung. 187 Mikrotechnik Microtechnique Distractor for Dorsal Spine Surgery Medizinaltechnik / Prof. Dr. Jürgen Burger In critical surgeries, surgical instruments with integrated sensors are used to permit the surgeons to obtain continuously good results. The forceps (distractor) that has been developed by the HTI’s medtech lab and MEM center is intended for the use on the vertebral column. Combining the measurements of the force and the displacement, it is possible to calculate the local stiffness of the spine. For the use on “fixateurs internes”, this distractor is built to move the vertebras with pedicle screws. Dänzer Adrian 1981 [email protected] Smart Surgical Instruments Nowadays, more and more surgeons are assisted by devices that help to improve the quality and repeatability of surgical interventions. Above all, such types of surgical instruments are used in domains like spine and head surgery, where high precision and repeatability is needed in order to avoid permanent damage of e.g. nerve tissue. However, these instruments are not intended to work in an autonomous way, but they provide feedback to the surgeon about important local parameters of the surgical intervention like forces, torques and displacements. The system with forceps in calibration unit 188 The Forceps For the use in surgeries on the vertebral column, the distractor is a commonly used and versatile instrument. Forces of up to 400 N are needed to distract the spine. For example, during spinal disc replacements and fusions of the spine, a very controlled application of forces into the spine is needed for a successful intervention. Therefore, a forceps has been equipped with sensors that allow the measurement of force and displacement, in order to calculate the local stiffness of the spinal column. grip technique, which leads to more accurate results in use. The project showed that the theoretical concept was right. However, proper calibration tools and techniques have proven to be a very important aspect for the overall precision of the system. Data Treatment For data acquisition, two devices are needed. The first one is an instrumentation amplifier with USB port and capabilities to communicate over virtual COM ports. The second device is a data acquisition unit with 16 bit analog inputs and Advanced Concept digital I/Os. On the Computer side, The first version of the concept for a Labview application polls the data the force measurement was based from the sensors with a frequency on a torque measurement which of 20 Hz and generates the informahad to be calculated into a corre- tion shown on the computer screen. sponding force in the middle of the For demonstration purposes, a box grip area. To improve this, a handle has been created that includes bar has been developed, that al- all needed components including lows calculating a force by combin- power supply, voltage stabilizer, ing two torque measurements. and a line driver for status indicaThe forceps with the screwed-on tion LEDs. handle is an advanced version of a distractor already used in clinical tests. It has a force sensing concept that is insensitive to the surgeon’s The forceps at the vertebral column Mikrokeratom für Altersweitsichtigkeit Mikrotechnik Medizintechnik / Prof. Dr. Juergen Burger / MEM Research Center ; Biovision AG Microtechnique Bei der Altersweitsichtigkeit (Presbyopia) nimmt die Fähigkeit der Linse, auf nahe Objekte zu akkomodieren, kontinuierlich ab. Mit einem speziellen Mikrokeratom, einem computergesteuerten Skalpell, kann die Altersweitsichtigkeit korrigiert werden. Zu diesem Zweck wird in die Hornhaut (Cornea) eine kleine Tasche für ein optisches Inlay geschnitten. Mittels eines hochpräzisen xy-Antriebs wird das Inlay genau über der Linse positioniert. In der Diplomarbeit soll die Tauglichkeit eines neuartigen Antriebskonzepts für das Mikrokeratom untersucht werden. Ausgangslage Bei Start der Diplomarbeit hat das Projektteam bereits einige Monate bestanden und mit der Entwicklung von Mechanik, Elektronik und Software begonnen. Es sollen baldmöglichst Tests durchgeführt werden, die den entwickelten Antrieb auf die vom Industriepartner geforderten Spezifikationen überprüfen. Ziele Ziel ist die Kontrolle der Präzision des Antriebs. Dazu sind dynamische und statische Messungen notwendig. So sind zum Beispiel das dynamische Positionierverhalten, die Positioniergenauigkeit und die Wiederholbarkeit der beiden Antriebsachsen zu messen. Weiterführende Tests bezüglich des Verhaltens der z-Achse während dem Schneidevorgang, dem Einfluss der Vibrationen oder dem Verhalten bei Krafteinwirkung sind auszulegen. Mikrokeratom zur Behandlung von Presbyopia (Altersweitsichtigkeit) Vorgehen Als erstes sind die erforderlichen Tests zu definieren und ein dazu dienlicher Messaufbau zu konstruieren. Die Motorsteuerung mittels Herstellersoftware muss erlernt und deren Umsetzung mit dem Programm Labview 7.1 realisiert werden. Als Sensoren zur dynamischen und statischen Vermessung des Antriebes werden zwei Laser-Distanzmessgeräte eingesetzt. Sie werden auf zwei Siliziumwavern fokussiert, da deren homogene Oberfläche die Auflösung der Geräte erhöht. Die Laserdaten können mit Labview 7.1 bequem erfasst und verarbeitet werden. Die Definition des Nullpunktes ist mit zwei Reedschaltern umgesetzt worden. Sie schalten eine Steuerspannung, sobald die am Antrieb befestigten Magnete den Schaltabstand passieren. Die Steuerspannung wird ebenfalls von Labview 7.1 verarbeitet. Auf der Basis dieser Signale können verschiedene Messprogramme für die Motoren geschrieben werden. Die entstehenden Daten werden ausgewertet und in Zusammenarbeit mit den Konstrukteuren des Antriebs in mechanische Korrekturen umgesetzt. Fankhauser Ariane 1981 076 582 33 80 [email protected] 189 Mikrotechnik Microtechnique Multifunktionsgreifer für PR-1A-Roboter Robotik / Prof. Olivier Boss Der Parallelogramm Scara Roboter PR-1A wurde für Anwendungen im Allgemeinen Mikro-Handling, der Uhrenindustrie, der Bestückung von Leiterplatten oder dem Probenhandling in Labors entwickelt. Um konkurrenzfähig produzieren zu können, setzt die Industrie grosse Anforderungen an Automationssysteme. Die herzustellenden Produkte verlangen in Folge allgemeiner Miniaturisierung, immer ein höheres Mass an Fertigungs- und Montagepräzision. Da vielfach mit demselben Roboter verschiedene Teile manipuliert und montiert werden, müssen Multifunktions-Greifer eingesetzt werden. Diese ermöglichen höchste Flexibilität bei geringen Auswechselzeiten. Da auf dem Markt keine geeigneten Systeme erhältlich sind, wurde eine Eigenentwicklung realisiert. Gassmann Stefan 1982 079 680 64 40 [email protected] Die Idee des Multifunktionsgreifers ist es, an Zuführpositionen gleichzeitig 3 bis 4 verschiedenartige Teile aufzunehmen, um sie nacheinander, entweder auf einer Vormontage-Station oder direkt auf einem Montageband, zu montieren. Das Ziel bestand darin, ein System mit grosser Flexibilität zu entwickeln, welches innerhalb kürzester Zeit verschiedenartige Greifer einsetzen kann. nur einen Hub von wenigen µm, so dass eine mechanische Verstärkung konzipiert werden muss. Die Moving Coils hingegen erreichen nur kleine Kräfte bei genügendem Hub. Dies bedingt, dass die Mechanik nur sehr wenig Widerstand aufweisen darf, um nicht einen zu grossen Anteil der Kraft zu verlieren. Mit Hilfe von flexiblen Strukturen konnte diese Problematik gelöst werden. Diese ermöglichen es einerseits komplexe mechanische Der Greifkopf hat einen revolverför- Strukturen auf sehr geringem Volumigen Aufbau mit 4 austauschbaren men zu konzentrieren. Andererseits Greifern. Durch Rotation des Re- weisen sie keine Reibung auf, so volverkopfes werden die verschie- dass nur der elastische Widerstand denen Greifer in die Arbeitsposition des Werkstoffs überwunden wergebracht. Um eine genaue Positionierung zu garantieren, musste für diese Rotation ein spielfreier Antrieb realisiert werden. Dazu wurde ein Micro Harmonic Drive Getriebe verwendet. Eine Herausforderung war es, genügend kleine Aktuatoren mit grosser Leistung zu finden, um die Greiffinger zu bewegen. Dabei wurden verschiedene Prinzipien untersucht. Versuche mit Bimetall-Elementen und Memory-Effekt-Metallen ergaben viel zu lange Reaktionszeiten und wegen der hohen Betriebstemperatur relativ viel Wärmeenergie, die nur schlecht abführbar ist. Überzeugend waren schliesslich Moving Coils und Piezo-Aktuatore, beide Systeme sind sehr einfach ansteuerbar und mit hohen Frequenzen zu betreiben. Piezo-Aktuatoren erreichen grosse Kräfte, haben jedoch 190 den muss. Diese flexiblen Strukturen wurden mit Hilfe von FEM dimensioniert. Im Weiteren wurde untersucht, wie der Greifer und der Roboter vor Kollisionen geschützt werden können. Dazu wurden mehrere Konzepte erarbeitet und evaluiert. Multifunktionsgreifer PR-1A Roboter Hochwertigkeit qualité supérieure Die CM Group ist führend in der Herstellung von anspruchsvollen Produkten aus hochwertigen Werkstoffen. Wir entwickeln, produzieren, vermarkten und verkaufen eigene und kundenspezifische Produkte und erbringen Dienstleistungen für die Medizintechnik, die Uhren- und Schmuck- sowie die Elektronikindustrie. Le groupe CM est un leader dans la fabrication de produits de haut niveau à partir de matériaux de haute qualité. Nous développons, produisons, commercialisons et vendons nos propres produits ainsi que des produits spécifiques aux clients et fournissons des services pour la technique médicale, l’industrie horlogère et joaillière tout comme pour l’industrie électronique. CENDRES & MÉTAUX SA RUE DE BOUJEAN 122, CH-2501 BIEL-BIENNE, TÉL. +41 (0)32 344 22 11, FAX +41 (0)32 344 22 12 E-MAIL [email protected], www.cmsa.ch Mikrotechnik Microtechnique Laser Beam welding of Thermoplastic Optik / Steeve Bühler, Prof. Christoph Meier / Advanced Micro Technology AG Das Laserdurchstrahlschweissen von Thermoplasten ist eine neue Fügetechnik mit einer Reihe von Vorteilen, welche nicht nur konventionelle Schweissverfahren hervorragend ergänzt, sondern auch eine wirtschaftliche Alternative zu klassischen Verbindungstechniken wie Schrauben oder Kleben bieten kann. Da nur die Fügezone erwärmt wird und dies ohne mechanische Beanspruchung, ist das Verfahren schonend und eignet sich damit auch für besonders empfindliche Bauteile z.B. in der Elektronik oder Medizintechnik. In der vorliegenden Diplomarbeit werden das Prinzip des Laserdurchstrahlschweissens untersucht sowie die Anforderungen an die Werkstoffe analysiert. Zusätzlich werden in der Firma Advanced Micro Technologie AG Schweissversuche durchgeführt. Ziel ist es den optimalen Bereich der Schweissparameter herauszufinden, um die perfekte Schweissnaht zu erhalten. Grossenbacher Bernhard 1981 079 706 03 67 062 922 92 25 [email protected] Der Fügeprozess des Durchstrahlschweissens beruht auf der Umwandlung von Strahlungsenergie in Wärme durch Absorption im Material und dadurch Bildung einer lokal begrenzten Schmelze in der Fügezone. Eine geeignete Materialkombination ist daher die Grundvoraussetzung für die Anwendung des Durchstahlverfahrens. - Ionische Anregung : Unterschiedlich geladene Ionen in Kristallgittern werden gegeneinander verschoben ; Schwingungen der effektiven Ionenladung der Kristallgitter. Der für unsere Anwendung eingesetzte Nd:YAG-Laser liegt mit seiner Wellenlänge im nahen Infrarotbereich und somit im Übergang Die Infrarotstrahlung soll das obere von elektronischer Anregung im transmittierende Fügeteil möglichst sichtbaren Teil des Spektrums zur ungehindert durchdringen und im Vibrationsanregung von Ionen im unteren Fügeteil vollständig absor- mittleren Infrarotbereich. biert und in Wärme umgewandelt werden. Durch den Energieeintrag In der Anforderung an die Kunstwird dieses Fügeteil im Bereich stoffe kann die grösste Schwieder Absorption erwärmt und auf- rigkeit eruiert werden. Denn sie geschmolzen. Die Schmelzbildung müssen nicht nur das Kriterium der bewirkt eine Volumenausdehnung Transmission beim ersten Fügeteil und überbrückt einen möglichen Fügespalt. Durch den Kontakt wird die Wärmeübertragung zwischen den beiden Fügeteilen ermöglicht. Infolge der Wärmeleitung wird auch das für die Laserstrahlung durchlässige Fügeteil aufgeschmolzen. Für die Erwärmung der Fügezone beim Laserschweissen ist die Absorption der eingekoppelten IRStrahlung an der Polymermatrix und den Zusatzstoffen verantwortlich. Es gibt zwei bedeutende Anregungsarten der Polymermatrix : - Elektronische Anregung: Elektronen werden um die Ruhelage der Atomkerne ausgelenkt. 192 Grundprinzip des Laserdurchstrahlschweissens Aufnahme eines Schweissprozesses mit der IR-Kamera und Absorption beim zweiten erfüllen. Sondern es muss auch eine Wärmeleitung vom absorbierenden hin zum transmittierenden Fügeteil erfolgen. Für eine analytische Materialprüfung wird die Wärmeleitungsgleichung herbeigezogen, welche die Ausbreitung der Wärmeenergie im festen Körper beschreibt. Um dies zu prüfen haben wir einen speziellen Versuchstand aufgebaut : Mit dem Laser wird die eine Seite des Körpers sinusförmig erwärmt. Es entsteht eine thermische Welle, die den Körper durchdringt. Die Oberflächentemperatur auf der anderen Seite des Körpers wird mit einer Infrarotkamera gemessen. Die sinusförmige Veränderung der Oberflächentemperatur ist zur Anregung durch den Laser phasenverschoben. An der Frequenzabhängigkeit dieser Phasenverschiebung kann die thermische Eigenschaft (die Diffusivität) des Körpers bestimmt werden. Scanning Digital Ophtalmoscope Mikrotechnik Technique médicale / Prof. Dr. Jurgen Burger, Aloïs Pfenniger /MEM RC, Uni. de Berne, Hôpital de l’Île, Berne Microtechnique Le diabète est la cause principale de la perte de la vision chez les personnes âgées. Pour stopper la dégradation de la vue, on a recours à une opération où l’on utilise un laser. Celui-ci empêche la croissance des vaisseaux sanguins responsables de la perte de la vision. Ce travail de diplôme a pour but d’automatiser le déplacement du miroir responsable de dévier le faisceau laser. Le déplacement doit se faire autour de deux axes et les exigences concernant la précision et la vitesse de déplacement sont relativement élevées. Ce travail apporte un soutien au médecin et le décharge de la partie manuelle et répétitive de l’opération. Avec l’âge, il peut arriver que des malformations apparaissent sur la rétine et perturbent la vue. En général, cela arrive lorsqu’une personne est atteinte de rétinopathie diabétique, une dégénérescence du diabète. De fins vaisseaux sanguins indésirables se créent alors sur la rétine pour essayer de combler le manque d’oxygène. Ces derniers, très fragiles, éclatent généralement et la vue est ainsi troublée. Le champ visuel est alors perturbé par des taches sombres. Si rien n’est entrepris, la maladie évolue et la vue diminue constamment. Pour empêcher que des vaisseaux sanguins ne continuent de se développer, on peut opérer le patient au moyen d’un appareil muni d’un laser. Ce traitement, appelé photocoagulation, permet d’arrêter l’évolution de la maladie. Le développement du travail s’est fait sur un appareil utilisé actuellement pour ces traitements. Sur cet appareil, et jusqu’à présent, le médecin déplace le laser mécaniquement au moyen d’un levier. Ce déplacement permet d’atteindre chaque endroit de la rétine où une impulsion du laser doit être déclenchée. Une opération dure environ 30 minutes et quelque 500 points sur la rétine sont traités. Un traitement total demande 4 à 6 opérations de ce genre. Le déplacement du laser par le médecin demande une certaine habileté, une grande précision et de la concentration. Dans ce travail de diplôme, le but était de réaliser un système qui permette de dévier le faisceau laser automatiquement pour faciliter la tâche du médecin. Pour ce faire, il fallait motoriser le miroir qui dévie le laser. Pour couvrir toute la surface à traiter, environ 1 cm2, le déplacement doit se faire autour de deux axes. Le travail comportait trois parties: la mécanique, qu’il a fallu concevoir entièrement, l’électronique et l’informatique permettant de contrôler le déplacement des moteurs et de les régler. Pour gérer les déplacements et assurer le fonctionnement en temps réel, la programmation s’est faite avec LabVIEW. Les exigences concernant la précision de positionnement du laser sur la rétine (résolution de 20 µm) et la vitesse de déplacement du miroir ont été un défi particulièrement intéressant à relever. De plus, dans le domaine médical, il faut porter une attention particulière à la fiabilité du système. La diversité des domaines rencontrés (mécanique, électronique et informatique) en ont fait un projet passionnant. Güller Daniel 1981 078 648 99 49 [email protected] Mécanisme développé pour la rotation du miroir 193 Mikrotechnik Microtechnique Piezoaktuator-Komplettsysteme Mechatronik / Prof. Dr. Peter Walther Piezokristalle reagieren bei Anlegen einer elektrischen Spannung mit einer mechanischen Formveränderung. Die Bewegungen sind klein, präzis und sehr schnell. Durch die industrielle Miniaturisierung werden Piezos immer häufiger für Aktuatoren eingesetzt. Piezos benötigen jedoch hohe Spannungen und weisen kapazitive Eigenschaften auf. Dies stellt an die Treiberelektronik vor allem bei hohen Frequenzen besondere Anforderungen. Ziel dieser Diplomarbeit ist die Entwicklung eines low-cost Spannungsverstärkers zur Ansteuerung von Piezoaktuatoren bis 200 V und 100 kHz. Die Funktionstüchtigkeit des Verstärkers wird mit einem ebenfalls neu entwickelten Miniroboter mit Stick-Slip-Antrieb gezeigt. Hurni Andreas Philipp 1982 079 798 43 55 [email protected] Um Piezoaktuatoren nicht mit hohen Spannungen betreiben zu müssen, werden häufig Multilayer-Piezos eingesetzt. Diese Stacks aus mehreren hundert Piezoscheiben können mit niedrigen Spannungen um 10 V angesteuert werden und verlangen keine aufwändige Treiber elektronik. Ein Nachteil ist jedoch der hohe Preis. Für Anwendungen, bei denen hohe Geschwindigkeiten, jedoch keine grossen Kräfte gefordert werden, eignen sich günstige HV-Piezos besser. Auf dem Markt erhältliche Verstärker für solche Pie zos sind allerdings teuer und unförmig gross. Piezoverstärker Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurde nun eine Verstärkerschaltung entwickelt, welche auf kleinstem Raum in low-cost Ausführung Spannungen bis zu 200 V verstärkt. Der Piezoverstärker kann als Modul zur Ansteuerung von Aktuatoren mit HV-Piezos eingesetzt werden. Piezoverstärker 194 Er verstärkt ein analoges Eingangssignal mit einer Maximalamplitude von ± 1 V auf ± 200 V bei Frequenzen von DC bis 100 kHz. Die Spannungsversorgung ist variabel von 3 V bis 12 V einstellbar. Der Pie zoverstärker kann somit problemlos mit einer Batterie betrieben werden. Das Schaltungsprinzip basiert auf einem teilweise geregelten Verstärker mit einer MOSFET-Leistungsendstufe. Ein Anteil des Ausgangssignals wird in einen Operationsverstärker rückgekoppelt und mit dem Eingangssignal verglichen. Eine DC/DC-Wandlung generiert die hohen Spannungen für die Leistungsendstufe. Mithilfe der Simulations-Software Circuit Maker wurden die Widerstands- und Kondensatorwerte abgeglichen, bis ein optimaler Frequenzgang erreicht wurde. Es konnte festgestellt werden, dass die Simulation sehr gut mit dem Printaufbau übereinstimmt. µSmartease Als Anwendung des Piezoverstärkers wurde ein Miniroboter mit StickSlip-Antrieb entworfen. Zwei HVDeflektionspiezos setzen mithilfe des Stick-Slip-Effektes je ein Rad in Bewegung. Basis des µSmartease bilden die Spannungsversorgung und Wandlung, zwei Verstärker, sowie der mechanische Aufbau zur Bewegungsrealisation. Der modulare Aufbau erlaubt einen beliebigen Ausbau des µSmartease mit Sensor- und Steuerelektronik. Tunnelstromregler Zur Demonstration der sensorischen Fähigkeiten von HV-Piezos wurde ein Schaltungsaufbau entworfen, welcher die Formveränderung des Piezos durch auftreffende Schallwellen ausregelt. Das Prinzip ist ähnlich einem Mikrofon, wobei die Regelgrösse hierbei der quantenmechanische Tunnelstrom ist. Dieses Demonstrationsmodell dient als Bausatz für den Unterricht zur Veranschaulichung des Piezohandlings im Nanometerbereich. µSmartease Spitzenprodukte der Medizintechnik weltweit führend in der Augenmedizin Dank intensiver Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen, und durch enge Zusammenarbeit mit HTI und mit Mikrotechnik-Unternehmen aus der Region, gelingt es den Unternehmen der Ziemer-Gruppe, innovative Produkte zu entwickeln und auf dem Weltmarkt erfolgreich zu verkaufen. FEMTOSECOND SURGICAL LASER DUAL SCHEIMPFLUG ANALYZER DYNAMIC CONTOUR TONOMETER ADVANCED AUTOMATED MICROKERATOME DIAMOND SURGICAL KNIVES Ziemer Ophthalmic Systems AG SIS Surgical Instrument Systems AG SMT Swiss Microtechnology AG ISS Integrated Scientific Services AG SIE Surgical Instrument Engineering AG Allmendstrasse 11 CH-2562 Port Tel. 032 332 7050 www.ziemer-ophthalmics.com Mikrotechnik Microtechnique Moteur linéaire et robot à structure parallèle Robotique et régulation / Prof. Olivier Boss Dans le cadre d’un développement d’un robot cartésien à structure parallèle, l’emploi de moteurs linéaires pour déplacer les bras du robot s’avère judicieux parce qu’il permet d’effectuer des mouvements rectilignes en s’affranchissant d’une quelconque transformation mécanique d’un mouvement rotatif en un mouvement linéaire. Le moteur linéaire mis en service durant ce travail de diplôme est guidé par des paliers à air. L’utilisation de tels guidages, peu présents sur le marché, permet de réduire fortement les frottements, l’usure et l’entretien du système. Ces caractéristiques sont favorables aux applications demandant une précision et une vitesse de déplacement très élevées. La très faible génération de particules, autre propriété non négligeable, en fait un système adapté pour un travail en salle blanche. Loeffel Raphaël 1974 [email protected] Le fonctionnement d’un moteur linéaire se base sur les mêmes principes électromagnétiques qu’un moteur rotatif. Les principaux éléments, bobines et aimants sont simplement arrangés de manière à produire une force et non un couple. En ce qui concerne le fonctionnement du palier à air, le principe consiste à injecter de l’air sous pression entre deux pièces afin de créer un coussin d’air et ainsi de les maintenir à distance l’une de l’autre. Le but de ce travail de diplôme est la mise en service du moteur linéaire et des paliers à air, leur dimensionnement ayant été effectué durant le travail de semestre. La conception, la réalisation et la mise en service d’un robot cartésien à structure parallèle de démonstration fonctionnant avec des moteurs linéaires du marché étaient également un but à atteindre. Pendant le diplôme, il a fallu assembler le moteur et les paliers. Parallèlement, un montage servant de support pour le moteur et de distributeur de pression pneumatique pour les paliers à air a été développé et assemblé. Ce dispositif permet aussi d’accueillir une règle optique qui est utile pour déterminer la position des bras et rend ainsi la régulation de moteur possible. La régulation a été conçue à l’aide des programmes Mathlab/Simulink et d’une carte dSPACE. Une électro- 196 nique capable d’alimenter les bobi- développement futur par des mones du moteur a été développée. teurs linéaires avec des guidages à air, une version de démonstration a Afin de mieux visualiser la cinéma- été développée et mise en service tique du robot cartésien à structure durant ce travail de diplôme. parallèle qui sera actionné dans un Moteur linéaire avec les guidages à air Robot cartésien à structure parallèle Système anti-bégaiement Mikrotechnik Technique médicale / Dr. Andreas Stahel, Dr. Jürgen Burger et Nicolas Destrez (Phonak Communications AG) Microtechnique Dans une société où la communication revêt toute son importance, pouvons-nous imaginer l’implication sociale et personnelle du bégaiement dans la vie des personnes qui en souffrent ? La technologie est-elle susceptible d’apporter un complément aux méthodes thérapeutiques existantes ? Ce travail de diplôme a pour but principal de répondre à ces deux questions. Imaginé par l’entreprise Phonak, le projet se base sur des études et des observations prouvant que le bégaiement peut sensiblement diminuer grâce à un système électronique capable de produire deux effets sonores : le DAF et le FAF. Les systèmes anti-bégaiement déjà proposés sur le marché sont en général composés de trois parties principales : un micro, un système auditif (casque, oreillette, etc.) et un dispositif de traitement du signal sonore, capable de produire un DAF (Delayed Auditory Feedback) et un FAF (Frequency shifted Auditory Feedback) réglables. Ainsi, lorsque la personne munie d’un tel système parle, elle entend soit sa parole décalée de quelques millisecondes dans le cas du DAF, soit sa parole avec une tonalité plus élevée ou plus basse dans le cas du FAF. Finalement, le fait de réinjecter la parole préalablement modifiée dans l’oreille d’une personne bègue perturbe son audition et ainsi, Schéma explicatif du système anti-bégaiement pour des raisons encore inconnues Le FAF est obtenu par l’implémenà l’heure actuelle, diminue son bé- tation de l’algorithme PSOLA (Pitch gaiement. Synchronous Overlap and Add) sur MATLAB/Simulink. Cet algorithme Mon travail de diplôme est réa- permet de déterminer et de décalisé en deux étapes successives. ler chaque pitch (fréquence fondaLa première étape, débutée lors mentale) des parties scannées du du travail de semestre, consiste à signal. Le DAF, quant à lui, est obcréer une station d’essai capable tenu par le passage du signal sode produire un DAF avec un délai nore préalablement traité à travers réglable de 20 à 220 millisecondes un filtre FIR de la librairie Simulink et et un FAF avec une variation de dont la partie feedforward est supfréquence du signal de -1.2 à 0.4 primée. L’algorithme nécessaire à la octaves. La station opérationnelle programmation de ce même effet terminée, l’étape suivante consiste sur un microcontrôleur s’obtient en à programmer le DAF sur un micro- réservant une certaine place mécontrôleur afin d’obtenir une station moire pour le signal sonore préalabeaucoup moins encombrante et blement converti digitalement, puis de se rapprocher de l’idée d’un sys- en créant une place mémoire décatème portatif miniaturisé. lée par rapport à la première et en renvoyant, dans le convertisseur D/ A, le signal enregistré dans la place mémoire décalée. Munafò Elisa 1981 079 712 27 16 [email protected] Le schéma ci-contre indique une finalisation possible du projet. Le DAF et le FAF sont programmés en langage ASM/C sur le PC, puis envoyés sur le microcontrôleur par l’intermédiaire du débuggeur et du câble ethernet. Un casque audio (A) muni d’un microphone (M) branchés sur la plateforme électronique constitue un prototype opérationnel qui sera ensuite miniaturisé et introduit dans une aide auditive portative. 197 Mikrotechnik Microtechnique Machine Vision – Ein Auge für die mobile Robotik Robotik / Prof. Alain Codourey/ Sebastien Perroud, CSEM Alpnach Das Sehen ist ein Schlüsselelement in der mobilen Robotik. Es erlaubt einem Roboter die Navigation aufgrund der Erkennung von Formen, Farben und Lichtquellen. Im Robotiklabor der Abteilung Mikrotechnik wird für Laborübungen und Forschungszwecke ein mobiler Roboter namens SmartEase verwendet. Dieser dient der aktuellen Diplomarbeit als Basis. Mit dem Softwarepaket der Firma CSEM soll eine Netzwerkkamera auf dem Roboter implementiert werden. Es müssen dazu die notwendigen Treiber und Klassen in Java geschrieben werden, um dem Roboter die Kommunikation mit der Kamera und Auswertung des erhaltenen JPEG-Streams zu ermöglichen. Russi Stefan 1980 079 641 68 77 [email protected] Die digitale Bildbearbeitung ist ein immenses Gebiet, welches weit über die einfache Erkennung von Formen und Farben hinausgeht. Die Implementierung einer Kamera soll zukünftigen Robotik-Studenten die Möglichkeit bieten, die Navigation mit etwas Komplexerem als den üblichen Sensoren zu realisieren – und eventuell auch als Grundlage dienen für Teilnahmen am Robotik Swiss Cup, welcher in diesem Jahr ein zentrales Thema in der Abteilung darstellt und immer populärer wird. ist ein QNX 6.2 installiert, welches dem Anwender ermöglicht mit Java, oder anderer Software, realtimefähige Applikationen auszuführen. Damit der PC/104 mit der Kamera über das Netzwerkkabel kommunizieren kann, muss zusätzlich eine Wireless LAN Karte eingebaut werden, um die Kommunikation mit dem Host-PC zu gewährleisten. Somit ist es nicht nur möglich den Roboter zu steuern, sondern auch die empfangen Bilder auf dem HostPC darzustellen und das Verhalten des Roboters zu kontrollieren. Beim SmartEase handelt es sich um eine einfache Konstruktion mit zwei Rädern, einer Speisung, einem Akku und einem PC/104Stack mit den notwendigen Modulen. Auf dem PC/104 des Roboters Die Netzwerkkamera dient als Server mit eigener IP-Adresse. Dadurch, dass der PC sowohl als Server wie auch als Client fungiert, ist es dem PC/104 möglich, den JPEGStream durch das Adressieren der Roboter SmartEase & Netzwerkkamera 198 Kamera zu empfangen. Da ein ständiges Lesen und Analysieren der Bilder einen enormen Rechenaufwand erfordern würde, werden die notwendigen Daten auf ein Minimum reduziert. Das heisst, von den 30 Bildern, die pro Sekunde geliefert werden, werden nur einzelne eingelesen. Durch das Abtasten der Pixel erkennt das Programm die entsprechenden Farbwerte und kann somit Rückschlüsse ziehen auf die Position, Form und Farbe des betrachteten Objektes. Der Roboter kann nun durch Ausrichtung nach dem entsprechenden Objekt mit Hilfe eines präzisen Lasersensors die Entfernung messen, was dem Roboter wiederum die für die autonome Navigation notwendigen Daten liefert. Détection de micro-déplacements Technique des capteurs / Prof. Dr. Andreas Stahel, Prof. Dr. Jürgen Burger Mikrotechnik Microtechnique Fruit d’une étroite collaboration entre notre école et une entreprise active dans le secteur horloger, ce projet devait nous permettre l’étude d’une technologie capable de détecter des variations de déplacements de l’ordre de 60 nm. Le travail de diplôme, continuation du travail de semestre, nous a permis, d’une part, de regrouper et d’analyser toutes les techniques qui devraient être capables de fournir de telles performances et, d’autre part, de sélectionner l’une d’entre elles, afin d’en étudier toutes les caractéristiques, en vue d’une intégration dans un appareil déjà commercialisé. Dans un premier temps, nous avons recensé toutes les technologies censées fournir de telles spécifications. Certaines contraintes, comme le prix de production, nous étaient imposées, car le futur capteur devait impérativement rester dans une gamme low-cost. De plus, l’ensemble mécanique devait rester relativement compact pour garder une certaine ergonomie d’utilisation. Après la mise sur pied des différentes comparaisons de technologies, la présentation de celles-ci à notre entreprise partenaire lui a donné la possibilité d’émettre un choix stratégique nous permettant d’entrer dans une phase de développement et d’analyse d’un procédé bien défini. Le choix s’est porté sur l’utilisation de PSD (Position Sensitive Detector) pour la réalisation de cette application. Relativement nouveaux, mais surtout très performants, les PSD sont des éléments low-cost très répandus dans diverses applications nécessitant la mesure de petits déplacements. L’étude en détail de cette technologie nous a permis de déterminer si cette application était adaptée à nos besoins. La technologie des PSD nous assure la possibilité de connaître la position d’un spot lumineux sur sa cellule. Pour cela, nous avons utilisé une LED IR (Diode Electroluminescente Infrarouge) comme source de lumière. En sortie du PSD, nous obtenons un couple de courants électriques en fonction de la position du spot. Le PSD est composé de l’empilement de deux types de composants : une photodiode de type PIN de grande surface qui est recouverte sur la surface anodique LED IR et cellule PSD d’une couche résistive transparente. Lorsqu’un spot lumineux atteint la cellule PSD, les photons créent La conception d’un ensemble mé- à cet endroit des pairs électrons canique a été réalisée. L’idée s’est trous qui génèrent un courant. portée sur une modification minimale de l’appareil existant pour in- Le PSD est assimilable dans son tégrer le capteur utilisant les PSD le fonctionnement à une source de plus rapidement possible. Un mon- courant. Un traitement électronique tage test a aussi été réalisé pour des différents courants, notamment permettre la définition des spéci- pour l’élimination du bruit basé sur fications des éléments choisis en la technologie Lock-in, nous persupprimant certaines contraintes met de détecter des variations de mécaniques de l’appareil. positions extrêmement petites. Schlüchter Nicolas 1980 079 755 35 76 [email protected] Réalisation mécanique compacte intégrable dans un appareil 199 Mikrotechnik Microtechnique Oberflächenanalyse mittels Rasterkraftmikroskopie Nanotechnik, Mechatronik / Prof. Dr. Peter Walther / MPS Micro Precision Systems, Biel und Nanosurf, Liestal Bei der Herstellung hochqualitativer Kugeln für Kugellager ist eine Qualitätsprüfung unerlässlich. Bei Kugeldurchmessern unter 600 µm versagen die bewährten Methoden wie Talysurf. Dank dem entwickelten Messverfahren mittels Rasterkraftmikroskopie können nun auch Kügelchen mit einem Durchmesser von 200 µm analysiert werden. Zum Vergleich: Ein menschliches Haar hat einen Durchmesser von rund 80 µm. In Zusammenarbeit mit den Firmen MPS in Biel und Nanosurf in Liestal wurde die stichprobenweise Qualitätskontrolle automatisiert. Schmidhalter Ralph 1980 078 804 56 66 [email protected] Ausgangslage Die Firma MPS Micro Precision Systems in Biel stellt hochpräzise Kugellagerkugeln für die Uhrenund Medizinaltechnikindustrie her. Eine Qualitätsprüfung der Kugeln ist unerlässlich, da die Kugeln unter genau definierten Qualitätsbedingungen verkauft werden. Die Messung mit Standardmethoden wie Talysurf ist relativ zeit- und arbeitsintensiv und für Kugeln mit einem Durchmesser unter 600 µm nicht mehr möglich. Mit Hilfe der Rasterkraftmikroskopie können nun auch Kügelchen mit einem Durchmesser von 200 µm rasch und zuverlässig analysiert werden. Rasterkraftmikroskopie Das Rasterkraftmikroskop (engl. Atomic Force Microscope; Abkürzung AFM) ist ein 1986 von Binnig, Quate und Gerber entwickeltes Mikroskop zur mechanischen Abtastung von Oberflächen auf der Nanometerskala. Ein kleiner Biegebalken (Cantilever) mit winzigkleiner Messspitze wird zeilenweise über die Oberfläche der Probe bewegt. Durch die Struktur der Oberfläche wird der Biegebalken verbogen. Die Auslenkung dieses Biegebalkens wird optisch gemessen. Das Resultat ist die Topographie der Probe. Aus diesen Rohdaten lassen sich nun die gewünschten Parameter ermitteln. Automation Das Messsystem soll ein Los von 20 Kügelchen automatisch analysieren. Rein mechanisch ist ein Positionieren der Kugeln in der gewünschten Toleranz nicht zu bewerkstelligen. Aus diesem Grund wird eine Kugel zuerst in einem Schnelldurchgang über den maximalen Scanbereich abgetastet. Mit Hilfe eines Algorithmus wird dabei die Kugelmitte erkannt. In einem zweiten Scan vorgang wird nun das detektierte Kugelzentrum über einen kleineren Scanbereich mit der gewünschten Genauigkeit gemessen. Nach Abschluss der automatisierten Messung wird ein Protokoll der gewünschten Oberflächenparameter in aufbereiteter Form erstellt. Ausblick Die Oberflächenanalyse mittels Rasterkraftmikroskopie funktioniert zuverlässig und schnell. Sie ermöglicht zudem die zerstörungsfreie Analyse der Proben. Dadurch ist die Einbindung der Oberflächenanalyse mittels Rasterkraftmikro skopie in den Produktionsprozess von besonders hochwertigen Produkten realistisch geworden. Diese Aussicht ist für alle qualitätsorientierten Branchen, insbesondere die Medizinaltechnik, interessant. 200 µm Grössenvergleich: Menschliches Haar (Ø 80 µm) und Präzisions-Kugel (Stahl, Ø 200 µm) Photodetektor Laser Cantilever mit Messspitze Probe Schematischer Aufbau eines Rasterkraftmikroskops 200 Laser Beam Profiler Mikrotechnik Microtechnique Optik / Prof. Christoph Meier Die Laserstrahlung ist durch verschiedene Eigenschaften wie mittlere Leistung, Strahldurchmesser, Strahldivergenz, Wellenlänge und Intensitätsverteilung charakterisiert. Bei bestimmten Anwendungen wie zum Beispiel bei der Materialbearbeitung ist besonders die Lage, Grösse sowie die Intensitätsverteilung eines fokussierten Laserstrahls von Interesse. Handelsübliche Messgeräte zur Charakterisierung von Laserstrahlen sind für Strahltaillen grösser als 10um ausgelegt. Es wurde ein Messgerät entwickelt, welches in der Lage ist Strahldurchmesser in der Grössenordnung von 1um zu charakterisieren. Strahlparameter Das Messgerät charakterisiert den Laserstrahl durch folgende Grössen: Strahldurchmesser, örtliche Intensitätsverteilung und Beugungsmasszahl M2. Dabei bestimmt M2 die Abweichung der Divergenz der Strahlform gegenüber einem idealen, gaussförmigen Strahl TEM00. Strahlausbreitung mit Intensitätsverteilung Messmethode Aufgrund der starken Fokussierung des Laserstrahls wird die Knife-Edge-Methode angewendet. Senkrecht zum Laserstrahl wird eine Schneide durch den Strahl gefahren. Unter der Schneide befindet sich eine Photodiode, welche die Lichtleistung misst. Somit wird die Intensität, in Abhängigkeit von der Schneideposition, über die Öffnung integriert. Die Bewegung erfolgt durch eine Piezoverstelleinheit. Diese ist in der Lage, in allen drei Raumkoordinaten eine maximale Bewegung von 100um mit einer Auflösung von 20nm zu fahren. Auswertung Die Bestimmung des Strahldurchmessers senkrecht zur Ausbreitungsachse erfolgt durch zwei verschiedene Methoden : durch einen Least-Square-Fit und mit dem zweiten zentrierten Moment. Beim Least-Square-Fit-Verfahren wird durch die Messpunkte eine mathematische Modellfunktion gelegt. Dabei ist die Funktion das Integral der örtlichen gaussförmigen Intensitätsverteilung, welche dem Profil TEM00 entspricht. Das zweite zentrierte Moment (Varianzdurchmesser) dient als Definition für den Strahldurchmesser. Diese Definition ist allgemeiner und dient auch für Strahlprofile mit höheren Transversalmoden. Mit dem Strahldurchmesser in Funktion zur Ausbreitungsrichtung wird die Divergenz und somit die Beugungsmasszahl M2 bestimmt. Die örtliche Intensitätsverteilung ist gleich der mathematischen Ableitung der Messdaten. Da jedoch die Ableitung von rauschbehafteten diskreten Messdaten zu unbrauchbaren Resultaten führt, wird eine zweidimensionale lineare Inversion angewendet. Wenger Pascal 1974 [email protected] Arbeitsumgebung Die Ansteuerung, die Bedienungsoberfläche sowie die Messdatenerfassung erfolgt mit Labview. Die Auswertung der Daten erfolgt mit Matlab-Prozeduren, welche in Labview eingebettet sind. Messvorrichtung 201 Name und Vorname Nom et Prénom Abdalla Tarig Ackermann Christian Aeberhard Patrick Aebersold Reto Aeschlimann Thomas Aguillon Anthony Ambühl Adrian Andenmatten Mario Andres Christian Aymon Myriam Baumann Toni Baur Andreas Alexander Bell John Bellot Jean Pascal Berger Philipp Bertini Fabio Bertschy Marc Bhend Michael Bigler Mark Bögli Christoph Bongiovanni Giuseppe Bonifacio Luca Borioli Steven Borlinghaus Daniel Bösch Lukas Christian Brand Simon Brander Nino Bremgartner Lucas Brigante Adriano Brönnimann Markus Brusa Tobia Buchard Frédéric Bühler André Bürgi Thomas Bürki David Bürki Oliver Pascal Burren Niklaus Bütikofer Alain Cagsar Ismail Chaubert Patrick Cheseaux François Christen Bruno Christen Curdin Christen Daniel Cissé Philipe 202 Seite Page 94 140 95 96 33 97 34 98 141 99 100 36 101 102 103 142 37 38 104 186 6 39 6 105 40 140 7 100 106 41 187 8 107 26 108 42 43 109 44 45 9 46 143 39 110 Codiroli Mattia Coray Patrick Dafflon Christian Dänzer Adrian De Amicis Nicolas Della Torre Martin Dick Matthias Dietiker Jürg Djafer Mounir Egger Andreas Ivo Eicher Stefan Enderli Patrick Erard Michel Esposito Tiziano Eyer Marcel Faccio Gina Fankhauser Ariane Fässler Florian Feissli Stephan Feller Daniel Fiechter Adrian Finger Tobias Fransioli Ivan Freudiger Daniel Frey Christian Frey Stephan Frey Thomas Frigerio Mauro Frikart Philippe Fumey Benjamin Gasser Milo Gassmann Stefan Gautschi Stefan Geissbühler Jonas Gerber Michael Germann Lukas Germann Thomas Gisin Cyrus Glauser Roger Govaert Ivan Grossenbacher Bernhard Gubler Markus Güller Daniel Guntelach Reto Günter Martin 47 101 8 188 110 48 10 144 111 49 50 27 99 112 113 114 189 51 115 146 116 117 52 53 54 118 55 56 54 57 147 190 58 148 149 57 105 150 144 151 192 42 193 119 152 Gurtner Alex Gurtner Reto Haag Manuel Hadorn Benjamin Hägler Benjamin Halter Lukas Martin Hauser Michael Hauser Serge Heimberg Simon Heiz Thomas Herger Franziska Herrera Marcos Hofer Mathis Honsperger Daniel Huber Matthias Hurni Andreas Philipp Imboden Alex Imoberdorf Daniel Jacob Philippe Jacquat Thierry Jaggi Manuel Jaussi Marco Joerg Katiuscia Jordi Urs Jörg Bruno Joss Ernst Jungen Sandro Kaltschmied Marcel Kappeler Monika Käser Jürg Kaufmann Kuno Kissling Remo Klopfenstein Hans-Peter Koch Didier König Roger-Markus Kretschmer Urs Kuriger Roger Lädrach Lukas Daniel Langenegger Mathias Lauper Reto Lehmann Stefan Lerch Denise Leuenberger Roger Leuthe Sabine Littera Franco 41 153 120 121 101 154 59 122 60 120 103 61 113 155 156 194 109 123 124 11 157 62 125 63 158 119 64 65 126 159 66 160 118 161 127 12 13 67 28 126 12 68 162 128 69 Name und Vorname Nom et Prénom Seite Page Loeffel Raphaël Lozano Rodrigo Luginbühl Marc Lüthi Stefan Lutz Niklaus Mahler Benjamin Maillat Dominique Malär Gian Andrea Marbet Christian Marchionna Nico Marghitola Mirko Marthaler Christoph Matthey-Doret Marcel Mätzener Reto Meier Marc André Meier Stefan Meier Thomas Melzer Karin Ménétrey Patric Meuwly René Meyes Simon Minder Bruno Mirabile Gerlando Moser Beat Mühle Christian Mühlemann Marco Müller Yves Munafò Elisa Münger Yves Nania Antonio Niklaus Beat Noelpp Daniel Nufer Andreas Oberli Gregor Oertle Reto Omlin Lukas Padberg Lorenz Page Fabian Gaudenz Paiano Gabor Pauli Stefan Marc Pennisi Sandro Pfäffli Manuel Pfammatter Matthias Pfund Mario Pieri Claudio 196 70 107 71 115 72 106 14 99 9 47 112 58 124 163 164 129 15 73 10 74 165 166 75 76 167 77 197 16 130 127 97 116 131 168 46 51 59 132 40 126 133 123 134 78 Podbreznik Danijel Preisig Peter Putzi Marc Räss Simon Rechsteiner Mirco Reusser Rino Ries Stephan Rihs Jonas Roesti Dominic Röthlisberger Michael Russi Stefan Sasso Leo Schaerer Niklaus Schären Björn Scheurer Florian Scheurer Patric Schlüchter Nicolas Schlup Reto Schmider David Schmidhalter Fabian Schmidhalter Ralph Schmutz Stephan Schneeberger Marc Schoen Pamela Schorer Andreas Schüpbach Simon Schütz Daniel Schütz Dominik Schwarzentrub Nicolas Schwegler Stefan Schwenter Peter Seiler Christof Seiler Roland Senn Andreas Sieber Lukas Siegenthaler Markus Siegenthaler René Signoretti Simon Sigrist Lorenz Sigrist Stephan Spasojevic Miladin Spreng Michael Stähli Matthias Stalder Daniel Stalder Matthias 133 167 17 104 128 169 79 80 135 18 198 109 136 81 19 82 199 170 83 84 200 76 171 172 29 85 81 86 96 173 174 115 132 150 68 39 87 175 88 20 21 108 63 49 89 Stämpfli Ueli Stauffer Marc Raphael Steinmann Rolf Stephani Dominik Stettler Alexander Bernhard Stettler Benjamin Stotz Philippe Sturzenegger Philippe Martin Stutz Thomas Sutter Stefan Sweeney Christina Tadic Daniel Thoma Florian Thomann Marc Thomet Andreas Thurnherr Alain Didier Trepte Frank Trösch Michael Trostel Alain Tschanz Roger Ulrich Daniel Varley Yanik Vonlanthen Elmar Wabel Ralph Weber Alexander Weber Stefan Wehren Salome Weiermann Tobias Michael Weisskopf Beat Wenger Andreas Wenger Marc Wenger Pascal Werren Stefan Wiedmer Roman Wiedmer Simon Wilhelm Benjamin Wittwer Gerhard Wüthrich Simon Zbinden Lukas Zbinden Markus Zenklusen Damian Ziegler Silvio Zimmermann Pascal Zumbrunn Reto 22 30 90 176 91 177 24 31 100 95 135 130 119 136 137 178 179 141 58 74 117 180 129 112 135 32 52 181 134 125 130 201 138 124 95 182 98 102 104 92 183 93 25 184 203 D_ins_absolvb hti_A4_hoch_f 28.11.2005 8:28 Uhr Seite 1 Kompetente Partner für Ausbildungssysteme Umwelt- und Sicherheitsaspekte, die knappe Ausbildungszeit und tional die passenden Ausbildungsmittel an, von kostengünstigen com- Kostenüberlegungen führen immer öfter zum Einsatz von Simu- putergestützten Ausbildungshilfen bis hin zu komplexen Simulatoren. lationssystemen. 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