Absolventenbuch 2007 - Berner Fachhochschule Technik und

Berner Fachhochschule Haute école spécialisée bernoise Technik und Informatik Technique et informatique

2007 Diplomarbeiten|Travaux de diplôme

«Veränderung bedeutet Flexibilität und Bereitschaft, neue Routen zu finden.» Thomas Frey, Accountmanager Netze

Wir gehen die Veränderungen in der Energiebranche proaktiv an. Es gilt, eine Reihe von herausfordernden und anspruchsvollen Projekten zu bewältigen. Dafür sind wir auf leistungsbereite und weiterbildungshungrige Mitarbeiter angewiesen. Dies in unterschiedlichsten Berufen. Von den Ingenieurwissenschaften über die verschiedensten Disziplinen der Betriebs- und Rechtswissenschaften bis hin zur Mathematik. Im Gegenzug bieten wir faire und fortschrittliche Arbeitsbedingungen. Unsere Mitarbeitenden erhalten den nötigen Spielraum für Eigeninitiative und aktive Mitgestaltung. Die BKW ist eine Arbeitgeberin, die ihre Angestellten konsequent fördert und ihnen viele Entwicklungsmöglichkeiten bietet.

Verschaffen Sie sich einen ersten Eindruck unter www.bkw-fmb.ch oder schreiben Sie uns auf [email protected]

In diesem Buch stellen wir die faszinierenden Diplomarbeiten der Berner Fachhochschule für Technik und Informatik des Jah­ res 2007 in kompakter Form vor. Viele dieser Arbeiten entstanden in enger Zusammenarbeit mit der Industrie. Dieses Vorgehen garan­ tiert der Hochschule Praxisbezug, den Studierenden Kontakte zu ihrer Branche und zu künftigen Arbeitgebern und der Wirtschaft Unterstüt­ zung durch kompetente Partner an der Hochschule. Die Arbeiten sind einerseits Abschluss eines heraus­ fordernden Ingenieursstudiums und ein Meilenstein im Leben dieser jungen Menschen und ihrer Familien. An­ dererseits sind sie Startpunkt zu einer Ingenieurskarriere in unserer Volkswirtschaft. Damit beginnen diese be­ gabten und engagierten Menschen, einen wertvollen Beitrag an unsere Gesellschaft zu leisten und Verant­ wortung für eine nachhaltige Entwicklung zu überneh­ men. Die Ingenieurskunst spielt in unserer Gesellschaft eine zunehmend wichtige Rolle bei der Innovationsförde­ rung und leistet damit einen wesentlichen Beitrag für die globale Konkurrenzfähigkeit der Schweiz. Lassen Sie sich von diesen Ideen und Prototypen begeistern und geben Sie diesen jungen Ingenieuren Mut und Unterstützung, damit die besten Arbeiten den Weg in die industrielle Umsetzung finden. Ich hoffe, dass der Funke der Faszination beim Durch­ blättern der Broschüre auf möglichst viele junge Leute übergreift, die sich noch nicht definitiv für eine Studien­ richtung entschieden haben. Ein Ingenieurstudium führt mit Sicherheit zu interessanten und spannenden Berufsfeldern und eröffnet reelle Chancen für einen er­ folgreichen beruflichen Karriereweg. Unsere Aufgabe ist es, die jungen Ingenieurinnen und Ingenieure so auszubilden und auf ihren verantwor­ tungsvollen Beruf vorzubereiten, dass wir den techno­ logischen Herausforderungen der Zukunft getrost ent­ gegensehen können.

Nous présentons, dans ce Book, un condensé pas­ sionnant des travaux de diplômes de la Haute école spécialisée bernoise – Technique et informatique de l’année 2007. Une grande partie de ces travaux résul­ tent de notre collaboration avec l’industrie. Cette manière de faire garantit à notre Haute école le lien avec la pratique, à nos étudiantes et étudiants un savoir approfondi et des relations avec de potentiels futurs employeurs et à l’industrie la collaboration avec des partenaires HES. Si ces travaux sont la conclusion d’études d’ingénieurs motivantes et marquent une étape importante dans la vie de ces jeunes et de leurs familles, ils représentent également le point de départ d’une carrière d’ingénieur dans notre économie nationale. Ces diplômées et di­ plômés compétents et engagés apportent un soutien précieux à notre société et assument avec sérieux leurs responsabilités pour un développement durable. Dans notre société en pleine croissance, l’art de l’in­ génieur joue un rôle important pour la promotion de l’innovation et contribue à la compétitivité de la Suisse. Laissez-vous enthousiasmer par ces travaux et encou­ ragez et soutenez ces jeunes ingénieures et ingénieurs afin que les meilleures idées puissent être produites dans l’industrie. J’espère qu’en parcourant ce Book, un très grand nombre de jeunes qui n’ont pas encore pris de décision quant à leurs futures études, seront gagnés par l’étin­ celle de l’ingénierie. Les études d’ingénieurs ouvrent, assurément, des champs d’activités passionnants et comportent une chance réelle d’entreprendre une car­ rière professionnelle réussie. Notre devoir est d’offrir une excellente formation aux jeunes ingénieures et ingénieurs et de les préparer à affronter les défis technologiques de leur profession avec responsabilité afin que nous puissions tous aller au-devant de l’avenir avec confiance.

Im November 2007 Lukas Rohr Direktor BFH-TI

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Traduction réalisée par Gabriella Scorrano

Novembre 2007 Lukas Rohr Directeur HESB-TI

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Diplomarbeiten 2007 Travaux de diplôme 2007 Berner Fachochschule - Technik und Informatik Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique Infoline : e-mail : Homepage :

0848 48 49 50 [email protected] www.ti.bfh.ch

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

[email protected]

Sponsoring und Inserate / Sponsoring et annonces :

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Und ohne sie wäre das Book 2007 nicht entstanden : Et sans eux, le Book 2007 n’aurait pas vu le jour :

Christine Beerli [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] [email protected]

Ein Dank an alle Fachbereichsleiter : Un remerciement aux doyens de sections :

[email protected] [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] [email protected]

I V M E V F

Ein besonderer Dank an alle DiplomandInnen und an alle DiplombetreuerInnen. Un remerciement chaleureux aux diplômé-e-s ainsi qu‘a ux directrices et directeurs de projets. Giampaolo Possagno Ein herzliches Dankeschön geht an unsere Inserenten : Seite Page Un chaleureux remerciement à nos annonceurs : BKW FMB Energie AG, 3000 Bern Bystronic Laser AG, 3362 Niederoenz RUAG Electronics, 3000 Bern Sputnik Engineering AG, 2502 Biel-Bienne Selectron Systems AG, 3250 Lyss Elca, 3000 Bern Wystar AG, 3000 Bern ALSTOM, 5401 Baden EnDes Engineering Partner AG, 4703 Kestenholz Müller Martini, 4800 Zofingen Cendres & Métaux SA, 2501 Biel-Bienne Stryker Osteosynthesis, 2545 Selzach Hy-Tech AG, 2555 Brügg 2

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Cover 2 Cover 3 Cover 4 37 65 99 117 133 141 157 175 193 197

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www.bkw-fmb.ch www.bystronic.com www.ruag.com www.solarmax.com www.selectron.ch www.elca.ch www.wystar.ch www.alstom.com www.endes.ch www.mullermartini.com www.cmsa.ch www.osteosynthesis.stryker.com www.hytech.com

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Inhalt Seite Liste der Diplomandinnen und Diplomanden (Reihenfolge nach Fachbereich) 4 - 7 Automobiltechnik 8 - 33 Elektro- und Kommunikationstechnik 34 - 85 Informatik 86 - 125 Maschinentechnik 126 - 167 Mikrotechnik 168 - 200

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 matières pages Liste des diplômées et des diplômés par section 4 - Automobile 8 - Electricité et systèmes de communication 34 - Informatique 86 - Mécanique 126 - Microtechnique 168 -

7 33 85 125 167 200

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

Beispiel Exemple

BE

BI

BU

Bern

Biel-Bienne Burgdorf

VA

Ort, wo die Diplomarbeit ausgestellt wird. Lieu où le travail de diplôme est exposé.

Vauffelin

Titel der Arbeit / Titre du projet Fach - Branche / Professor - Professeur / in Zusammenarbeit mit … - en collaboration avec …

Vorname Name

Prénom Nom

Geburtsjahr

Année de naissance

Telefon

Téléphone personnel

E-Mail

E-mail

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Book 2007 4

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xxxxxxxx Diplomarbeiten 2007 Travaux de diplôme 2007 Fach / Prof ............................................... Experte .....................................................

Liste der Diplomandinnen und Diplomanden (Reihenfolge nach Fachbereich) Liste des diplômées et des diplômés par section

Automobiltechnik – Technique automobile Aebischer Beat Ammann Reto Arnold Stephan Aschwanden Fabian Bachofer David Ballestraz Gilles Biedert Andi Blanc André Brassel Michael Bürgisser Lukas De Fazio Andreas

8 9 10 11 12 13 19 14 15 16 17

Fankhauser Philip Gianotti Marco Giobellina Martial Grin David Hilfiker Thomas Hons Markus Iseli Felix Lathion Vincent Pellascio Simone Rebsamen Patrick Richner Didier

18 14 19 20 17 21 22 13 23 24 12

Riesen Sebastian Rochat Mikaël Schlaeppi Florent Schmidt Christian Schmucki Roland Schüpbach Christoph Schütz Konrad Sturny Benedikt Tulipani Sandra Zeller Mischa

25 26 27 26 28 29 10 30 31 32

Elektro- und Kommunikationstechnik – Électricité et systèmes de communication Aebi Stefan Beck Marc-André Blaser Kurt Christ Michael Egloff Dominique Feuz Sascha Frei Bruno Gäumann Martin Gautschi Ramon Geiler Rinaldo Gerber Matthias Granito Flavio Grossenbacher Peter Habegger Mathias Hachen Marc Hanselmann Marc Holzwarth Dominique Isenschmid Dominic Jordi Florian Känel Fabian Kaufmann Reto Kilic Michael

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34 35 36 41 42 43 44 45 46 85 48 49 50 51 39 52 53 39 54 55 51 56

Kohler Lukas Kopp Thomas Kundert Jens Lauper Alexander Ledermann Martin Marbot Raphael Märki Basil Meier Adrian Meier Thomas Meyer Marcel Moor Jürg Müller Andreas Mürner Marc Ochsenbein Christian Pfäffli Andreas Portmann René Reber Thomas Riemer Steven Rochat Stany Romano Giuliano Sawicki Benjamin Schärf Philipp

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46 57 58 59 60 61 62 64 63 66 59 55 44 67 68 69 70 71 72 85 55 73

Schenk Dominic Schläppi Christian Schmid Mario Schnegg Sandro Schöni Ulrich Schori Stefan Schütz Andri Spirig Marco Steffen Pascal Steiner Martin Tschudi Jonas von Waldkirch Bernhard Vuilleumier Jean-Pascal Wenger Hans Ulrich Wicki Florian Wiedmer Stefan Wingeier Markus Wittmer Jörg Wyss Marco Zbinden Peter Zink Stephan Zivkovic Nebojsa

50 66 53 43 74 40 75 76 63 77 78 68 49 79 80 81 81 82 67 83 84 38

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Diplomarbeiten 2007 Travaux de diplôme 2007

Liste der Diplomandinnen und Diplomanden (Reihenfolge nach Fachbereich) Liste des diplôméés et des diplômés par section

Informatik – Informatique Aeby Adrian Arn Stefan Bachmeier Werner Balmer Stephan Berger Muriel Beyeler Christian Boesch Gregor Bourquin Timothée Bovet Pascal Burgener Sandro Burri Thomas Canobbio Stefan Champion Florian Creus Daniel Di Blasi Fabio Di Tomaso Fabiano Dröscher Andreas Fankhauser Simon Fasciati Claudio Ferreira César Fiechter Sebastian Frey Maurus Galeuchet Jérôme Garcia Manuel

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86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 90 96 97 96 87 98 100 101 95 97 102 101 98 107

Gasser Cinzia Gerber Martin Gisler Cyrill Glauser Reto Haldimann Cinthya Haldimann Fabian Hauzaree Nicolas Hegner Christian Heimberg Markus Hofacker Stephan Järmann Kurt Käser Daniel Krebs Silvan Peter Kuhn Philipp Liechti Olivier Loacker Mirjam Lüthi Walter Andreas Müller Benjamin Mumenthaler Peter Mürner Michel Obi Simon Pfister Christof Rawyler Thomas Reginster Cédric

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103 104 88 105 106 107 93 108 109 87 110 111 102 93 94 90 95 112 113 114 115 111 112 108

Rieder Matthias Rodriguez Martin Rohrbach Cédric Rossel Grégory Rüedlinger Matthias Schaller Christoph Schaller Philip Scheidegger Samuel Schmid Romed Stähli Bernhard Stauffer Marcel Steck Florian Steinhauer Benjamin Stettler Marco Strahm Lars Thommen Olivier Uhlmann Philipp Urben Michel Weber Marc-André Weber Raphael Wiget Martin Wüthrich Hannes Zaugg Lukas Zesiger Claudio

116 118 116 97 119 120 100 88 113 103 121 122 123 108 124 120 119 110 101 114 86 121 104 114

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Diplomarbeiten 2007 Travaux de diplôme 2007

Liste der Diplomandinnen und Diplomanden (Reihenfolge nach Fachbereich) Liste des diplôméés et des diplômés par section

Maschinentechnik – Mécanique Affolter Michael Andrijanic Simo Balsiger Frank Belletti Marco Bergström-Gigon Anne Bolli Tilo Marco Bosshard Thomas Urs Bracher Karin Brüngger Stefan Calli Cihan Diggelmann Simon Dummermuth Andreas Ebener Matthias

126 127 128 129 130 132 131 134 135 136 137 138 139

Eberlin Christian Frei Matthias Gfeller Timotheus Jaeggi Boris Jost Fabian Kiener Martin Kronig Florian Mallow Daniel Matter Heinrich Mauderli Gregor Maurer Andreas Messerli Beat Muralt Martin

140 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153

Renner Johannes Schwab Marco Spring Simon-Ulrich Streit Micha Studer Marc Trachsel Stefan Tschanz Andreas Uehlinger Marcel Wälti Roland Weber Markus Wittwer Adrian Zoller Roman

155 156 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167

Schüpbach Andrea Stadler Mathias Stirnimann Patrik Stöckli André Stoll Daniel von Niederhäusern Tim Wenger Thomas Widmer Daniel Zwicky Daniel

191 192 194 195 173 196 198 199 200

Mikro- und Medizintechnik – Microtechnique et génie médical Aeschbacher Yann Amrein Roman Barendregt Matthias Brawand Daniel Brodard Audrey Däpp Alexander Décosterd Cédric Do Rego Henrique Eggimann Christian Egli Roman Graf Mathias

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168 169 170 171 172 173 174 176 177 178 179

Haefner Tobias Liniger Simon Meister Dominic Rubi Barbara Rüfenacht Marius Rüfli Sophie Sans Marc-Antoine Sarbach Matthias Schaffer Simon Schläfli Thomas Schlup Fabien

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180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190

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BI

Automobiltechnik Technique automobile

Kombi-Anhänger für die Landwirtschaft Konstruktion / Prof. Hans-Ulrich Feldmann Experten: Sebastian Tobler, Hans-Jörg Gisler

Anhänger sind in der Landwirtschaft tagtäglich im Einsatz um Transporte von individuellen Materialien zu ermöglichen. Der in dieser Diplomarbeit zu konstruierende Anhänger soll für verschiedene Transportgüter kombinierbar sein. Die häufigsten Transportgüter des Kunden sind Quader-, Rund- und Siloballen. Aber auch ein Hoflader muss transportiert werden können. Es soll auch die Möglichkeit bestehen später einen Viehaufbau aufzusetzen. Die Konstruktion muss nach VTS und StVZO erfolgen und eine Einlösung auf 40 km/h ermöglichen.

Beat Aebischer 1982 079 796 52 53 [email protected]

Die Grundlage dieser Arbeit ist ein Anhänger, der unter meiner Mithilfe im ersten Studienjahr hergestellt wurde. Damals wurde die ganze Konstruktion ohne Berechnung hergestellt. Der Wunsch des Kun­ den ist nun einen grösseren, ver­ hältnismässig leichteren Anhänger zu besitzen, der somit eine grösse­ re Nutzlast aufweist. Der Preis soll 20’000 SFr nicht übersteigen. Die zu Beginn der Diplomarbeit erstel­lte Marktanalyse zeigt, dass momentan ein grosser Bedarf an Anhängern vorhanden ist.

In Absprache mit dem Auftragge­ ber wird eine Anforderungsliste erstellt, welche in Kombination mit den gesetzlichen Vorgaben die Rahmenbedingungen vorgibt. Mit­ tels Lösungssuche und Auswer­ tung wurde ein Konzept gefunden, welches einerseits den Preis und andererseits die Bedürfnisse des Kunden deckt. Es wird eine statische Berechnung durchgeführt, um die Längs- und Querträger zu dimensionieren. Bei Profilen, wo Gewicht eingespart werden soll, wird zusätzlich eine

Anhänger in Fahrposition

Anhänger im gekippten Zustand

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FEM-Analyse durchgeführt, um die Sicherheit zu garantieren. Der Konstruktionsentwurf dient als Grundlage für die Diskussion mit dem Auftraggeber. Nach dem Gutheissen des Kunden, können die Konstruktionszeichnungen erstellt und die Produktion in Angriff ge­ nommen werden. In Zusammen­ arbeit mit einer Firma, die La­ ser- und Abkantprodukte herstellt, können die speziellen Seitenprofile angefertigt werden. Die Achs-, Reifen-, Feder-, Kupp­ lungs-, Hydraulik- und Beleuch­ tungskomponenten sind vom be­ ste­henden Markt ausgewählt und bestellt worden. Die Konstruktion kann realisiert werden. Eine am Schluss zu erstellende Gefahren­ analyse soll aufzeigen, welche Vor­ sichtsmassnahmen zu treffen sind, um Unfälle zu vermeiden. Zur Diplompräsentation soll der An­ hänger als Prototyp bereitstehen. Dem Transport von individuellen Materialien durch den Kunden steht nichts mehr im Wege.

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BI

Konstruktion Kettenfahrwerk

Automobiltechnik Technique automobile

Konstruktion / Prof. Hans-Ulrich Feldmann / Digger DTR Experten: Sebastian Tobler, Hans-Jörg Gisler

In über 70 Ländern sind Menschen von der Minenplage betroffen. Dabei wird alle 30 Minuten eine Person durch eine Mine verstümmelt oder getötet. Das sind jährlich 20000 Opfer, die direkt betroffen sind und zusätzlich eine zehnfache Millionensumme von indirekt Betroffenen. Seit 1998 ist Digger DTR auf die Entwicklung von Hilfsmitteln zur Minenräumung spezialisiert. Ihr Ziel ist es, den Minenräumequipen passende Lösungen anzubieten, damit sie effizient und sicher arbeiten können. Mit der Entwicklung eines neuen Fahrwerkkonzepts für eine Kettenmaschine soll im Rahmen dieser Diplomarbeit der Grundstein für einen neuen Maschinentyp gelegt werden. Dabei muss die Kons­truk­tion den durch die erschwerten Einsatzbedingungen hervorgerufenen Rahmenbedingungen gerecht werden. Entwicklung Die Digger Foundation entwickelte in Zusammenarbeit mit Minenräumern eine Kettenmaschine, welche neben dem Roden von Gestrüpp auch den Boden auf einer Tiefe von ca. 20 cm umgraben und entminen kann. Seit Januar 06 und August diesen Jah­ res befinden sich zwei Maschinen des aktuellen Typs Digger D-2 im Sudan und stellen ihr Können im harten Einsatz unter Beweis. Ne­ ben Optimierungen an den beiden Maschinen für die Serienproduktion wurde bereits eine neue Generation ins Auge gefasst. Das Ziel ist, dass

Digger D-2

Lösung Durch das Analysieren verschie­ dener Fahrwerkstypen wurden Kriterien definiert, um eine für den Digger D-3 passende Fahrwerkgeo­ metrie zu evaluieren. Dabei soll eine Tandem-Laufrollenpendelung die gewünschten Vorteile beim Fahrver­ halten erbringen. Mit der Definition

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mit dem leistungsfähigeren Dig­ ger D-3 die Effizienz im Rode- und Umgrabebetrieb weiter gesteigert werden kann. Vor allem im Rodebe­ trieb wird das Kettenfahrwerk sehr beansprucht. Mit einem herkömm­ lichen, starren Kettenfahrwerk, wie dies beispielsweise bei Bauma­ schinen verwendet wird, wäre dies nicht möglich. Dadurch dass sich die Laufrollen dem Untergrund an­ passen können, verhält sich die Maschine ruhiger und kann besser kontrolliert werden. Weiter besteht beim Manövrieren die Gefahr, dass Bereiche befahren werden, die

noch nicht von Minen gesäubert sind. Bei einer allfälligen Detonation soll der Schaden, verursacht durch die zerstörerischen Druckwellen, an der Maschine möglichst gering gehalten werden. Um die hohe Ar­ beitseffizienz nicht einzuschränken soll der Reparaturaufwand minimal sein. Dabei war zu berücksichtigen, dass Reparaturen in Krisenregi­ onen oftmals durch die fehlende In­ frastruktur stark erschwert werden. Diese und weitere Randbedin­ gungen waren bei der Entwicklung des Kettenfahrwerks für den Digger D-3 zu berücksichtigen.

Reto Ammann 1982 078 678 32 80 [email protected]

Fahrwerk Digger D-3

verschiedener Fahrzustände wurden Lastfälle errechnet, um im Anschluss die entwickelten Fahrwerkkompo­ nenten nach den daraus resultie­ renden Kräften richtig dimensionie­ ren zu können. Zur Verbesserung der Hindernisübersteigfähigkeit und dem Abfangen von Stosskräf­

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ten wurde ein Leitradpendelsystem realisiert. Eine V-Formgebung einzel­ ner Komponenten soll die Angriffs­ fläche der Druckwellen gering halten, so dass diese gut weichen können. Mittels einer Gefahrenanalyse nach Maschinenrichtlinien wurde das Pro­ jekt abgeschlossen.

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VA

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Indikatoren als Führungselemente für das DTC Betriebswirtschaftslehre und Betriebsinformatik / Prof. Antonito Bolla Experte: René Mumenthaler

Jedes Unternehmen muss eine kurz-, mittel- und langfristige Business-Strategie erstellen. Dies kann jedoch ein schwieriges Unterfangen sein, wenn so gut wie keine Konkurrenz vorhanden ist und das Unternehmen in verschiedene Bereiche unterteilt ist, welche nur indirekt im gleichen Wirtschaftssegment tätig sind. Trotzdem muss dem Verwaltungsrat wie auch den Aktionären kommuniziert werden, wie die Zukunft der Unternehmung aussieht. Häufig wird sogar eine Langfristplanung über 10 Jahre verlangt.

Stephan Arnold 1980 078 659 28 21 [email protected]

Konrad Schütz

Anhand von Indikatoren will die Dy­ namic Test Center AG (DTC) ihre Zukunftsplanung vereinfachen. Das DTC hat die Bereiche passive Si­ cherheit, aktive Sicherheit, Engi­ neering-Services und Unfallanalyse. Das in Vauffelin beheimatete Unter­ nehmen besteht seit 1994 und ist in der Schweiz nahezu konkurrenzlos. Dies birgt den Nachteil, dass sich das DTC nicht an der Konkurrenz orientieren kann. Aus diesem Grund soll die Business-Strategie nun mit­ tels Indikatoren erstellt werden. Als Indikatoren werden Zahlen, wie zum Beispiel das BIP, Anzahl Neu­ wagenzulassungen pro Jahr etc. verstanden. Wenn man die Entwick­ lung dieser Zahlen über die letzten Jahre untersucht, kann eventuell ein Zusammenhang zu Kennzahlen des DTC gefunden werden.

Grundsätzlich ist damit zu rechnen, dass als Beispiel nicht der Umsatz der DTC AG sich am BIP orientiert, sondern der Umsatz eines Be­ reiches oder sogar nur der Umsatz eines Geschäftsfeldes. Anhand des Bildes unten ist ersichtlich, wie aus dem Umsatz der Cashflow berech­ net wird. Die Summe der Cashflows der Geschäftsfelder ergibt den Cashflow der Geschäftsbereiche und die Summe der Cashflows der Bereiche ergibt dann den Cashflow der DTC AG.

nen Vergleich mit den Kennzahlen des Geschäftsfeldes. Mit einem Tool, welches auf Basis von Excel aufgebaut ist, soll dann die Budgeterstellung übernommen werden. Die Prognosen der Indi­ katoren, Personalkosten, Betriebs­ aufwand usw. können im Tool ein­ gegeben werden. Anhand dieser Eingaben wird der Cashflow der Unternehmung berechnet und dar­ gestellt.

Diese Berechnung kann bis zum Die Schwierigkeit liegt im Erkennen Return on Investment (ROI) weiter­ der Indikatoren. Denn jedes Ge­ getrieben werden. Die Grundlage für schäftsfeld erhält Aufträge aus ver­ das Tool ist das du-Pont Schema. schiedenen Marktsegmenten. So­ mit müssen die Indikatoren dieser Segmente zueinander gewichtet werden. Dies ermöglicht dann ei­

1982 079 661 66 12 [email protected]

Das du-Pont Schema zeigt die Berechnung des Cashflows

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Vorrichtung zur Kapazitätsmessung von Batterien

Automobiltechnik Technique automobile

Elektrotechnik / Prof. Kurt Hug; Andreas Kessi Experten: Bruno Jäger, Carlo Bosia

Die Kapazität von Bleibatterien ist keine konstante Grösse. Sie variiert mit der Änderung des Ladezustandes, der Stromstärke, der Entladezeit, der zulässigen Entladeendspannung, der Temperatur im Innern, des Plattenaufbaus und der Alterung. Mit dem neuen Prüfstand kann nun die richtige Batterie für ein System gefunden werden. Im Weiteren kann auch eine Normmessung unter genau definierten Bedingungen durchgeführt werden. Eine zusätzliche Funktion des Prüfstandes erlaubt die Messung des Innenwiderstandes.

Kapazitätsmessung Für eine genaue Kapazitätsbestim­ mung ist ein konstanter Strom unab­ dingbar. Beim bisherigen Prüfstand wurde die Stromkonstanthaltung mittels Spannungsregler und Dar­ lington-Transistor realisiert. Jedoch konnte diese Konstanthaltung der Basisspannung die Stromabnahme infolge sinkender Batteriespannung am Lastwiderstand nicht kompen­ sieren. Deshalb wurde das alte Sy­ stem durch eine zusätzliche Mes­ sung, Verarbeitung und Regelung mittels Controller ausgebaut. Die Anlage ist nun in der Lage, die Ba­ sisspannung am Transistor so an­ zuheben, dass der Strom bis unter 10.5V Batteriespannung konstant gehalten werden kann. Da der neue Kapazitätsprüfstand Messungen unter genormten Be­ dingungen (IEC-Norm 95-1) im Be­

reich von 2-8A und nichtgenormte Messungen zwischen 8-90A durchführen kann, war die alleinige Strommessung mittels Shuntwider­ stand nicht ausreichend. Dies liegt daran, dass der Shuntwiderstand auf die 90A ausgelegt werden muss und somit der Messfehler bei kleinen Strömen zu gross wird. Nur dank diesen zwei Bereichen können die strengen Anforderungen erfüllt werden. Der Controller vergleicht nun die gemessenen Werte mit den eingegebenen Sollwerten und ändert bei Bedarf die Spannung am Transistor. Die Belastung erfolgt so lange, bis die eingegebene Ent­ ladeendspannung (10.5V bei Norm­ messungen) erreicht wird. Für die Datenaufzeichnung sind am Gerät 4mm-Messbuchsen zur Messung der Batteriespannung und des Ent­ ladestromes angebracht.

Innenwiderstandsmessung Die Innenwiderstandsmessung ist interessant um zum Beispiel eine möglichst  optimale  Leistungsan­ passung an die Verbraucher zu finden. Ist nämlich der Innenwi­ derstand gleich gross wie der Wi­ derstand des Verbrauchers, kann die maximale Leistung generiert werden. Oft möchte aber auch ein kleiner Innenwiderstand erreicht werden, damit die Bordnetzspan­ nung beim Einschalten von grossen Verbrauchern nicht zu stark zusam­ menbricht. Für  die Innenwiderstandsmes­ sung werden die Lastwiderstände für 2ms mit 30A belastet und da­ bei Spannung und Strom über die Messbuchsen aufgezeichnet.

Fabian Aschwanden 1983 079 219 82 87 [email protected]

Der Controller erlaubt eine genaue und einfach bedienbare Kapazi­ täts- und Innenwiderstandsmes­ sung von Batterien und liefert somit wichtige Daten für die Auslegung eines Sys­tems bezüglich Entlade­ zeit und Innenwiderstand. Gerade heute in der Zeit der Hybrid- und Elektrofahrzeuge wird diese Anpas­ sung immer wichtiger werden.

Prinzip Berner Fachhochschule - Technik und Informatik

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VA

Automobiltechnik Technique automobile

Anhängerbremsvergleich Fahrzeugmechanik / Prof. Bernhard Gerster / Zbinden Posieux SA Experte: Fredy Rüegg, Alfred Sasse

Die Firma Zbinden Posieux SA gelangte als Herstellerin von Anhängern sowie einem eigenen Bremssystem mit der Anfrage an die BFH-TI, verschiedene Bremssysteme von 3.5t Anhängern zu untersuchen. Im Gegensatz zu schweren Nutzfahrzeugen, können die leichten Anhängerzüge 3.5tZugfahrzeug und 3.5t-Anhänger mit dem PW-Führerausweis, ohne Tachograph, während sieben Wochentagen und auch nachts betrieben werden. Zudem entfallen die Kosten der leistungsabhängigen Schwerverkehrsabgabe (LSVA). Deshalb werden Transportaufgaben zunehmend mit den vorher erwähnten leichten Anhängerzügen wahrgenommen. Wie steht es aber um deren Bremsverhalten? Ziel dieser Diplomarbeit ist ein objektiver Vergleich.

David Bachofer 1983 079 453 48 54 [email protected]

Didier Richner 1982 079 246 76 50 [email protected]

Ungünstigste Beladung Während dem täglichen Stückgut­ verkehr bei einer Transportfirma ist es üblich, den Anhängerzug von hinten nach vorne Stück für Stück zu entladen. Dies kann dazu führen, dass ein schweres Transportstück alleine im vorderen Teil des Anhän­ gers liegt. Bei Zentralachsanhän­ gern, die in dieser Kategorie fast ausnahmslos verwendet werden, führt das zu einer erhöhten Stützlast. Dabei können der gesetzliche, so­ wie der vom Hersteller vorgeschrie­ bene Höchstwert für die Stützlast auf das Zugfahrzeug überschritten werden. Dieser Zustand wurde als ungünstigste Beladung bezeichnet. Notbremsung Bei der Notbremsung wurden je Unter dieser Bedingung wurden die sechs Vollbremsungen aus Tempo drei Anhänger ebenfalls bei einer 60km/h ausgeführt. Aus den gemes­ Vollbremsung verglichen. senen Grössen wurden der Schlupf, die mittlere Vollverzögerung, sowie die Bremskraftaufteilung Zugfahr­ zeug/Anhänger und die Ansprech­ zeiten ermittelt.

Zur Untersuchung standen drei An­ hänger zur Verfügung. Einer mit Auf­ laufbremsen, sowie je ein Anhänger mit Trommel- und Scheibenbrem­ sen und direkt angesteuerter, elek­ trohydraulischer Betätigung, wie sie vom Auftraggeber unter dem Namen Trailerstop gebaut und ver­ kauft werden. Als Vergleichsgrös­ sen wurden die Verzögerung, die Stützlast und die Auflaufkraft am Kupplungspunkt zwischen Anhän­ ger und Zugfahrzeug, die Raddreh­ zahlen sowie die Bremsbelags­ temperatur bei unterschiedlichen Manövern gemessen.

Rückwärtsfahrt Bei diesem Manöver wurde das Bremsverhalten der verschiedenen Bremssysteme beim Rückwärts­ fahren ermittelt. Bei der Auflaufkraft am Kupplungspunkt wurden zwi­ schen Auflaufbremse und Trailer­ stop Bauart bedingt die grössten Unterschiede festgestellt. Standardfahrt mit Standardbremsung Um der Tatsache Rechnung zu tra­ gen, dass Vollbremsungen norma­ lerweise nur in seltenen Fällen aus­ geführt werden müssen, wurde auch ein Manöver “Standardfahrt” bewerk­ stelligt. Hier ging es darum, mit jedem Anhänger einen alltagsnahen Zyklus zu fahren. Zum Vergleich wurden auch hier die Bremskraftaufteilung Zugfahrzeug/Anhänger, sowie die Ansprechzeiten der verschiedenen Systeme ermittelt.

Bremsung im Gefälle, Restbremswirkung im Tal Bei der Bremsung im Gefälle auf einer Strecke von 4.5km und einer Höhendifferenz von 470m (durch­ schnittliche Steigung von 10.4%), wurden die Bremsbelagstempera­ turen gemessen, sowie die Rest­ bremswirkung im Tal anhand einer Notbremsung bestimmt.

Vollbremsung des Anhängerzugs

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Mise en service d’un kit écologique pour scooter

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Mécatronique / Prof. Jean-François Urwyler Experts : Joël Niklaus

L’environnement est actuellement une des principales inquiétudes des constructeurs de véhicules. C’est donc dans cette optique qu’un projet tel que celui du kit Ecoscoot peut voir le jour. Le but principal du projet est de permettre à un scooter de se mouvoir grâce à un moteur électrique mais également grâce à son moteur thermique original. L’autonomie de celui-ci doit être d’environ 10km en électrique, soit plus ou moins le parcours d’un véhicule de ce type en une journée en ville. La prolifération des scooters dans les grandes villes devient inquiétante et la pollution émise par ce type de véhicule trop élevée.

Le projet porte sur la mise en servi­ ce d’un kit écologique pour scooter. Il a été précédé par plusieurs tra­ vaux de semestre durant lesquels l’adaptation et le choix des diffé­ rents composants ainsi que la fa­ brication de différentes pièces ont déjà été traités. Afin de faire avan­ cer ce projet, nous nous devons de finaliser ce montage et pour cela nous avons différents points à tra­ vailler selon trois orientations.

La première partie de ce projet est d’achever l’adaptation des différents éléments permettant la propulsion de ce scooter. De nombreuses mo­ difications ont été effectuées afin de permettre à ce scooter de rouler en mode électrique. Pour cela nous avons créé plusieurs pièces et sup­ ports pour obtenir une chaîne ciné­ matique optimalisée. La seconde partie, quant à elle, porte sur les modifica­ tions apportées à ce scooter qui sont telles, que ses caractéristi­ ques de bases sont fortement modifiées. Il s’agit donc d’effectuer diverses mesures afin de

pouvoir émettre les nouvelles don­ nées dues à l’apport de ce moteur électrique, mais également celles qui sont modifiées par le surpoids causé par ce système. La dernière partie de ce projet consiste à éditer une démarche d’homologation d’un tel prototype. Les modifications effectuées autant sur les parties mécaniques qu’élec­ triques doivent être homologuées afin de respecter les normes en vi­ gueur sur le territoire suisse. Nous devons définir une marche à suivre ainsi qu’un budget pour effectuer une homologation. Cette démar­ che nous permettra de proposer, dans un futur, une offre de kit sur le marché suisse.

Gilles Ballestraz 1983 079 672 35 92 [email protected]

Vincent Lathion 1983 079 614 89 94 [email protected]

Modélisation de la chaîne cinématique

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Wissensmanagement im Auto Gewerbe Verband Schweiz Betriebswirtschaftslehre / Prof. Antonito Bolla/Auto Gewerbe Verband Schweiz (AGVS) Experte: René Mumenthaler

Ständiges Lernen und Weiterbilden sind wichtige Faktoren, um sich im Alltag zu bewähren. Auch für Unternehmer eines Garagenbetriebes ist dies ein entscheidender Erfolgsfaktor. Der Auto Gewerbe Verband Schweiz (AGVS) mit seinen rund 4000 Mitgliedern fördert dies unter anderem mit Kursen. Um eine weitere Möglichkeit der Weiterbildung oder Problemlösung im Bereich der Betriebsführung anzubieten, will er das Wissensmanagement mit einer Internetplattform unterstützen. Über diese Plattform sollen sich Mitglieder sowie auch Nichtmitglieder über Probleme, Fragen und Neuerungen informieren können und mit E-Learning-Werkzeugen die Weiterbildung vorantreiben.

André Blanc 1979 079 654 72 94 [email protected]

Marco Gianotti 1982 079 751 14 28 [email protected]

Aufgabenstellung Diese Diplomarbeit dient dem AGVS als erste Standortbestimmung im Bereich Wissensmanagement. Im Vordergrund steht die Suche nach Methoden, die für das Wissens­ management des Verbandes ge­ eignet sind. Bestehende Lösungen der Wirtschaft werden untersucht und eventuell für die Verwendung durch den AGVS angepasst. Zwei Kernaufgaben sind dabei wesent­ lich, der Wissenstransfer, also der Weg von der Anfrage des Benüt­ zers bis zur Antwort sowie die Wis­ sensbereitstellung durch eine Au­ torengruppe des Betreibers (siehe Grafik). Im Weiteren wird eine Lö­ sung gesucht, wie der Autobranche die “Lifelong learning”-Einsicht am Besten vermittelt werden kann. Mit allen Massnahmen soll erreicht werden, dass sich die Automo­ bilbranche stetig weiterbildet, um den steigenden Qualitätsansprü­ chen zu genügen. Vorgehen Die Bedürfnisse der zukünftigen Benutzer, also der Garagisten, er­ mitteln wir anhand eines Fragebo­ gens, der in Absprache mit dem AGVS an ausgewählte Mitglieder versendet wurde. In persönlichen Gesprächen mit einigen Garagisten erhielten wir weitere Impulse aus der Branche. Durch Anfragen bei Unternehmen anderer Branchen, Anbietern von Wissensmanagement-Lösungen

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und anderen Branchenverbänden wird abgeklärt, welche Methoden sich im Alltag der Wirtschaft be­ währen. Diese verschiedenen Me­ thoden werden miteinander ver­ glichen und auf ihre Verwendung durch den AGVS untersucht.

gisten einen Kurs mit Frontal­ unterricht oder höchstens eine Mischform aus E-Learning als Vor­ bereitung und anschliessendem Kurs dem reinen E-Learning-Kurs vor. Zweitens, Garagen mit einer Mar­ kenvertretung sind meist in allen Bereichen der Betriebsführung und Erste Erkenntnisse Aufgrund der bisher eingegan­ insbesondere der Technik genü­ genen Antworten und den persön­ gend mit Weiterbildungsangeboten lichen Gesprächen zeichnen sich durch den Importeur versorgt. Drittens, Betriebe ohne Marken­ die folgenden Tendenzen ab: Erstens, die Begeisterung für reine vertretung wünschen mehr Fortbil­ E-Learning-Kurse ist gering. Allem dungsmöglichkeiten im Bereich der Anschein nach ziehen die Gara­ Technik.

Schematische Darstellung der Wissensplattform

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Numerische Auslegung von Biegereisslaschen

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Konstruktion / Prof. Heinrich Schwarzenbach Dipl.-Ing. Carsten Manneck; ThyssenKrupp Presta AG, Eschen FL

Bei der Entwicklung von Personenwagen wird dem Insassenschutz immer mehr Bedeutung beigemessen. Die Lenksäule bildet dabei ein integraler Bestandteil des Crashsystems. Bei ThyssenKrupp Presta AG wird die im Crash in der Lenksäule zu absorbierende Energie von einer Biegereisslasche aufgenommen, welche überwiegend durch empirische Versuche erarbeitet und ausgelegt wird. Um in der Entwicklungsphase schneller auf Veränderungen reagieren zu können, wurde eine Methodik zur numerischen Auslegung mit LS-Dyna entwickelt. Diese Arbeit soll die Methodik auf andere Designs anwenden und damit verifizieren. Zudem sollen die Abweichungen zwischen Versuch und Rechnung weiter minimiert werden.

Die Lenksäule soll durch Deforma­ tion eines integrierten Crashele­ ments eine vorbestimmte Lenkrad­ verlagerung ermöglichen. Dadurch wird mehr Weg zur Verzögerung des Fahrers zur Verfügung gestellt, was die auf den Körper wirkenden negativen Beschleunigungen senkt und somit die schädlichen Bela­ stungen auf den Insassen reduziert.

Biegereisslasche vor und nach einem statischen Crashversuch

Um die Bewegung des Fahrers kon­ trolliert verzögern zu können, muss die Verschiebung des Lenkrads einem definierten Kraft-Weg-Verlauf folgen. Bei ThyssenKrupp Presta AG wur­ de diese Verlagerung durch den Einsatz einer Biegereisslasche reali­ siert, welche das nötige Kraftniveau durch Geometrie und Materialei­ genschaften bestimmt. Durch plastische Deformation die­ ser speziellen Blechstruktur wird der Lenksäule bei der Crashverschie­ bung eine definierte Arbeit entzogen. Die Biegereisslasche reisst entlang einer eingebrachten konstruktiven Kerbe auf und wird während der Verschiebung des Schlittens in einer 180°-Schlaufe abrollend umgeformt. Durch dieses Reissen und Umfor­ men wird Bewegungsenergie in Umformarbeit umgewandelt.

wiegend durch empirische Ver­ suche erarbeitet und ausgelegt. Der Ingenieur beginnt mit Prinzipver­ suchen und untersucht die darauf wirkenden Einflussgrössen. Aus der Vielzahl der Einflussgrössen resul­ tiert jedoch ein enormer Arbeitsauf­ wand. Um in Zukunft in der Entwicklungs­ phase schneller auf veränderte An­ forderungen an die Biegereisslasche reagieren zu können und die Anzahl der Prototypen zu reduzieren, sollen Crashdeformationselemente durch den Einsatz numerischer Metho­ den möglichst anforderungsgerecht ausgelegt werden. Deshalb wurde in einer vorausgehenden Diplom­arbeit eine Methodik zur numerischen Auslegung von Biegereisslaschen mit dem FE-Programm LS-Dyna er­ arbeitet. Diese Computersimulation spart Zeit, Kosten und reduziert das Risiko einer Fehlentwicklung.

Mike Brassel 1982 078 778 80 90 [email protected]

Biegereisslaschen werden heute bei ThyssenKrupp Presta AG über­ Diese Methodik soll nun auf andere Typen von Biegereisslaschen an­ gewandt und verifiziert werden. In einem weiteren Schritt werden die Einflussparameter genauer unter­ sucht, um Abweichungen zwischen Versuch und Rechnung weiter zu minimieren. Diese Verifizierung soll es ermögli­ chen, dass zukünftige Neuentwick­ lungen schon durch Simulation am Computer sehr weit entwickelt und ausgelegt werden können, um die Deformationselemente möglichst schnell und billig in die Serienferti­ gung eingliedern zu können. Lenksäule mit Biegereisslasche

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Datenerfassungskonzept eines Dieselteststands Verbrennungsmotoren / Prof. Dr. Jan Czerwinski Experte: Thomas Lutz

Motorenhersteller stehen immer mehr unter dem Druck der Öffentlichkeit und der Gesetzgebung, effizientere und umweltfreundlichere Antriebskonzepte zu entwickeln. Die Abgasvorschriften für Verbrennungsmotoren werden immer weiter verschärft, insbesondere hinsichtlich des Ausstosses von NOx und Russ. Aus diesen Gründen wird am Paul Scherrer Institut PSI in Zusammenarbeit mit den Industriepartnern ABB Turbosystems AG, Wärtsilä und Kistler AG ein neuer Motorenprüfstand geplant und eingerichtet, um neue Prozessabläufe und Brennverfahren mit dem Ziel der NOx-Reduktion bei Grossmotoren zu untersuchen. Diese Arbeit befasst sich mit der Prüfstandsinstrumentierung, mit dem Ziel der Bilanzierung der Wärme und Massenströme.

Lukas Bürgisser 1981 079 271 31 23

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Als Prüfling dient ein Wärtsilä 6L20 Sechs-Zylinder-Dieselmotor mit 52 L Hubraum. Um die Maschine zu be­ lasten, wird ein 400V/1.2 MW Asyn­ chrongenerator installiert. Die Ener­ gie wird durch einen Transformator ins Mittelspannungsnetz von 16 kV gespeist. Zur Steuerung und Regelung dient ein Prüfstandsregler von AVL, der neben der Motordrehzahl- und Last­ steuerung des Generators auch die Regelung der NOx-reduzierenden Massnahmen gewährleistet. Hierzu melden eine Reihe von Sensoren wie z.B. ein Drehmomentflansch (20 kNm), Drehzahl-encoder, Ab­ gasmessung, Temperaturen und Drücke aller wichtigen Parameter dem Prüfstandsregler über eine Datenerfassung zurück.

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Die Prüfstandsinstrumentierung umfasst zusätzlich zu den von Wärt­ silä angebrachten Sensoren, die für den Betrieb des Motors notwen­ dig sind, noch weitere Temperatur-, Durchfluss- und Drucksensoren, im Wasser-, Öl- und Treibstoffkreislauf sowie im Frischluft- und Abgassys­ tem am Motor installiert werden. Der Treibstoffverbrauch wird über die Differenz der volumetrischen Durchflussmessungen in der För­ derleitung und dem Rücklauf be­ stimmt. Die Wärmeströme werden mittels der Temperaturdifferenzen und Massenströmen der Gas- und Flüssigkeitskreisläufe bilanziert. Mit den zusätzlichen Sensoren können die kritischen Grössen am Prüfstand über eine Alarmanlage überwacht werden. Damit ist ein

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gefahrloser Betrieb während der Messungen und bei unbemanntem Betrieb gewährleistet. Die Sensorsignale werden über A/D-Wandler digital erfasst und anschliessend an das Automati­ sierungssystem, welches für die Verarbeitung und Archivierung der Signale verantwortlich ist, weiterge­ leitet. Dazu wurde ein Konzept für die Erfassung und Signalübermitt­ lung erstellt. Die Messung des Zylinderdruck­ verlaufs und anderer schnell verlau­ fender Signale der Motorsteuerung werden separat mit einer sehr ho­ hen Abtastrate von einem Transien­ ten-Rekorder digitalisiert.

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Niederdruckindizierung im Abgas

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Prof. Dr. Jan Czerwinski / in Zusammenarbeit mit KISTLER Instruments AG Experte: Thomas Lutz

Die Niederdruckindizierung als Grundlage zur Ladungswechselanalyse hat in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen. Dies nicht zuletzt aufgrund immer strenger werdender Abgasrichtlinien. Bei der Reduktion von Schadstoffkomponenten setzen die Motorhersteller immer mehr auf die Optimierung des Ladungswechsels. Eine wirkungsvolle Massnahme zur Reduktion der NOx und HC-Emis­ sionen ist die, durch den Ladungswechsel gesteuerte, interne und externe Abgasrückführung.

Untersuchung der gasdynamischen Effekte im Auspuff eines Ottomotors mit Hilfe der KISTLER-Niederdruckindizierung.

Analysis of gasdynamic effects in the exhaust of a gasoline engine using the KISTLER - low pressure indication.

Um die Vorgänge beim Gaswech­ Low Pressure Indication sel des Motors zu analysieren, sind 1st exhaust pulse measured at different die Kenntnisse der Druckverläufe sensor positions im Ansaugkanal sowie im Auslass­ kanal notwendig. Diese Druckmes­ sungen nennt man Niederdruckin­ dizierung. Mit den empfindlichen Messgebern und Messketten der Firma KISTLER Instruments AG mit Hauptsitz in Winterthur wurden in der vorliegenden Arbeit Analysen der Vorgänge des Auspuffstosses durchgeführt. Mit einer speziell prä­ parierten Auspuffanlage konnte ein Zylinder isoliert werden, so dass die Drücke der unterschiedlichen Mess­ ebenen ohne Einfluss der Nachbar­ zylinder gemessen und analysiert werden konnten. Es wurde festge­ stellt, dass die Asymmetrie der Aus­ puffstösse besonders nach der am Zylinder nahe liegenden Krümmung am stärksten ausgeprägt ist. Crooked Exhaust Pipe for low pressure measuring

In order to analyze the processes during the gas exchange phase in the engine, knowledge of pressure traces in both inlet and outlet is re­ quired. This pressure measuring is known as “low pressure indication”. In the presented work, analyzing of the processes during exhaust phase has been carried out us­ ing sensitive pressure sensors and measuring devices from KISTLER Instruments AG. For this purpose a special exhaust manifold was cre­ ated allowing the isolation of a cyl­ inder to avoid the influence on gas dynamic effects from other cylin­ ders. Pressure measurements were carried out in different planes of the exhaust pipe. Final results showed that the asymmetric course of the exhaust pulse could clearly be veri­ fied, especially in the plane after the crook of the exhaust pipe.

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Andreas De Fazio 1982 079 681 31 50 [email protected]

Thomas Hilfiker 1980 079 752 85 05 [email protected]

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Ölverdünnung bei der DPF-Regeneration Verbrennungsmotoren / Prof. Dr. Jan Czerwinski Dr. Carsten Becker, Dipl.-Ing. Heribert Härle, Robert Bosch GmbH Stuttgart

Beim Regenerationsbetrieb eines Dieselpartikelfilters (DPF) gelangt ein unerwünschter Anteil Dieselkraftstoff in das Motorenöl. Infolge der Verschlechterung der tribologischen Eigenschaften des Motorenöls werden dabei die zulässigen Ölwechselintervalle zwingend verkürzt. Deshalb gilt es diese Ölverdünnung möglichst gering zu halten. Ziel dieser Zusammenarbeit mit der Robert Bosch GmbH ist es nun, mittels Viskositätsmessung des Motorenöles sowie Applikationsmassnahmen an einem Prüfstandsmotor, die Ölverdünnung näher zu untersuchen und zu beurteilen.

Philip Fankhauser 1982 079 332 70 18 [email protected]

Angesichts der immer strenger werdenden Abgasnormen kommt der Dieselmotor vor allem bezüg­ lich der Partikelemissionen unter Druck. Aus diesem Grund ist eine Partikelemissionsminderung mit­ tels Dieselpartikelfilter heute Stan­ dard. Der DPF behält dabei über 95 % der Partikelemissionen (Russ mit angelagerten Kohlenwasser­ stoffen, Sulfaten, Phosphaten und Metalloxiden) zurück. Um eine Überladung des Filters zu verhin­ dern, muss dieser periodisch rege­ neriert werden. Dafür muss die re­ lativ geringe Abgastemperatur des Dieselmotors (ab 100°C im Leer­ lauf) im gesamten Kennfeldbereich auf über 600°C gebracht werden, um die angelagerten Partikel ver­ brennen zu können. Dies geschieht bei Pkw-Dieselmotoren mit Com­ mon-Rail-Einspritzung im Idealfall alle 300-800km während 10-15 Minuten durch Massnahmen wie etwa späte Nacheinspritzung(en) weit nach dem oberen Totpunkt des Kolbens.

Infolge einer fehlenden geometri­ schen und thermischen Abschirm­ wirkung (durch Kolbenmulde resp. Verbrennung) zwischen dem spä­ ten Einspritzstrahl und der Zylinder­ wand gelangen dabei aber auch unverbrannte Dieseltröpfchen an die kalten Zylinderwände und somit in das Motorenöl.

Funktionsweise des Diesel-Partikelfilters

Abgase vom Motor Partikel- und Aschberückhaltung Filterwände

Abgassystem aus Partikelfilter und Oxidationskatalysator Lambdasonde

Oxidationskatalysator

Partikelfilter Gereinigte Abgase

Temperatursensor

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Verschlussstopfen hinten

Verschlussstopfen vorn

Abgas vom Motor

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Im Rahmen dieser Diplomarbeit ging es nun darum, mithilfe einer Viskositätsmessung des Motoren­ öles den Kraftstoffeintrag bestim­ men zu können. Dazu wurde zuerst eine Kalibrierkurve für verschiede­ ne Öl-Diesel-Mischungen erstellt. Anschliessend konnten praxisnahe Testlaufverfahren an einem Prüf­ standsmotor durchgeführt werden. Die verschiedenen Fahrzustände sowie Applikationen wurden dann untereinander verglichen und be­ wertet.

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Gereinigtes Abgas Differenzdrucksensor

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Concept de sécurité d’un véhicule léger

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Technique automobile / Prof. Bernhard Gerster Expert: Fredy Rüegg, Alfred Sasse

Heutzutage werden die Fahrzeuge zunehmend schwerer. Dies liegt vor allem daran, dass die Sicherheitsvorkehrungen und Komforteinrichtungen immer zahlreicher werden. Für eine nachhaltige Entwicklung in Richtung klimaneutraler Fahrzeuge ist jedoch eine massive Reduzierung des Fahrzeuggewichts nahezu unumgänglich. Ausserdem benötigt man für eine optimale Raumnutzung in Städten und Agglomerationen wesentlich kleinere Autos. Besonders in rasant wachsenden Märkten wie China besteht daher heute schon Bedarf für eine neue Art von Fahrzeug, welches die Lücke zwischen teuren, verschwenderischen Autos und dem dort so beliebten, jedoch gefährlichen Elektrofahrrad zu schliessen vermag.

But du projet Dans le cadre de son dernier pro­ jet, Monsieur Walter Janach nous a demandé un soutien concernant la sécurité passive. Ce véhicule ul­ tra léger est pour l’instant un pro­ totype constitué d’une structure sandwich pour le plancher et d’une carrosserie en polystyrène expansé (Sagex®, Styropor®). La question principale est de savoir si les pas­ sagers sont suffisamment protégés par la structure seule, des ceintu­ res de sécurité n’étant pas prévues à l’heure actuelle. L’objectif est une amélioration de la sécurité passive par rapport à un vélo avec un ni­ veau de sécurité comparable à ce­ lui de véhicules électriques ayant l’autorisation de circuler.

Déroulement des mesures Pour le déroulement des essais, une structure partielle a été fabriquée de telle manière que les données né­ cessaires pour définir le niveau de sécurité puissent être acquises. Cet­ te structure permet de filmer, à l’aide d’une caméra high-speed (1000 images/sec), le mouvement du pas­ sager lors d’une collision. Dans un premier temps, la collision sera ef­ fectuée entre le véhicule et un piéton avec des vitesses de 5 à 30km/h. Cette phase nous servira à démon­ trer si oui ou non un choc simulta­ né du passager et du piéton sur la structure est possible. Ceci n’est ha­ bituellement pas le cas avec des vé­ hicules standards car leur poids est en moyenne quinze fois supérieur

à celui d’un homme, le piéton est donc projeté loin du véhicule avant que le passager ne puisse le heurter. Le nôtre ne faisant que 60kg, soit moins de la moitié du poids total du véhicule avec son passager, le dé­ phasage temporel pourrait être ré­ duit, voire inexistant. Une deuxième phase consistera à percuter un bloc de béton à la vites­ se maximale de 30km/h, soit le cas le plus extrême avec ce véhicule, et observer si le niveau de sécurité est encore acceptable. Si les conditions ne devaient pas être remplies, l’ajout d’un système de retenue supplémentaire tel que des ceintures devra être envisagé et une nouvelle série d’essais devra être effectuée.

Martial Giobellina 1980 [email protected]

Andreas Biedert 1982 076 433 02 05 [email protected]

Prototype, vue extérieure

Montage pour les essais avec un passager

Prototype, vue intérieure avec ses deux places

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Analyse Marketing dans la branche automobile Économie d’entreprise et informatique de gestion / Prof. Antonito Bolla Expert: René Mumenthaler

Le garage Grin Sàrl à Lavigny a émis la demande d’obtenir une analyse de marché afin de pouvoir déterminer laquelle de ses deux marques (Citroën et Mazda) il fallait promouvoir afin d’augmenter ses ventes dans le but d’engager un nouveau vendeur. Le travail comporte donc deux parties, la première qui traitera sur le potentiel de chacune des marques, et la deuxième qui sera axée sur les investissements à fournir dus à l’engagement d’un nouveau vendeur.

David Grin 1986 079 625 27 78 [email protected]

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Dans les garages d’aujourd’hui, les constructeurs automobiles fixent toujours plus d’objectifs de ventes, il est donc très utile d’établir une lis­ te des buts à atteindre à moyen et à long terme. Dans cette vision des choses, un garage voulant s’agran­ dir se doit de prendre plusieurs points en considération. Pour débu­ ter, il est essentiel d’établir un profil de la situation initiale dans le but de déterminer si l’objectif fixé par le ga­ rage, en l’occurrence le garage Grin Sàrl est justifié. Pour cela, il faut te­ nir en considération l’état et l’évolu­ tion du marché automobile suisse et vaudois, puis se rapprocher du lieu d’implantation de l’intéressé. L’intérêt de cette démarche est de pouvoir contrôler la croissance ou décroissance du marché, ainsi que de définir si les ventes des deux marques cibles sont à la hausse ou à la baisse. Grâce à cette étude, le taux de pénétration du marché sera défini pour chacune des deux mar­ ques, ce qui nous permettra égale­ ment de définir le potentiel de ven­ tes dans la région. Afin de pouvoir s’attaquer à l’ac­ quisition d’une plus grande part de marché, il est primordial de bien cibler la clientèle de la région dans l’objectif de proposer un produit qui répond à ses attentes, c’est pour cette raison qu’une segmentation des besoins et du mode de vie de la clientèle actuelle et potentielle doit être faite. Dans le but de rendre utile ce travail, il est impératif de fournir également une liste des objectifs que l’entre­ Berner Fachhochschule - Technik und Informatik

prise veut améliorer ou conserver dans son fonctionnement interne, aussi bien que l’image qu’elle veut développer dans son environne­ ment. Cette liste sera établie sur les principaux critères du marketing, à savoir : les produits qui seront mis en ventes, la politique des prix et re­ mises, la promotion régionale et la distribution dans la zone cible. En dernier point, il est important de traiter l’élaboration et la réalisation du concept afin de parvenir à la si­ tuation désirée.

La réalisation de ces différents points va amener le garage à aug­ menter ses ventes, donc à accroî­ tre sa clientèle. Il est donc judicieux de prévoir à l’avance les effets dus à la hausse des clients dans le but de maintenir une bonne qualité du service après vente. Un des princi­ paux critères chers au garage Grin est de conserver une image posi­ tive dans sa région d’implantation, il sera donc vital de prévoir les effets afin de gérer au mieux ainsi que dans les meilleurs délais les inves­ tissements en matériel, ressource humaine, surface de travail et de stockage.

Segmentation de la population active et non active dans la commune de Rolle. Source : SCRIS.

Pénétration du marché dans la zone de chalandise du garage Grin. Programme : MIS. http://www.ti.bfh.ch

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Transferpfadanalyse im Automobil

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Fahrzeugmechanik und -sicherheit / Prof. Bernhard Gerster Dr. Ing. h. c. F. Porsche AG: Dipl. Ing. Siegfried Mayer

Während der Entwicklung eines Fahrzeuges treten grundsätzlich immer akustische Phänomene auf, welche lokalisiert und eruiert werden müssen. Wenn die Geräuschquelle selbst aus wirtschaftlichen Gründen nicht verändert werden soll, besteht nur noch die Möglichkeit den Transferpfad zum Fahrerohr zu verändern. Dies kann durch das Verändern von Lagerspezifikationen geschehen oder durch Austauschen von Bauteilen, die zu einer Eigenfrequenz angeregt wurden. Um die Relevanz der einzelnen Transferpfade störender Geräusche zu ermitteln, wurden bisher aufwendige Abkoppelungs- oder Fremdlagerungsmethoden angewendet. Der Einsatz dieser Methoden gestaltet sich jedoch relativ aufwendig und ist für bestimmte Phänomene nicht durchführbar, vor allem wenn diese nur unter hoher Last auftreten. Da diese Probleme immer kom­ plexer werden und dem Ingenieur aus wirtschaftlichen Gründen im­ mer weniger Zeit zur Verfügung steht, soll untersucht werden, ob die relativ neuartige Methode der BTPA / BTPS (Binaurale Transfer­ pfad Analyse / Binaurale Transfer­ pfad Synthese) der Firma Fa. Head Acoustics in Zukunft ein wichtiges Werkzeug darstellen könnte oder nicht.

Um zu untersuchen, ob die Me­ thode BTPA / BTPS ein wirtschaft­ liches und effektives Tool für die Transferpfadanalyse darstellt, kann anhand typischer Geräusche, wie zum Beispiel dem sogenannten “Triebsatzheulen” eines Achsgetrie­ bes festgestellt werden. Dieses Ge­ räusch entsteht im Zahneingriff der Kegel-Tellerrad-Verzahnung (Trieb­ satz), welche für das Umlenken des Kraftflusses und das Übersetzen der Drehzahl bzw. des Drehmo­ ments zuständig ist, bevor die Be­ wegung ins Differenzial eingeleitet wird.

Diplomarbeit untersucht wurde, wollte man bei der vorliegenden Arbeit einen Schritt weitergehen und den Schwierigkeitsgrad erhö­ hen. Bei der Arbeit von Herrn Dipl. Ing. Durm handelte es sich um ein Fahrzeug, welches nur über Heck­ antrieb verfügt. Darum wurde bei der jetzigen Arbeit ein Fahrzeug gewählt, welches Allradantrieb hat und somit zwei Achsgetriebe mit der gleichen Übersetzung auf­ weist. Dazu kommt noch, dass ein zusätzliches Zwischensystem im Fahrzeug vorkommt, da die einzel­ nen Fahrwerksteile nicht direkt an die Karosserie, sondern zuerst an Da die Methode BTPA / BTPS bei einen Achsträger geführt werden, der Firma Dr. Ing. h. c. F. Porsche der dann über vier Hauptlager an AG bereits von Herrn Dipl. Ing. Tie­ der Karosserie angebunden ist. So­ mo Durm ebenfalls in Form einer mit sollte mit dem akustischen Phä­ nomen der Triebsatzverzahnung und den beiden Getrieben, welche in der gleichen Ordnung arbeiten, eine gute Grundlage zur Überprü­ fung der Funktionalität der BTPA / BTPS geschaffen werden.

Markus Hons 1981 079 772 78 48 [email protected]

Die Arbeit basiert auf Beschleuni­ gungs- und Luftschallmessungen unter Verwendung von experimen­ tell ermittelten Übertragungskenn­ werten. Diese werden dann mit dem Programm “Progno(i)se” der Fa. Head Acoustics zur Identifizie­ rung und Bewertung der Haupt­ übertragungswege eingelesen.

Screenshot aus der Software Progno(i)se

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Mikrocontroller-gesteuerte Hindernisbahn Elektrotechnik / Prof. Kurt Hug; Andreas Kessi Experte: Bruno Jäger, Carlo Bosia

Wenn es darum geht, die Verkehrssicherheit zu verbessern, ist der Mensch ein entscheidender Faktor. Mit einer drei-bis viermal höheren Unfallzahl als alle anderen Verkehrsteilnehmer ist die Altersgruppe der 18- bis 24-Jährigen aufgefallen. Dies hat den Gesetzgeber dazu veranlasst, per 1. Dezember 2005 den Führerschein auf Probe einzuführen. Dabei müssen die Fahranfänger in den ersten drei Jahren mindestens zwei Fahrkurse absolvieren, die sogenannte 2-Phasen-Ausbildung. Um die so entstehende Nachfrage an Fahrsicherheitszentren in der Region Bern und Biel zu decken, hat die Fahrzentrum Lyss AG eine solche Anlage gebaut. Die Diplomarbeit besteht nun darin, die Steuerung der Hindernisbahn anhand eines Modells zu planen und zu bauen.

Felix Iseli 1980 078 635 60 95 [email protected]

Die Hindernisbahn Die Fahranlage enthält unter an­ derem einen 70 m langen geraden Gleitstreifen mit zwei Hindernissen, sowie einen Gleitstreifen in der Kur­ ve mit ebenfalls zwei Hindernis­ sen und einer einschaltbaren Kur­ venverengung. Bei bestehenden Hindernisbahnen anderer Fahrsi­ cherheitszentren werden diese Hin­ dernisse durch Wassersäulen, die aus der Fahrbahn schiessen, dar­ gestellt. Da aber Wasser bei Minus­ temperaturen Probleme bereitet, und die Fahranlage das ganze Jahr über betrieben werden soll, werden die Hindernisse der Fahrzentrum Lyss AG durch Lampen, die in der Fahrbahn versenkt sind, dargestellt. Weil das Durchfahren eines Licht­ strahls nicht so gut erkennbar ist wie das Durchfahren einer Wasser­ säule, müssen Sensoren detektie­ ren, ob ein aktives Hindernis über­ fahren wurde oder nicht und dies mit einer roten Leuchte anzeigen. Die Steuerung Ein Mikrocontroller übernimmt die Steuerung sowie die Überfahr­ detektion der Hindernisse. Dabei ist der Mikrocontroller MC68HC05B6 das Mastermodul und kommuniziert über den I2C-Bus mit den Slavemo­ dulen an den Hindernissen. Im Wei­ teren sendet die bereits bestehen­ de Geschwindigkeitsmessanlage seriell den Geschwindigkeitswert beim Einfahren auf den Gleitstreifen an das Mastermodul, so dass die Ansteuerung der Hindernisse mit

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einer geschwindigkeitsabhängigen Zeitverzögerung geschehen kann. Der Fahrinstruktor kann die Anla­ ge mit drei Wählschaltern bedie­ nen. Zwei Wählschalter dienen zur Wahl des Hindernisprogramms und

mit dem dritten kann die Zeitverzö­ gerung variiert werden. Es stehen neun verschiedene Hindernispro­ gramme zur Wahl, oder aber eine automatische Wahl durch einen Zu­ fallsgenerator.

Gerade Hindernisbahn

Hindernisbahn in der Kurve

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Gain écologique offert par le kit ECOSCOOT

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Mécatronique / Prof. Jean-François Urwyler Experte: Joël Niklaus

Le but de ce travail de diplôme consiste dans l‘évaluation du kit ecoscoot qui a été créé pendant le travail de semestre. Ce kit permet de transformer un scooter de base (seulement moteur à essence) en un scooter hybride (moteur à essence associé à un moteur électrique), c’est-à-dire écologique. Mon travail consiste à mesurer et évaluer différents paramètres comme, par exemple, la réduction de l’impact sur l’environnement (donc la réduction de CO2), la mesure des paramètres d’utilisation des batteries de traction et la détermination de l’économie d’énergie offerts par le kit ecoscoot.

Le projet EcoScoot, commencé avec le travail de semestre d’hiver au mois d‘octobre 2006, puis dé­ veloppé ultérieurement lors du tra­ vail de semestre d‘été, se poursuit maintenant dans le cadre du travail de diplôme par l‘évaluation du kit ecoscoot. Plus précisément ce kit ecoscoot comprend tout ce qu’il faut pour transformer un scooter normal en un scooter écologique, comme, par exemple, des batteries de traction, un moteur électrique, un boîtier électronique etc.

en mode exclusivement thermique, selon une comparaison WTW (well to wheel). En ce qui concerne le well to wheel dans le mode électrique, on part de la digue pour arriver à la roue arrière du scooter en pas­ sant par le chargeur des batteries. Par contre, pour le well to wheel en mode thermique, il faut partir du puits de pétrole, passer par le mo­ teur thermique pour arriver, enfin, à la roue. Pour établir cette comparaison, j’ai testé un scooter équipé avec le kit

Puisqu’on est, de nos jours, très concernés par le problème de la pollution, toutes les mesures et les évaluations effectuées sur le kit ecoscoot se concentrent autour de l’aspect et l’impact environnemen­ taux. Mon travail consiste à comparer l’énergie utilisée en mode exclusive­ ment électrique et l’énergie utilisée

ecoscoot sur un parcours-type défini en diverses phases de con­ duite (comme l’accélération et la vitesse constante en montée, des­ cente et plat) dans le but de relever l’autonomie des batteries, leur temps de recharge en mode électrique et la consommation d’essence en mode thermique. De plus, au cours du mode électrique, j’ai aussi relevé

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le courant et la ten­sion délivrés par la batterie en testant le scooter sur le parcours-type, afin de calculer l’énergie utilisée en fonction du che­ min parcouru. Après avoir relevé tous ces pa­ ramètres, on est à même de faire un bilan entre les énergies utili­ sées en mode électrique et celles utilisées en mode thermique. Ceci nous permet aussi de déterminer la réduction d’émission de CO2.

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Simone Pellascio 1985 076 433 37 13 [email protected]

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Analyse d’écoulements dans les moteurs thermiques Moteur à combustion / Prof. Dr. Jan Czerwinski / Liebherr Machines Bulle SA

Des moteurs thermiques Diesel de haute performance destinés à des véhicules industriels sont développés et produits par l’entreprise Liebherr Machines Bulle SA. Les caractéristiques d’écoulement de certains éléments du moteur thermique ont une influence majeure sur la qualité et la stabilité de la combustion. Il est, de ce fait, important de pouvoir évaluer la qualité de ces écoulements afin qu’une optimisation de la combustion soit possible. Le but du présent travail a été de moderniser et d’étendre le domaine d’application d’un banc exis­ tant pour la mesure d’écoulements et d’utiliser ce banc au travers de mesures effectuées sur des composants influençant le remplissage du moteur.

Patrick Rebsamen 1984 078 898 12 83 [email protected]

La problématique actuelle et univer­ selle dans le domaine du développe­ ment des moteurs à combustion est la diminution de plus en plus forte des émissions polluantes (particu­ les et oxydes azotiques: NOx) exigée par les normes. Les ingénieurs de l’entreprise Liebherr Machines Bulle SA travaillent intensément au déve­ loppement de nouveaux moteurs et au perfectionnement de la combus­ tion en ayant comme objectif l’aug­ mentation des performances de ces moteurs tout en diminuant leurs émissions et leur consommation.

La recirculation des gaz d’échappe­ ment (EGR pour Exhaust Gas Re­ circulation) joue elle aussi un rôle pri­ mordial quant à la composition des produits de la combustion. En effet, lors de températures de combustion élevées, l’azote se combine avec l’oxygène pour former les NO et NO2, communément appelés NOx. Pour diminuer l’émission de ce type de gaz, une quantité déterminée de gaz brûlés est prélevée à l’échap­ pement et reconduite à l’admission afin de substituer une partie de la nouvelle charge par des gaz iner­ tes. La conséquence bénéfique de Une influence importante sur le ce procédé est une réduction de la déroulement de la combustion est formation de NOx. Sur les moteurs donnée par la qualité du mélange Diesel modernes, une proportion de l’air au carburant lors de l’injec­ importante de gaz brûlés doit être tion. Dans le cas des moteurs Die­ sel à injection directe, ce mélange est réalisé à l’aide d’un mouvement de rotation de l’air dans le cylindre, autour de l’axe de ce dernier, en­ gendré lors de l’admission et ampli­ fié dans le bol du piston au cours de la compres­ sion. Ce mouvement tour­ billonnaire, appelé swirl, est déterminé par l’inclinaison et la forme des conduits d’admission et par la disposition des soupapes. Pour chaque application, il existe un taux de swirl optimal. Un taux de swirl trop grand ou trop petit en­ gendre une dégradation de la qua­ lité de la combustion et, de ce fait, une émission accrue de particules. Le taux de swirl peut être quantifié mathématiquement.

Illustration of swirl (© 2004 The American Society of Mechanical Engineers)

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mélangée à la charge fraîche, ce qui impose de bonnes propriétés d’écoulement de la part des com­ posants du système EGR. L’objectif principal de ce travail a été d’évaluer la performance ainsi que la possibilité de réglage en continu du système EGR au travers de me­ sures effectuées au banc d’essai moteur en connaissant les carac­ téristiques d’écoulement des com­ posants du système. Afin de pou­ voir évaluer ces caractéristiques d’écoulement, un banc de mesure du swirl existant a été modernisé et entièrement revu de manière à ce qu’il soit également utilisable pour l’analyse d’agrégats tels que le sys­ tème EGR en l’occurrence.

External EGR System of the Liebherr V8 engine (2006 Liebherr Machines Bulle SA) http://www.ti.bfh.ch

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Kippnivellierung für Baustellenlastwagen

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Konstruktion / Prof. Hans-Ulrich Feldmann Experten: Sebastian Tobler, Hans-Jörg Gisler

Heutzutage sieht man auf fast jeder Baustelle mehrere Lastwagen, welche mit einem Kipperaufbau ausgerüstet sind. Ohne diese wäre ein schneller Abtransport eines Aushubes oder das Anliefern diverser Materialien nicht möglich. Wenn jedoch ein Lastwagen kippen will, kommt es häufig vor, dass dieser in Längsrichtung zu schräg steht. Dies führt dazu, dass der Muldeninhalt nicht ausgeschüttet werden kann, da sich der Schwerpunkt des Lastwagens beim Kippen vertikal zur Unterlage erhöht und dieser so zur Seite umkippen könnte. Diese Diplomarbeit umfasst eine Nivellier-Konstruktion, welche dieser Gegebenheit entgegen wirkt. So kann die Mulde trotz Schräglage des Lastwagens gekippt und gelehrt werden.

Lösungssuche Solche Nivellierungen für Lastwa­ gen mit Kipper- bzw. Muldenauf­ bau existieren bis heute keine. Im Bereich der Baustellenfahrzeuge gibt es einzig bei Hakengerät-Auf­ bauten Konstruktionen, welche den Aufbau und das Chassis beim Kip­ pen ausgleichen und stabilisieren. Dieses System kann manuell betä­ tigt werden und gleicht den Aufbau bei einer Schräglage von wenigen Zentimetern aus. Da das Ziel dieser Diplomarbeit aber eine Konstruktion ist, welche Fahr­ zeugneigungen von bis zu elf Grad ausgleicht, ist dieses System für die Konstruktion schlecht geeignet.

Somit ist für die Kippnivellierung von Baustellenfahrzeugen eine komplette Neukonstruktion nötig. Um dies zu realisieren musste in einer ersten Phase nach Möglich­ keiten gesucht werden, welche als Nivellier-System vorstellbar sind. Zudem muss die Konstruktion di­ versen Anforderungen standhalten, bzw. diese einhalten. Dabei stellte sich heraus, dass die wichtigsten Punkte, auf welche die potentielle Kundschaft ihr Merkmal legt, die Beeinträchtigung der Nutzlast und die Erhöhung des Schwerpunktes sind. Überdies darf das System die Sicherheit während der Fahrt nicht verschlechtern und muss sämtlichen staatlichen und vom Hersteller vorge­ gebenen Normen entsprechen.

Konstruktion Um die Nivellierung zu ermöglichen, erwiesen sich Hydraulikzylinder als optimal. Diese beeinträchtigen die Nutzlast nur geringfügig und ermöglichen einen sehr grossen Kraftaufbau. Die Zylinder werden einerseits am Hilfschassis und an­ dererseits an der Kippwelle befe­ stigt. Die Nivellierung des Aufbaus erfolgt durch elektronisches An­ steuern des hangunteren Zylinders. Dieser bringt die Kippwelle, auf wel­ cher die Mulde aufliegt, in horizon­ tale Lage. Die dabei entstehenden Längs- und Querkräfte werden am Schwenkpunkt durch eine am Hilfs­ chassis befestigte Konstruktion auf­ genommen. Das Nivelliersystem wird aus­ schliesslich beim Kippen der Mulde betätigt. Sollte dieses vor der Ab­ fahrt nicht ausgeschaltet sein, oder ist die Neigung des Lastwagens zu stark, so wird der Fahrzeuglenker mittels Warnvorrichtung auf das Problem aufmerksam gemacht. Schafft das Nivelliersystem den Durchbruch bei Baustellenfahrzeu­ gen, so ist im Bereich der Baustellen­ sicherheit ein grosser Schritt getan!

Sebastian Riesen 1983 079 263 48 91 [email protected]

Kipper-Lastwagen mit ausnivellierter Mulde

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Variable Heckspoilerbefestigung Fahrzeugmechanik / Prof. Gerster Bernhard Experte: Fredy Rüegg, Alfred Sasse

Ziel unserer Diplomarbeit ist die Konstruktion einer einstellbaren Heckspiolerbefestigung für Steilheckmodelle. Verstellbereich nach dem gängigen Super-2000-Reglement sowie schnelle und einfache Positionierung des Heckspoilers waren klare Rahmenbedingungen.

Mikaël Rochat 1986 079 712 00 41 [email protected]

Christian Schmidt 1982 079 439 61 34 [email protected]

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In einem ersten Schritt sollen die auf einen Heckspoiler wirkenden Kräfte bei verschiedenen Positionen ge­ messen und untersucht werden. Eine schnelle Anpassung an das vom Auftraggeber zur Verfügung gestellte Fahrzeug, einen Renault Clio Sport aus dem “New Clio Cup” war Voraussetzung für eine erste Messadapterkonstruktion. Diese diente als Schnittstelle zwischen Fahrzeug und Messtechnik. Zur Kraftmessung wurden Messzel­ len verwendet. Diese sind unten am Hilfsrahmen befestigt und über Gewindestangen mit dem Spoiler verbunden. Durch die vier Gewin­ destangen, drei in vertikaler Rich­ tung und eine in Fahrtrichtung, konnten die auf den Spoiler wir­ kenden Kräfte gemessen werden. Durch die Gewindestangen wurde ein Verstellbereich des Heckspoi­ lers erreicht, welcher denjenigen des Super-2000-Reglements weit übersteigt. Die Messdaten der Fahrten mit der Adapterkonstruktion dienen als Grundlage für die zweite Konstruk­ tion, die eigentliche Heckspoilerbe­ festigung. Der Verstellbereich wird hier zwar durch das Super-2000Reglement stark eingeschränkt, je­ doch soll der Verstellmechanismus in Sachen Dauer­festigkeit sowie Verstellmechanik sehr ausgereift sein.

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Die Verstellung muss einfach und schnell ausgeführt werden können, da während eines Trainings oder sonstigen Abstimmungsfahrten die Zeitspanne, in der das Fahrzeug in der Boxengasse steht, möglichst gering gehalten werden muss. Mit unserer Lösung soll diesen Zielen entsprochen und gleichzeitig die Möglichkeiten des Super-2000Reglements so weit als möglich ausgenutzt werden.

Durch unsere Konstruktion ermög­ lichen wir unserem Auftraggeber den Einsatz seines Rennfahrzeuges in Langstrecken-Meisterschaften. Durch die Möglichkeit einer Adaption an nahezu alle Steilheckfahrzeuge und den simplen sowie schnellen Verstellmechanismus dürfte sich ein gewisses Interesse von Drittper­ sonen einstellen.

Heckklappe des Clio mit Hilfsrahmen, Kraftmessdosen und Gewindestangen

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Gérer avec succès dans la branche automobile

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Economie d’entreprise et informatique de gestion / Prof. Antonito Bolla Expert: René Mumenthaler

Dans notre époque où le marché de l’automobile se globalise et où les marges rétrécissent sans cesse, il est vital pour le garagiste d’être prudent et consciencieux dans la gestion de son entreprise. Les importateurs automobiles offrent des conditions très dures pour les garages qui doivent parfois faire de gros sacrifices pour faire face aux contraintes budgétaires. Le nombre de ventes et les surfaces d’exposition minimales sont des facteurs déterminants. La clientèle, quant à elle, de moins en moins fidèle et faisant de plus en plus jouer la concurrence, vient ajouter une pression supplémentaire sur les épaules du garagiste. Une bonne gestion est donc indispensable à la survie d’un garage.

Un garage offre un service person­ nalisé à chaque client lui permettant ainsi d’accéder à la mobilité. Il est indispensable à l’entretien de véhi­ cules qui deviennent de plus en plus complexes et spécifiques. La rela­ tion garagiste client est basée sur la confiance ; le sérieux est donc indis­ pensable dans la gestion de cette entreprise spécifique. Le client doit pouvoir se rendre compte par luimême que l’organisation et la prise en charge de son véhicule sont fai­ tes de manière très professionnelle. Analyse de gestion PCA Par l‘intermédiaire de ce logiciel, le garagiste élabore l‘évaluation des chiffres du bilan et compte de résul­ tat, la contribution au bénéfice par chaque centre de profit, établit le calcul du salaire de compensation, élabore différentes stratégies et ob­ tient les indices de référence ainsi que les chiffres relatifs au Bench­ mark de la branche automobile.

Organisation La bonne gestion d’un garage passe tout d’abord par une parfaite organi­ sation et hiérarchisation des diffé­ rents postes de travail. Les différents départements (centres de profits) doivent être bien séparés et sous la responsabilité d’une seule personne. Cette dernière devra répondre des actes de son département. Le chef d’atelier, par exemple, devra lui-mê­ me distribuer les tâches au sein de son atelier, et lui seul devra le faire. Le chef d’exploitation ne devra pas intervenir au cœur des processus de chacun des départements.

Hiérarchisation

Chaque poste doit être parfaite­ ment défini: responsabilités, tâches, remplaçant, etc. doivent être clai­ rement décrits et approuvés par la personne en charge du poste. Le travail consiste donc à créer des schémas d’organisation applicable au garage, une hiérarchisation ver­ ticale et horizontale ainsi que la dé­ finition des différents postes.

Florent Schlaeppi 1983 079 362 25 61 [email protected]

Processus La modélisation des processus permet un contrôle maximal de chaque processus métier d’un ga­ rage. La vente d’une voiture neuve avec reprise, par exemple, est un processus interdépartemental. À la fois la vente, l’atelier et le maga­ sin de pièces détachées entrent en collaboration pour la satisfaction du client. Un ordre bien précis, per­ mettant d’organiser les différentes activités, est un atout majeur au bon fonctionnement de l’entreprise. La clientèle doit être accueillie par la bonne personne, ou redirigée dans le bon département, les com­ mandes de pièces doivent être syn­ chronisées avec les travaux d’ate­ lier. Tous ces processus sont plus fonctionnels s’ils sont bien établis et connus de chaque personne.

Processus vente

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Dampflokomotive Chassisrisse Konstruktion / Prof. Hans-Ulrich Feldmann; Kunde: Brienz Rothorn Bahn Experten: Sebastian Tobler, Hans-Jörg Gisler

Die Brienz Rothorn Bahn existiert bereits seit 1891. Sie befördert die Touristen mit Dampflokomotiven aus drei Generationen von Brienz über 1678 m Höhendifferenz zum Rothorn. Die neusten ZahnradDampflokomotiven aus den Jahren 1992 und 1996 weisen Probleme mit der Dauerfestigkeit auf. Durch diverse Untersuchungen, Berechnungen sowie FEM-Simulationen, konnten die Schwachstellen analysiert werden. Mit den gewonnenen Erkenntnissen können dem Betreiber verschiedene Lösungs­ varianten vorgeschlagen werden, welche den langjährigen Einsatz der Dampflokomotiven gewährleisten.

Roland Schmucki 1981 078 885 17 13 [email protected]

Dampfnostalgie Die Zahnrad-Lokomotiven sind fä­ hig, grosse Steigungen zu überwin­ den. Auf der Brienz Rothorn Stre­ cke gibt es Steigungen bis 250‰. Die 7.6 km lange Strecke wird von den Lokomotiven in knapp einer Stunde bezwungen. Dabei beför­ dert sie Touristen sowie Material sicher und zuverlässig von Brienz zum Berghotel Kulm auf 2244 müM. Einzigartig an dieser Bahn ist, dass die Strecke von Dampflokomoti­ ven aus drei Generationen befah­ ren wird, die ältesten stammen aus dem Jahre 1891. Diese Nostalgie hinterlässt bei den Touristen aus al­ ler Welt einen bleibenden Eindruck. Die BRB hat zwischen 1992 und 1996 vier neue Dampflokomotiven beschafft, die ein völlig überarbei­ tetes Dampfkonzept haben. Da­ durch konnte der Wirkungsgrad wesentlich gesteigert werden. Da die Wärmeerzeugung ebenfalls überarbeitet wurde, kann die Lok nun von nur einer Person bedient werden. Durch diese Steigerung der Wirtschaftlichkeit ist auch in Zu­ kunft Dampfnostalgie möglich. Untersuchung der Chassisrisse Während der ersten Betriebsjahre sind bei diesen neuen Dampflo­ komotiven Risse in den Bereichen der Achsfederung sowie der Kur­ belwellenlagerung entstanden. Die­ se Probleme treten bei sämtlichen typengleichen Fahrzeugen auf. Di­ verse Verstärkungen, welche zum Teil noch vom Hersteller und spä­ ter durch die Betreiber angebracht

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wurden, lösten das Problem nicht. Mittels Schwingungsanalysen, wel­ che vom Hersteller nach dem Bau des Prototyps durchgeführt wur­ den, versuchte man unangenehme Resonanzschwingungen zu mini­ mieren. Durch das Zusammentragen der bisherigen Massnahmen und des­ sen Auswirkungen, konnte eine gute Übersicht über das Problem gewonnen werden. Auf Grund von Schwingungsmodellen sowie Be­ rechnungen des Antriebsstranges erkannte man die Grössenordnung der wirksamen Kräfte. Dadurch war es möglich an der bestehenden Struktur Spannungsberechnungen durch zu führen. Mit FEM-Simula­

tionen wurden die kritischen Stel­ len überprüft. Bei Testfahrten wur­ de das Verhalten der Lokomotive überwacht. Dabei konnten die Be­ lastungen, welche auf die kritischen Stellen wirken, untersucht werden. Dank der so gewonnenen Erkennt­ nisse konnten verschiedene Ansät­ ze zur Verminderung der Probleme gefunden werden. Der Kunde kann nun bei der nächsten Revision die Lokomotiven anhand der ausgear­ beiteten Detaillösung modifizieren. Dadurch sollen die Probleme ver­ ringert und die Einsatzdauer der Dampflokomotiven erhöht werden. Somit wird auch noch in ferner Zu­ kunft Dampfnostalgie möglich sein.

Zahnrad-Dampflokomotive Typ H 2/3, Bj. 1992 http://www.ti.bfh.ch

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Fahrwerk Rennfahrzeug

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Konstruktion / Prof. Hans-Ulrich Feldmann Experten: Sebastian Tobler, Hans-Jörg Gisler

Die Firma Garage Schüpbach AG in Walkringen hat vor einiger Zeit begonnen ein spezielles Rennfahrzeug aufzubauen. Die Grundlage dafür bot ein Alfa Romeo 164 3.0 V6. Das Fahrzeug besitzt nun zwei Antriebsaggregate und etliches wurde angepasst. Die Diplomarbeit befasst sich mit der Konstruktion eines renntauglichen Fahrwerks. Das Fahrwerk soll verschiedene Einstellmöglichkeiten beinhalten, damit auf der Rennstrecke das optimale Setup erreicht werden kann.

Neben der Motorenleistung und dem fahrerischen Können ist die Fahrdynamik eines Fahrzeuges ausschlaggebend für den Erfolg im Motorsport. Das wohl wichtigste Bauteil eines Fahrwerks ist der Schwingungsdämpfer. Er kann das Fahrverhalten, wie Unter- und Über­ steuern, direkt beeinflussen. Der Dämpfer eines Strassenfahrzeuges ist komfortabel ausgelegt und wird auf der Rennstrecke den Anforde­ rungen nicht gerecht. Deshalb ist die Dämpferwahl ein sehr zentraler Punkt, der genaustens untersucht werden muss. Das Serienfahrwerk des Alfas be­ sitzt keine Verstellmöglichkeiten.

Doch vergleicht man verschiedene Rennstrecken miteinander, bemerkt man schnell die unterschiedlichen Anforderungen an das Fahrwerk. Die Aufgabe gliederte sich in zwei Teile. Zum einen die Auswahl der Komponenten, zum anderen die Konstruktion. Die erste Sequenz stellte sich als grosse Herausfor­ derung dar. Denn eine Berechnung der optimalen Federn und Dämpfer ist ohne Testfahrten schlecht zu realisieren. Durch strikte Konstruk­ tionsmethodik und Informationen von renommierten Fahrwerksfir­ men entstand jedoch eine gelun­ gene Auswahl. Die Fahrzeughöhe kann stufenlos eingestellt werden, der Dämpfer kann wie gewünscht in Zug- und Druckstu­ fe verstellt werden. Zu­ dem ist eine Sturzein­ stellung mit Hilfe des Domlagers möglich.

Weiter wurden alle originalen Gum­ milager durch Gelenklager ersetzt, um eine genaue Radführung zu ge­ währleisten. Konstruiert wurde mit dem CAD Programm. Zudem wurde das ganze System einer FEM-Analyse unterzogen. Dies um die Bauteile richtig zu dimensionieren. Somit konnte das Gewicht reduziert und die Sicherheit auf der Rennstrecke erreicht werden. Durch die Konstruktion des Fahr­ werks kann das Rennfahrzeug nun auf der Rennstrecke getestet wer­ den.

Christoph Schüpbach 1984 076 570 01 08 [email protected]

Alfa Romeo 164 Bimotor

CAD Modell der Aufhängung

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Machbarkeitsstudie eines Hybrid-Mehrzweckfahrzeugs Mechatronik / Prof. Jean François Urwyler/ Boschung Engineering AG Experte: Joël Niklaus

Die Firma Boschung Engineering möchte Aufschluss haben über die Machbarkeit für ein HybridMehrzweckfahrzeug in ihrem Tätigkeitssektor. Das Ziel dieser Vorstudie ist ein bestehendes Kommunalfahrzeug auf einen Hybridantrieb umzurüsten. In dieser Arbeit wird untersucht, welche Möglichkeiten für einen Hybridantrieb bestehen, welche Vor- und Nachteile es mit sich bringt, wie die Energieersparnis und das Kostenverhältnis aussieht. Verschiedene Konzepte werden miteinander verglichen und eines davon wird dann der Firma Boschung Engineering vorgeschlagen.

Benedikt Sturny 1984 079 714 28 27 [email protected]

Als Hybridantrieb werden Fahr­ zeugantriebe bezeichnet, die über mindestens zwei verschiedenartige Energiewandler und -speichersys­ teme verfügen. Am bekanntesten ist die Kombination von Verbren­ nungsmotor/Kraftstofftank und Elektroantrieb/-speicher, der so­ genannte Elektro-hybrid. Die Moti­ vation zur Entwicklung von Hybrid­ antrieben liegt in der Suche nach Effizienzsteigerung für den An­ triebsstrang. Mit entsprechenden technischen Lösungen ist eine Ver­ brauchsreduzierung und damit eine Abnahme der Abgasemissionen insbesondere der klimarelevanten Abgase verbunden. Der Hybridantrieb wird als zukunft­ weisende Antriebstechnik gesehen. Auf Grund der absehbaren Knapp­ heit der Erdölreserven wird der Hy­ bridantrieb jedoch bloss eine Über­ gangslösung zu einer komplett alternativen Antriebsart sein. Diverse PKW-Hersteller sind mit ihren Hybridfahrzeugen in Serie gegangen. Bei den NKW ist man stark am Forschen. Gerade im Bereich der Kommunalfahrzeuge könnte ein hoher Absatz erwartet werden. Der grösste Anteil der Kun­ den betrifft Staats- und Gemein­ debetriebe. Mit der Anschaffung eines Hybridfahrzeuges könnte ein Zeichen zum Umweltbewusstsein gesetzt werden, schliesslich über­ nehmen öffentliche Betriebe eine Vorbildfunktion.

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Das Ziel dieser Arbeit ist es nun zu überprüfen, ob ein Hybrid-Aufbau auf ein bereits bestehendes her­ kömmliches Mehrzweckfahrzeug für Stadt und Gemeindebetrieb machbar und sinnvoll wäre. Um dies zu erreichen, ist es notwendig das herkömmliche Fahrzeug sowie einen möglichen Hybrid-Aufbau genau zu studieren und zu analy­

Pony P4

sieren. Es muss ermittelt werden, welche Kosten- und Energieerspar­ nisse möglich sind. Die Untersu­ chung erfolgt für zwei Fahrzeuge. Das Grundgerüst ist beinahe das­ selbe. Es handelt sich um die Se­ rien S3 und Pony P4. Der S3 ist eine Kehrmaschine, welche auf zwei Rädern angetrieben ist. Bei diesem Fahrzeugtyp werden kaum andere Aufbauten verwendet. Das Pony P4 ist ein Geräteträger und ist ein Allrad-Fahrzeug. Bei diesem Fahr­ zeug können sehr viele verschie­ dene Geräte wie z.B. Salzstreuer, Schneepflug, Kehrmaschine usw. angebaut werden. Mit dieser Arbeit kann entschieden werden, ob das Projekt weiter entwickelt und eine Serienanfertigung angestrebt wer­ den soll.

Kehrmaschine S3

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Leichtbau-Komponente aus Faserverbundwerkstoff

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Konstruktion / Prof. Hans-Ulrich Feldmann Experten: Sebastian Tobler, Hans-Jörg Gisler

Die Hauptidee des Projekts ist die Konstruktion einer Automobil-Komponente aus faserverstärktem Kunststoff, um Gewichtsverminderung in Serienfahrzeugen zu ermöglichen. Anhand einer Fahrzeugsitzstruktur wird im Rahmen dieser Projektarbeit die Lösungssuche aufgezeigt, um eine existierende Rücksitzlehnestruktur aus Stahl durch ein Faserverbundbauteil ersetzen zu können. Zusätzlich wird ein ausgewähltes Detailkonzept untersucht und unter Berücksichtigung von Fertigungsrichtlinien auskonstruiert. Die Firma ESORO AG ist seit mehreren Jahren in den Bereichen Fahrzeugentwicklung und Kunststofftechnik tätig und entwickelt Bauteile aus faserverstärktem Kunststoff für die Automobilindustrie.

Ein Beispiel für solche KunststoffBauteile sind Sitzstrukturen, die mit dem E-LFT Prozess gefertigt wer­ den. Dieses neue Verfahren zur Fertigung von Leichtbauteilen wurde von ESO­ RO für einen deutschen Automobil­ zulieferer entwickelt und patentiert. Der Prozess-Name E-LFT steht für “Endlosfaserverstärkter Lang-FaserThermoplast”. Der Herstellungsprozess kombiniert eine thermoplastische Ma­ trix mit Langfaserverstärkungen (LFT) mit einer Endlosfasernstruktur (EF) in einem einzigen Fertigungsschritt. Im E-LFT Prozess können Bauteile, die typischerweise aus Stahl sind, mit gleichen Anforderungen und mit ge­ ringerem Gewicht zu konkurrenzfä­ higen Kosten in Kunststoff hergestellt werden.

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Konzept Der erste Schritt zur Konzeptdar­ stellung war die Ermittlung und Darstellung der topologischen Un­ terschiede von Rücksitzlehnen an verschiedenen Fahrzeugtypen. Dies um die allgemeinen Anforderungen an die Bauteilstruktur und die An­ bindungsstellen zu definieren. Danach wurden die verschiedenen Anforderungen und Funktionen der Rücksitzlehne strukturiert und nach Anbindungspunkten, Sicherheits­ elementen oder Komfortelementen gegliedert. Zusätzlich wurde eine Muster-Anforderungsliste zu den verschiedenen Fahrzeugtypen vor­ bereitet.

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Entwicklung Als Muster für die Entwicklung des Bauteiles aus faserverstärktem Kunststoff wurde eine bestehen­ de Stahlrücksitzlehne eines Fahr­ zeuges ausgewählt und nach der Muster-Anforderungsliste unter­ sucht. Danach wurde das Struktur­ konzept am CAD realisiert. Damit konnten die konstruktive Ausfüh­ rung der Krafteinleitungsstellen und Anbindungsstellen konzeptionell untersucht und eines dieser Kon­ zepte für eine detaillierte Konstruk­ tion ausgewählt werden. Als Detailkonzept wurde der Anbin­ dungspunkt der mittleren Gurtrolle ausgewählt. Dazu wurde eine ferti­ gungsrechte Konstruktion der An­ bindungsstelle mit einem Lösungs­ vorschlag zur Montage der Gurtrolle und zur Verschliessung der Befesti­ gungsstelle ausgeführt.

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Sandra Tulipani 1979 079 456 98 62 [email protected]

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Partikelemissionen bei DI-Ottomotoren Verbrennungsmotoren / Prof. Dr. Jan Czerwinski Dipl.-Ing. Michael Frank, Robert Bosch GmbH Stuttgart

Die Einführung eines Partikelanzahlgrenzwertes für direkteinspritzende Ottomotoren (DI) spätestens für EURO 6 erfordert nach ersten Messungen dringenden Handlungsbedarf. Die aktuell diskutierte Größenordnung der zulässigen Partikelanzahl von 6x 1011 [N/km] scheint mit aktuellen Systemen nicht realisierbar. Die Verwendung eines Russpartikelfilters (DPF) soll aufgrund gravierender Verbrauchs- und Kostennachteile möglichst vermieden werden. In der betreffenden Diplomarbeit werden die soft- sowie hardwareseitigen Möglichkeiten zur Reduzierung der Partikelanzahl an einem 2.0l DI-Ottomotor mit seitlicher Einbaulage der Einspritzventile (HDEV) untersucht.

Mischa Zeller 1982 079 503 40 91 [email protected]

Legislation Bei der aktuellen Abgasnorm EURO 4 liegt der maximal zulässige Wert der ausgestossenen Partikelmasse für Dieselfahrzeuge bei 25 mg/km. Mit der Einführung der EURO 5 ab 2009 wird dieser Grenzwert von 25 auf 5 mg/km herabgesetzt und zu­ gleich erstmalig auch für Ottomo­ toren limitiert. Da das gravimetrische Messverfah­ ren beim Diesel mit DPF an seine Detektionsgrenzen stösst, wurde beschlossen bei der EURO 5+ ein neues Messverfahren einzuführen, mit welchem zusätzlich noch die Partikelanzahl (PN) gemessen wird. Diese Neuerung wird im Zuge der Gleichstellung von Diesel und Ben­ ziner ab EURO 6 auf den Ottomotor übertragen. Die Einführung dieses Grenzwertes ist vor allem für den direkteinsprit­ zenden Ottomotor problematisch, da dieses System gegenüber der Saug­

rohreinspritzung erhöhte Russemis­ sionen aufweist. Hauptgründe hierfür sind neben Homogenisierungsnach­ teilen auch die Spray-Wand Kontak­ tierung im Brennraum des DI-Otto­ motors. Lösungsansätze Eine verbesserte Homogenisierung kann bei gegebener Brennraumgeo­ metrie zum einen, über eine opti­ mierte Zerstäubung durch Erhö­ hung des Kraftstoffdruckes erreicht werden. Weiterhin können auch Ver­ besserungen durch eine optimale Verteilung des Kraftstoffsprays im Brennraum genutzt werden. Um den Spray-Wand Kontakt zu reduzieren hat man die Möglichkeit das Einspritztiming zu optimieren. Dies ist eine rein applikative Mass­ nahme mit vergleichsweise hoher Wirkung. Ein weiterer Baustein zur Minimie­ rung des Wandkontaktes ist die

Reduzierung der Penetration, das heisst der Eindringtiefe des Sprays im Brennraum. Vorgehensweise In der ersten Phase sollen während einer achtwöchigen Messperiode alle rein applikativen Massnahmen, das heisst die Veränderung verschie­ dener Steuergrössen der Software, auf ihre Wirksamkeit geprüft werden. In einem zweiten Schritt werden die hardwareseitigen Massnahmen auf ihr Potential untersucht. Als Schwerpunkte sind hier die Opti­ mierung der Sprayausrichtung, so­ wie die systemseitige Erhöhung des Kraftstoffdruckes auf über 200 bar unter Verwendung einer verbes­ serten Hochdruckpumpe zu nen­ nen. Nachfolgend sollen weitere, neu generierte Systemansätze zur Optimierung der Gemischhomoge­ nisierung auf ihr Potential zur Parti­ kelminimierung untersucht werden.

Einfluss des Einspritzbeginns (ESB) auf die Partikelanzahl

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Elektro- und Kommunikationstechnik

Performance test of Windows CE 5.0 Technische Informatik / Ivo Oesch Experte: Dominique Renevey

Die Anforderungen an Embedded-Geräte steigen stetig. Immer schneller und komplexer werden die Aufgaben, welche sie erfüllen müssen. Ohne ein Echtzeitbetriebssystem kann man sich diese Geräte heute kaum mehr vorstellen. Windows CE 5.0 ist eines dieser Echtzeitbetriebssysteme. Doch wie gut ist Windows CE wirklich? Kann es den Anforderungen der heutigen Zeit gerecht werden? In dieser Diplomarbeit sollen die Fragen geklärt werden.

Stefan Aebi 1984 079 450 86 26 [email protected]

Ausgangslage An der Berner Fachhochschule wird für den Unterricht in Technischer In­ formatik das CARME-Kit verwendet. Es bietet einen Intel XScale Con­ troller mit einem ARM9 Prozessor, welcher mit 520 MHz getaktet ist. Auf dieser Hardware wird Windows CE 5.0 installiert. Für die LatenzzeitMessungen wird ein zusätzliches FPGA Modul eingesetzt, welches auf das CARME-Kit aufgebracht wird. Das Modul wurde bereits in ei­ ner früheren Diplomarbeit zur Aus­ messung von Linux Xenomai ver­ wendet.

Die Messungen Zur Durchführung der verschie­ denen Messungen wird eine Ap­ plikation für das CARME-Kit ent­ wickelt. Diese setzt beim Eintreffen eines Hardwareereignisses einen Ausgangspin auf dem CARME-Kit. Mit Hilfe des FPGA Moduls wird die Zeit zwischen Ereignis und gesetz­ tem Ausgangspin gemessen. Über eine serielle Schnittstelle werden die Messwerte an den PC gesen­ det und mit Matlab ausgewertet, abgespeichert und visualisiert. Die Messungen zeigen, dass Windows CE 5.0 als Echtzeitbetriebssystem geeignet ist. Mit Latenzzeiten von unter 30µs liefert es eine beacht­ liche Leistung.

Auch in Zukunft wird Microsoft im Bereich Embedded Systems eine Rolle spielen. In der neuen Version “Windows Embedded CE 6.0” wur­ de die Performance noch einmal verbessert. Demonstration Um die Echtzeitfähigkeit von Win­ dows CE 5.0 zu demonstrieren, wird zusätzlich zu den Messungen eine Regelung für einen schwebenden Pingpong-Ball entwickelt. Die Ap­ plikation soll den Ball mit Hilfe eines Lüfters auf einer vorgegebenen Höhe schweben lassen. Gleichzeitig wird der Prozessor durch Abspielen eines Videos voll ausgelastet. Trotz dieser Belastung muss die Rege­ lung funktionsfähig bleiben.

CARME-Kit

Ziele Ziel der Diplomarbeit, ist die Lei­ stungsfähigkeit von Windows CE 5.0 auszumessen. Es werden die Latenz- und Jitter Zeit vom Eintref­ fen eines Hardwareereignisses bis zur Reaktion des Threads gemes­ sen. Weiter wird der Zeitbedarf für einen Thread Switch gemessen. Anhand dieser Messungen soll die Echtzeit-Fähigkeit beurteilt werden.

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Zeit-Latenz Diagramm der Latenz Messung

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Embedded Streaming Software

Elektro- und Kommunikationstechnik

Technische Informatik/ Dr. Elham Firouzi, Adrian Gschwend Experte: Stefan Brunner

Digitale Medien haben sich Ende des letzten Jahrhunderts durchgesetzt. Ihre einfache Handhabung und die Möglichkeit der Indizierung und semantischer Verknüpfung heben sie von der Handhabung analoger Medien ab. In der Medizinaltechnik besteht Nachholbedarf. Die bestehenden Systeme sind den heutigen Anforderungen nicht mehr gewachsen und nützen die Möglichkeiten moderner Operationssaaleinrichtungen nicht aus. An dieser Stelle setzt MedOnStream an. Eine Hard- und Softwarelösung zum kodieren und transportieren von Videoaufnahmen unter Verwendung hardware-beschleunigter Videokompression, welche sich einfach in die bestehende Infrastruktur einbinden lässt.

MedOnStream MedOnStream (Medical Online Streaming) ist eine komplette Lö­ sung zum Kodieren des Videosi­ gnals einer bereits vorhandenen Ka­ mera in einen digitalen Datenstrom (Englisch: stream). Das System be­ inhaltet Hardware, entwickelt von Marco Spirig (Seite 76), die sich um die Analog-Digital Wandlung und Kodierung (ogg Theora) des Videosignals kümmert, sowie ei­ nen Softwareteil, der die Kodierung kontrolliert und die Daten ins Netz­ werk sendet (Englisch: streaming). Dazu werden ausschliesslich of­ fene Standards und Technologien verwendet. Dies garantiert einen langfristigen Investitionsschutz. In der Medizinaltechnik, wo zur Zeit noch mehrheitlich analoge Medien verwendet werden, kann sich Med­ OnStream in die bestehende Infra­ struktur einbinden lassen. Videos von Operationen, die zur Zeit immer noch analog aufgezeichnet und archiviert werden, können einfach digitalisiert werden. MedOnStream ermöglicht somit die sanfte Migra­ tion ins digitale Zeitalter.

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Softwarelösung Die Softwarelösung beschreibt ein komplettes System, bestehend aus einem angepassten Betriebssy­ stem, einem Gerätetreiber und ei­ ner Streaming-Anwendung. Als Betriebssystem wird ein mo­ difiziertes GNU/Linux 2.6 verwen­ det, das auf einem Prozessor ohne Speicherverwaltung läuft. Zur Kom­ munikation mit der Hardware wurde ein Gerätetreiber entwickelt. Dieser macht ebenfalls das kodierte Video der Streaming-Anwendung verfüg­ bar. Der Streamer ist auf Effizienz aus­ gerichtet. Die Hardwareanforde­ rungen sind gering. Somit wird ver­ sucht das “no copy issue” zu lösen (Daten sollen im Speicher nicht ver­ schoben werden). Die Konfiguration des Systems ist äusserst simpel. Einzig die IP-

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Adressen von MedOnStream und dem Zielserver müssen über eine Webseite eingerichtet werden. Nach dem Einschalten der Hard­ ware verbindet sich das Gerät auto­ matisch mit dem Server und initiiert den Datenstrom. Marc-André Beck

MedOnStream 2 In naher Zukunft wird die Hardware darauf ausgelegt, hochauflösende Videodaten zu verarbeiten und über das Netzwerk zu transpor­ tieren. Weiter wird die Möglichkeit geschaffen, die Videos auf dem Server nach verschiedenen Stich­ wörtern zu indizieren. Ebenfalls wird es möglich sein, mobile Geräte ausserhalb des lokalen Netzwerks mit niedrig aufgelösten Videodaten in Echtzeit zu versorgen. Die Ent­ wicklung von MedOnStream geht weiter.

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Datenerfassung - Visualisierungsnetzwerk P - NET Automation / Betreuer: Ivo Oesch, Dr. Urs Brugger Experte: Dr. Peter Winter / Auftraggeber: Jürg Joss, Procon AG, Burgdorf

In der Halbleiter- und Pharmaindustrie wird hochreines Wasser benötigt. Dafür werden am Produktionsstandort eigene Wasseraufbereitungsanlagen eingesetzt. Diese reinigen das Leitungswasser in mehreren Stufen, bis eine hohe Reinheit erreicht worden ist (Leitfähigkeit < 1uS/cm bei 25°C). Um zu jeder Zeit die erforderliche Qualität des Wassers zu gewährleisten, kommen in den Anlagen TOC – Analysatoren (totaler organischer Kohlenstoff) zum Einsatz. Sie ermitteln die organische Belastung im gereinigten Wasser. Der TOC - Wert ist ein Qualitätsparameter. Überschreiten die Werte eine bestimmte Grenze, so müssen unverzüglich Massnahmen eingeleitet werden um die aktuelle Produktion nicht zu gefährden.

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Ausgangslage In einer Wasseraufbereitungsan­ lage werden oft mehrere Analysa­ toren eingesetzt. Dabei nehmen die Geräte laufend Proben des gefilterten Wassers und ermitteln den aktuellen TOC-Wert. Damit die Wasserqualität zentral überwacht werden kann, gibt es bereits Steu­ ergeräte, welche die Resultate der aktuellen Messungen an einem Ort zusammenfassen und anzeigen. Dazu werden die verschiedenen Analysatoren über ein RS485Netzwerk zusammengeschaltet. In einem solchen Netzwerk können jedoch maximal acht Geräte betrie­ ben werden. Zudem arbeitet jedes Gerät als Master, was zu Kommuni­ kationsfehlern führen kann.

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Netzwerk Damit auch grössere Netzwerke ohne Kommunikationsprobleme be­ trieben werden können, wurde nach einer besseren Lösung gesucht, die dem heutigen Stand der Technik entspricht. Da jeder Analysator zu­ sätzlich über eine weitere serielle Schnittstelle (RS232) verfügt, bietet sich die Möglichkeit die Analysatoren mit Hilfe von RS232/Ethernet-Wand­ lern zu einem Ethernet-Netzwerk zu­ sammen zu schalten (P-NET). Dabei haben die Wandler die Aufgabe die seriellen Daten in Ethernet-Pakete abzufüllen und zur DatenerfassungsVisualisierungsstation zu senden. Auf dem Computer werden die Pa­ kete wieder zusammengefasst und an virtuelle COM-Ports gesendet. Diese Ports können auf dieselbe Weise wie die seriellen Schnittstellen der Analysatoren verwendet werden. Somit kann parallel zum bestehen­ den RS485 – Netzwerk, ein neues Netzwerk mit bis zu 255 Geräten er­ stellt werden.

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Software Zur Realisation der Datenerfas­ sung- Visualisierung wurde die Ent­ wicklungsumgebung Borland C++ gewählt. Mit der darin neu entwi­ ckelten Software wird es erst mög­ lich, die Geräte im Netzwerk von einem Ort aus zu verwalten. Die ak­ tuellen Messwerte und der Geräte­ modus werden tabellarisch aufgeli­ stet und die historischen Messwerte grafisch dargestellt (Realtime-Hi­ storicaltrend). Das Programm stellt dazu automatisch die Kommunika­ tion über die virtuellen COM-Ports zu den Geräten her und liest kon­ tinuierlich die aktuellen Datensätze aus. Der Anwender kann so frühzei­ tig durch die grafische Darstellung Störungen der Wasseraufberei­ tungsanlagen erkennen und damit Produktionsausfälle verhindern. Zu­ dem ist das Programm erweiterbar, so dass in weiteren Entwicklungs­ schritten auch fremde Geräte ein­ gebunden werden können.

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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.

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Électricité et systèmes de communication

Hybrid SAM II – System Integration Systèmes énergétiques / Michael Höckel, Dr. Andrea Vezzini Expert: Alfred Brechbühler, Energie Service Bienne

L’impact de la combustion du pétrole sur l’environnement et la diminution prévue des stocks obligent à envisager, à plus ou moins long terme, le remplacement de cette énergie par une autre qui soit, en plus, plus propre. C’est pourquoi la HESB-TI a décidé de développer, dans la section “systèmes énergétiques”, un véhicule non polluant. Ce dernier, appelé “Hybrid SAM II”, est un véhicule “propre” équipé, entre autres, d’une pile à combustible (hydrogène-air) utilisant de l’hydrogène comme combustible. Ce véhicule ne produit pas d’émissions polluantes car seule de l’eau résulte à l’échappement.

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Concept L’Hybrid SAM II est une modifica­ tion du véhicule électrique SAM dé­ veloppé par la société Cree SA de Bienne. Cette modification, effec­ tuée lors d’un précédent travail de diplôme, consistait à faire fonction­ ner le véhicule avec une pile à com­ bustible à la place des batteries au plomb. Ce présent travail de diplô­ me consiste, quant à lui, à améliorer la version précédente. Données du véhicule L’Hybrid SAM II est un véhicule compact à trois roues (deux de­ vant et une à l’arrière) prévu pour le trafic urbain. Ce dernier offre suffi­ samment de place pour le transport de deux personnes, placées l’une derrière l’autre. Il est doté d’un mo­ teur électrique brushless à aimants permanents (avec courroie crantée sur roue arrière) qui délivre une puis­ sance maximale de 15 kW et un cou­ ple de 80 Nm. L’accélération de 0-50 km/h se fait en 7 secondes et la vi­ tesse maximale atteignable est de 85 km/h. La consommation d’hydrogè­ ne du véhicule est de 450 g/100km et son autonomie est de 150 km.

Système L’approvisionnement en énergie du véhicule se fait de deux manières: d’une part, nous avons une pile à combustible PEMFC (pile à com­ bustible à membrane électrolyte polymère) d’une puissance de 6 kW, et de l’autre, des batteries lithium polymère. Ces dernières, utilisées comme accumulateurs d’énergie, et combinées avec la pile à com­ bustible à l’aide d’un convertisseur DC/DC, permettent de fournir une puissance maximale de 15 kW. La surveillance et la gestion des péri­ phéries se fait à l’aide d’un micro­ contrôleur. Côté surveillance, il per­ met le contrôle: de la tension des cellules de la pile à combustible, du courant produit, de la température des circuits de refroidissement, de la pression des circuits des gaz, et enfin du contenu du réservoir. Côté gestion, il permet: l’enclenchement des différentes pompes et vannes, ainsi que le déclenchement du système lors d’imprévus. Tous ces paramètres, gérés par ce mi­ crocontrôleur, permet­ tent une utilisation optimale

du véhicule et assurent une sécu­ rité accrue au conducteur. Ce der­ nier peut, à tout moment, être infor­ mé de l’état de son véhicule sur le tableau de bord. Implémentation Tout le système décrit plus haut est installé avec soin à l’intérieur du vé­ hicule.

Système de l’Hybrid SAM II

Hybrid SAM II

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Hybrid SAM II - Control and Monitoring

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Energiesysteme / Michael Höckel, Dr. Andrea Vezzini Experte: Alfred Brechbühler, Energie Service Biel

Der Hybrid SAM II wird aus zwei verschiedenen Energiespeichern versorgt. Zum einen aus Lithiumpolymer-Batterien, zum andern aus einem Metallhydrid-Speicher mit Wasserstoff. Das bedeutet auch, dass das System des Fahrzeuges modular, mit unterschiedlichen Komponenten, aufgebaut ist. Die Kommunikation zwischen diesen Komponenten und ihre Selbständigkeit sind zwei wichtige Aspekte im Hybrid SAM II. Zur Analyse und Optimierung des Systems werden Messungen und Betriebszustände mit einem LabVIEW TM -Programm aufgezeichnet.

Aufbau Die verschiedenen Komponenten des Hybrid SAM II müssen mitei­ nander kommunizieren, und dabei eine gewisse Autonomie aufwei­ sen. Das System ist hierarchisch

Hierarchischer Aufbau

CAN-Bus Die zur Kommunikation nötigen In­ formationen werden mittels CANBus übertragen. Dieser Standard wurde ursprünglich von der Au­ tomobilindustrie entwickelt und eignet sich hervorragend für die Anwendung im Hybrid SAM II. Zur Übertragung wurde das CANopenProtokoll verwendet. Dieses Proto­ koll definiert Standards, welche ein sicheres Zusammenspiel der Kom­ ponenten garantieren.

aufgebaut. Das Master Module hat die Kontrolle über das System und koordiniert die verschiedenen Ab­ läufe und das Zusammenspiel der restlichen Module. Die Autonomie der Komponenten garantiert eine schnelle Reaktion auf Einflüsse von aussen, Änderungen der Mess­ werte oder kritische Betriebszu­ stände. Mit dieser Struktur ist die nötige Sicherheit gewährleistet.

Monitoring Um einen Überblick des System­ zustands zu ermöglichen, müssen die auf dem CAN-Bus verschickten Daten visualisiert und aufgezeichnet werden können. Zu diesem Zweck wurde mit LabVIEWTM ein Programm geschrieben, das diese Aufgaben erfüllt. So können alle wichtigen Betriebsparameter detailliert und nach Komponenten geordnet, aber auch als komplette Übersicht über den allgemeinen Betriebszustand abgerufen werden. Über dieses Programm kann zudem in das Sy­ stem eingegriffen werden. So zum Beispiel, um den Betriebsmodus manuell zu verändern.

Marc Hachen 1981 079 745 65 49 [email protected]

Dominic Isenschmid 1983 079 258 12 62 [email protected]

Programmierung Die Regelung der Gasversorgung der Brennstoffzelle, wie auch die Regelung des Gesamtsystems werden von zwei Mikrokontrollern übernommen. Dafür wurden vom FC-SAM Project bestehende Pro­ grammteile überarbeitet, aber auch grosse Teile neu geschrieben. Ziel der Regelung ist, alle Elemente mit höchst möglichem Wirkungsgrad und bei optimaler Temperatur zu betreiben.

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Startoberfläche LabVIEW TM-Programm

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Hybrid SAM II - Lithium Polymer Battery Module Energiesysteme / Michael Höckel, Dr. Andrea Vezzini Experte: Alfred Brechbühler, Energie Service Biel

Im Hybrid SAM II wird zur Unterstützung des Brennstoffzellenstapels eine komplett neu konstruierte Batterieeinheit mit Lithium-Polymer-Zellen der koreanischen Firma Kokam eingesetzt. Während der Semesterarbeit wurde der Aufbau entwickelt, welcher jetzt in der Diplomarbeit realisiert worden ist. Ausserdem beinhaltete diese Arbeit die Inbetriebnahme des Moduls und den Einbau in das Fahrzeug. Wegen des beschränkten Platzangebotes musste ein optimales Packaging erreicht werden.

Stefan Schori 1984 079 326 57 42 [email protected]

Die neue Batterieeinheit besteht aus 48 in Serie geschalteten Lithium-­Polymer-Zellen. Eine einzel­ ne Zelle stellt eine Nennspannung von 3.7 Volt zur Verfügung. Daraus ergibt sich eine Gesamtspannung von 177.6 Volt, was bei einer Kapa­ zität von 12 Amperestunden einem Energieinhalt von 2.13 Kilowattstun­ den entspricht. Der maximal zuläs­ sige Laststrom kann über 100 Am­ pere betragen. Zusätzlich zur Batteriespannung bietet die Einheit einen 12 Volt- und 48 Volt-Anschluss an. Diese Span­ nungen werden durch zwei DC/ DC-Wandler mit jeweils 600 Watt Ausgangsleistung erzeugt. Beide Anschlüsse versorgen die diversen Peripherieteile wie beispielsweise die Kühlwasserpumpe, das Licht

oder den Luftkompressor und la­ den die Boardbatterie (12 Volt) auf. Der Brennstoffzellenstapel lädt während dem Fahrzeugbetrieb die Lithium-Polymer-Zellen auf, wofür Wasserstoff verbraucht wird. Dank eines im Hybrid SAM II fixierten La­ degerätes ist es aber ferner mög­ lich, das Fahrzeug im Stillstand über einen 230 Volt-Netzanschluss ganz einfach aufzuladen, auch wenn der Wasserstofftank leer ist. Lithium-Polymer-Zellen sind elek­ trisch und thermisch empfindlich, weshalb die Kontrolle einer Vielzahl von Parametern unbedingt not­ wendig ist. Darum ist ein Battery Management System (BMS) einge­ baut, das jede Zellenspannung und den fliessenden Laststrom misst.

Eine Lithium-Polymer-Zelle der koreanischen Firma Kokam mit einer

Dadurch wird es möglich, alle Zell­ spannungen bis auf wenige Milli­ volt Abweichung abzugleichen so­ wie ein Überlasten der Zellen beim Laden und Entladen zu verhindern. Zudem überprüfen sechzehn Tem­ peratursensoren, die zwischen den Zellen verteilt sind, kontinuierlich die Temperatur. Eine integrierte Was­ serkühlung hält die Temperatur auf einem ungefährlichen Niveau und beugt so eine Überhitzung der Zel­ len vor. Falls dennoch gefährliche Zustände auftreten sollten, können an das BMS angeschlossene Leis­ tungsschalter die Zellen jederzeit vom restlichen System trennen. Das BMS verfügt über einen CANAnschluss, wodurch die Batterie­ einheit mit der Steuerung des Fahr­ zeuges kommunizieren kann.

Das Battery Management System zur Überwachung der Batterieeinheit

Nennspannung von 3.7 Volt

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Hybrid SAM II - Fuel Cell System

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Energiesysteme / Michael Höckel, Dr. Andrea Vezzini Experte: Alfred Brechbühler, Energie Service Biel

Die herkömmlichen Energiequellen neigen sich langsam aber sicher dem Ende zu, die Energie aus Atomkraftwerken ist umstritten und die Produktion aus alternativen Energiequellen wie Sonnenoder Windkraftwerken ist zeitlich stark schwankend und daher schlecht planbar. Für Energie aus solchen Kraftwerken bracht es also einen Speicher. Dieser könnte in naher Zukunft der Wasserstoff sein. Mit einer Brennstoffzelle kann der Wasserstoff wieder in elektrische Energie umgewandelt werden. Gerade bei Fahrzeugen wie dem SAM ist die Brennstoffzelle ein idealer Energiewandler.

Die Brennstoffzelle Die Brennstoffzelle ist das Herz­ stück des Hybrid SAM II. Es handelt sich dabei um eine Polymer-Elek­ trolyt-Membran-Brennstoffzelle. Kurz PEM-Brennstoffzelle. Sie wur­ de in der BFH TI in Biel zusammen­ gebaut und getestet. Anschliessend wurden am Teststand die optimalen Betriebsparameter ermittelt. Sie ist aus 100 Einzelzellen zu­ sammengesetzt, welche elektrisch in Serie geschalten sind. Sie ist so ausgelegt, dass sie bei 60Volt 100Ampere liefern kann und somit eine permanente elektrische Lei­ stung von 6kW erzeugt. Die PEM-BZ wird mit Wasserstoff und Luft betrieben. Die beiden Gase werden in eine von einer gas­ dichten Membrane getrennte Kam­ mern geführt. Die Gasverteilung er­ folg dabei parallel. Der molekulare Wasserstoff dringt durch die Anode

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zur Membrane vor. Dort reagiert der Wasserstoff mit dem fein verteilten Platin. Dieser Katalysator spaltet die Wasserstoffmolekühle in zwei Wasserstoffionen (H+). Bei diesem Vorgang werden zwei Elektronen frei. Die freigewordenen Elektronen flies­ sen als Strom durch die angeschlos­ sene Last auf die Kathodenseite wo sie mit den durch die Membrane geleiteten Ionen und dem Sauer­ stoff zu Wasser reagieren.

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Integration im Fahrzeug Als lastabhängig einsetzbarer Energielieferant eignet sich die Brennstoffzelle ausgezeichnet zur Versorgung eines elektrischen Fahrzeuges. Im Hybrid SAM II wird die Brenn­ stoffzelle durch einen Kompressor mit Luft versorgt. Da die Luft nur 20% Sauerstoff enthält muss der Kompressor bis zu 300 Liter pro Minute fördern. Der Wasserstoff wird in einem Metalhydridspeicher auf dem SAM mitgeführt. In ihm bin­ det sich der Wasserstoff chemisch mit dem Metall und wird so einge­ lagert. Somit herrschen keine ho­ hen Drücke auf dem Fahrzeug. Der Wasserstoff fliesst in einem, von ei­ ner Gaspumpe angetriebenen, ge­ schlossenen Kreislauf. Durch ein gesteuertes Ventil wird das, von der chemischen Reaktion erzeugte Wasser, aus dem Kreislauf entfernt. Eine Steuerelektronik und dazuge­ hörige Software regeln und über­ wachen die Gasflüsse und die be­ nötigte Leistung. Es ist so möglich, je nach Energiebedarf des Fahr­ zeuges die Energieproduktion der Brennstoffzelle zu steigern oder zu drosseln. Somit können für unter­ schiedliche Fahrstrecken geeignete Parameter eingestellt werden um so die Effizienz, und damit verbun­ den auch die Reichweite des Fahr­ zeuges zu optimieren.

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Michael Christ 1981 079 568 81 34 [email protected]

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Software für CAN Safety Automatisierung / Prof. Max Felser Experte: Josef Meyer

Die Firma GHS Automation AG (www.ghsautomation.com) entwickelt und produziert Industrieroboter und ganze Automationszellen für die Kunststoffindustrie. Die Automationszellen können sehr komplex werden, da neben der Teilentnahme aus der Spritzgiessmaschine auch zusätzliche Maschinen eingebunden werden müssen. So kann nach einer Teilentnahme das Teil mit einem Tampoprinter bedruckt werden, mit einer Stapleranlage Kisten zugeführt oder wegbefördert werden. Um die Zellen zu warten, bedarf es mehrere Schutztüren, Lichtschranken und andere Personenschutzsysteme. Wird die Sicherheitstechnik konventionell mit Sicherheitsrelais realisiert, so ergibt dies eine aufwändige Elektroplanung mit vielen Kabeln.

Dominique Egloff 1982 078 793 75 69 [email protected]

Ausgangslage Für die Firma GHS Automation AG wäre es wünschenswert, wenn grössere Systeme mit CAN Safety vernetzt werden könnten. Von der Organisation CAN in automation gibt es bereits einen zertifizierten CAN Safety Chip, der als Grundlage dienen soll. Während der Semester­ arbeit wurde ein Print mit dem CAN Safety Chip und den zusätzlich be­ nötigten Komponenten entwickelt. Während der Diplomarbeit wurde die dazu benötigte Software reali­ siert.

Hardware Der entstandene Print beinhaltet alles, was bei komplexen Automa­ tions­zellen benötigt wird. Digitale Ein-/Ausgänge (für Sensoren, Ven­ tile, Signal­lampen, usw.), analoge Eingänge (für die Vakuumüberwa­ chung), sicherheitsgerichtete Ein­ gänge (für Not-Aus, Lichtschranken, usw.), sicherheitsgerichtete Ausgän­ ge (für Antriebe, Schützen). Dadurch führt nur noch ein CAN-Bus Kabel zu den einzelnen Peripherien. Der neue Print ist um ein vielfaches bil­ liger und flexibler als die herkömm­ lichen Sicherheitsrelais.

GHS Print 18407a

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Folgende Komponenten sind auf dem Print vorhanden: - Je 16 digitale Ein-/Ausgänge - 4 analoge Eingänge - Je 2 sicherheitsgerichtete Ein-/ Ausgänge (zwei-kanalig) - RS232 Schnittstelle - CAN-Bus Schnittstelle - Node-Schalter für die Adressie­ rung Der CAN Safety Chip kann bis zu einer Sicherheitsintegrität von SIL3 eingesetzt werden. Software Die Software des CAN Safety Chip besteht aus zwei grundlegenden Teilen, der permanenten Firmware und der variablen Safety Appli­ kation. Die permanente Firmware enthält den CANopen Safety Pro­ tokoll Stack mit allen sicherheits­ relevanten Feldbusfunktionen, die Diagnosefunktionen für RAM, Re­ gister, Stack und Flash. Im zweiten, variablen Flash-Bereich steht die Safety Applikation für den Print. Von der Organisation CAN in au­ tomation gibt es für sicherheitsge­ richtete Ein-/Ausgänge je ein Bei­ spielprogramm in C. Die Software musste auf je 2 sicherheitsgerichte­ te Ein-/Ausgänge erweitert werden. Zusätzlich wurden die digitalen Ein-/ Ausgänge und die analogen Ein­ gänge eingebunden.

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MultiAxisAnalyzer

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Mechatronik / Prof. Willi Merk Experte: Beat Ronner / ABB

Die Bystronic Laser AG entwickelt und produziert Laserschneidanlagen zur Bearbeitung von Blechen. Dabei bewegt die Anlage den Schneidkopf mit maximal 169m/min (rund 10 km/h) und positioniert ihn auf zehn Mikrometer genau. Durch Auswertung der Inkrementalgeber auf den Achsen kann die Position ermittelt werden. Um die Dynamik und Präzision der Laserschneidanlage zu messen und zu optimieren, wird eine eigenständige Messeinrichtung, ein sogenannter Analyzer benötigt.

Ausgangslage Ein Analyzer, basierend auf einer Messkarte für den Computer mit einem FPGA (programmierbare Logik), existiert bereits. Das FPGA zählt die Impulse und stellt die Da­ ten der Messkarte zum Auslesen zur Verfügung. Da die Rechenlei­ stung des Computers jedoch nicht dauernd der Messkarte zur Verfü­ gung steht, gehen Daten verloren. Ferner ist das FPGA Design nicht vollständig synchron gelöst und das Abtast­intervall der Daten zu gross. Forderungen Gefordert ist nun eine leistungs­ starke Hardware, welche unabhän­ gig vom Computer die Daten lü­ ckenlos aufzeichnen kann und bei verfügbarer Rechenleistung die Da­ ten an den Computer übermittelt. Weiter soll die Hardware die Mög­ lichkeit bieten, Tachospannungen oder Spannungen von Beschleu­ nigungssensoren synchron zu den übrigen Daten zu erfassen. Realisierung- MultiAxisAnalyzer Da der gesamte Analogteil des Multi­A xisAnalyzers auch in einem abgesetzten Gerät eingesetzt wird,

teilt sich die Hardware auf das Main­ Board und das AnalogBoard auf. Das MainBoard enthält die Hard­ ware zum Zählen der Inkremente auf den total 24 Signalleitungen mit ei­ ner maximalen Frequenz von bis zu 6MHz und einer Impulsbreite von nur 100ns. Dies wird mit einem FPGA realisiert. Da der MultiAxisAnaly­ zer nur in kleinen Stückzahlen zum Einsatz kommen wird, macht der Einsatz eines Kontrollermoduls Sinn. Es erleichtert mit dem Betriebssy­ stem Windows CE die Kommunika­ tion über Ethernet und USB massiv. Zudem besitzt es den geforderten Arbeitsspeicher zum Zwischenspei­ chern der Daten und verfügt über einen leistungsstarken Prozessor zum Bewältigen der umfangreichen Datenmenge. Der Multi­A xisAnalyzer kann auch mit externen Speicher­ medien wie einem USB Stick oder einer Harddisk erweitert werden. Auf dem AnalogBoard gelangen die Signale über die umschaltbare Pe­ gelanpassung und die Antialiasing­ filter auf den 16 Bit Analog/Digital­ wandler (ADC) mit sechs synchron abgetasteten Kanälen. Vom ADC werden die Daten via SPI (synchro­ ne serielle Schnittstelle) auf das

MainBoard übertragen. Dort wer­ den sie, wie auch die Inkremente von der Maschine, galvanisch ge­ trennt und vom FPGA erfasst.

Sascha Feuz 1983 079 704 86 87 [email protected]

AnalogBoard

Die Analyse und Auswertung der gemessenen Daten, die bereits auf dem MultiAxisAnalyzer oder erst nach Übertragung an den Com­ puter in eine Datei geschrieben werden, erfolgt schlussendlich mit Matlab. Dargestellt werden Weg-, Geschwindigkeit- und Beschleu­ nigungszeitdiagramme oder auch das tatsächlich ausgeschnittene Werkstück. Nun kann der Vergleich mit dem vorgegebenen Stück oder mit berechneten Kräften auf einer Achse oder das Optimieren der Re­ gelparameter beginnen!

Schnegg Sandro 1984 079 517 52 73 [email protected]

Funktionsübersicht Berner Fachhochschule - Technik und Informatik

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Short Range Wireless Communication Hochfrequenztechnik, Technische Informatik / René Obi, Martin Aebersold Experte: Hans Zahnd

Die Qualität eines terrestrischen Funkkanals ist sehr schwankend. Infolge der Mehrwegausbreitung und anderer unerwünschter Einflüsse kann eine Funkübertragung zeitweilig ausfallen oder stark gestört werden. Die dabei entstehenden Übertragungsfehler können beim Empfänger korrigiert werden, wenn die Daten vor dem Senden mit gezielter Redundanz erweitert werden. Dazu gibt es verschiedene Verfahren die als Kanalcodierungen bezeichnet werden. Ziel dieser Diplomarbeit ist es, ein Messsystem zu entwickeln mit welchem die Auswirkungen der Kanalcodierung in einem Funkkanal untersucht werden können (z.B. Short Range Device).

Bruno Frei 1984 079 302 39 07 [email protected]

Marc-Philippe Mürner 1983 077 409 06 73 [email protected]

Ausgangslage Das bestehende Messsystem aus einer früheren Diplomarbeit hat zwei wesentliche Einschränkungen. Einerseits ist die Übertragung der Testdaten auf 10 kBit/s beschränkt und andererseits werden diese uncodiert übertragen. Die Daten­ rate soll nun auf 1 Mbit/s gestei­ gert werden. Einige Hard- und Software-Elemente sind dafür aber deutlich zu langsam. Deshalb wur­ de im Rahmen der vorangehenden Semesterarbeit ein Konzept zur Optimierung der Software erarbei­ tet und geprüft. Auch die Hardware wurde verbessert. Die neue Trans­ ceiver Unit ist nun deutlich kleiner (3x4 cm), obwohl sie um verschie­ dene Funktionen erweitert worden ist. So verfügt sie nun nebst USB auch über eine Ethernet-Schnitt­ stelle. Weiter kann sie zur Daten­ speicherung eine microSD-Karte aufnehmen und verfügt über aku­ stische und optische Signalgeber. Die Hardware ist modular aufge­ baut und kann deshalb um nahe­ zu beliebige Schnittstellen erwei­ tert werden. Die Daten werden im lizenzfreien ISM-Band bei 2.4 GHz per FSK oder GFSK übertragen. Systemaufbau Die Testdaten werden beim MasterPC generiert und über USB an den RF Transmitter übermittelt. Dort werden sie kanalcodiert und an­ schliessend über die Luftschnitt­ stelle an den RF Receiver gesen­ det. Dieser empfängt die Daten und decodiert sie. Anschliessend

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überträgt er sowohl die korrigier­ ten Daten wie auch Informationen zur erfolgten Fehlererkennung und -korrektur über USB an den Slave-PC. Dieser leitet die Daten via Ethernet weiter an den MasterPC wo sie mit den Testdaten ver­ glichen werden. Empfangsfeldstär­ ke, Bitfehlerrate, Fehlertypen und

SRWC Transceiver Unit (Version 3.0)

weitere statistische Auswertungen werden vorgenommen und visuali­ siert. Werden die Messungen nun mit verschieden Kanalcodierung in verschiedener Umgebung vorge­ nommen, können empirische Aus­ sagen zur spezifischen Tauglichkeit bestimmter Kanalcodierungen ge­ macht werden. Die Transceiver Unit kann wahlweise als Sender oder Empfänger konfiguriert werden. Die Konfiguration und Auswertung wird beim Master-PC vorgenommen, Einund Ausgaben können aber auch am Slave-PC gemacht werden. Die Daten werden im Mess­system uni­ direktional und ohne Protokoll über die Luftschnittstelle übertragen. Für zukünftige Entwicklungen ist aber die Möglichkeit gegeben, bi­ direktionale Verbindungen per Pro­ tokoll zu implementieren. Zudem bietet die Transceiver Unit mit im­ plementierter Kanalcodierung eine gute Voraussetzung um schnelle, robuste Drahtlos-Verbindungen im Nahbereich (Short Range Devices) zu realisieren.

Aufbau des Testsystems http://www.ti.bfh.ch

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Erfassung von Wetterdaten mit digitalen Sensoren

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Elektronik & Technische Informatik / Prof. Daniel Lanz Experte: Dr. Niklaus Affolter

Das Messen von Wetterdaten wird vielfach unterschätzt. Um exakte Werte zu erzielen, gibt es heute viele Sensoren mit digitalem Interface, welche die AD-Signalumwandlung und Fehlerkorrektur intern durchführen. Mit Hilfe eines 8Bit-Mikrocontrollers wurde eine Wetterstation aufgebaut, welche Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftdruck erfassen kann. Für eine weitere Analyse können die Werte auf einer SDKarte abgespeichern werden. Die Wetterstation wurde für weitere Projekte und als Grundlage für Praktikumsübungen ausgelegt.

Ausgangslage Als Projektarbeit im Vertiefungs­ modul Sensorik entstand die erste Version der Wetterstation. Sie ba­ siert auf dem Atmel-Microcontroller ATMega64 und Sensoren für die Erfassung von Temperatur, Luft­ feuchtigkeit und Luftdruck. Erfasste Werte konnten nur dargestellt, aber nicht abgespeichert werden. Ziele Die Hauptaufgabe der Diplomar­ beit bestand in der Erweiterung der bestehenden Wetterstation. Mess­ werte sollen mit einem Zeitstempel versehen auf einer SD-Karte abge­ speichert werden können. Zudem soll das ganze System möglichst flexibel aufgebaut sein, damit es für weitere Projekte und Prakti­

kumsübungen eingesetzt werden kann. Des weiteren wurde der in der vorgängigen Semesterarbeit entwickelte Beschleunigungssen­ sor in praktischen Anwendungen eingesetzt. Wetterstation Um die Wetterdaten abspeichern zu können, wurde die Wettersta­ tion mit einer SD-Karte, einer Real Time Clock und einem optional anschliessbaren Grafikdisplay er­ weitert. Messwerte können mit der Zeitinformation auf der SD-Karte in Form von Textdateien abgespei­ chert werden. Dank dem imple­ mentierten FAT-System auf der SDKarte sind die Daten auch auf dem PC für eine weitere Analyse abruf­ bar. Zur Visualisierung kann ein LC-

Display mit 4 Zeilen zu jeweils 20 Zeichen oder ein bi-stabiles Grafik­ display angeschlossen werden. Um die Flexibilität und Ausbaufähigkeit weiter zu erhalten, wurden alle nicht verwendeten Ports und diverse Schnittstellen auf eine Steckerleiste geführt.

Martin Gäumann 1983

Windböen und Regenintensität Wind- und Regenereignisse können auf verschiedene Art und Weise er­ fasst werden. Mit Hilfe des in der vorgängigen Semesterarbeit ent­ wickelten Beschleunigungssensors, wurde ein Böen- und ein Regen­ intensitätssensor als Prototyp ent­ wickelt. Die Sensoren sind mit der Wetterstation verbunden, welche die Werte umrechnet und visua­ lisiert.

079 709 95 93 [email protected]

Blockschaltbild Wetterstation Berner Fachhochschule - Technik und Informatik

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Bewegungsmotivation

Elektro- und Kommunikationstechnik

Mikroelektronik / Prof. Dr. Marcel Jacomet und Prof. Dr. Josef Götte Experte: El. Ing. HTL Felix Kunz, Digital-Logic AG

Übergewicht ist ein Volksproblem. Wie der 5. Schweizerische Ernährungsbericht festhält, sind fast 50% der Männer, 30% der Frauen und jedes 5. Kind zu schwer. Eine gesunde Ernährung und mehr Bewegung im Alltag würden dieser steigenden Tendenz entgegen wirken. Das Diplomprojekt “movetec” hat zum Ziel die alltägliche Bewegung zu fördern und die Nutzer zu motivieren, die Treppe dem Lift vorzuziehen, das Fahrrad anstelle des Autos zu benutzen und bewusst mehr Sport zu treiben. Als Motivationsspritze dient das Training im Team. Das Bewegungserfassungs-System zählt die gemeinsam erbrachte Leistung zusammen, ist einfach zu bedienen und für viele Anwendungen geeignet.

Ramon Gautschi 1982 079 752 66 20 [email protected]

Lukas Kohler 1982 078 817 77 77 [email protected]

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Situation Jugendliche bewegen sich zu wenig; die Bewegungsarmut entwickelt sich zu einem Problem. Trotz wach­ sendem Interesse am Breitensport gibt es immer mehr übergewichtige Personen. Die Zunahme passiver Freizeitaktivitäten wie TV Konsum, arbeiten am PC oder Games spielen, in Verbindung mit vielfach unausge­ wogener Ernährung, führen zu einer Volkskrankheit. Zudem schränkt die Urbanisierung den Bewegungsraum ein. Aus diesen Gründen müssen neue Methoden zur Bewegungsmo­ tivation eingesetzt werden. Die SUVA hat diese Problematik er­ kannt und begegnet ihr im Projekt “Zusammen aufs Matterhorn” mit einem präventiven Ansatz. Das Ziel der Versicherungs­ gesellschaft besteht darin, Per­ sonen anzuspornen, sich mehr zu bewegen, um bei Krankheit oder Unfall die Genesungszeit zu verkür­ zen. Die Initiatorin will ihr Ziel mit Hilfe der Gruppendynamik erreichen. Auf freiwilliger Basis wird im Team ein Ziel festgelegt. Der Weg führt über eine virtuelle Karte an den Endpunkt. Alle körperlichen Be­ wegungen im Alltag werden erfasst und als zurückgelegte Strecke auf der Karte abgebildet. Die Teilneh­ mer sollen sich gegenseitig zu mehr Bewegung anspornen und ihre pas­ siven Gewohnheiten hinter sich las­ sen. Als die Idee geboren war, setzte die SUVA den Grundstein zur tech­ nischen Umsetzung dieses interdis­ ziplinären Projekts. Berner Fachhochschule - Technik und Informatik

Konzept Die Realisierung erfolgt mit mobilen Bewegungserfassungs-Systemen, die jeder Teilnehmer auf sich trägt. Es sollen nicht nur sportliche Betä­ tigungen, sondern auch Aktivitäten im Haushalt, in der Schule, bei der Arbeit und in der Freizeit aufge­ zeichnet werden. Die Bewegungen werden kontinu­ ierlich auf der Anzeige dargestellt. Um die Bewegungsdaten der ein­ zelnen Teammitglieder auszuwerten, werden sie über eine drahtlose Schnittstelle auf eine Basis-Station übertragen. Die am Internet ange­ schlossene Basis-Station wertet die Daten aus und stellt sie in einem p a s s w o r t­g e s c h ü t z t e n Bereich den jeweiligen Teammitgliedern auf einer Homepage dar. Die sensiblen Daten werden verschlüs­ selt übertragen und gespeichert. Bewegungserfassungs-System Das mobile und autonome System erfasst mit verschiedenen Sen­ soren die Aktivität des Benutzers. Es werden die Anzahl Schritte, die Höhe über Meer und die Herz­ frequenz des Anwenders gemes­ sen, ausgewertet und anzeigt. Das Gerät kann auch als Velocomputer benutzt werden.

Der ambitionierte Sportler kann sei­ ne Trainingssequenzen effizienter planen, durchführen und auswer­ ten. Der Kalorienverbrauch wird berechnet und unterstützt die Ge­ wichtsabnahme durch eine negative Energiebilanz. Sobald sich das mobile Bewegungs­ erfassungs-System im Empfangs­ bereich der Basis-Station befindet, werden die gespeicherten Daten per Funk übertragen. Über die USBSchnittstelle werden die Werte auf einen PC übertragen und gleichzei­ tig wird die Batterie geladen. Basis-Station mit Webserver Die Basis-Station empfängt die In­ formationen des Bewegungserfas­ sungs-Systems und speichert sie in einer Datenbank. Ein Webserver bereitet diese Daten auf und stellt sie auf einer Webpage dar. Damit der Anwender seine sport­ lichen Betätigungen wetterabhän­ gig planen kann, verfügt das Sy­ stem über eine Wetterstation. Die Basis-Station hat eine intel­ ligente Benutzererkennung und -verwaltung, um mehrere Benutz­ ergruppen über die gleiche Station zu administrieren und den Daten­ schutz zu gewährleisten.

Die Messdaten werden auf einer Speicherkarte abgelegt, um Bewe­ gungsprofile und Langzeitanalysen zu erstellen. http://www.ti.bfh.ch

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Bewegungserfassungs-System

TECHNISCHE DATEN

• erfassen von

Bewegungserfassungs-System Kontroller: • ARM7S256 von Atmel • Systemtakt: 30 MHz

> Herzfrequenz > Höhenprofil

Peripherie: • RTC (Echtzeituhr) • Vollgrafik LCDisplay (95 x 80 Pixel) • microSD Karte 4GB

> Beschleunigungen > Schritten > Radumdrehungen

Sensoren: • Druck 10...1100 mBar (15 bit ADC) • 3D Beschleunigung +/- 2g (1mg) • Brustgurt (Herzfrequenz) • Reed Schalter (Tachosignal)

• auswerten • speichern • übertragen der Daten

Schnittstellen: • RFID (2.4 GHz ISM, ANT Modul) • TWI, SPI, USART • USB

Basis-Station • auswerten und speichern der Daten

Basis-Station Embedded Webserver: • SC13-LF von BECK mit RTOS • 40 MHz, 4MB Flash, 4MB RAM

• administrieren der Benutzergruppen • visualisieren auf dem Internet • Bewegungsprofile und Langzeitanalysen

Sensoren: • Luftdruck, Luftfeuchtigkeit • Temperatur, Helligkeit Schnittstellen: • RFID (2.4 GHz ISM, ANT Modul) • 100Base-T Ethernet Speisung: • Power over Ethernet (IEEE 802.3af)

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Elektro- und Kommunikationstechnik

Verfolgung bewegter Objekte in drei Dimensionen Bildverarbeitung / Prof. Dr. Jakob Schmid Experte: Hansjürg Klock, De La Rue International Limited

Im Bereich der Robotik und Automation ist für viele Anwendungsfälle eine dreidimensionale Modellierung der Umwelt eine zwingende Voraussetzung. Beispielsweise müssen autonome Fahrzeuge oder Fluggeräte selbstständig Gegenstände in ihrer Bewegungsrichtung erkennen können, um geeignet darauf zu reagieren. Zum Erfassen von Hindernissen oder anderen Objekten gibt es unterschiedlichste Konzepte. Neben Ultraschallsensoren, Radargeräten und Laserscannern werden sehr häufig auch Stereokamerasysteme eingesetzt.

Motivation Besonders unter Fachhochschu­ len und Universitäten sind Wettbe­ werbe mit autonomen Robotersy­ stemen immer beliebter. Die hohen Anforderungen in den Bereichen In­ formatik, Elektronik und Mechanik Matthias Gerber bringen einen entsprechenden fi­ 1980 nanziellen Aufwand mit sich. Dieser 076 318 2668 lässt sich mit der Verwendung ko­ [email protected] stengünstiger “Consumer-Produkte” senken. Neben den Grundlagen der Photogrammetrie beschäftigt sich diese Diplomarbeit auch mit der Einsatzfähigkeit kostensparender USB-Webcams und soll zu diesem Problem einen Beitrag leisten. Funktionsweise Zwei Kameras, die einen gemein­ samen Bereich ausleuchten, liefern für ein abgebildetes Objekt je zwei Richtungswinkel. Sind Richtung und Position der Abbildungsflächen (z.B. aktive Bereiche der CCD-Chips der jeweiligen Kamera) zueinander be­ kannt, lässt sich daraus eindeutig die Position des Objekts errechnen. Durch die insgesamt vier Winkel er­ gibt sich sogar eine Redundanz, die eine Fehlerabschätzung ermöglicht. Die eingesetzen Kameras erreichen bei einer Auflösung von 640x480 Pixel (VGA) Bildwiederholraten von 30 bis maximal 60 fps (frames per second). Damit lassen sich auch dynamische Vorgänge, in diesem Fall bewegte Objekte, gut verfol­ gen.

Realisation Zur Erfassung und Verarbeitung der Daten dient ein handelsüblicher PC mit einem Microsoft Windows XP Betriebssystem. Eingelesen, verar­ beitet und dargestellt werden die Daten mit der Software MATLAB von Mathworks. Zur Kamerakali­ brierung wird eine zusätzliche MAT­ LAB-Toolbox verwendet.

Im Unterschied zu den meisten in­ dustriellen CCD-Kameras bieten USB-Webcams keine Möglichkeit zur hardwaremässigen Synchroni­ sation der einzelnen Stereo-Bilder. Für die Positionsbestimmung be­ wegter Objekte muss eine nach­ trägliche Korrektur der asynchronen Messpunkte per Software erfolgen. Im Hinblick auf eine spätere prak­ tische Anwendung wird in dieser Arbeit auch die Echtzeitfähigkeit des ganzen Systems untersucht.

Webcam und Kalibrationsmuster

Szene einer Stereo-Kamera-Kalibration

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Measure of a Rim of Vehicle by Acoustic Means

Elektro- und Kommunikationstechnik

Signal Processing / Prof. Dr. Josef Goette Expert: Felix Kunz

The road safety is central in many current debates; the discussion on speed reduction to 30km/h in certain districts is just an example. However, one only seldomly speaks about the state of the rims of a car. Indeed, it is not rare that a balanced wheel nevertheless creates vibrations being so strong to obstruct the driver and being likely to cause an abnormal wear or even an accident in the worst case. The goal of our work is to investigate approaches to detect the defects of a vehicle rim by acoustic measurements during the wheel turning on a balancing machine.

It was often noted that wheels, although well balanced, could nevertheless generate vibrations in the steering wheel at driving time. These vibrations cause a bad wear of the tires, weaken the chas­ sis, and can be a source of loss of control of the vehicle. Indeed, a balancing machine checks only the inertial balancing of a wheel, with­ out dealing with the rim. A possible solution to reduce this problem is the measurement of the state of the rim during balancing. We here thoroughly investigate the potential of acoustic measurements. The future goal is to create an em­ bedded system installed on a wheel balancer which records the sound produced by the turning wheel, during its balancing. Measurements

are thus performed contactless and are mainly automated. Once the sound of the wheel and the noise of the machine are captured, they are separated by an adaptive filter which delivers a cleaner signal that is simpler to analyze. In our analysis the signals are thor­ oughly studied, using a program written in Matlab code. The study of the signal initially determines whether a wheel, and therefore the rim together with the tire, has a defect or not. Next, the analysis program determines the cause of this defect: whether it is a hole, a deformation, a net curtain, or a grid of the rim. The major difficulty of our measure­ ments is that we do not have the pure signal emitted by the rim, but

also those of the tire assembled on the rim and that of the balancing machine itself. The ambient noise in the garage, where the system is used, is also an important fac­ tor which must be accounted for, because the noise in a workshop of mechanics is often rather strong. For these reasons an effective, fast and enhanced treatment of the signal is necessary. The overall system must be extremely reliable, because the consequences of a misinterpretation could be serious for the user of the checked wheel. An additional certification of quality could thus be provided to the cus­ tomer by the mechanic: guarantee that his wheels are not only bal­ anced but also in good condition.

Flavio Granito 1985 078 839 42 09 [email protected]

Jean-Pascal Vuilleumier 1985 079 756 66 50 [email protected]

Working Principle

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Elektro- und Kommunikationstechnik

Automatische Uhrwerksprüfung Bildverarbeitung / Prof. Dr. Werner Bäni, Prof. Roger Weber / Moser-Baer AG, Sumiswald BE Experte: Hansjörg Klock

Die genaue Uhrzeit zu kennen, ist heute in vielen Arbeitsumgebungen unabdingbar. In der Produktion und Entwicklung von präzisen Uhrenanlagen ist eine genaue und zuverlässige Prüfung der Funk­ tionsweise von grosser Bedeutung. Diese Diplomarbeit befasst sich mit der Problematik, bis anhin von Hand erledigte Qualitätskontrollen von Uhrwerken durch eine automatische, maschinell durchgeführte Prüfung zu ersetzen. Mittels Webcam, Computer und Bildverarbeitung sollen die angezeigten Zeigerpositionen eines oder mehrerer Uhrwerke über einen gewünschten Zeitraum überwacht, automatisch detektiert und abgespeichert werden.

Peter Grossenbacher 1984 [email protected]

Ausgangslage Unsere Auftraggeberin, die Firma Moser-Baer AG aus Sumiswald BE, stellt Uhrenanlagen für viele verschiedene Einsatzbereiche her. Dazu gehören auch die bekannten SBB-Uhren. Die Anlagen bestehen aus einer Hauptuhr, die mehrere Nebenuhrwerke ansteuert und bei Bedarf justiert. Nach der Produkti­ on oder bei der Neuentwicklung ei­ nes Uhrwerkes muss die Zuverläs­ sigkeit des Werkes geprüft werden. Dazu werden die Uhrwerke auf ein Testpanel montiert und für einige Stunden in Betrieb genommen. Zur Zeit erfolgt die Überprüfung durch direkte Sichtkontrolle oder durch Video-Aufnahme mit anschliessen­ der Durchsicht der Aufnahmen im Schnellvorlauf.

Realisierung Anstelle der Sichtprüfung oder der Video-Aufnahme erfasst der PC mit der Kamera ein Bild des Test­ panels, analysiert es mit geeigneten Bildverarbeitungsalgorithmen und speichert die Zeigerpositionen der einzelnen Uhrwerke auf dem PC ab. Eine Zusatzbeleuchtung mit Leucht­ stoffröhren garantiert eine genügen­ de Grundausleuchtung auch bei Tests in der Nacht. Die zu testenden Uhrwerke werden bei der Montage auf dem Testpa­ nel mit speziellen Testzeigern be­ stückt. Die Zeiger sind in der Län­ ge invertiert (der Stundenzeiger am längsten, der Sekundenzeiger am kürzesten) und besitzen am Zeiger­ ende einen roten Punkt. Die Mitte des Uhrwerkes ist mit einem gelben

Farbpunkt markiert. Die Applikation sucht nun für jedes Uhrwerk den gelben Mittelpunkt, die roten Punk­ te der unterschiedlich langen Zeiger und bestimmt anschliessend den Winkel der Geraden Mittelpunkt-Zei­ gerendpunkt. Durch die verdrehten Zeigerlängen wird das Überschnei­ den der Zeiger verhindert und eine einfachere Erkennung der Zeiger­ endpunkte ermöglicht. Ausblick Je nach Leistungsfähigkeit des erstellten Prototypen könnte die MATLAB-Applikation in die Pro­ grammiersprache C/C++ portiert werden, was die Geschwindigkeit erhöhen und dadurch die Erken­ nung von mehr Uhren als mit dem Prototypen ermöglichen würde.

Dominic Schenk 1984 [email protected]

Ziele Ziel der Diplomarbeit ist es, die vi­ suelle Prüfung durch einen Com­ puter mit Webcam und Bildver­ arbeitung zu automatisieren. Die Bildverarbeitungsalgorithmen müs­ sen auf verschiedene Uhrwerke konfigurierbar und gegen äussere Beleuchtungsänderungen immun sein. Die Diplomarbeit soll weiter die Leistungsfähigkeit der Bildver­ arbeitung in MATLAB abhängig von der Anzahl Uhren und der De­ tektions-Genauigkeit aufzeigen. Im Idealfall sollen drei Mal pro Sekun­ de, bei 40 Uhren auf dem Panel, die Positionen aller Zeiger erkannt und abgespeichert werden. Blockschaltbild

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Algorithmen der digitalen Signalverarbeitung

Elektro- und Kommunikationstechnik

Digitale Signalverarbeitung / Prof. Dr. Daniel Ch. von Grünigen, Ivo Oesch Experte: Peter Richli

Heute besteht der Trend, die analoge durch die digitale Signalverarbeitung (DSV) abzulösen. Zur Lösung von DSV-Aufgaben werden digitale Signalprozessoren (DSPs) eingesetzt, auf denen in Form von Programmen Algorithmen implementiert sind. Das Ziel unserer Diplomarbeit besteht darin, solche Algorithmen von der Theorie in die Praxis umzusetzen. Dazu programmieren wir DSV-Algorithmen und implementieren diese auf einen DSP von Texas-Instruments. Als theoretische Grundlage dient uns das Manuskript zum neuen Buch von Daniel Ch. von Grünigen. Unsere Arbeit dient Ingenieuren als Verständnishilfe und zur Umsetzung der DSV in die Praxis. Es ist geplant, die DSV-Programme als CD ROM dem Buch beizulegen.

Motivation digitaler Signalverarbeitung Mit digitaler Signalverarbeitung wer­ den Aufgaben gelöst, welche mit analoger Technik nur bedingt oder gar nicht lösbar sind. Dazu zählen Datenkomprimierungsverfahren wie das MP3 oder DivX, Filter sehr hoher Ordnungen oder adaptive Filter. Um digitale Signale zu verarbeiten, werden spezielle Mikroprozessoren, sogenannte DSPs (Digital Signal Processor) eingesetzt. Diese Mikro­ prozessoren müssen in der Lage sein, enorme Datenmengen mög­ lichst schnell zu verarbeiten. Dies erreichen sie durch parallele Bussy­ steme und Einrichtungen wie MACEinheiten (Multiplier-Accumulator), welche in einer Sekunde einige 100 Millionen Multiplikationen und Addi­ tionen durchführen können. Moderne DSPs werden aufgrund ihrer Komplexität meist in einer Hochsprache wie C programmiert.

Anwendungsbeispiel: Adaptive Filter Ein interessantes Gebiet der digi­ talen Signalverarbeitung sind adap­ tive Filter. Dabei handelt es sich um spezielle Filter, welche im Betrieb ihre Eigenschaften selbständig ver­ ändern können. Ein anschauliches Beispiel für adap­ tive Filter ist die Störunterdrückung beim Helikopter: Die Verständigung über den Sprechfunk des Piloten wird stark vom Lärm der Rotoren gestört. Darum ist es nötig, den Sprechfunk zu entstören und damit die Rotorgeräusche möglichst zu beseitigen. Im Rahmen der Diplomarbeit wur­ de unter anderem diese Problema­ tik als Experiment modelweise rea­ lisiert.

Das Rotorgeräusch stellt das Stör­ signal und der Sprechfunk das Nutzsignal dar. Das System soll vom Sprechfunksignal, das aus Stör- und Nutzanteil besteht, den Störanteil entfernen. Dazu muss das System das Störsignal mög­ lichst gut nachbilden, um es vom gestörten Nutzsignal zu subtrahie­ ren. Diese Nachbildung ist nötig, da das Störsignal im Cockpit nicht in Originalform vorliegt, sondern durch das Eindringen der Schallwellen ins Cockpit verändert wird. Das Experiment zeigt, dass bereits mit einfachen adaptiven Algorith­ men gute Resultate erzielt werden können.

Mathias Habegger 1981 079 771 03 82 [email protected]

Reto Kaufmann 1984 076 576 24 12 [email protected]

Versuchsaufbau adaptive Störunterdrückung

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Elektro- und Kommunikationstechnik

Neue Logiksteuerung für Solargenerator-Simulator Photovoltaik / Prof. Dr. Heinrich Häberlin Experte: Dr. Rudolf Minder

Das Photovoltaik-Labor der BFH Burgdorf hat sich darauf spezialisiert, Solar-Wechselrichter auf Effizienz und gegebene Anforderungen hin zu prüfen. Für diese Messungen an Wechselrichtern stehen dem Labor zwei computergesteuerte Solargenerator-Simulatoren zur Verfügung. Um grössere Wechselrichter zu prüfen, ist ein neuer Simulator mit einer Leistung von 100kW im Bau. Für diesen wird während der Diplomarbeit eine Logiksteuerung mit programmierbaren Logikbausteinen (CPLD) erarbeitet und getestet.

Marc Hanselmann 1983 076 450 00 21 [email protected]

Ausgangslage Im PV-Labor wurden in mehreren Semester- und Diplomarbeiten zwei lineare Solargenerator-Simu­ latoren von 20kW und 25kW ent­ wickelt. Mit diesen lassen sich be­ liebig einstellbare Kennlinien eines PV-Generators nachbilden und er­ möglichen somit vom Wetter unab­ hängige Messungen. Zum Test von grösseren Wechsel­ richtern entsteht im Rahmen eines BFH- und BFE-Forschungspro­ jektes ein Solargenerator-Simulator mit einer maximalen Leistung von 100kW. Dies dürfte der leistungs­ fähigste Simulator in ganz Europa sein. Logiksteuerung Die Logiksteuerung ist für den Da­ tenverkehr zwischen Simulator und PC verantwortlich und beinhaltet eine Ablaufsteuerung, die einen si­ cheren Betrieb der Anlage ermögli­ cht. Der PC steuert ein DaqBoardInterface der Firma IOtech an, das über 24 digitale I/O‘s verfügt. Um

den Datenverkehr möglichst effi­ zient zu nutzen, wird ein bidirek­ tionaler Datenbus mit 16 Bit Breite verwendet. Die restlichen acht I/O‘s werden zur Steuerung und Adres­ sierung der Logiksteuerung benö­ tigt. Der Print der Logiksteuerung ist in Zusammenarbeit mit dem Personal des PV-Labors entstanden. Er ist so aufgebaut, dass 16 Adressen bzw. Port‘s ansprechbar sind. Die­ se Port‘s besitzen die gleiche Da­ tenbreite wie der Bus und können mit Hilfe von “Jumpern” individuell als Input oder Output konfiguriert werden. Mit Hilfe eines Watchdog, der in die CPLD implementiert ist, wird der Verbindungsaufbau zum PC stän­ dig überprüft. Ist die Verbindung gestört oder unterbrochen, hat die Ablaufsteuerung dafür zu sorgen, dass es zu keinen gefährlichen Si­ tuationen für Personen kommt und dass keine Schäden an der Anlage auftreten. Das gilt auch, wenn die Not-Austaste betätigt wurde, die

Speisung (DC-Generatoren) aus­ fällt oder es während des Betriebs zu Störungen kommt. Um in den gewünschten Betriebs-Modus zu gelangen, müssen Bedingungen erfüllt sein, die von der Logiksteu­ erung überprüft werden. Sind diese erfüllt, gibt die Logiksteuerung die vom PC gewünschten Zustände frei. Die CPLD‘s stammen von Xilinx und werden mit einem Entwicklungstool der gleichen Firma programmiert und simuliert. Testschaltung Um einen sicheren Datenverkehr und eine funktionierende Ablauf­ steuerung zu gewährleisten, wird der entwickelte Print mit einer ge­ eigneten Testschaltung auf seine Funktionen hin geprüft. Die Test­ schaltung wird dabei über das DaqBoard-Interface vom PC aus gesteuert. Die Testabläufe werden in LabVIEW programmiert.

Blockdiagramm

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Kurzwellenfunk über Internet abgesetzt

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Telekommunikation / Prof. Michel Tripet Experte: Hans Zahnd

In Zeiten der Diskussionen über Elektrosmog und Ortsbildschutz ist es für Amateurfunker nicht einfach eine eigene Antenne zu betreiben. Deshalb hat das BAKOM den abgesetzten Betrieb von Antennen bewilligt. Dadurch wird es einem Amateurfunker ermöglicht, sich von einem beliebigen Standort aus über das Internet mit einer Antenne zu verbinden. Diese Diplomarbeit realisiert dieses Verfahren im Rahmen des Projekts ADAT zum Bau eines neuen Amateurfunkgeräts.

Das Projekt ADAT Im Rahmen des Projekts ADAT (All Digital Amateur Transceiver) wird vom Ingenieurbüro H. Zahnd der digitale Amateurtransceiver ADT200A entwickelt. Dabei handelt es sich um ein Sende- und Empfangs­ gerät für den Amateurfunk, welches im Gegensatz zu herkömmlichen Geräten zum grössten Teil aus di­ gitalen Bauelementen besteht. Das heisst, die meisten Verarbeitungs­ schritte, wie zum Beispiel die Kanal­ selektion, werden anstatt mit ana­ logen Bauelementen (analoge Filter, Mischer usw.) mit Hilfe eines DSP (Digitaler Signal Prozessor) realisiert. Zudem verfügt der ADT-200A über ein integriertes Web-Modul, wo­ durch der abgesetzte Betrieb über das Internet ermöglicht wird. Dazu soll ein Transceiver an der Antenne direkt angeschlossen werden und als Server fungieren. Ein oder meh­ rere weitere Transceiver sollen sich als Client über das Internet mit die­ sem Server verbinden können, um so eine Funkverbindung aufbauen zu können.

Frontpanel des ADT-200A Prototyp

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Ziele In einer vorgängigen Semesterar­ beit wurde der Aufbau des WebModuls spezifiziert und ein kom­ plettes Systemdesign erstellt. Das Ziel der Diplomarbeit ist es, basie­ rend auf dem erstellten Systemde­ sign, die Software des Web-Moduls zu realisieren und den Betrieb im abgesetzten Modus auszutesten. Aufbau des Web-Moduls Das Herzstück des Web-Moduls ist der ARM7-Mikrokontroller LPC2368 von NXP. Dieser Mikrokontroller verfügt über verschiedene Schnitt­ stellen, die es ermöglichen, Sprachund Kommandodaten von einem Transceiver über das Internet zu einem anderen Transceiver zu schi­ cken. Das Einlesen der Sprach­ daten geschieht mit Hilfe eines Audio-Codecs, welcher über die I2S Schnittstelle mit dem Mikro­ kontroller verbunden ist. Der Aus­ tausch der Kommandodaten zwi­

schen dem Web-Modul und dem GUI (Graphical User Interface) bzw. DSP des ADT-200A erfolgt über SPI. Mittels eines integrierten EthernetControllers können die Daten über das Internet übertragen werden. Die Software Zur Realisierung der Funktionen des Web-Moduls wird ein Echtzeit­ betriebssystem (freeRTOS) einge­ setzt. Damit Daten über das Inter­ net gesendet werden können, wird zusätzlich ein entsprechendes Soft­ ware-Paket, ein TCP/IP-Stack, be­ nötigt. Dadurch ist es möglich die Daten in UDP-Pakete aufzuteilen, was für eine Echtzeitanwendung wie diese wichtig ist. Die UDP-Pa­ kete enthalten nebst den Sprachund Kommandodaten zusätzlich noch Management-Informationen. Diese befinden sich in einem selbst definierten Paket-Header, welcher eine angepasste Version des RTP (Real Time Protocol) ist.

Dominique Holzwarth 1982 076 582 62 05 [email protected]

Mario Schmid 1982 079 469 48 39 [email protected]

Lokaler und abgesetzter Funkbetrieb

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Komfort im Triebwagen der Rigibahn erhöhen Elektrische Maschinen / Betreuer: Prof. Dr. Hansjürg Rohrer Experte: René Buser

Ausflügler wollen die Bahnfahrt von Vitznau auf den Rigi und die attraktive Aussicht geniessen können. Das Rollmaterial der Rigibahn bietet zwar dafür den nötigen Sitz- und Sehkomfort, aber wenn das Triebfahrzeug auf relativ ebener Strecke anfährt, tritt zwischen der zweiten und dritten Fahrstufe ein Ruck auf. Die Diplomarbeit zeigt, dass dieser Ruck reduziert werden kann, wenn eine zusätzliche Stufe eingebaut wird.

Florian Jordi 1981 079 705 60 11 [email protected]

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Ausgangslage Die Triebfahrzeuge der Rigibahn fah­ren mit Gleichstrom. Die Zug­ kraft wird durch einen Nocken­ schalter gesteuert, der die Vor- und Shuntwiderstände regelt. Im Winter- und Sommersemester wurden die Triebfahrzeuge einge­ hend analysiert und in verschie­ denen Varianten konnte theoretisch aufgezeigt werden, wie das Fahr­ verhalten verbessert werden kann. Als nächster Schritt wird nun in der Diplomarbeit die als realistisch be­ wertete Variante “life” getestet.

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Ziele Es soll eine zusätzliche Stufe in die Steuerung des Triebfahrzeuges eingebaut und deren Wirkung aus­ probiert werden. Die Realisierung erfolgt mit einer speicherprogram­ mierbaren Steuerung (SPS), die im Steuerstromkreis zwischen No­ ckenschalter (Kontroller) und den elektropneumatischen Schützen zum Einsatz kommt. Das Triebfahr­ zeug soll einerseits mit Stufenvorga­ be, andererseits aber mit Befehls­ gebersteuerung bedient werden können.

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Realisierung Die Signale des unveränderten No­ ckenschalters (Kontroller) werden auf die SPS geführt. Damit ist die Kontrollerstellung (Handradstellung) in der Steuerung bekannt. Das Pro­ gramm wertet die Signale aus und berechnet die entsprechende Stu­ fe. Die SPS speist mit ihren Aus­ gängen die entsprechenden elek­ tropneumatischen Schützen an (bisher wurden die Schütze mit dem Nockenschalter direkt ange­ speist). Die Befehlsgebersteuerung braucht weitere Messgrössen, wie Ströme und Geschwindigkeit des Triebfahrzeugs, um zielgerecht zu funktionieren. Abhängig von der Stellung des Befehlsgebers und vom Strom im Hauptstromkreis werden die Stufen langsamer oder schneller hinauf, beziehungsweise herab geschaltet. Beim talwärts Bremsen muss die Geschwindigkeit gemessen und berücksichtigt werden, um die ge­ wünschte Bremsstufe einzuschalten. Der Befehlsgeber springt geschwin­ digkeitsabhängig in eine sinnvolle Bremsstufe. Die SPS wird im Labor und auf der Strecke bei Probefahrten auf ihre Funktionalität getestet.

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Intermittently Connected Mobile ad-hoc Networks

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

Mobile Netzwerkteilnehmer liegen oft nicht im Sendebereich von Access-Points. Um sich trotzdem mit ihnen verbinden zu können, dienen andere Knoten als Zwischenpunkte, welche die Daten weiterleiten (routen). Solche Netztopologien bezeichnet man als mobile ad-hoc Netze. Die stete Bewegung der Peers, eine begrenzte Energieversorgung und sporadisch unterbrochene Verbindungen stellen hohe Anforderungen an die Routingalgorithmen und die Hardware. In dieser Diplomarbeit werden beide Aspekte im Hinblick auf die Eignung im Bereich drahtloser Telemetrie untersucht: Messdaten von Weidevieh mittels Sensoren erfassen und drahtlos übertragen.

Routing in Disruption Tolerant Networks (DTNs) Um Datenpakete durch ein draht­ loses Netzwerk zu versenden, ist ein ausgeklügelter und ebenso ef­ fizienter Routingalgorithmus erfor­ derlich. Da sich die Netztopologie aufgrund der Mobilität der Peers ständig ändert, bedarf es eines ad­ aptiven Algorithmus, der sich stän­ dig den Gegebenheiten anpasst. Die Verbindung zwischen zwei Kno­ ten in DTNs ist dabei unstabil und kann jeden Moment abbrechen. Die zu sendenden Daten müssen des­ halb als Kopien zwischengespei­ chert werden. Dadurch ergibt sich die Problematik des verfügbaren Speicherplatzes in einem Knoten. Bei einem vollen Buffer muss der Algorithmus durch Schätzungen entscheiden, welche Meldungen er verwerfen oder weiterleiten soll. Als Ziel stehen dabei eine möglichst hohe Übertragungsrate und eine kurze Übertragungszeit im Vorder­ grund. (am)

Simulation und Implementation Um den hohen Anforderungen, wie z.B. minimaler Speicherbedarf, ge­ recht zu werden, soll mittels Simu­ lation auf einem PC ein geeigneter Routingalgorithmus ausgewählt werden. Da viele Netzwerk-Simulatoren eine zu lange Einarbeitungszeit voraus­ setzen, programmieren wir einen einfachen eigenen. Um diesen je­ doch effizient betreiben zu können, müssen verschiedene Aspekte wie aussetzender Empfang oder än­ dernde Positionen berücksichtigt werden. Durch Variation ausge­ wählter Parameter kann so ein Al­ gorithmus optimiert oder ein neuer simuliert werden. Ein geeigneter Routingalgorithmus soll danach auf der dafür vorgese­ henen Hardware implementiert und getestet werden. Für den Testbe­ trieb dient ein Versuchsnetz, womit verschiedene Eigenschaften ge­ messen und ausgewertet werden können. (fk)

Ein erstes Versuchsnetz Ein Teil der Arbeit befasst sich mit konzessionsfreien drahtlosen Tech­ nologien, die sich technisch als auch wirtschaftlich auf dem Markt behauptet haben. Für den Aufbau eines Versuchsnetzwerkes wur­ de ein proprietäres Übertragungs­ modul für das 868MHz ISM-Band implementiert, das den besten Kompromiss (Energieverbrauch/ Sendereichweite) für drahtlose Te­ lemetriesysteme darstellt. Das Versuchsnetz testet die aus den Studien als vielversprechend hervorgegangenen Topologie- und Routingalgorithmen in Feldver­ suchen auf kritische Aspekte wie Zeitverzögerung der Daten, Er­ reichbarkeit der Stationen und En­ ergieeffizienz. Material- und Her­ stellungskosten der Knoten sind auf 400.- CHF und der Stromverbrauch ist auf 3Ah pro Monat begrenzt, um einen realistischen Ansatz für eine industrielle Weiterentwicklung zu erarbeiten. (bs)

Fabian Känel 1983 079 790 63 59 [email protected]

Andreas Müller 1982 078 862 52 20 [email protected]

Ein Intermittently Connected mobile ad-hoc Netzwerk (IC-MANET).

Benjamin Sawicki 1984 079 538 60 21 [email protected]

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WLAN to Bluetooth Bridge Mobile Communication / Prof. Peter Raemy Experte: Armin Blum (BAKOM)

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Daten drahtlos zu übertragen. Von WLAN über Bluetooth zu Zigbee haben sich heute etliche Standards etablieren können. Stellen Sie sich folgendes Szenario vor: Sie sitzen in einem Meeting, der Abteilungsleiter stellt Ihnen die neuesten Statistiken ihrer Firma vor und bittet, die Dokumente mit nach Hause zu nehmen, welche er Ihnen nun über WLAN bereitgestellt hat. Sie haben jedoch Ihren Laptop nicht dabei, aber ihr Handy, welches nur mit Bluetooth ausgestattet ist. Doch nun ziehen sie geschickt die WLAN to Bluetooth Bridge aus ihrer Jackentasche und können die Dokumente auf ihrem Handy speichern.

Michael Kilic 1984 079 771 11 23 [email protected]

Drahtlose Kommunikation Die grosse Verbreitung von draht­ losen Netzwerken in den letzten Jahren unterstreicht den Trend zu mehr Mobilität und flexibleren Arbeitsbedingungen. Öffentliche und kommerzielle WLAN-AccessPoints mit Internet-Anbindung, so genannte “Hot Spots”, ermögli­ chen an vielen Orten den Zugriff auf das weltweite Datennetz. In vielen Wohnungen gibt es ADSLZugangsgeräte mit eingebautem WLAN-Access-Point, die die Tele­ kommunikationsanbieter oft sogar verbilligt zusammen mit dem Inter­ net-Anschluss anbieten. Die am meisten verbreiteten Mobilte­ lefone sind mit Bluetooth ausgestat­ tet, nur wenige relativ teure Modelle enthalten bereits WLAN. Um trotz­ dem in naher Zukunft mit seinem Handy WLAN tauglich zu bleiben, wird im Rahmen dieser Diplomarbeit ein Adapter entwickelt, welcher die beiden drahtlosen Übertragungs­ technologien miteinander verbinden soll.

Konzept In einem ersten Teilprojekt wird eine bidirektionale Kommunikation zwischen einem Handy und einem PC angestrebt, welche über die Bluetooth-Hardware der Mobilsta­ tion und einem Bluetooth-Entwick­ lungsboard stattfinden soll. Auf dem Handy wird mittels einer speziell für mobile Applikationen konzipierten Java-Version (J2ME) ein Chat-Pro­ gramm geschrieben und installiert, um mit dem PC kommunizieren zu können. In diesem ersten Schritt werden das Bluetooth-Modul so­ wie das Entwicklungsboard auf ihre Tauglichkeit überprüft. Anhand dieser Resultate erfolgt die Realisation und Entwicklung der WLAN to Bluetooth Bridge, wel­

che im Wesentlichen aus je einem WLAN- und Bluetooth-Modul so­ wie einem Mikrokontroller bestehen wird. IEEE 802.11 vs. IEEE 802.15.1 WLAN arbeitet mit dem so genann­ ten OSI-Schichtenmodell und Blu­ etooth mit dem Bluetooth Protocol Stack. Die heutigen Bluetooth- und WLAN-Module verfügen über ge­ eignete Schnittstellen zur Kommu­ nikation mit einem Mikrokontroller. In diesen Modulen ist oft der Pro­ tocol Stack bereits enthalten, wo­ durch sich der Entwicklungsauf­ wand erheblich reduziert. Der Adapter wird etwa die Grösse ei­ ner Zündholzschachtel besitzen und mit einem Akku betrieben werden.

Verbindung zweier drahtloser Übertragungstechnologien

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Analyse linearer Strukturen in Bildern

Elektro- und Kommunikationstechnik

Signal- und Bildverarbeitung / Prof. Dr. Werner Jenni Experte: Hansjörg Klock, De La Rue International

Das Ziel der Diplomarbeit ist es, einen Bildverarbeitungsalgorithmus zu entwerfen, mit dem sich Klebestreifen auf einer Papieroberfläche zuverlässig aufspüren lassen. Dabei kann der Klebestreifen matt oder glänzend sowie von unterschiedlicher Länge sein. In gewissen Fällen ist es auch für unser Auge nicht einfach, zu entscheiden, ob überhaupt ein Klebestreifen vorhanden ist. Um eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit mit einer guten Zuverlässigkeit zu erreichen, soll die Prüfung der Papieroberflächen mit einer Maschine realisiert werden.

Bilderfassung Die Klebestreifen bilden auf der Papieroberfläche Erhöhungen von einigen 10µm. Für die Bilderfassung ist eine möglichst homogene Ausleuchtung der Papieroberfläche anzustreben. Das reflektierte Licht wird von einer Zeilenkamera detektiert. In einem Aufnahmevorgang erfasst die Kamera eine Bildzeile mit der Höhe von 1px sowie einer Breite von 512px. Damit schlussendlich das ganze Bild zusammengesetzt werden kann, muss die Papieroberfläche mit einer kontinuierlichen Geschwindigkeit an der Kamera vorbei laufen. Dazu werden die Papiere für das Scanning auf eine rotierende Walze geklebt. Houghtransformation Die Houghtransformation dient unter anderem zum Suchen von Linien innerhalb von Bildern. Eine Gerade wird in einem kartesischen Koordinatensystem in der Form y = a ⋅ x + b dargestellt. Um das Problem von senkrechten Geraden zu vermeiden ( a → ∞ ), wird die Gleichung in folgende Form a⋅x − y −b gebracht: = . Mit den Substitutionen 2 a +1 a2 + 1 −b a −1 ρ= , cos( θ) = und sin( θ) = wird 2 2 a +1 a +1 a2 + 1 die Geradengleichung in die Hessesche Normalform gebracht: ρ = x ⋅ cos( θ) + y ⋅ sin( θ) . Werden den Punkten

(x1 | y1) und (x 2 | y 2 ) im Originalraum (siehe Abb. 1) entsprechend die beiden Sinuskurven ρ1(θ ) = x1 ⋅ cos( θ ) + y1 ⋅ sin( θ ) und

ρ2 ( θ) = x 2 ⋅ cos( θ) + y 2 ⋅ sin( θ) im Houghraum (siehe Abb. 2) zugeordnet, so bezeichnet man dies als Houghtransformation.

Abb. 1: Gerade im kartesischen Koordinatensystem

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Alle Punkte, die nun auf einer Geraden liegen, schneiden sich im Houghraum im gleichen Punkt (ρ'| θ') . Fazit: Die oben definierte Houghtransformation führt eine Gerade g im Originalraum in einen Punkt im Houghraum über: ( x | y ) ∈ g → (ρ'| θ' ) . Bevor jedoch die Houghtransformation durchgeführt werden kann, muss ein Kantenbild erstellt werden. Das Kantenbild besteht aus weissen (Kante im Originalbild vorhanden) und schwarzen (keine Kante im Originalbild vorhanden) Pixel. Die x und y-Werte der weissen Pixel werden dann zur Berechnung des Houghraumes eingesetzt. Je mehr Linien sich in einem bestimmten Punkt des Houghraumes schneiden, desto mehr Pixel liegen im Originalbild auf der Geraden mit den entsprechenden Parametern ρ' und θ' .

Thomas Kopp 1983 079 504 00 26 [email protected]

Gradientenbestimmung Über die gesuchten Linien ist bekannt, dass sie parallel verlaufen und Gradienten mit unterschiedlichem Vorzeichen aufweisen. Die Gradientenbestimmung muss nach der Houhtransformation manuell durchgeführt werden. Linienpaare mit nicht entgegengesetzten Gradienten können ausgeschlossen werden. Merkmalsextraktion In einem letzten Schritt sollen aus der Papieroberfläche Merkmale extrahiert werden. Diese fliessen schlussendlich in die Berechnung ein und erlauben eine Gewichtung der Houghmatrix.

Die Algorithmenentwicklung soll während der Diplomarbeit in Matlab vor allem in Kombination mit der image processing toolbox vorgenommen werden. Erst in einem späteren Schritt wäre eine Echtzeitimplementierung in einer Hochsprache wie C/C++ denkbar.

Abb. 2: Houghraum

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Elektro- und Kommunikationstechnik

Haussteuerung mit Webinterface Betreuung durch Peter Aeschimann, Inf Ing HTL, Dozent Experte: Dr. Peter Schlatter, Physiker

Ein Hersteller aus der Region Bern bietet für den Heimbereich eine modular aufgebaute, fernsteuer­ bare Haussteuerung an. Diese Hausautomation bietet ein höchstmögliches Mass an Komfort, Sicherheit und Ergonomie. Licht- und Rollladensteuerung, Heizungssteuerung, Alarmanlage etc. sind integrierbare Anwendungen. Um die Attraktivität dieser Haussteuerung noch zu steigern, soll nun ein Webinterface entwickelt werden.

Jens Rico Kundert 1979 079 388 42 42 [email protected]

Webinterface Für die graphische Benutzerober­ fläche wird ein Java Applet einge­ setzt. Der Aufbau des Applets soll es ermöglichen, dieses auch auf einem Mobile Device betrachten zu können. Die Darstellung der Ober­ fläche wurde bis anhin durch eine, vom Hersteller definierte, Beschrei­ bungsdatei konfiguriert. Im Rahmen einer vorangegangenen Semester­ arbeit wurden bereits Überlegungen

gemacht, inwieweit diese Beschrei­ bungsdatei weiter verwendet wer­ den kann. Im Vordergrund steht die Entwicklung einer objektorien­ tierten, übersichtlichen, gut wart­ barer, zukunftsgerichteter Software. Diese Kriterien dienten als Entschei­ dungsgrundlage und führten zur Erkenntnis, dass die bisher verwen­ dete Beschreibungsdatei in dieser Form nicht übernommen wird.

Kommunikationsweg

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Aufbau Die graphische Benutzeroberfläche muss individuell nach Kundenwün­ schen aufgebaut werden können. Das heisst, dass die einzelnen Kom­ ponenten in Ihrer Grösse und Posi­ tion veränderbar sein sollten. Eben­ falls kann jeder Komponente eine bestimmte Funktionalität zugeord­ net werden. Um die Beschreibung der einzelnen Komponenten leicht verständlich und gut strukturiert ge­ stalten zu können, wurde XML als bevorzugte Technologie eingesetzt. Dies auch aufgrund der Tatsache, dass XML zu den Technologien ge­ hört, die in den letzten Jahren welt­ weit Anwendung gefunden haben. Ein weiteres Kriterium für die Wahl von XML ist die für Java-Entwickler intuitiv nutzbare Schnittstelle JAXB (Java Architecture for XML Binding). Damit ist es sehr einfach, XML Da­ ten nach Java einzulesen. Aus einem so genannten XML-Schema werden automatisch die entsprechenden Java-Klassen generiert. Die XMLDaten werden anschliessend in den erzeugten Objekten abgefüllt.

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Zeitsynchronisation mit isochronen Ethernet-Telegrammen

Elektro- und Kommunikationstechnik

Digitaltechnik / Daniel Holzer Experte: Mario Giacometto, Aastra Telecom AG

Die Anforderungen an Industrial Ethernet sind hoch: Anwendungen, welche Echtzeit und Takt-Synchronität verlangen, brauchen einen Aktualisierungs-Zyklus von einer Millisekunde oder weniger. Dabei darf der Jitter maximal eine Mikrosekunde betragen. Weil Ethernet aber für die Bürokommunikation und nicht für industrielle Anwendungen konzipiert wurde, können Reaktionszeiten und Jitter für Echtzeitanwendungen nicht eingehalten werden. Mit dem Standard PROFINET lassen sich beide Anwendungsgebiete auf der gleichen Kommunikationsverkabelung realisieren. Die Diplomarbeit untersucht, ob zwei FPGA Board’s über PROFINET synchronisiert und damit für Echtzeit-Anwendungen eingesetzt werden können.

Wie macht man Ethernet Realtime-fähig? PROFINET sieht drei verschiedene Kommunikationsmodelle vor: - Non-Realtime NRT - Realtime RT - Isochronous Realtime IRT

System On Chip Design Ziel der Diplomarbeit ist, zwei FPGA Board’s über die isochronen Syn­ chronisations-Telegramme eines PROFINET-Masters zu synchroni­ sieren. Um eine genaue Synchroni­ sation zu ermöglichen, müssen die

Die ganze Einheit bildet die “Preci­ sion Time Unit”. Ein Modul welches nach der “System On Chip” - De­ sign Methode in einem FPGA imple­ mentiert werden kann. Als Produkt

Alexander Lauper 1984

Non-Realtime verwendet UDP/IP und erfüllt daher die Anforderungen an Echtzeit nicht. Es sind Reak­ tions­zeiten von mehreren 100ms zu erwarten. Für Realtime wurde auf den UDP/IP Stack verzichtet. Das Protokoll setzt direkt auf Layer 2 auf. Zusätzlich werden die Ethernet-Frames prio­ risiert. Damit erreicht man Reak­ tionszeiten von ca. 10ms. Für diese beiden Modelle können StandardEthernet-Komponenten verwendet werden. Dies ist bei der dritten Möglichkeit – IRT – nicht mehr der Fall. Um die geforderten Reaktionszeiten zu er­ reichen, ist spezielle Hardware nö­ tig. Die Geräte brauchen eine in­ terne Uhr, welche ständig mit einer Master-Uhr abgeglichen wird. Ein Beispiel für solche Anwendungen sind mehrere Roboter, welche gleichzeitig am selben Werkstück arbeiten. Um Determinismus zu ga­ rantieren, muss der Buszyklus in eine IRT, sowie eine RT/NRT Phase (je nach Priorität) unterteilt werden.

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Problematik Jürg Moor

steht eine genaue, mit dem Master synchronisierte Zeit zur Verfügung, mit welcher sich taktsynchrone An­ wendungen realisieren lassen. Als Test werden Takt-Signale ausgege­ Systemaufbau ben, bei denen die Minimierung von Zeitinformationen hardwaremässig Jitter, Phasenverschiebung und Fre­ aus dem Ethernet-Datenstrom ex­ quenzunterschied angestrebt wird. trahiert werden. Mit diesen Informa­ tionen wird die interne Uhr gestellt. Um den Jitter zu minimieren, kann mit jedem Telegramm die Abwei­ chung zur Master-Zeit berechnet und laufend mit einer Korrektur an der Uhr kompensiert werden.

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Sound over Ethernet Modul Elektrotechnik/ Prof. Gerhard Krucker Experte: Walter Schlegel

Kommunikationsnetzwerke sind in der heutigen Zeit unverzichtbar geworden. Diese sind vor allem im industriellen Umfeld weit verbreitet. Doch auch in vielen Haushalten sind sie vermehrt anzutreffen. Sehr verbreitet ist das Ethernet. Über Netzwerke werden längst nicht mehr nur Dateien übertragen, sondern auch multimediale Datenströme, wie zum Beispiel Musik und Video. Die Vorteile dieser Übertragungstechnik liegen im Überwinden von langen Distanzen ohne relevanten Verlust von Daten im digitalen Übertragungskanal. Zudem können auf derselben Leitung auch Steuersignale verschickt werden. Zu den Nachteilen gehört die grosse zeitliche Verzögerung (Latenzzeit). Diese Verzögerung kann bei längeren Distanzen mehrere Sekunden betragen. Es ist somit problematisch, denselben Datenstrom (Stream) synchron wiederzugeben.

Martin Ledermann 1978 031 511 99 19 [email protected]

Meine Diplomarbeit befasst sich mit der Entwicklung eines Geräts, das Audiostreams empfangen und das Signal akustisch wiedergeben kann. Das System kann Informations­ durchsagen und Hintergrundmusik in einem Gebäude verteilen. Mehre­ re Module werden zentral verwaltet und angesteuert. Man kann somit verschiedene Datenströme unab­ hängig verteilen. Anwendungsbei­ spiel: Lautsprecherdurchsagen auf einem Bahnhofperron. Die Durch­ sage wird nur gezielt ausgestrahlt und nicht im ganzen Bahnhof. Aus energietechnischen Überle­ gungen und aufgrund des gerin­ geren Platzbedarfs kommt bei mei­

ner Arbeit ein Embedded-System zum Einsatz. Die interne Playerapplikation kann über ein Webinterface ferngesteu­ ert werden. Der benötigte Webser­ ver wird vom Windows-CE eigenen Serverdienst (HTTPD) übernom­ men. Eine weitere Applikation stellt den Kommunikations-Socket bereit. Dieser ermöglicht verschiedenen Programmen die Kommunikation mit der Playerapplikation. Auch das Java-Applet, welches in der Home­ page des Webinterface eingebettet ist, macht von dieser Schnittstelle Gebrauch. Auf dieselbe Schnittstel­ le kann auch die PC-Software zur Verwaltung der Module zugreifen.

Mit diesem Lösungsansatz wird das System universell einsetzbar. Auf der PC-Software werden die verschiedenen Streamquellen ver­ waltet. Zum Steuern der StreamingServer wird das API des VLC-Player (Opensourceprojekt) verwendet. Einfache Steuerungsfunktionen sind auch lokal am Modul möglich. Diese können über Tasten gesteuert wer­ den. Ein LCD-Display gibt Informa­ tionen über den laufenden Stream wieder. Die Stromversorgung des Moduls erfolgt über PoE (Power over Ethernet). Anstelle der kabel­ gebundenen Ethernet-Schnittstelle kann das Modul über Wireless mit Daten versorgt werden.

LAN

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Ankopplung für EMV Prüfungen

Elektro- und Kommunikationstechnik

EMV Technik / Prof. Dr. Kurt Lehmann Experte: Dr. Thomas Aschwanden

Durch die zunehmende Bandbereite der Störquellen und die zunehmende Empfindlichkeit der Störsenken hat die EMV Technik in den letzten Jahren stark an Bedeutung gewonnen. Zwei elementare Prüfmöglichkeiten, um Verbraucher auf deren Verträglichkeit zu testen sind, die Emissionsmessung und die Störfestigkeitsprüfung. Netznachbildungen sind Schaltungen, welche den Prüfling vom Versorgungsnetz isolieren und Emissionsmessungen ermöglichen. Eine solche Netznachbildung, um eine Einkopplung für Störfestigkeitsprüfungen erweitert, soll in dieser Diplomarbeit entworfen, zusammengebaut, optimiert, getestet und zur Anwendung gebracht werden.

Netznachbildung Netznachbildungen kommen in zahlreichen Varianten zum Einsatz. Sie bestehen im Prinzip aus einem Eingangsfilter, einem Filterteil, ei­ ner Netzimpedanz und einer Aus­

Blockschaltbild für Emissionsmessungen

kopplung. Das Eingangsfilter soll die Schaltung vor netzseitigen Span­ nungsspitzen schützen. Der Filterteil hat die Aufgabe, den Prüfling von allen übrigen Signalen ausser der Versorgungsspannung zu isolieren. Somit werden Messungen, welche die Aussendung von leitungsgebun­ denen Emissionen des Prüfobjekts erfassen, möglich. Ein EMV Prüf­ platz für Emissionsmessungen und Störfestigkeitsprüfungen besteht aus einer solchen Netznachbildung, einem Generator für Burst- und Sur­ gesignale und einem Spektrumana­ lyzer für die Messung der ausgesen­ deten Emissionen.

und Störfestigkeitsprüfungen

Emissionsmessung Diese Messungen erfassen und quantifizieren die von Störquellen in Netzzuleitungen, Datenleitungen etc. abgegebene Störspannungen und -ströme. Sie erlauben den Nachweis der Einhaltung von in Vorschriften festgelegten Grenz­ werten. Leitungsgebundene Emis­ sionen rufen am Innenwiderstand des Netzes Spannungsabfälle her­ vor. Durch die Variation der soge­ nannten Netzimpedanz in der Netz­ nachbildung “sieht” der Prüfling unterschiedliche Versorgungsnetze.

Raphael Marbot 1981 079 275 75 81 [email protected]

Störfestigkeitsprüfung Solche Prüfungen dienen der Er­ mittlung der Widerstandsfähigkeit elektronischer Geräte gegen die an ihrem Einsatzort zu erwartenden Störgrössen. Mittels einer erwei­ terten Vorrichtung an der Netznach­ bildung werden genormte Burstund Surgesignale in den Prüfling eingekoppelt. Diese Signale simulie­ ren die zu erwartenden Störgrössen.

Zeitlicher Verlauf von Burstsignalen in verschiednen Zeitmassstäben

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Elektro- und Kommunikationstechnik

Käsepflegeroboter-Bewirtschaftungsprogramm Betreuung durch Peter Aeschimann, Inf Ing HTL, Dozent Experte: Dr. Peter Schlatter, Physiker

In heutigen Käsekellern lagern nicht selten mehrere zehntausend Käselaibe, welche unter sorgfältiger Beobachtung und Pflege ihren Reifeprozess durchlaufen. Um die täglich anfallende Pflegearbeit bewältigen zu können, werden vollautomatische Käsepflegeroboter eingesetzt, welche rund um die Uhr arbeiten. Bis heute wird die Möglichkeit, die verwendeten Pflegedaten aus den Robotern auszulesen und auf einem Computer aufzubereiten, noch nicht genutzt. Durch ein solches Bewirtschaftungsprogramm erhielte der Benutzer eine Übersicht über die geleistete Arbeit des Roboters sowie eine Aufzeichnung der durchgeführten Pflegearbeiten sämtlicher Käselaibe im gesamten Lager.

Basil Märki 1982 079 530 27 22 [email protected]

Motivation Da auf dem Markt zur Zeit kein ähn­ liches Produkt erhältlich ist, kann die­se Erweiterung vom Auftragge­ ber als Verkaufsargument eingesetzt werden. Ein Käsepflege­roboterBewirtschaftungsprogramm wür­ de dem Benutzer in verschiedener Hinsicht Vorteile bringen. So würde ihm beispielsweise die Verwaltung des Käselagers wie auch die Pla­ nung der Abläufe erleichtert. Zudem wird aufgrund der stets steigenden Qualitätsanforderungen und dem Wunsch nach Rückverfolgbarkeit der durchgeführten Käsepflege die Nachfrage nach entsprechenden Lösungen wahrscheinlich bereits in naher Zukunft ansteigen. Das beschriebene Produkt wäre also eine Bereicherung für jedes Käse­ lager und trüge entscheidend zur Verbesserung dessen Bewirtschaf­ tung bei.

Vorgehen Die Diplomarbeit besteht aus zwei Hauptaufgaben: Bereitstellen der Pflegedaten auf dem Roboter: Im ersten Teil der Arbeit ging es darum, die für die spätere Auswer­ tung relevanten Daten zu definieren. Zudem musste für die Archivierung der Daten ein geeignetes Speicher­ medium gefunden werden. Nach einer Analyse, in der verschiedene Varianten getestet wurden, fiel der Entscheid auf ein SIMATIC MultiPanel der Firma Siemens.

grammierumgebung VisualBasic. net, welche uns mit sehr geringem Aufwand den Zugriff auf andere Microsoft-Produkte ermöglicht. So setzen wir zum Abspeichern der Daten die Datenbank MS-Access und zur Visualisierung MS-Excel ein. Um das Programm ausführen zu können, muss keines der ge­ nannten Programme auf dem Com­ puter installiert werden; durch die Installation einer .exe-Datei wird die komplette Funktionalität des Be­ wirtschaftungsprogramms erreicht.

Ausblick Aufbereiten und Visualisieren der Neben den Pflegedaten könnten Pflegedaten: zusätzlich noch Störungs- und Sta­ Sobald die Daten auf dem Robo­ tusdaten erfasst werden. Anhand ter bereitstehen, werden sie mit­ dieser Informationen wäre es mög­ tels USB Memory-Stick zu einem lich, Fehlfunktionen frühzeitig zu er­ Desktop-PC transferiert. Für das kennen und durch entsprechendes Einlesen und Weiterverarbeiten Eingreifen Maschinenstillstände zu der Daten verwenden wir die Pro­ verhindern. Zudem könnten so all­ fällige Schwachstellen erkannt und für kommende Projekte bereits in der Planungsphase berücksich­ tigt werden. Für die Übertragung der Daten sind zudem weitere Lösungen, wie eine permanente Ethernet-Anbindung über WirelessLAN oder Powerline, denkbar. Die Anwendung würde so zusätzlich an Performance gewinnen, da ne­ ben dem Abfragen der Pflegedaten auch eine Fernwartung über Ether­ net möglich wäre. Bild Visualisierung

Käsepflegeroboter LK-40-A-4

Desktop-PC

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Sprach-Audiometrie für Kinder

Elektro- und Kom-

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

munikationstechnik

Am Inselspital Bern werden Hörtests für Kinder mit Papierbögen durchgeführt. Um die erzielten Resultate auszuwerten, müssen sie während des Tests in ein Audiogramm eingetragen werden. Weil dieses Verfahren nicht mehr zeitgemäss ist, entstand die Idee zu unserer Diplomarbeit, zur Entwicklung einer Kinderhörtest-Software. Ein computergestützter Hörtest bietet ausserdem den Vorteil, dass die Personalien und Testresultate der Patienten in einer Datenbank abgelegt und somit sehr komfortabel verwaltet und weiterverarbeitet werden können. Zudem haben Kinder generell Spass am Umgang mit Computern, was sich positiv auf ihre Aufmerksamkeit und Konzentration auswirken kann.

Testablauf Damit das Kind bei mehreren Tests Der eigentliche Test zeigt sechs Bil­ die Reihenfolge der Antworten nicht der mit unterschiedlichen Gegen­ auswendig lernen kann, stehen ständen, gefolgt von einer aku­ stischen Aufforderung, zum Beispiel “das Auto” zu zeigen. Danach bleibt dem Kind eine vorab wählbare Zeit, um auf das Bild, welches ein Auto zeigt, zu klicken. Nach zehn Wie­ derholungen mit unterschiedlichen Bildern ist der Test abgeschlossen. Programm-Oberfläche während des Tests

Daten Die Software basiert auf einer Da­ tenbank, in welcher sowohl die Personalien der Patienten als auch die Testresultate abgelegt werden. Abgesehen von der einfachen Ver­ waltung und Weiterverarbeitung dieser Daten lässt sich damit auch

ein gleichzeitiges Zugreifen meh­ rerer Benutzer (auch via Internet) auf denselben Datenpool ermögli­ chen. Aus Kostengründen wird die Open-Source Datenbank MySQL eingesetzt, welche mit Hilfe der in­ tegrierten Funktions-Bibliothek ma­ nipuliert werden kann.

mehrere Wörterlisten in jeweils vier unterschiedlichen Reihenfolgen zur Auswahl. Der untersuchende Arzt kann zwischen verschiedenen Dia­ lekten (Basel-, Bern-, Walliser-, Zür­ cher-, Schrift- und Hochdeutsch) wählen, sowie den Lautstärkepegel zwischen 5 und 120dB einstellen.

Thomas Meier 1981 079 399 26 04 [email protected]

Die Resultate einzelner Tests kön­ nen im Programm in beliebiger Kombination in einem Audiogramm dargestellt und ausgedruckt wer­ den. Um vorgängige Tests eines Patienten mit einzubeziehen, bietet sich die Möglichkeit, diese manuell einzugeben und in der Datenbank abzulegen. Das Programm wird in der objekt­ orientierten Sprache C++ realisiert. Es sollte möglich sein, die Software auf allen Windows-Plattformen (inkl. Vista) zu gebrauchen. Als Entwick­ lungsumgebung wird das RAD Stu­ dio 2007 von CodeGear (ehemals Borland) eingesetzt.

Pascal Steffen 1981 031 94 14 800 [email protected]

Audiogramm mit Messkurve

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Simulator für die Lokomotive CC6500 der SNCF Elektrische Maschinen / Prof. Dr. Hansjürg Rohrer Experte: René Buser

Die APMFS (Association pour la Préservation du Matériel Ferroviaire Savoyard) konnte von den SNCF (Französische Staatsbahnen) eine Lokomotive des Typs CC6500 übernehmen. Für ihr Museum möchten sie nun einen Simulator dieser Lokomotive, auf welchem auch angehende Lokomotivführer ausgebildet werden können. Zu diesem Zweck muss der Simulator für den Museumsbetrieb einerseits einfach zu bedienen sein, anderseits muss er für die Ausbildung möglichst originalgetreu nachgebildet sein.

Adrian Meier 1984 079 771 03 71 [email protected]

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Die CC6500 der SNCF ist eine der letzten Lokomotiven, welche mit klassischer Elektrotechnik ent­ wickelt und für den Betrieb unter 1500V Gleichstrom gebaut wurden. Eine weitere Eigenheit dieser Loko­ motive ist das Getriebe, welches erlaubt zwischen grosser Zugkraft mit kleiner Maximalgeschwindig­ keit beziehungsweise kleinerer Zugkraft mit grösserer Maximalge­ schwindigkeit umzuschalten. Die Umschaltung ist jedoch nur im Still­ stand möglich. Die Lokomotive soll in Zukunft für Extrazüge eingesetzt werden. Da die Ausbildung von Lokomotiv­ führern auf der Strecke teuer ist und auf der vorgesehenen Strecke (Hauptachse Lyon-Turin) nicht im­ mer Trassen verfügbar sind, möchte die APMFS einen Simulator haben. Es sollen auch spezielle und für den normalen Betrieb gefährliche Situ­ ationen geübt werden können. Der Simulator muss aber auch für Mu­ seumsbesucher benutzbar sein. Für den Bau dieses Simulators wur­ de ein Führerpult aus einer abge­ brochenen CC6500 herausgebaut und nach Biel transportiert. In einer Semesterarbeit wurde das Pult neu verkabelt. Das Prinzip der Verkabe­ lung entspricht weitgehend derjeni­ gen der anderen Simulatoren, wel­ che die BFH-TI schon gebaut hat. Auf einem Computer werden die Berechungen durch das Programm LOCSIM durchgeführt. Die Visua­ lisierung wird auch durch diese Software berechnet. LOCSIM wur­ de von der BFH-TI entwickelt und Berner Fachhochschule - Technik und Informatik

ist schon mehrfach erfolgreich im Betrieb. Über eine serielle Schnitt­ stelle ist eine SPS angeschlossen, welche die Ansteuerung der Instru­ mente und das Einlesen der Schal­ ter des Führerpultes übernimmt. In einem nächsten Schritt wurde die Funktionsweise der Lokomotive anhand verschiedener Schemata und Handbücher analysiert. Die Nachbildung der Fahreigenschaften, speziell der Motorenkennlinien, wur­

de anhand von Diagrammen nach­ gebildet. Zum Testen wurden die vorhanden Dokumentationen mit den von der Software berechneten Daten verg­ lichen. Anschliessend wurden eini­ ge Versuchsfahrten durchgeführt, die das Auffinden von offensicht­ lichen Fehlern zum Ziel haben. Die Endkontrolle wird ein auf diesem Lokomotivtyp erfahrener Lokomo­ tivführer der SNCF durchführen.

Die CC6558 in Chambéry

Das Führerpult einer CC6500 http://www.ti.bfh.ch

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Elektro- und Kommunikationstechnik

Realisierung eines DAB-Signalgenerators Drahtlose Kommunikation / Prof. Dr. Rolf Vogt Experte: Hugo Ziegler (Digital - Logic AG)

Mit der Einführung des digitalen Radios DAB wurde festgestellt, dass auf der Empfängerseite markante Qualitätsunterschiede bestehen. Einige Empfänger liefern bei Signalreflexionen und Störungen unter Umständen kein Signal mehr, andere Empfänger arbeiten hingegen noch einwandfrei. Um diese Alltagssituationen im Labor reproduzierbar an Radios zu testen, wird ein DAB-Signalgenerator entwickelt. Dabei wird mit Matlab aus einem vogegebenen Audiosignal ein entsprechendes DAB-Signal erzeugt. Ebenfalls mit Matlab lässt sich dann gezielt ein durch Mehrwegempfang verzerrtes Empfangssignal simulieren. Im Rahmen dieser Diplomarbeit wird die Hardware zur Ausgabe des berechneten Signals entwickelt.

Marcel Meyer 1982 079 703 09 08 [email protected]

Christian Schläppi 1982 079 202 99 20 [email protected]

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Ausgangslage Die nötigen Softwareschritte zur Er­ zeugung des Signals wurden bereits in einer früheren Arbeit erledigt. Die auszugebenden Daten liegen daher schon in digitaler Form vor. In einer weiteren Semesterarbeit wurden ausserdem bereits verschiedene Hardwarelösungen untersucht, und ein Realisierungskonzept erarbeitet.

Vorteil Durch das Verwenden einer Spei­ cherkarte ist grösstmöglicher Bedien­komfort gewährleistet. Län­ gere Testsignale können durch grössere Karten erreicht werden. Ebenso können unterschiedliche Testszenarien mit unterschiedlichen Karten realisiert werden. Ein weiterer grosser Vorteil dieses DAB-Signalgenerators besteht da­ rin, dass durch die Verwendung Prinzip Die vorliegenden Rohdaten werden von Matlab fast keine Grenzen in auf einer SD-Karte gespeichert und der Signalverformung gesetzt sind. anschliessend dem DAB-Signal­ In herkömmlichen Generatoren las­ generator zugeführt. Mit Hilfe eines sen sich nur Fehler vor der Modu­ FPGAs von Xilinx wird die Karte in­ lation generieren. Dadurch, dass itialisiert und anschliessend ausge­ lesen. Die Daten werden dann mit Hilfe eines schnellen Digital/Analog Wandlers im Basisband mit einer Bandbreite von 1.5MHz ausgege­ ben. Da DAB in der Schweiz im Fernsehband III, welches sich auf 174-230 MHz befindet, ausgestrahlt wird, muss das Signal noch in die­ sen Frequenzbereich verschoben werden. Dies geschieht mit Hilfe von Mischern, spannungsgesteu­ erten Oszillatoren (VCO) und Pha­ senregelkreisen (PLL). Die dabei entstehenden unerwünschten Fre­ quenzen werden mit einem SAW Filter entfernt. Aufbau des DAB-Generator

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die Modulation auf Software-Ebene rea­lisiert wird, lassen sich die Sig­ nale zusätzlich im Zeit- sowie im Frequenzbereich beliebig manipu­ lieren. Dadurch können Mehrweg­ empfang, zeitweiliger Signalunter­ bruch, schlechterer Empfangspegel sowie gezieltes Stören bestimmter Frequenzbereiche erzeugt werden. Ein weiterer Vorteil besteht im Preis. Indem die analoge Verarbeitung des Signals auf ein Minimum reduziert wurde, ist dieser Generator kleiner, stromsparender, preiswerter und vor allem flexibler einsetzbar als die sonstigen verfügbaren Genera­ toren.

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Ansteuerung von Micro-Hotplates

Elektro- und Kommunikationstechnik

Embedded Control / Prof. Dr. Hans Köppel Experte: Dr. Niklaus Affolter

Dünne Beschichtungen kommen in vielen Gebieten zur Anwendung. Beispiele sind harte Schichten bei Bohrwerkzeugen, Implantate oder auch Schichten zur Veränderung der Optik bei Uhrengehäusen. Um für die jeweiligen Anwendungen die optimalen Schicht-Eigenschaften zu erhalten, müssen bei der Herstellung verschiedene Parameter optimiert werden. Einer dieser Parameter ist die Temperatur des Substrates beim Beschichtungs-Prozess. Mit Hilfe einer Unterteilung der zu beschichtenden Fläche in Segmente mit unterschiedlichen Substrat-Temperaturen (Micro-Hotplates) können mehrere Schichten mit unterschiedlichen Eigenschaften gleichzeitig hergestellt werden.

Temperaturregelung der MicroHotplates Eine 4x4 Matrix von Micro-Hot­ plates (300x300μm pro Hotplate) muss auf eine Temperatur von bis zu 500°C geregelt werden können. Jedes Micro-Hotplate kann eine in­ dividuelle Temperatur annehmen und darf dabei eine maximale Ab­ weichung von +/- 2° C nicht über­ schreiten. Um dem hohen Rechenaufwand gerecht zu werden und die Kom­ munikation mit einem Computer zu ermöglichen, eignet sich ein Digi­ taler Signalprozessor (DSP) mit ent­ sprechender Peripherie besonders gut. In unserem Fall ist es ein DSP vom Typ “TMS320F2812”, der es uns ermöglicht, die Temperatur der Micro-Hotplates mit Hilfe von PWM Signalen zu Regeln. Jeder Regelalgorithmus beschreibt einen PI-Regler mit Augenmerk auf nicht vorhandenes Überschwingen, da keine aktive Kühlung vorgese­ hen ist. Um die Regelparameter zu optimie­ ren und den gesamten Regelkreis zu simulieren und zu testen, wurde mit Simulink ein mathematisches Modell für die Regelung einer Mi­ cro-Hotplate erstellt und in einem weiteren Schritt die Regelalgorith­ men im DSP realisiert.

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Schaltungstechnik Für die Temperaturregelungen der Micro-Hotplates haben wir eine passende Hardware entwickelt. Die Hardware ist in einen analo­ gen und einen digitalen Bereich unterteilt, mit dem DSP als Kern­ stück. Jede Micro-Hotplate hat ei­ nen eigenen Temperatursensor. Die Messspannung des Sensors vom Typ “PT100” wird verstärkt, damit der AD-Wandler die volle Auflösung verwenden kann. Die Stellglieder setzen die PWM-Signale in analoge Spannungen um. Um Störungsein­ kopplungen bei den Temperatur­ sensoren zu verhindern, darf die Spannung nicht pulsierend sein. Als Stellglieder dimensionierten wir deshalb Buck-Converter, die direkt vom DSP gesteuert werden. Über

ein USB-Interface kommuniziert der DSP mit der Benutzeroberflä­ che am Computer. Das Schema und die Multilayer Printplatte wur­ den mit Altium DXP erstellt. Benutzeroberfläche Um dem Benutzer eine einfache Bedienung der Ansteuerung zu ge­ währleisten, wird die Einstellung der Temperaturen mit Hilfe einer Com­ puter-Software vorgenommen. Der Anwender sieht auf einen Blick die gewünschte wie auch die gemes­ sene Temperatur jeder einzelnen Micro-Hotplate. Somit dient die Benutzeroberfläche nicht nur der Steuerung, sondern auch zur Überwachung der Tem­ peraturen und des aktuellen Zu­ standes der Ansteuerung.

Christian Ochsenbein 1984 079 403 95 86 [email protected]

Marco Wyss 1983 079 703 45 41 [email protected]

Blockschaltbild Gesamtsystem

Hardware zur Ansteuerung der MicroHotplates

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Datalogger mit GSM-Anbindung Technische Informatik / Prof. Ulrich Burri, Martin Mühlemann Experte: Stefan Brunner

Die Automobilbranche befindet sich in einem stetigen Wandel. Um den Durchbruch von elektrisch getriebenen Fahrzeugen voranzutreiben, ist es wichtig, die in den Fahrzeugen aktuell verwendeten Technologien und deren Betriebsverhalten richtig einschätzen zu können. Um dieses Ziel zu erreichen, bietet sich ein erweiterbares Dataloggersystem an, welches die dazu notwendigen Messdaten vom existierenden CAN-Bus liest, ablegt und schlussendlich drahtgebunden über USB oder über das GSM-Funknetz zur Verfügung stellen kann.

Andreas Pfäffli 1984 079 660 23 55 [email protected]

Bernhard von Waldkirch 1983 078 825 41 45 bernhard.vonWaldkirch@ hotmail.com

Funktionalität des Dataloggers Der Datalogger erfasst alle Mel­ dungen, die über den CAN-Bus verschickt werden. Durch eine vor­ gängige Konfiguration des Messsy­ stems können nicht relevante Mess­ werte eines bestimmten Absenders herausgefiltert werden. Alle übrigen Datenpakete werden in eine Datei geschrieben und auf einer Spei­ cherkarte abgelegt. Der Benutzer kann nun ganze Dateien auslesen und auswerten. Durch einen modularen Aufbau des Messsystems ist dieser Datalogger universell einsetzbar. Möchte man Meldungen von einem anderen Feldbus aufzeichnen oder Mess­ werte von analogen und digitalen Sensoren protokollieren, so lässt sich dies über den Erweiterungsbus einfach einbinden. Dies ermöglicht es, den Datalogger in den verschie­ densten Bereichen einzusetzen. Nebst dem Einsatz in Elektrofahr­ zeugen wäre beispielsweise eine dezentrale Messdatenerfassung oder die Anwendung als Überwa­ chungssystem für Einbruchsiche­ rungen möglich.

Technische Realisierung Der Datalogger wird durch den Mi­ crocontroller AT91SAM7S256 ge­ steuert. Dieser empfängt alle vom CAN-Controller verschickten CANMeldungen und speichert diese in einer Datei vom Format .csv (Com­ ma Separated Values) auf der SDKarte ab. Möchte der Benutzer die Log-Da­ tei auslesen und auswerten, hat er drei Möglichkeiten dies zu tun. Er­ stens, er entfernt die SD-Karte aus dem Gerät und liest sie mit einem Cardreader aus. Dabei können kei­ ne weiteren Meldungen aufgezeich­ net werden bis wieder eine SD-Kar­ te eingesetzt wird. Zweitens, kann er den Datalogger mit einem Kabel über den USB-Anschluss mit dem PC verbin­ den. Dabei wird der Datalogger als Massenspei­ chermedium vom PC erkannt und Da­ teien können einfach vom Datalogger zum PC kopiert oder ver­ schoben werden. Wird die aktuelle

Log-Datei entfernt, erstellt der Da­ talogger umgehend eine neue und zeichnet die Meldungen weiter auf. Mit dem am Erweiterungsbus an­ geschlossenen GSM-Modul be­ steht als Letztes die Möglichkeit, Log-Dateien über eine GPRS-Ver­ bindung an einen Server zu sen­ den. Dadurch können die Dateien ortsunabhängig ausgelesen und ausgewertet werden. Ausserdem kann über die GPRS-Verbindung die Konfiguration des Dataloggers geändert werden.

Twingo Quickshift Elettrica

Elektrofahrzeug SAM

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Syntheseprogramm für passive Filter

Elektro- und Kommunikationstechnik

Elektrotechnik / Prof. Gerhard Krucker Experte: Walter Schlegel

Filter sind ein grundlegendes Element der Signalverarbeitung. Obwohl die heutige Filtertheorie schon zu Beginn des letzten Jahrhunderts entstand, fand sie ihren Einsatz erst mit dem Aufkommen von leistungsstarken Rechnern. Sie ermöglichen den Einsatz von aufwendigen Algorithmen, welche für die komplexen Berechnungen von der Übertragungsfunktion bis zu den Elementwerten nötig sind. Diese Arbeit befasst sich mit der Entwicklung einer Applikation, mit welcher diese Berechnungen auf herkömmlichen PCs durchgeführt werden können.

Kern der Applikation ist die Be­ rechnung der Impedanzfunktion aus dem gewünschten Übertra­ gungsverhalten. Mit ihr lassen sich die Elementwerte für die Indukti­ vitäten und Kapazitäten bestim­ men, welche zum Bau des Filters benötigt werden. Somit kann auf rekursive Formeln und tabellierte Werte verzichtet werden, welche für Standardfilter häufig anzutref­ fen sind. Der Vorteil davon ist die Realisierbarkeit beliebiger Übertra­ gungsfunktionen, deren Impedanz­ funktion einem Hurwitzpolynom entspricht (Realisierbarkeitsvoraus­ setzung). Dies äussert sich in der erhöhten Flexibilität beim Design.

gungsfunktion bildet die Grundlage zur Bildung der Impedanzfunktion. Durch Grenzwert-Berechnungen (Abspalten von Polen) können aus dieser anschliessend die Element­ werte berechnet werden. Evtl. vor­ handene Übertragungs-Nullstellen sind dabei noch zusätzlich zu be­ rücksichtigen. Die normierten Elementwerte wer­ den anschliessend mit geeigneten Transformationen an die Vorgaben für das gewünschte Filter angepasst. Dieses kann dann als Schaltplan in verschiedenen Darstellungen ange­ zeigt werden. Weitere graphische Darstellungen sind das Frequenzund das Zeitverhalten sowie das Pol-/Nullstellen-Diagramm. Eben­ Die Applikation stellt die Berech­ falls können die Übertragungsfunk­ nung der normierten Übertragungs­ tion und die verwendete Impedanz­ funktionen für die gängigsten Filter­ funktion angezeigt werden. typen zur Verfügung. Nebst Bessel, Butterworth und Tschebyscheff ist die Berechnung auch für Elliptische Filter vorhanden. Die Übertra­

Als zusätzliches Feature besteht die Möglichkeit, das Filter als Netzliste zu exportieren. Damit lässt sich das Verhalten des Filters auf einfache Weise mit Simulationswerkzeugen überprüfen. Diese Aufgabe stellt vor allem hohe Anforderungen an die numerischen Berechnungen. So werden ver­ schiedene Verfahren zur Suche re­ eller wie auch komplexer Nullstellen eingesetzt. Weiter ist eine erhöhte Rechengenauigkeit erforderlich, da die Koeffizienten der verschiedenen Polynom-Funktionen teilweise über mehrere Dekaden auseinander lie­ gen. Hinzu kommen verschiedene Transformationsverfahren und die Implementierung numerischer Ver­ fahren zur Berechnung der Jaco­ bischen elliptischen Funktionen.

René Portmann 1977 079 384 57 58 [email protected]

Verschiedene Ansichten der Applikation

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Elektro- und Kommunikationstechnik

Messsystem zur Darstellung des Energieverbrauchs Elektronik & Technische Informatik / Prof. Daniel Lanz Experte: Dr. Niklaus Affolter

Das Thema Energiesparen und Energieeffizienz ist aktueller den je. Doch wer weiss schon, wie viel Energie der Kühlschrank im Haushalt oder der Kopierer im Büro verbraucht? Eine effiziente Energie­ einsparung ist aber nur möglich, wenn man weiss wann, wieso und wie viel Energie von welchem Gerät verbraucht wird. Der EEC-Viewer (Electrical Energy Consumption Viewer) löst dieses Problem und visualisiert den Energieverbrauch eines Haushalts oder eines Büros. Dadurch können Energie­ fresser und unnötiger Energieverbrauch erkannt werden, damit durch geeignete Massnahmen der Stromverbrauch gesenkt werden.

Thomas Reber 1983 078 859 95 40 [email protected]

Der elektrische Energieverbrauch in der Schweiz steigt immer weiter an und eine Trendwende scheint nicht in Sicht. Rund ein Viertel davon ent­ fällt auf den Bereich Haushalt, rund ein Drittel auf den Dienstleistungs­ sektor. Die bestehenden Energie­ quellen wie z. B. die Wasserkraft sind aber schon praktisch ausge­ reizt. Und die Erschliessung neuer Energiequellen ist mit erheblichem politischem und technischem Auf­ wand verbunden. Somit führt kein Weg am Energiesparen vorbei. Das in dieser Diplomarbeit entwi­ ckelte Messsystem bietet eine ein­ fache Möglichkeit den Energiever­ brauch eines Haushalts oder eines Büros aufzuzeichnen und zu analy­ sieren. Dabei können bis zu 16 Ge­ räte, welche am einphasigen 230V

Versorgungsnetz betrieben werden, USB-Schnittstelle können die Da­ gemessen und visualisiert werden. ten auf den PC geladen werden. Die PC-Software visualisiert den Das System besteht aus einer PC- aufgezeichneten Energieverbrauch Software, einem Datalogger sowie der angeschlossenen Geräte. Über bis zu 16 Powermeter. Die Power­ die­se Software hat der Anwender meter werden ganz einfach zwi­ die Möglichkeit die einzelnen Ge­ schen Steckdose und dem zu visu­ räte zu analysieren und so einfach alisierendem Gerät geschaltet und Energieeinsparungsmöglichkeiten messen dessen Energieverbrauch. zu erkennen. Die Datenübertragung vom Power­ meter zum Datalogger erfolgt ein­ Die Diplomarbeit beinhaltet die Ent­ fach und bequem direkt über das wicklung der Hardware, der Soft­ Stromnetz. Somit müssen keine ware für die eingesetzten Micro­ zusätzlichen Kabel verlegt werden controller sowie der PC-Software. und auch eine Funkverbindung Das Ziel der Diplomarbeit ist ein wird überflüssig. Der Datalogger funktionsfähiger Prototyp mit wel­ zeichnet die empfangenen Daten chem die Funktionsweise und der laufend auf einer SD-Karte auf. Nutzen des Systems dargestellt Auf dem Display des Dataloggers werden kann. werden zudem die aktuell gemes­ senen Werte angezeigt. Über eine

Übersicht EEC-Viewer

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Spread Spectrum Transceiver zur Demonstration

Elektro- und Kommunikationstechnik

Nachrichtentechnik / Prof. Fritz Dellsperger Experte: Dr. Peter Schlatter

In vielen modernen Kommunikationssystemen wie zum Beispiel WLAN und UMTS und in den Navigationssystemen GPS (weltweit) und GALILEO (europäisch) wird für die Datenübertragung das Prinzip des Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) verwendet. Dieses Verfahren erlaubt es, Daten auch in einer stark gestörten Umgebung fehlerfrei zu übertragen und bietet einen Schutz vor Mithörern. In dieser Diplomarbeit wurde aufbauend auf einer vorhergehenden Semesterarbeit ein Sender-Empfänger-System praktisch umgesetzt, welches das Grundprinzip des DSSS-Verfahrens demonstrieren soll.

Prinzip Die zu sendenden Daten werden mit einer Codesequenz multipliziert (gespreizt). Dadurch vergrössert sich die Bandbreite des Signals, was eine Reduktion der Energie­ dichte des Signals zur Folge hat. Auf der Empfängerseite wird das Signal wieder mit dem gleichen Spreizcode multipliziert, wobei das eigentliche Nutzsignal wieder zum Vorschein kommt. Falls man die Codesequenz nicht kennt, ist es fast nicht möglich, die Nutzdaten zurück zu erhalten, da das Signal, multipliziert mit einem falschen Code, noch mehr gespreizt wird.

Ausgangslage In einer vorhergehenden Seme­ sterarbeit habe ich den Sendeteil entwickelt und aufgebaut. Die Da­ ten können entweder über den PC mittels Hyper Terminal eingelesen werden (RS232-Schnittstelle) oder mit einer PRBS (Pseudo Random Bit Sequence) on board generiert werden. Es besteht die Möglich­ keit, zwischen drei verschiedenen Codesequenzen, welche aus zwei m-Sequenzen (Maximalsequenzen) und einem Goldcode bestehen, auszuwählen, um das CDMA (Code Division Multiple Access)-Verfahren demonstrieren zu können.

Ziel der Diplomarbeit Es soll nun ein Empfänger kon­ zipiert und realisiert werden, der die Daten empfangen, decodieren und entweder auf dem PC (RS232Schnittstelle) oder einem Oszillos­ kop ausgeben kann. Die grösste Schwierigkeit liegt in der Synchro­ nisation zwischen der Codese­ quenz auf dem Empfänger und den empfangenen Daten. Es muss nicht nur die Codesequenz bekannt sein, sondern die Daten müssen auch Takt- und Phasensynchron mit der Codesequenz übereinstimmen. Ein Stichwort zur Lösung des Problems ist die Autokorrelationsfunktion, mit Hilfe derer man die Synchronisati­ on zwischen Empfangsdaten und Codesequenz messen kann. An­ hand dieser Korrelation kann über eine PLL (Phase-locked-loop)Schaltung mit VCO (Voltage Con­ trolled Oscillator) die Taktrate des empfangsseitigen Code-Genera­ tors bestimmt und bei Abweichung nachgeregelt werden.

Steven Riemer 1983 078 603 04 83 [email protected]

Prinzipschema der DSSS – Übertragung

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Électricité et systèmes de communication

Frein régénératif pour le Perisher skitube Technique ferroviaire / Dipl. Ing. ETH Markus Moser Expert: Felix Kunz, DIGITAL-LOGIC AG

Le Perisher skitube est un train à crémaillère australien construit entre 1984 et 1988 pour faciliter l’accès à une station de ski. Le matériel roulant a été livré par l’entreprise BBC/ABB et l’entreprise Stadler Rail Bussnang projette de moderniser l’équipement électronique des locomotives.

Stany Rochat 1984 [email protected]

Durant les dernières années, après la construction du Perisher skitube, les progrès faits dans le domaine de l’électronique de puissance ont été importants. Le chemin de fer a largement profité de ces progrès, mais l’ancien matériel continue de rouler et une solution pour utiliser au mieux ce qui existe consiste à adapter la partie de commande pour optimiser le contrôle et la ré­ gulation. Pour ce faire, l’entreprise Stadler AG a confié à la HESB-TI le mandat d’étudier le fonctionnement au freinage de cette automotrice Bhe 4/4. La première phase consiste à réa­ liser une simulation du système à commander qui soit assez fidèle pour donner les informations né­ cessaires quant au comportement dynamique du véhicule et du train entier au freinage, spécialement lors d’événements spéciaux, tels que le largage d’une charge ou l’ouverture de l’interrupteur principal pendant le passage de courants importants. Nous avons réalisé cela à l’aide

d’un modèle Matlab-Simulink qui comprend, comme partie centrale, les moteurs et leurs caractéristi­ ques électriques et magnétiques. Il s’agit dans notre cas de quatre ma­ chines DC d’une tension nominale de 1500V couplées en série. Le modèle comprend aussi tout ce qui entoure les moteurs et fait la spéci­ ficité du système: le schéma élec­ trique (excitation, résistances des crans, autres consommateurs) et la constitution physique (poids, inertie de rotation, transmission, …). La commande de ce système est ensuite réalisée à l’aide d’un mo­ dule de processeurs Selectron de type MAS 72X. Celui-ci est pro­ grammé de façon à optimiser le frei­

nage, autant au niveau du confort que du rendement électrique. Il faut pouvoir être le plus souvent possi­ ble dans le mode régénératif, mais certaines contraintes font qu’il n’est pas possible de récupérer la totalité du courant: la vitesse du train doit être suffisante pour que la tension générée par les moteurs égale celle de la ligne, sans quoi un retour du courant n’est pas possible. De plus, les sous-stations d’alimentation ne sont, dans le cas du Perisher, que des redresseurs à diodes qui ne permettent pas la récupération du courant: nous avons à faire à un système clos, composé unique­ ment des trains présents sur la li­ gne et ne pouvons ainsi récupérer que ce qu’un autre consommateur est prêt à reprendre au moment même où nous freinons. Une fois que la régulation fonction­ nera correctement avec le modèle, la commande sera connectée au système réel pour un essai sur une automotrice du BOB disposant du même équipement.

Une rame du Perisher skitube en Australie

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Neue Steuerung für 20kW-Solargenerator-Simulator Photovoltaik / Prof. Dr. Heinrich Häberlin und wissenschaftlicher Mitarbeiter Luciano Borgna Experte: Dr. Rudolf Minder

Elektro- und Kommunikationstechnik

Was ein Wechselrichter ist, können sich die meisten noch vorstellen. Beim Begriff Solargenerator­Simulator hapert es dann aber vielleicht. Dabei ist der Name sehr aussagekräftig: Der ’SolGenSim’ kann in einem bestimmten Bereich jede beliebige Kennlinie von einem Solargenerator, also z.B. Solarpanels auf einem Dach, nachbilden. Oder anders gesagt: Der reale Solargenerator wird simuliert. Damit können Wechselrichter im Labor ausgetestet werden. Um diese Tests durchführen zu können, ist auch ein Steuerprogramm nötig. Dieses heisst im PV-Labor der BFH ’EasyTest’. Es entstand in mehreren Diplom- und Semesterarbeiten. Die Aufgabe dieser Diplomarbeit war nun, EasyTest auszubauen.

Ausgangslage Das Photovoltaik-Labor besitzt momentan einen SolargeneratorSimulator von 20kW wie auch eine Ausführung mit 25kW. Einer mit einer Leistung von 100kW befin­ det sich im Bau. Der Ausbau der Software EasyTest bezieht sich in dieser Diplomarbeit auf den 20kWSimulator. Bisher konnten automatische Tests auf einer bestimmten Spannungs­ stufe ausgeführt werden. Die Variie­ rung der Leistung, sprich eine Ver­ änderung des DC-Stromes, kann vor der Messung im Programm ein­ gegeben werden. Nach dem Start werden auf der Spannungsstufe die verschiedenen Stromstufen au­ tomatisch abgefahren.

Gleichspannung. Die Veränderung der Spannung ist mit der bishe­ rigen Software nur halbautomatisch möglich. Nach jeder Spannungs­ stufe müssen die Werte für die neue Spannungsstufe von neuem manu­ ell eingegeben werden. Dies erhöht die Arbeitskosten und mindert die Konkurrenzfähigkeit bei der Durchführung solcher Tests, da sie schlicht zu teuer werden. Dies der Hauptgrund, warum der Schritt von halbautomatischen zu vollauto­ matischen Tests vollzogen wird. Neben der Vollautomatisierung ist eine wichtige Anforderung an die Erweiterung, dass der Test auf das Ende der gerade im Test befind­ lichen Spannungsstufe unterbro­ chen werden kann. Denn ein Test mit 20 Spannungsstufen und je­ weils 24 Stromstufen kann schon Warum eine Erweiterung? Nun möchte man den Wechselrich­ mal 40 Stunden dauern. ter aber auch noch auf verschie­ denen Spannungsstufen ausmes­ EasyTest sen. Denn der Wirkungsgrad des EasyTest ist in LabView program­ Wechselrichters verändert sich nicht miert worden, somit auch diese nur bei verschiedenen Leistungen, Erweiterung. Es erlaubt eine modu­ sondern ist auch abhängig von lare Programmierung, was ein sehr der vom Solargenerator gelieferten grosser Vorteil beim Ausbau der

Software ist. Bereits geschriebene Software-Elemente können erneut Verwendung finden. Eigentlich sind alle Programmiersprachen modular aufgebaut. Labview ist durch die grafische Komponente aber beson­ ders praktisch. Philipp Schärf

Ablauf vollautomatische Messung Als erstes nach der Konfiguration der einzelnen Geräte (Wechselrich­ ter, Messgeräte, SolargeneratorSimulator) in EasyTest gibt der Be­ nutzer manuell die Spannungs- und Stromstufen ein, wie auch andere Parameter. Danach wird die Mes­ sung gestartet und alles läuft voll­ automatisch ab. Während der Mes­ sung kann der Benutzer auf dem Bildschirm beobachten, bei welcher Spannungsstufe und Stromstufe die Messung ist. Zudem begleitet den Benutzer während der gesam­ ten Messung ein Button, mit dem er die Messung auf Ende Spannungs­ stufe unterbrechen kann. Zu einem anderen Zeitpunkt kann er diese bei der nächsten Spannungsstufe wieder aufnehmen.

1982 079 702 78 64 [email protected]

Prinzipablauf der vollautomatischen Messung

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Skiroboter Mechatronik / Prof. Roger Weber, Prof Fritz Bircher Experten: Dominique Renevey, Dr. Dietmar Kramer

Skifahren ist ein grosser Spass. Die Sportart auf weissen Hängen bietet unzählige Möglichkeiten, sich im Gelände zu bewegen. Ob schnell oder gemächlich, ob in kurzen Schwüngen oder langen, rasanten Kurven, alles ist möglich. So stellt das Ziel, dem Roboter ASKIRO diese Sportart beizubringen, eine grosse Herausforderung für die Technik und die Diplomanden dar. U. Schöni und S. Spring haben diese Herausforderung angenommen und zeigen in ihrer interdisziplinären Diplomarbeit Skiroboter, was die Mechatronik zu bieten hat.

Ulrich Schöni 1981 078 716 90 93 [email protected]

Was als Projekt zum Test von neu­ artigen Wintersportgeräten begon­ nen hat, wird vorerst als Techno­ logieprojekt der Fachhochschule weitergeführt. Diese Diplomarbeit umfasst alle klassischen Disziplinen der Mechatronik. Neben der Rege­ lung eines kinematisch komplexen Systems gehören Kenntnisse der Signalverarbeitung und der Mess­ technik ebenso dazu.

linder eingesetzt, als Fussgelenk­ aktoren kommen DC-Motoren zur Anwendung. Zu jedem Aktor ge­ hört eine Kontrolleinheit, die vom PEC angesteuert wird. Der Roboter wird von zwölf Lithium-Polymerzel­ len mit Spannung versorgt.

Während der Fahrt werden Gleich­ gewicht, Vor- und Rücklage, Kräf­ teverteilung auf die Skis sowie die Spurtreue geregelt. Die Mess­ Der Roboter, lebensgross und über daten hierfür stammen von einem 80kg schwer, wird von einer zentra­ GPS-Empfänger mit integrierten len Steuerung (PEC 80 von ABB) Beschleunigungssensoren, Druck­ gesteuert. Das PEC besteht aus sensoren in den Fussplatten für die einem Microcontroller und einem Messung der Kraftverteilung und FPGA für die Kommunikation mit Dehnmessstreifen für die Momen­ den Sensoren und Aktoren. tenmessung am Oberschenkel. Als “Muskeln” der Ober- und Unter­ Die Regelung ist in Matlab Simulink schenkel werden Elektrolinearzy­ aufgebaut. Das PEC bietet den Vor­

teil, dass es direkt mit dem Simulink programmiert werden kann. So ste­ hen alle Vorzüge der Matlabumge­ bung zur Verfügung und aufwendige Reglerprogrammierung entfällt. Für einfache Tests fährt der Robo­ ter mit Sommerskis auf Asphaltstre­ cken. Um Erfahrungen für die auto­ nome Fahrt zu gewinnen, kann der Roboter in einer ersten Phase über eine Fernsteuerung gelenkt werden. Auf diesen Erfahrungen aufbauend wird ein Fahrtprogramm entwickelt, mit welchem der Roboter autonom carven kann. Erklärtes Ziel der Arbeit ist es, mit ASKIRO eine blaue Skipiste hinun­ terzufahren.

Aufgebauter Skiroboter

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Automatisches Gyrosensor Analysesystem

Elektro- und Kommunikationstechnik

Mobile Communication, Sensorik, Analogelektronik / Prof. Peter Raemy Experte: Armin Blum (Bakom)

Gyrosensoren werden in Navigationssystemen und zur Stabilisierung der Fluglage von Modellflugzeugen verwendet. Häufig gibt es zu den Gyrosensoren nur unzureichende technische Angaben. So gibt es zu Repetiergenauigkeit und Langzeitstabilität praktisch keine Informationen. Mit einem automatischen Messsystem können die notwendigen Informationen bestimmt und unterschiedliche Gyrosensoren miteinander verglichen werden. Die Messungen zeigen deutliche Unterschiede zwischen den verschiedenen Fabrikaten.

Ausgangslage Die vorangegangene Semesterar­ beit befasste sich mit der Proble­ matik, eine an einem Modellhub­ schrauber befestigte Kamera zu stabilisieren, so dass der Bildaus­ schnitt unabhängig von äusseren Einflüssen nahezu konstant bleibt. Zur Bildstabilisierung werden Gy­ rosensoren verwendet, mit denen über Schrittmotoren die Kamera­ ausrichtung nachgeführt wird. Um die Stabilisierung zu optimieren, müssen die Sensoreigenschaften exakt bekannt sein. Leider sind die

Gyrossensoren von Conrad, Futaba, Murata

vom Hersteller gelieferten Angaben meist mangelhaft und geben zu wenig Aufschluss über die Eigen­ schaften des Sensors. Dies führte zur Idee, die erforderlichen Para­ meter selber zu bestimmen.

Das Mess- und Testsystem besteht aus einem Drehtisch, auf dem der zu prüfende Gyrosensor montiert wird. Der Drehtisch kann definierte Drehbewegungen ausführen und wird von einem Schrittmotor ange­ trieben. Der Schrittmotor dreht sich jeweils um 1.8° und der Drehtisch Konzept Mit dem Mess- und Testsystem infolge der Untersetzung um 4.5 können insbesondere folgende Bogensekunden pro Schritt. Die Grössen eines Gyrosensors cha­ Bewegung des Tisches wird durch rakterisiert werden: Linearität, Ge­ ein Programm vorgegeben. Vom nauigkeit, Stabilität, Drift und das Schrittmotorkontroller können Trig­ gersignale abgegriffen werden, die zeitliche Verhalten. den zeitlichen Bezug sicherstellen. Ein Datalogger zeichnet die Aus­ gangssignale des Gyrosensors auf. Ein Gyrosensor misst grundsätzlich die Winkelgeschwindigkeit um eine oder mehrere Achsen. Integriert man die Winkelgeschwindigkeit, er­ hält man den Winkel, um den sich die Achse gedreht hat. Die zeitliche Auslenkung des Tisches ist be­ kannt und erlaubt eine reproduzier­ bare Analyse der Gyrosignale.

076 488 13 53 [email protected]

Resultat Messungen mit verschiedenen Sensoren haben gezeigt, dass es zwischen den Fabrikaten grosse Unterschiede gibt. Vor allem was den Drift anbelangt, bestehen gros­ se Unterschiede zwischen den ver­ schiedenen Produkten. Mit diesen Erkenntnissen steht einer Überar­ beitung des Regelkreises für die eingangs erwähnte Semesterarbeit nichts mehr im Weg.

Blockschaltbild der Testanordnung

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Andri Schütz 1982

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Elektro- und Kommunikationstechnik

Hardware Video Encoder Mikroelektronik / Prof. Dr. Marcel Jacomet Experte: Felix Kunz

Heute werden Videodaten nahezu in allen Bereichen digital aufgenommen, verarbeitet und gespeichert. Im Vergleich zu analogen Formaten besitzt das Digitale viele Vorteile: einfache Nachbearbeitung, schnelle Verfügbarkeit und die Möglichkeiten zur weltweiten Verbreitung via Internet. Um bewegte Bilder übertragen und verarbeiten zu können, müssen die umfangreichen Datenmengen zuerst komprimiert werden. Diese Komprimierung der Daten in Echtzeit ist rechenintensiv und beansprucht Rechenleistungen. Durch den Einsatz rekonfigurierbarer Hardware lassen sich solche rechenintensiven Aufgaben realisieren.

Marco Spirig 1984 076 548 68 30 [email protected]

Konzept MedOnStream MedOnStream leitet sich aus dem Englischen “Medical Online Strea­ ming” her. Das modulare System verarbeitet Multimediadaten der Medizintechnik. In zahlreichen Be­ reichen der Medizin fallen Bild- und Audiodaten an, die aus Gründen der Reproduzierbarkeit oder zu Schulungszwecken archiviert oder auch bearbeitet werden müssen. MedOnStream ist eine kompakte Einheit die sich in vorhandene Infra­ struktur integrieren lässt und über standardisierte Schnittstellen kom­ muniziert. Durch den Einsatz rekonfigurier­ barer Logik und eines GNU/Linux basierten Betriebssystems sind anwendungs- und benutzerspezi­ fische Implementationen mit gerin­ gem Entwicklungsaufwand mög­ lich. Das MedOnStream System ist

offener als andere auf dem Markt erhältlichen Lösungen, welche häu­ fig durch proprietäre Schnittstellen eine Interoperabilität mit anderen Systemen erschweren.. Technik Meine Arbeit war die Realisierung der Hardware und die Programmie­ rung der rekonfigurierbaren Logik. Das Hauptelement der Signalver­ arbeitung ist ein FPGA (Field Pro­ grammable Gate Array) der Firma Xilinx. Durch das ‘System On Chip‘ Design ist sowohl die anwendungs­ spezifische und leistungsfähige Re­ chenlogik, wie auch der Prozessor auf dem FPGA implementiert. Da­ durch ist eine sehr enge Anbindung der einzelnen Komponenten unter­ einander möglich. Als Bildquelle dienen analoge oder digitale Videosignale. Analo­

ge Quellen werden in einem SDTV Analog-Digital Wandler digitalisiert und anschliessend weiterverarbei­ tet. Die Hauptaufgabe der anwen­ dungsspezifischen Hardware ist die rechenintensive Komprimierung der Videodaten im freien Theora Format. Nach der Kompression werden die Daten durch die Software in einen Stream eingebettet und über eine Netzwerkschnittstelle an die Clients verteilt. Die Treiber und Anwen­ dungen für das MedOnStream Sy­ stem wurden von Marc-André Beck (Seite 35) entwickelt. Als Übertra­ gungsmedien werden IEEE 802.3 Fast Ethernet und IEEE 802.11b/g Wireless LAN verwendet. Durch die offenen Standards des Med­ OnStream Systems kann der Inhalt vom Empfänger für beliebige Zwe­ cke weiterverwendet werden.

MedStream Architektur

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PCM Datenlogger

Elektro- und Kommunikationstechnik

Elektronik / Prof. Roland Brun Experte: Mario Giacometto

Die Firma Aastra Telecom Schweiz AG stellt unter anderem Telefonzentralen her. Im Speziellen ging es bei dieser Arbeit um das Ascotel IntelliGate 300, welches bis zu 50 Teilnehmer verwalten kann. Zur Qualitätssicherung der Soft- und Hardware wurde von der Firma Aastra Telecom Schweiz AG der Auftrag zur Entwicklung einer PC-Applikation aufgegeben. Diese soll es ermöglichen, die Daten der Telefonzentrale für Tests zu loggen.

Ausgangslage Um eine Datenübertragung via USB zu ermöglichen, hat der Auf­ traggeber die Telefonzentrale mit einem zusätzlichen DSP-Modul mit entsprechender Schnittstelle aus­ gestattet. Der grösste Teil der DSPSoftware sowie eine erste Lösung der PC-Applikation wurden bereits in den beiden vergangenen Seme­ sterarbeiten entwickelt. Es konnten jedoch noch nicht alle gewünsch­ ten Features realisiert werden, zu dem besteht bei der alten Lösung noch ein Qualitätsproblem mit der Übertragung der Audiodaten.

zu geben, einen einzelnen Timeslot (Audiodaten eines Eingangs) in Echtzeit anzuhören. Ebenfalls sollen Übertragungsfehler ausgewiesen und das GUI den Anforderungen entsprechend abgeändert werden. Wünschenswert wäre auch eine grafische Darstellung der Audio­ daten für den optischen Vergleich.

den Logik- und Datenklassen, wel­ che in eine C++ DLL gepackt wur­ den, getrennt. Auf der DSP Seite wurde kein Design erstellt, da der Löwenanteil dieser Software be­ reits von der Firma Aastra geliefert wurde und die Software in ANSI C geschrieben ist.

Martin Steiner 1981

Resultat Umsetzung Bis zum jetzigen Zeitpunkt wurde Bei der Umsetzung wurde darauf das Qualitätsproblem aus der Welt geachtet, dass der Aufbau der Lö­ geschafft, das GUI angepasst und sung möglichst modular ist, um einige Fehler in der C++ DLL beho­ bei einer gewünschten Erweite­ ben. Zu dem ist es nun auch mög­ rung nicht von vorne anfangen zu lich einzelne Timeslots zu übertra­ müssen. Aus diesem Grund wurde gen. Für die Echtzeitübertragung Ziel ziemlich viel Wert auf ein sauberes wurden bereits verschiedene Kon­ Das Ziel der Arbeit ist es das Quali­ Design gelegt. Die grafische Benut­ zepte erarbeitet. Eines dieser Kon­ tätsproblem in den Griff zu kriegen zerschnittstelle, welche mit .Net 2.0 zepte wird im letzteren Teil der Ar­ und dem Benutzer die Möglichkeit in C# realisiert wurde, wurde von beit umgesetzt werden.

[email protected]

Ascotel IntelliGate 300

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Elektro- und Kommunikationstechnik

Bestimmen des Feuchtigkeitsgehaltes von Biomasse Mess- und Sensortechnik / Prof. Peter Raemy Experte: Armin Blum (Bakom)

Die Verwendung von erneuerbaren Energien ist sehr aktuell. In Italien werden zur Zeit mehrere Bio­ masse-Kraftwerke gebaut. Bei einem Biomasse-Kraftwerk handelt es sich um ein thermisches Kraftwerk, in welchem landwirtschaftliche Nebenprodukte (Biomasse) wie Maisabfall, Stroh, Waldholz, Olivenkuchen etc. verbrannt werden, um damit Strom zu erzeugen. Die erwähnten landwirtschaftlichen Nebenprodukte verrotten sonst in der Regel ungenutzt. Die Landwirte werden aufgrund des Energiegehaltes und der Feuchtigkeit der Biomasse entschädigt. Daher ist es entscheidend, dass bei der Anlieferung der Feuchtigkeitsgehalt genügend präzise, zuverlässig und einfach ermittelt werden kann.

Jonas Tschudi 1982 078 665 99 24 [email protected]

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Ausgangslage Sofern der Gewichtsanteil der Feuchtigkeit in der Biomasse un­ ter 20% liegt, gilt die Biomasse als trocken. Übersteigt der Feuchtig­ keitsanteil 20%, gilt die Biomasse als feucht und wird entsprechend niedriger vergütet. In dieser Diplomarbeit wird unter­ sucht, wie genau der Feuchtig­ keitsgehalt von Biomasse bestimmt werden kann. Normalerweise wird die Feuchtigkeit manuell mit Stech­ sonden ermittelt und ist deshalb nur stichprobenartig möglich. Es wird nach einem Messsystem bezie­ hungsweise Messprozess gesucht, mit dem der Feuchtigkeitsgehalt der Biomasse direkt beim Entladen bestimmt werden kann. Eine Genauigkeit der absoluten Feuchtigkeit in der Biomasse von etwa 10% ist anzustreben. Problematisch dabei ist, dass die Feuchtigkeit in den Ballen unregel­ mässig verteilt sein kann und die Dichte der Ballen variiert.

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Realisation In einer vorangegangenen Se­ mester­arbeit wurden die verschie­ denen Messmethoden zur Bestim­ mung der Feuchtigkeit untersucht. Dabei wurde festgestellt, dass sich eine kapazitive Messung der Feuch­ tigkeit am besten eignet. Unter Laborbedingungen wird die kapazitive Feuchtigkeitsmessung mit einem Plattenkondensator (siehe Bild)

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untersucht. In verschiedenen Testrei­ hen werden die in Frage kommenden Biomassen, mit unterschiedlichem Feuchtigkeitsgehalt ausgemessen, und deren dielektrischen Eigen­ schaften bestimmt. Wasser hat eine besonders hohe Dielektrizitätskonstante von ca. 80. Die dielektrischen Eigenschaften von trockener Biomasse sind dage­ gen ähnlich wie der Luft.

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Zündverhalten von Überspannungsableitern

Elektro- und Kommunikationstechnik

Energietechnik / Prof. Dr. Kurt Lehmann Experte: Dr. Thomas Aschwanden

In Energieübertragungsnetzen spielen Überspannungsableiter eine wichtige Rolle. Sie schützen Betriebsmittel wie z.B. Transformatoren vor plötzlich auftretenden Überspannungen und verhindern einen möglicherweise beträchtlichen Sachschaden. Im Netz der Bernischen Kraftwerke BKW befinden sich einige hundert Überspannungsableiter im Betrieb. Die BKW interessiert sich für das Zündverhalten dieser Ableiter und stellt der BFH für diese Untersuchung einige Ableiter zur Verfügung. Im Zentrum der Arbeit stehen der optimale Prüfaufbau sowie die korrekte Erfassung der Messgrössen.

Aufbau des Ableiters Ein Überspannungsableiter besteht im Wesentlichen aus einem nichtli­ near spannungsabhängigen Wider­ stand (Varistor) und einer in Serie geschalteten Funkenstrecke. Diese hat die Aufgabe, die Streukapazität des Ableiters zu reduzieren. Die Va­ ristoren wurden früher vor allem aus Siliziumcarbid (SiC) gefertigt. Heute werden sie vorwiegend aus Zinkoxid (ZnO) hergestellt. Bei der BKW sind noch immer viele SiC-Ableiter in Be­ trieb.

Signalerfassung Um das Zündverhalten genau ana­ lysieren zu können, müssen sowohl Strom wie auch Spannung gemes­ sen und aufgezeichnet werden. Die Erfassung des Stroms erfolgt über einen in Serie zum Prüfling geschal­ teten Shunt. Zur Spannungsmes­ sung wird ein Messsystem der Firma Haefely verwendet. Das Signal wird von einem Spannungsteiler dem “Di­ gitalen Impuls-Auswertungssystem” DIAS zugeführt, wo das Signal auf­ bereitet und digital verarbeitet wird. Das DIAS hat aufgrund seines relativ hohen Alters eine mangelhafte Ge­ Spannungserzeugung Um das Zündverhalten testen zu nauigkeit. Ausserdem existiert keine können, muss eine entsprechend Schnittstelle für ein modernes Oszil­ hohe Spannung erzeugt werden. loskop. Es soll deshalb eine Mög­ Die BFH ist im Besitz eines Stoss­ lichkeit gesucht werden, Strom und spannungsgenerators der Firma Spannung mit synchroner Zeitbasis Haefely. Mit diesem Generator kann zu erfassen. eine stossförmige Spannung der genormten Form 1.2/50us erzeugt werden.

Prüfkreis Der Prüfkreis besteht aus dem Stossspannungsgenerator und dem parallel dazu geschalteten Ableiter, dem Spannungsteiler sowie einer Belastungskapazität. Zu beachten ist dabei ein möglichst kompakter Aufbau, um Störgrössen so gering wie möglich zu halten. Die Messka­ bel müssen ausserdem optimal ge­ schirmt und geerdet werden, um unverfälschte Messergebnisse zu gewährleisten. Der Aufbau des Prüfkreises und die Erfassung der Messgrössen sind die Hauptziele dieser Diplomarbeit. Tests mit einer grösseren Anzahl Ableiter werden in einer späteren Arbeit erfolgen.

Hans Ulrich Wenger 1981 [email protected]

Stossspannung

Prüfkreis

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Elektro- und Kommunikationstechnik

Firmware-Portierung eines Datenerfassungsgerätes Technische Informatik / Ivo Oesch Experte: Dominique Renevey

Bioself ist die Schweizerfirma, die 1986 den ersten zuverlässigen Fruchtbarkeitscomputer auf den Markt gebracht hat, der die Aufwachtemperatur der Frau genau auswertet und dadurch die hochfruchtbaren, fruchtbaren und nicht fruchtbaren Zyklustage der Frau anzeigt. Dieses Handheld-Gerät von Bioself eignet sich für eine natürliche Empfängnismethode wie auch Verhütungsmethode. In dem bestehenden Handheld-Gerät von Bioself BD02 wird ein nicht mehr produzierter Mikroprozessor eingesetzt. Deshalb muß die bestehende Hardware und Software an einen aktuellen Prozessor angepaßt werden. Bioself entwickelt in Zusammenarbeit mit der Fachhochschule den Prototypen BD02+.

Florian Wicki 1983 078 768 99 76 [email protected]

Funktion des Fruchtbarkeitscomputers Der Fruchtbarkeitscomputer der Firma Bioself ist eine natürliche Me­ thode zur Geburtenkontrolle, denn dieser verbindet die Temperatur­ methode mit der Kalendermethode (Knaus-Ognio-Methode) und zeigt zu jedem Zeitpunkt des Zyklus die fruchtbaren und unfruchtbaren Tage an. Dafür braucht es die Informa­ tionen der täglichen Aufwachtempe­ raturen sowie eine manuelle Eingabe des ersten Tages der Regelblutung.

Hardware Prototyp BD02+ Der bisher verwendete Mikrocon­ troller von Motorola (68HC05L16), welcher nicht mehr produziert wird, wurde im BD02+ durch einen Mi­ krocontroller von Texas Instruments (MSP430F415) ersetzt. Die Periphe­ rie des BD02 wurde ebenfalls an den neuen Mikrocontroller ange­ passt. Auf Grund der Änderungen wurde eine neue Prototyphardware BD02+ entwickelt. Die Hardware ist kompakt in einem Handheldgerät implementiert, welches mit einer einfachen Menüführung und einem Display zur Visualisierung ausge­ stattet ist. Das Handheldgerät hat zur Bestimmung der genauen Kör­ pertemperatur einen präzisen resi­ stiven Temperatursensor.

Software des BD02+ Für die neuentwickelte Hardware wurde die bestehende Firmware portiert. Die bestehende Firmware ist, von einigen kleinen Assembler­ routinen abgesehen, in C geschrie­ ben, und ist auch für das Zielsystem in C geschrieben. Die Messdaten werden bis zu einem ganzen Jahr im internen Flashspeicher abgelegt und jeweils täglich mit einem Algo­ rithmus ausgewertet und danach je nach Fruchtbarkeitsstatus der Anwenderin unterschiedlich visuali­ siert. Zudem können die Daten des Fruchtbarkeitscomputers über die Sonde zwischen Handheld-Geräten ausgetauscht werden oder mit dem Lautsprecher akustisch via Telefon an eine Zentrale gesendet werden, welche mittels Modem und Soft­ wareprogramm die empfangene Information in eine graphische Dar­ stellung konvertiert. Die graphische Darstellung des genauen Verlaufs der Zyklen in Form einer Kurve er­ möglicht es z.B. dem Frauenarzt oder Spezialisten für Familienpla­ nung, zu bestimmen, ob ein Ei­ sprung stattfindet, ob die postovula­ torische Phase normal ist und ob die Zyklen regelmässig verlaufen. Diese Informationen können vor allem bei der Suche nach der Ursache einer eventuellen Sterilität nützlich sein.

Prototyp Bioself BD02+

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Pneumatischer Gleitschutz für Lokomotiven

Elektro- und Kommunikationstechnik

Eisenbahntechnik / Dipl. Ing. ETH Markus Moser Experte: Felix Kunz, DIGITAL-LOGIC AG

Mit einer geeigneten Regelung des Pneumatikdruckes in den Bremszylindern soll das Gleiten und Blockieren der Achsen einer Lokomotive in Adhäsion unterbunden werden. Nach der Modellierung der Lokomotive mittels einer Mathematik-Simulationssoftware soll die Regelung mit dem Computer getestet, geprüft und einsatzbereit gemacht werden, damit die pneumatische Gleitschutzregelung in der HGe 101 der Zentralbahn AG (zb) eingesetzt werden kann.

Der Gleitschutz der Zahnradloko­ motiven HGe 101 der Zentralbahn AG (zb) soll analysiert und verbes­ sert werden. Momentan ist nur ein elektrischer Gleitschutz eingebaut. Bei kleineren Geschwindigkeiten, wo pneumatisch mittels Bremsklöt­ zen gebremst wird, kann das Glei­ ten der Räder nur durch manuelles Eingreifen des Lokomotivführers verhindert werden. Das Vermeiden von Flachstellen verlangt aber ei­ niges an Erfahrung.

Das Herzstück der neu eingebauten Komponenten ist die speicherpro­ grammierbare Steuerung (SPS), die die Regelung des Druckes in den Bremszylindern übernimmt. Dazu wurden zwei schnelle GleitschutzMagnetventile, welche von der SPS geregelt werden, in den Pneuma­ tikkreis eingebaut. Jede der beiden

ausgerüsteten Achsen besitzt ein Magnetventil, das auf vier Brems­ zylinder bzw. Bremsklötze, je zwei pro Rad, wirkt. Die SPS schaltet im Fehlerfall aus, damit es auch im un­ günstigsten Fall nie zu einer Vermin­ derung oder gar einem Totalausfall der Bremswirkung kommen kann.

Stefan Wiedmer 1983 079 778 64 86 [email protected]

In Zukunft möchte die zb diese Lokomotive auch im Pendelzug­ betrieb auf der Strecke LuzernEngelberg einsetzen. Sobald der Lokomotivführer aber im Steuerwa­ gen am anderen Ende des Zuges arbeitet, hört er das Geräusch des Gleitens nicht mehr, und die Loko­ motive muss wegen des daraus re­ sultierenden Materialverschleisses an den Rädern schon nach kurzer Zeit in die Werkstätte, was arbeitsund kostenintensiv ist. Um dies zu verhindern wurde nun ein automa­ tischer pneumatischer Gleitschutz entwickelt, der den elektrischen Gleitschutz ergänzt.

Markus Wingeier 1981 079 503 04 72 [email protected]

Nach der Modellierung der Loko­ motive mit der Mathematik-Simu­ lationssoftware Matlab/Simulink (in zwei vorherigen Semesterarbeiten), Testsimulation im Labor und an­ schliessenden Testfahrten wird vor­ erst ein Prototyp gebaut, welcher allerdings nur zwei der vier Achsen der Lokomotive vor dem Gleiten schützt. Berner Fachhochschule - Technik und Informatik

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Elektro- und Kommunikationstechnik

Quadrocopter Technische Informatik / Ivo Oesch Experte: Dominique Renevay

Ein Quadrocopter ist ein Luftfahrzeug, das vier in einer Ebene angeordnete, senkrecht nach unten wirkende Propeller benutzt um Auftrieb zu erzeugen. Durch Neigung der Rotorebene kann sich der Quadrocopter im Raum bewegen. Da sich der Schwerpunkt bei dieser Bauart auf der Rotorebene befindet und nicht, wie bei einem normalen Helikopter darunter, ist das Flugverhalten grundsätzlich sehr instabil. Um den Quadrocopter einfach und stabil fliegen zu können, muss diese Instabilität mittels einer elektronischen Regelung ausgeglichen werden.

Jörg Wittmer 1983 078 835 42 41 [email protected]

Ausgangslage Der Quadrocopter der für diese Arbeit eingesetzt wird, hat eine Länge und eine Breite von 50cm (ohne Propeller).Er wird mittels 4 Brushless Elektromotoren, mit einer maximalen Wellenleistung von ca. 90 Watt, angetrieben. Zur Ansteue­ rung der Motoren werden vier elek­ tronische Brushlessregler benutzt. Zur Erkennung der Fluglage dienen drei elektronische Gyrosensoren (Bestimmung der Winkelgeschwin­ digkeit) und drei Beschleunigungs­ sensoren, die für jede Achse die aktuelle Drehgeschwindigkeit und Lage bestimmen. Für die Regelung und Steuer­ung ist ein mit 20MHz getakteter Mikrokontroller vorgese­ hen. Das Modell kann mit einer han­ dels­­­üblichen RC Fernsteuerung aus dem Modellbau angesteuert werden. Flugphysik Bei einem Quadrocopter können alle drei Achsen alleine durch die Variation des Schubes der vier Mo­ toren gesteuert werden. Um das Drehmoment der Motoren auszu­ gleichen, sind zwei linksdrehend und zwei rechtsdrehend. Da immer die zwei sich gegenüberliegenden Propeller die gleiche Drehrichtung haben, kann durch Ändern des Schubverhältnisses eine Drehung um die eigene Hochachse ausge­ glichen oder erzeugt werden. Um Nick- und Rollbewegungen auszu­ führen oder auszugleichen, muss das Schubverhältnis der zwei Mo­ toren auf der jeweiligen Achse ver­ ändert werden.

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Regelung Die Regelung ist komplett digital in einem Mikrokontroller implemen­ tiert. Sie regelt den Quadrocopter auf die von der Steuerung vorgege­ bene Lage. Mit Gyrosensoren und Beschleunigungssensoren wird die aktuelle Lage und Drehgeschwin­ digkeit bestimmt. Die Regelung der Nick- und der Rollachsen basiert auf einer Kaskadenregelung mit zwei PID-Reglern. Der erste Reg­ ler regelt die Lage, in welcher das Modell in der Luft schwebt und der zweite die Geschwindigkeit mit der der Quadrokopter nickt oder rollt. Die Regelung der Gierbewegung (Drehung um die eigene Hochach­ se) wird mit einem P-Regler gelöst.

Ausblick Mittels eines 3d Kompasses könnte die absolute Position des Modells im Raum konstanter gehalten wer­ den. So könnten z.B. Windböen ausgeglichen werden und der Drift der Gierachse kann verhindert werden. Auch ein Luftdrucksensor mit dem man die Flughöhe regeln könnte wäre denkbar und würde das Steuern vereinfachen. Da der Quadrocopter eine Nutzlast von ca. 300g hat, kann er z.B. eine kleine Digitalkamera transportieren und so Luftaufnahmen machen.

Quadrocopter http://www.ti.bfh.ch

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Alarm- und Überwachungssystem für Fertigungsbetrieb

Elektro- und Kommunikationstechnik

Automation / Prof. Max Felser Experte: Josef Meyer, Ericsson AG

In allen Bereichen der Industrie werden heute immer kürzere Produktionszeiten sowie höhere Prozesssicherheiten verlangt. Um diesem enormen Marktdruck standzuhalten, dürfen sich keine unnötigen Wartezeiten in den Fertigungsprozess einschleichen. Besonders autonome Fertigungsanlagen müssen daher einen reibungslosen Ablauf garantieren können. Um dies sicherzustellen, wird für die Firma EXTRAMET AG ein Alarm- und Überwachungssystem realisiert, welches alle Fertigungsanlagen überwacht, im Störfall Alarme auslöst und zur Prozesssicherheit die notwendigen Daten aufzeichnet.

EXTRAMET AG, Schweizer Markt­ führer für stranggepresste Hartme­ tallrohlinge, wurde im Jahr 1980 in Plaffeien (FR) gegründet. Wie das gesamte Unternehmen, hat sich die Produktpalette in den Jahren des Wachstums kontinuierlich wei­ terentwickelt. Wurden früher vor allem Hartmetallstäbe für die Werk­ zeugindustrie gefertigt, umfasst das vielseitige Lieferprogramm heute Hartmetall-Vollstäbe, Röhr­ chen, Rundstäbe mit geraden oder verdrallten Kühlbohrungen, Qua­ drat- und Rechteckstäbe sowie Sonderanfertigungen nach spezi­ fischen Kundenzeichnungen.

fen einer ständigen Kontrolle, da die­se ununterbrochen in Betrieb sind und ein Ausfall grosse Mate­ rialverluste zur Folge haben kann. Aus diesem Grund ist ein Team von Mitarbeitern dafür verantwortlich, auch in der Nacht und am Wochen­ ende die einwandfreie Funktion der Anlagen zu gewährleisten.

Um die einzelnen Datenpunkte zu erfassen, werden Automations­ komponenten der Firma Saia-Bur­ gess verwendet. Die PCD3-Reihe eignet sich mit einer Vielzahl an Schnittstellen hervorragend, um die gewünschte Modularität und Anpassungsfähigkeit zu erreichen. Dank der Ethernetschnittstelle kann das bestehende Firmennetz­ Ziel dieser Arbeit ist es, ein Alarm- werk verwendet werden und ein und Überwachungssystem für Grossteil der Verkabelung erübrigt den Fertigungsbetrieb zu erarbei­ sich dadurch. Die Kommunikation ten, welches dem oben erwähnten zu vorhandenen Steuerungen wird Team ermöglichen soll, seine Arbeit mit der RS485 Busschnittstelle er­ besser zu koordinieren und Über­ reicht. Ein ModBus-RTU-Treiber er­ wachungsaufgaben von zu Hause ledigt die Aufbereitung der Signale, aus zu erledigen. Im Weiteren gilt damit diese vom Leitsystem verar­ Der Fertigungsbetrieb der Firma es, sämtliche notwendigen Alarme beitet werden können. EXTRAMET AG umfasst zahlreiche zu definieren und einzubinden. Die­ Produktionsanlagen. Vor allem die se werden direkt an die zustän­ Auf dem Leitrechner wird die Soft­ Prozesse der thermischen Behand­ digen Personen bzw. Instanzen ware PromosNT (MST Systemtech­ lung (Vorsintern, Sinter-HIP) bedür­ weitergeleitet. nik AG) verwendet. Hier werden alle Signale überwacht und beim Über­ schreiten von definierten Grenz­ werten die notwendigen Alarme wahlweise über den bestehenden DAKS (Digitaler Alarm- und Kom­ munikationsserver) als Telefonanruf, via Modem als SMS oder per Email ausgelöst. Der integrierte Webser­ ver ermöglicht eine Fernabfrage des Systems von einem beliebigen Standort aus. Die Prozessdaten werden in zyklischen Abständen auf dem Server abgespeichert.

Peter Zbinden 1982 [email protected]

Systemübersicht

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Elektro- und Kommunikationstechnik

Leitwertsensor mit HART-Kommunikationsprotokoll Sensorik / Prof. Daniel Lanz Experte: Dr. Niklaus Affolter, Swisscom

Um die Wasserqualität zu beurteilen, benötigt man einige Kennwerte des Wassers. Einer dieser Kennwerte ist der elektrische Leitwert. Da die Firma Delisys AG in Münsingen (BE) vermehrt in der Sensorik für Wasseraufbereitung tätig ist, will sie einen Leitwertsensor entwickeln, der auf ihre Bedürfnisse zugeschnitten ist. Der Sensor soll mit einer Standard-Stromschnittstelle 4-20mA ausgerüstet sein, sowie zusätzlich eine serielle Schnittstelle via 1HART-Protokoll beinhalten. Über eine einfache Bedienungs-Software auf einem PC oder Laptop, kann der Sensor via HART-Kommunikations­ protokoll betrieben und konfiguriert werden.

Stephan Zink 1983 [email protected]

Ausgangslage Die Diplomarbeit baut auf den Kenntnissen der beiden vorgän­ gigen Semesterarbeiten auf. In der ersten Semesterarbeit wurden die Grundlagen für die Messung des Leitwertes erarbeitet. In der zweiten Semesterarbeit wurde eine erste Schaltungsvariante des 4-20mAStromausgangs entwickelt.

Hardware Den Kern des Sensors bildet der Mi­ krokontroller, welcher alle Vorgänge steuert und regelt. Das HART-Mo­ dem wandelt die seriellen Daten des Mikrokontrollers (UART-Signal) in ein frequenzmoduliertes Sinus­ signal (FSK-Signal) um, welches dem Stromkreis aufmoduliert wird. Analog dazu wandelt es das FSKSignal des Stromkreises in ein UART-Signal um, welches der Mi­ HART-Protokoll Die digitalen Daten eines HART- krokontroller empfangen und verar­ Frames werden frequenzmoduliert beiten kann. Der Messwert-Konver­ und dem 4-20mA-Konstantstrom ter erhält vom Mikrokontroller einen überlagert. Da die überlagerte 16-Bit-Wert, welcher proportional Wechselspannung mittelwertfrei ist, zum gemessenen, elektrischen wird der Konstantstrom nicht ge­ Leitwert ist. Diesen digitalen 16-Bitstört und beträgt im Mittel nach wie Wert setzt der Konverter in den ent­ sprechenden Konstantstrom um. vor 4 bis 20mA. Zusätzlich moduliert er dem Strom­ Es gibt einige Gründe, welche für eine kreis das FSK-Signal auf. Implementation des HART-Kommu­ nikationsprotokolls sprechen:

Hardware auf der PC-Seite: Damit der PC mit dem Sensor kommuni­ zieren kann, benötigt er noch ein HART-Modem, welches die FSKSignale moduliert, beziehungswei­ se demoduliert. Software Mikrokontroller: Die Software des Mikrokontrollers steuert und regelt alle Schaltungsteile des Sensors. Sie wurde in der hardwarenahen Programmiersprache C geschrie­ ben. Windows-Applikation: Mit Hilfe der selbst programmierten Bedie­ nungs-Software, kann der Sensor von einem PC oder Laptop aus konfiguriert und ausgelesen wer­ den. Die Software heisst “Sensor­ Visio” und wurde in der Program­ miersprache C++ entwickelt.

- Rückwärtskompatibel zur kon­ ventionellen 4-20mA-Strom­ schnitt­stelle - Messwerte können am PC eingelesen und abgespeichert werden - Messbereich des Sensors kann geändert werden - Automatische Kalibrierung mög­ lich - Zusätzliche Messgrössen kön­ nen vom Sensor zurückgegeben werden

Blockschema

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HART = Highway Addressable Remote Transducer

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BI

Applications robot avec le kit microcontrôleur Carme

Électricité et systèmes de communication

Robotique / Prof. Dr. Elham Firouzi Expert : Stefan Brunner

La robotique est une science en constante progression et ses applications sont aujourd’hui pratiquement infinies. Le but de notre travail de diplôme est la programmation de telles applications. Le cahier de charge comprend essentiellement le contrôle d’un robot et de sa caméra à l’aide d’un microcontrôleur RISC. Le robot devrait pouvoir suivre des objets, éviter des obstacles, détecter des mouvements et reconnaître des visages.

Le robot de développement LABO-3 Nous avons choisi de travailler avec le robot de développement LABO-3. Ce robot est équipé de deux puis­ sants moteurs DC et d’un squelet­ te en aluminium. Son poids est de 25  Kg et sa structure est capable de supporter une charge de 30 Kg. Il possède 10 capteurs de proximi­ té à infrarouge, qui sont capables de détecter la présence d’un objet jusqu’à une distance de 80 cm. Il possède également des capteurs de contact (Bumpers), qui permet­ tent de détecter les collisions avec d’autres objets. Deux batteries de 12V fournissent l’alimentation né­ cessaire à son fonctionnement.

Le kit de développement CARME Le kit de développement micro­ contrôleur est celui de CARME. Ce dernier est prévu pour la gestion du robot et de sa caméra. Grâce à un circuit d’interfaçage, que nous avons réalisé durant notre dernier travail de semestre, ce kit est en mesure de communiquer avec tous les systèmes du robot.

Parallèlement, nous avons pro­ grammé une bibliothèque de fonc­ tions C, destinées à la gestion des moteurs, des sondes infrarouges et des capteurs de contact. Cette bibliothèque permet de développer des programmes de gestion à haut niveau comme par exemple: des déplacements autonomes avec des évitements d’obstacles.

Rinaldo Geiler  1984 079 309 46 17 [email protected]

La caméra CMUcam3 La plate-forme de développement vidéo est celle de CMUcam3. Cette dernière est programmable et peut être utilisée pour différentes appli­ cations comme par exemple : la détection de mouvements, la re­ connaissance faciale et la poursui­ te des objets. Une tourelle mobile permet de mouvoir la caméra de +/45° en mode “Tilt” et de +/- 180° en mode “PAN”.

Giuliano Romano 1984 079 286 60 17

L’assemblage de ces différents sys­ tèmes va nous permettre de réali­ ser un robot qui est capable de se déplacer de façon autonome, de suivre des objets et de reconnaître des visages.

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BE

Informatik Informatique

On-Line Meinungsumfrage Prof. Dr. Bernhard Anrig, Prof. Dr. Rolf Haenni Experte: Han van der Kleij, RTC Real-Time Center AG

Das Ziel dieser Diplomarbeit besteht darin, Meinungsumfragen on-line abzuwickeln. Was unser System von anderen unterscheidet, ist, dass wir den Hauptfokus auf die Teilnehmer (Poller) richten. Konkret heisst das, dass ein Poller sicher sein kann, dass er anonym an der Umfrage teilnehmen kann. Zudem kann er im Nachhinein nachprüfen, dass seine Antworten mitgezählt wurden. Der Auftraggeber (Customer) kann einen Fragebogen erstellen und den Teilnehmerkreis bestimmen. Ebenfalls lädt der Customer alle Poller ein, wodurch für die Poller klar ersichtlich wird, wer die Umfrage initiiert hat. Für die Durchführung der Umfrage sind nun Drittparteien zuständig. Der Provider publiziert letztendlich das Umfrageergebnis. http://webumfrage.bfh.ch

Adrian Aeby 1978 079 472 43 29 [email protected]

Anstoss Viele On-Line Meinungsumfragen, die per E-Mail initiiert werden, ver­ mitteln oft nicht den Eindruck einer seriösen Umfrage. Zudem ist der wahre Urheber der Umfrage nur schwer ersichtlich. Da oft persön­ liche Angaben der Teilnehmer ver­ langt werden, muss die Meinungs­ umfrage klare Angaben zum Zweck und zur Verwendung haben. So muss auch klar sein, wer Zugang zu den Daten hat. Zudem muss

gewährleistet werden, dass jeder Teilnehmer anonym bleibt und nur einmal abstimmen kann, und dass die Daten unversehrt zum Provider gelangen und ausgewertet werden. Ziele Ziel dieser Diplomarbeit ist es, ei­ nen Prototypen eines On-Line Meinungsumfrage-Systems zu er­ stellen. Der Auftraggeber kann ei­ nen Fragebogen erstellen und die teilnehmenden Personen bestim­

men. Es soll gewährleistet werden, dass die Teilnehmer die Meinungs­ umfrage korrekt ausfüllen können und einwandfrei ersichtlich ist, wer die Meinungsumfrage initiiert hat. Weiter muss gewährleistet werden, dass der Auftraggeber nur die Er­ gebnisse erhält, d.h. keinerlei Rück­ schlüsse auf Teilnehmer ziehen kann. Die Teilnehmer selbst sollen zudem überprüfen können, dass ihr Fragebogen in der Endstatistik tat­ sächlich mitgezählt wurde.

Hauptmerkmale unseres Systems sind:

Martin Wiget 1979 [email protected]

- Anonymität des Teilnehmers Zu keinem Zeitpunkt darf eine Zusammenführung von Teilnehmer und ab­ gegebener Stimme hergestellt werden können. - Authentifizierung des Teilnehmers Nur berech­ tigte Teilnehmer dürfen an der Meinungsumfrage teil­ nehmen und jeder darf seine Meinung nur einmal ab­ geben. - Integrität der Daten Es darf an keiner Stelle – we­ der bei der Übertragung noch bei der Speicherung – möglich sein, Umfragedaten unbemerkt zu verän­ dern, zu löschen oder hinzuzufügen.

- Integrität der Umfrageergebnisse Die Berech­ nung von Zwischen- oder Teilergebnissen muss aus­ geschlossen werden. Andernfalls könnte ein Auftrag­ geber nach einer gewissen Zeit ein Zwischen- oder Teilergebnis dazu missbrauchen, die nachfolgenden Meinungsumfragen zu beeinflussen. - Korrektheit der Ergebnisse Das Ergebnis muss korrekt ausgewertet werden, insbesondere müssen alle abgegebenen Umfragen auch gewertet werden. - Interface zur Erstellung einer Umfrage Dem Cu­ stomer wird ein Java-Programm zum Erstellen einer On-Line Meinungsumfrage zur Verfügung gestellt. - Implementierung der Protokoll-Schritte mittels geeigneter Kommunikationsmethoden Für die Kommunikation unter den verschiedenen Parteien werden möglichst wenige und einfache Protokolle verwendet (Email, HTTP, HTTPS, Web Services (WS), ...) 1. Registrierung des Customers beim Provider (HTTPS) Registrierungsdaten werden dem Customer über­ mittelt (E-Mail) 2. Poller einladen (E-Mail) 3. Pollermark blind signieren (WS) 4. Umfrage abschicken (WS) 5. Beantwortete Umfragen holen (WS)

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BI

Armadillo - A self-adapting Web Application Firewall

Informatik Informatique

Security Experte : Dr. Endre Bangerter Experte : Dr. Igor Metz , Glue Software Engineering AG

Webapplikationen spielen eine zentrale Rolle in der digitalen Informationsgesellschaft. Bei der Entwicklung vieler Webapplikationen wurden Sicherheitsaspekte bisher unzureichend berücksichtigt. In der Tat werden Webapplikationen von Experten als sehr verwundbar eingestuft. Deshalb erstaunt es nicht, dass solche Applikationen mittlerweile zu den bevorzugten Angriffszielen von Hackern gehören. “Web Application Firewalls” (WAF) gehören zu den zentralen Sicherheitsmechanismen zur Abwehr von solchen Angriffen. Das Ziel von Armadilllo ist es, ein Werkzeug für eine bestehende Open Source WAF zu entwickeln, welches erlaubt, halbautomatisch einen applikationsspezifischen Schutz zu generieren. Ausgangslage Heutige Internetbenutzer gestalten das Internet aktiv mit. Man bestellt etwas, schreibt einen Kommen­ tar, lädt Bilder in ein Online Album, erledigt seine Bankgeschäfte oder füllt seine Steuererklärung online aus. Neuerdings können sogar Do­ kumente verfasst oder eine Tabel­ lenkalkulation im Internet erstellt werden, ohne ein Office Paket lokal installieren zu müssen. Die Webapplikationen, welche all dies ermöglichen, werden immer kom­ plexer, zahlreicher und wichtiger in unserem täglichen Leben. Neue Technologien bringen neue Sicherheitslücken mit sich. So öff­ nen sich für Hacker neue Wege, um erheblichen Schaden anzurichten, indem Online-Dienste angegriffen oder persönliche Daten entwendet werden. Bestehende Sicherheits­ technologien wie Netzwerk-Fire­ walls oder Intrusion Detection Sys­ teme bieten für Webapplikationen unzureichenden Schutz, da sie nicht die Möglichkeit haben, Daten auf der Applikationsebene zu filtern.

WAFs sollen vor den neuen Ge­ fahren schützen. Dieser Schutz wird anhand einer Policy definiert, allerdings weisen bestehende Lö­ sungen folgende Schwächen auf: - manuelle Konfiguration ist zeit­ aufwendig und fehleranfällig - Policy ist nicht applikationsspe­ zifisch Umsetzung Mit Armadillo werden die ge­ nannten Probleme behoben. Es wird eine Webapplikation nach Schwachstellen (sicherheitsrele­ vante Variablen) abgesucht und anhand der gesammelten Infor­ mationen eine massgeschneiderte WAF-Policy generiert. Dadurch wird der Schutz, mithilfe einer erprobten WAF (Modsecurity), individuell an die Webapplikation angepasst. Armadillo benutzt Parser Techno­ logien, um den Source Code einer

Webapplikation nach sicherheits­ relevanten Variablen zu durchsu­ chen. Es handelt sich dabei um Variablen, deren Werte von einem Benutzer der Webapplikation be­ einflusst werden können. Um zu verhindern, dass solchen Variablen unautorisierter Code mitgegeben wird, generiert Armadillo eine Po­ licy, die den Wertebereich dieser Variablen einschränkt. Dabei hilft Armadillo dem Benutzer mit einer grafischen Oberfläche und geeig­ neten Regelvorschlägen. Zusätzlich kann ein Regel Editor verwendet werden, um eigene Regeln zu de­ finieren. Als letzter Schritt wird eine Konfigurationsdatei erstellt, welche als Policy für Modsecurity fungiert. Aufgrund der Analyse von Armadil­ lo überprüft Modsecurity den Da­ tenverkehr zwischen Internet und der Webapplikation und verbietet so mögliche Angriffe.

Stefan Arn 1981 [email protected]

Fabio Di Blasi 1983 [email protected]

Stephan Hofacker 1980 [email protected]

3-Schichten Architektur

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BI Webbasierte Verwaltung von medizinischen Dokumenten

Informatik Informatique

Advanced Web Technology / Prof. Dr. Emanuel Benoist Experte: Armin Blum, BAKOM

“eHealth” – eines der neuen Schlagworte in Politik, Wissenschaft und Medizin – beschreibt einen umfassenden Umbruch in der heutigen medizinischen Landschaft der Schweiz. Kurz gefasst geht es dabei um den integrierten Einsatz von Informations- und Kommunikationstechnologien im Gesundheitswesen. Im Zentrum steht dabei stets das Wohlergehen des Patienten. Dies streben wir an, indem wir die administrative Arbeit für medizinische Fachpersonen erleichtern. Durch die geschaffene Webapplikation sollen Patien­tendaten unabhängig von Ort und Zeit sicher und effizient zugänglich gemacht werden.

Werner Bachmeier 1975 079 305 04 07 [email protected]

Cyrill Gisler 1983

Vorgehen Ausgehend von einer gründlichen Analyse des tech­ nischen und kulturellen Kontextes unseres medizi­ nischen Systems hat sich das webDoc Team eine solide Basis für ein Projekt geschaffen, das wesentlich zur Verbesserung unseres Gesundheitswesens beitragen will. Mittels Einsatz neuster Technologien und konzep­ tionell innovativen Ansätzen wurde vom webDoc Team ein webbasiertes Patientendossier-Verwaltungssystem konzipiert und realisiert. Im Gegensatz zu den vielen bereits vorliegenden eHealth-Lösungen liefert der ge­ schaffene Prototyp mehrere bahnbrechende Authentifi­ “Die Menschen in der Schweiz können im Gesundheits­ zierungs- und Autorisationslösungen. So ermöglicht er wesen den Fachleuten ihrer Wahl unabhängig von Ort einen sicheren und zugleich maximal gebrauchstaug­ und Zeit relevante Informationen über ihre Person zu­ lichen Umgang mit unseren unbestritten schützens­ gänglich machen und Leistungen beziehen. Sie sind werten Gesundheitsdaten. aktiv an den Entscheidungen in Bezug auf ihr Gesund­ heitsverhalten und ihre Gesundheits­probleme beteiligt Technologien und stärken damit ihre Gesundheitskompetenz. Die - Java EE 5 Informations- und Kommunikationstechnologien wer­ - JBoss Seam den so eingesetzt, dass die Vernetzung der Akteure im - AJAX Gesundheitswesen sichergestellt ist und dass die Pro­ - Diverse Hardware für Zugriffs- und zesse qualitativ besser, sicherer und effizienter sind.” Authentifizierungsprozedere

079 566 05 51

Hintergrund In der medizinischen Landschaft der Schweiz besteht ein grosser Handlungsbedarf bei der Integra­tion von Informations- und Kommunikationstechnologien. Zahl­ reiche Todesfälle und horrende Betriebskosten resul­ tieren aus Datenverlust, Datenverwechslung und Transferverzögerungen in der bisherigen Handhabung von Patientendaten. Das ist angesichts des heutigen technischen Know-hows nicht länger vertretbar. Diese Ansicht teilt auch der Bundesrat, der im Dezember 2006 folgende Vision publizierte:

Quelle: “Nationale Strategie eHealth”, 2006

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Freunde und Verwandte

Medizinische Fachpersonen Forschung

Medien und Kultur

Politik und Gesetzgebung

Samuel Scheidegger 1985 078 888 85 95

Wirtschaft

Medizinische Institute

[email protected]

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Partner Dieses Forschungsprojekt wurde für das universitäre Forschungsinstitut MEMCENTER realisiert, welches über mehrjährige Erfahrung im Umgang mit anonymisierten Patientendaten im internationalen Kontext verfügt.

Sponsoren - Axsionics - Boll Engineering AG - Dolphin Systems - Techtrends

Versicherungen

Webseite http://www.cwb.ch/webdoc

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Planning and Scheduling Surgical Operations

Informatik Informatique

Advisor: Dr. Jürgen Eckerle Expert: Han van der Kleij, RTC

Surgical interventions have a tight schedule. Both the patient’s health depends on a quick intervention, as the involved medical personnel and resources are in high demand. Improving the surgical process is of high importance, but real-life tests are very expensive. An alternative is simulating the process in virtual reality: The surgical equipment can be changed easily and the surgical process can be validated quickly.

One main goal of the HOVISSE project (financially supported by the Hasler-Stiftung) is to model, to simulate, to visualize and to optimize the workflow of a PFNAoperation. This simulation needs a planning module to schedule the actions performed during the ope­ ration. HOPla, the HOVISSE Plan­ ner, aims to realize such a module providing automated planning and scheduling for this simulation. More precisely, HOPla has to solve both, scheduling the actions performed during the surgical intervention and computing the paths traversed by the actors in the operation room. There are a lot of well-known algorithms and problem-solving techniques for solving the path finding problem for a single agent. However, in the HOVISSE domain, there are typically several agents which act simultaneously and com­ pete for collective resources. For example, as illustrated in Figure 1, the anesthetist pushes the anesthe­ sia apparatus towards the patient while the nurse moves the mobile part of the operation table outside. This is an adversary path searching problem which cannot be solved by algorithmic geometry or by classical path searching algorithms. HOPla is an effort to develop, implement and test algorithms for solving the scheduling and the path planning problem in this domain.

HOPla is based on a workflow de­ scription which specifies the actions needed by the surgical intervention and the dependencies between these actions. Each action has one or several actors and objects involved, a precondition specify­ ing when the action is executable and an effect specifying the result

of this action. From this workflow description all possible plans can be generated. The plans specify in what order actions have to be executed and which actions may run in parallel to reach the goal. To develop a movement plan, the lay­ out of the room must be known. For this, a geometry description defines the layout of the room; placement of equipment; duration and location for static actions; as well as start and goal position in the room for movement actions. With a plan and a geometry description, HOPla can schedule the actions and find the required move­ ments of the actors. The result is a movement plan that specifies when and where the agents move.

Figure 2: The problem solving process

Stephan Balmer 1982 078 845 25 88

Figure 1: Illustration of an operation in progress Berner Fachhochschule - Technik und Informatik

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Informatik Informatique

MobileTripFinder – Der Ausflugsguide für unterwegs E-Business / Prof. Rolf Gasenzer / Businesspartner: mySwitzerland.com Experte: Dr. Walter Eich, Zuehlke Engineering

“An der Destination ihres Wochenendausflugs angekommen, stellen Sie fest, dass Sie nicht sorgfältig genug geplant haben: Denn die schöne Seilbahn wird im Winterhalbjahr überhaupt nicht betrieben, auch wenn es, wie jetzt, ein aussergewöhnlich schöner und warmer November ist. Doch nun die 100 km wieder zurück fahren und den tollen Ausflug einfach ins Wasser fallen lassen? Nein! Etwas anderes zu unternehmen, wäre toll. Aber was?”

Muriel Berger 1982 [email protected]

Thomas Burri 1980 [email protected]

Mirjam Loacker 1983 [email protected]

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Ausgangslage Im Bereich des Schweizer Tagestou­ rismus sollte eine LBS-gestütztes (Location Based Service) Informa­ tions- und Transaktionssystem für Mobilkommunikationsanwender (ty­ pischerweise mit handelsüblichen Mobiltelefonen) entstehen, welches optimal auf die Bedürfnisse der po­ tentiellen Kunden abgestimmt ist. Zudem galt es, die relevanten Ak­ teure von elektronischen Angebot­ splattformen im Tagestourismus der Schweiz als potentielle Informa­ tions- und Servicelieferanten unter die Lupe zu nehmen, um gegebe­ nenfalls eine Zusammenarbeit in die Wege zu leiten. Konzept Eine Publikumsanwendung muss den Bedürfnissen und Anforderungen des Benutzers entspre­ chen. Aus diesem Grund stellten wir den Benutzer in den Mittelpunkt der Konzeptphase. Unser Ziel: Den Benutzer und seine Bedürfnisse währen der gesamten Anforde­ rungsanalyse, aber auch der Rea­ lisierungsphase, nie aus den Augen zu verlieren. Durch Einsatz diverser User Centred Requirements Engineering-Verfahren arbeiteten wir auf unser Ziel hin. Mobile Application Entstanden ist eine Anwendung unter der Bezeichnung Mobile Trip Finder, welche durch Berücksichti­ gung der unterschiedlichsten Ein­ flussgrössen dem Benutzer eine auf ihn zugeschnittene Liste span­ Berner Fachhochschule - Technik und Informatik

nender und interessanter Trips zu­ sammenstellt. Diese Parameter be­ einflusst der Benutzer durch seine persönlichen Interessen und wei­ tere wichtige Faktoren wie Reiseteilnehmer, Verkehrsmittel, Datum, Dauer (des Ausflugs), Kostengrenzen, Distanz (in welchem Radius um den aktuellen Standort bzw. den gewünschten Zielort herum sollen sich die Trip-Angebote befinden?). Unser Businessparter mySwitzer­ land.com lieferte freundlicherweise entsprechende Daten. Zusätzliche Services (wie SBB-Fahr­ plan, Wetterdaten, Distanzberech­ nung, Restaurantdaten) erhöhen den Nutzen für den Anwender. Beispiels­ weise liefert der Mobile Trip Finder durch die Integration der Internetplatt­ form Foodguide.ch auf Wunsch eine

passende Auswahl an Restaurants in der Nähe des Ausflugzieles. Technologien Mit der weit verbreiteten Techno­ logie J2ME wurde eine (auf dem mobilen Endgerät einfach zu instal­ lierende) Applikation realisiert, wel­ che Anfragen via Internet an den Webservice generiert. Dieser verar­ beitet die Anfrage und holt sich die geforderten Informationen von den Datenbanken und den verschie­ denen Services. Dem Client liefert er die Resultate per XML. Diese flexible Architektur ermöglicht es, Weiterentwicklungen einfach um­ zusetzen, wie beispielsweise die Einbindung weiterer Services oder Datenbanken anderer Angebots­ plattformen.

Systemdesign Mobile Trip Finder (MTF) http://www.ti.bfh.ch

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Prozessunterstützung IKS für Unternehmen

Informatik Informatique

Prof. Rolf Gasenzer / Businesspartner: RTC Real-Time Center AG Experte: Peter Matti, Pronik AG

Nicht zuletzt unter dem Eindruck von Firmenzusammenbrüchen (wie Enron in den USA oder Swiss­ air in der Schweiz) sah sich der Gesetzgeber auch hierzulande veranlasst, entsprechende Anpassungen im Aktienrecht vorzunehmen. Neu werden eine jährliche Risikobeurteilung sowie der Nachweis über die Existenz eines wirksamen internen Kontrollsystems (IKS) für Unternehmen in der Schweiz zur Pflicht. Die Prüfung erfolgt durch die Revisionsstelle. Die Diplomarbeit befasst sich mit der Realisierung eines elektronischen IKS für die Firma RTC Real-Time Center AG in Bern/Liebefeld. Dabei wurde eng mit der Revisionsgesellschaft Ernst & Young zusammen gearbeitet.

Ausgangslage Die Firma RTC in Bern bietet Soft­ wareprodukte und IT-OutsourcingLösungen an. Wenn RTC-Kunden (über siebzig Banken) ihre rund vier Millionen (Bank-)Kunden verwalten, stellt dies hohe Ansprüche an die Verfügbarkeit und Leistungsfähig­ keit von IT-Services. Um eine qua­ litativ hochstehende Dienstleistung zu gewährleisten, setzt sich RTC seit geraumer Zeit mit interner Kon­ trolle und Risikomanagement aus­ einander. Mit dem Inkrafttreten der Änderungen im OR (Art. 728 und Art. 663) bezüglich des Nachweises eines internen Kontrollsystems so­ wie den notwendigen Angaben zur Durchführung einer Risikoanalyse im Geschäftsbericht stellt sich die Frage, wie ein elektronisches IKS die Mitarbeiter erfolgreich unterstüt­ zen kann.

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Zielsetzung Ziel der Diplomarbeit ist es, ein Pro­ totyping für die Umsetzung des ge­ forderten Dokumentationskonzepts aufzubauen. Dies insbesondere im Hinblick auf den geforderten Nach­ weis der Effektivität der Kontrollen sowie bezüglich der verlangten lau­ fenden Weiterentwicklung des IKS im Unternehmen. Dabei sollen Prozesse aus dem Bereich Finanz-, Release-/ Test- und Changemanagement so­ wie dem IT-Riskmanagement abge­ bildet werden. Das System soll eine Verknüpfung mit international aner­ kannten Rahmenwerken wie COSO, CobIT und ITIL erlauben. Realisierung Im Sommersemester 2007 wurde unter Einbezug von Ernst & Young ein Konzept für einen Prototypen ausgearbeitet, der nun während der Diplomarbeit realisiert wird. Mittels Webbrowser können Benut­ zer auf das entwickelte IKS-Portal zugreifen, wo ihnen adressatenge­

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rechte Inhalte (z.B. eine rollenab­ hängige Risikobeurteilung) präsen­ tiert werden. Die Automation von Kontrollprüfungen, vordefinierten Reportings und Alarmierungsfunk­ tionen bringt den Anwendern eine erhebliche Effizienzsteigerung und trägt dazu bei, dass das IKS auch “gelebt” wird. Ein Führungscockpit rundet die Funktionalitäten ab. Es ermöglicht dem Verwaltungsrat und der Geschäftsleitung, sich ein ge­ zieltes Bild über die aktuelle Lage im Unternehmen zu machen. Für die Umsetzung wurden Schnitt­ stellen zu bestehenden Systemen (Datenbanken, Verzeichnisdienste, etc.) bei RTC berücksichtigt. Auf einem Windows 2003 Server wird ein IIS (Webserver) betrieben, der mit mehreren Datenquellen (MS SQL-, Oracle- und Active Directo­ ry-Server) verbunden ist. Die Ent­ wicklung baut auf neuen Web-Tech­ nologien wie ASP.NET, AJAX und Webservices auf. Die Logik wurde in C# programmiert.

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Christian Beyeler 1980 076 435 65 92 [email protected]

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Informatik Informatique

WebMetriX: Similarity Metrics for Web Documents Informatik / Prof. Dr. Olivier Biberstein Experte: Dr. Andreas Spichiger

Aufgrund der Grösse des World Wide Web und des noch zu erwartenden Wachstums werden zunehmend umfassende Methoden zur Identifikation sowie zur Klassifizierung von Websites benötigt, um gezielt Websites mit bestimmten Eigenschaften suchen zu können. Bisherige Systeme beschränken sich vorwiegend auf den Inhalt (Semantik), wobei die strukturellen Aspekte (Syntax) vernachlässigt werden. Im Rahmen dieser Diplomarbeit sollen nun auch strukturelle Merkmale von Websites bei deren Identifikation berücksichtigt werden. Der Fokus dieses Projekts liegt beim effizienten Auffinden von Websites mit illegalen Inhalten.

Gregor Boesch 1977 [email protected]

Wenn eine Website mit Illegalen Inhalten (z.B. Phishing, Kinderpor­ nographie etc.) identifiziert und auf rechtlichem Weg geschlossen wird, taucht sie oft sehr bald unter einer anderen Adresse und meist in sehr ähnlicher Form wieder auf. Es be­ steht deshalb ein grosses Interes­ se, derartige Websites effizient und schnell wieder aufzuspüren. Zu diesem Zweck soll eine Applikati­ on programmiert werden, welche Websites anhand ihrer strukturellen Merkmale vergleichen kann. Dies sind nämlich oft diejenigen Merk­ male, deren Erzeugung aufwän­ dig ist und die deshalb häufig von ähnlichen Websites kopiert und so wiederverwendet werden. Es bietet sich deshalb an, eine Site neben dem Inhalt auch hinsichtlich ihrer Struktur zu analysieren.

In dieser Arbeit wurden aus der grossen Menge an strukturellen Merkmalen einer Website einige ausgewählt, welche auf praktisch jeder Website vorkommen und sich deshalb als Grundlage für einen strukturellen Vergleich von Websites eignen: - Die relative Auftretenshäufigkeiten (Frequenz) der in den HTML-Sei­ ten enthaltenen Tags - Die durch die Verschachtelung der Tags entstehende Struktur (DOMBaum) - Informationen, welche das Aus­ sehen einer Site beeinflussen, d.h. Style-Informationen im HTMLCode oder ausgelagert in CSSStylesheets - Der durch die Verlinkung der einzel­nen Seiten einer Website entstehende Graph bzw. dessen Ei­gen­schaften wie Kompaktheit, Konnektivität (Verbindungsdichte), etc.

Die Applikation wird den Vergleich für die oben genannten Kriterien vollziehen und die Ergebnisse als Text und in graphischer Form dar­ stellen. Sie ist funktionell in zwei Teile aufgeteilt: Im ersten Teil wer­ den die relevanten Daten aus den Websites extrahiert und als XMLFiles abgelegt, im zweiten Teil wer­ den XML-Files eingelesen und die Ähnlichkeit zwischen den Websites berechnet. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit ist die Beantwortung der Frage, in­ wiefern sich Websites aufgrund ih­ rer strukturellen Eigenschaften so klassifizieren lassen, dass anhand der Klassifizierung Rückschlüsse auf den Inhalt der Website gezogen werden können.

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Struktur des HTML-Codes zweier Homepages graphisch dargestellt. (Dieses Bild dient nur zur Illustration der Struktur einer Homepage. Es war nicht das Ziel dieser Arbeit, derartige Graphiken zu erzeugen.)

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Virtual Character Animation

Informatik Informatique

Virtual Reality Lab / Prof. Claude Fuhrer Expert: Dr. René Bach

With increasing computing power, virtual reality has become more and more important, not only in the entertainment industry, but also in industrial environments. Simulating a human character in a three dimensional environment can help to visualise and plan complex and time critical procedures. Following a request from our project coach, we decided to familiarise ourselves with the topic of virtual characters by creating a basic simulation of a virtual human body.

Ogre 3D For our simulation, we used Ogre3D (Object-Oriented Graphics Render­ ing Engine) to visualise our character. Ogre3D is a very powerful pro­ gramming framework designed to make it easier and more intuitive for developers to produce applications utilising hardware-accelerated 3D graphics. The Ogre3D library also provides useful interfaces to allow other programming modules or engines to be integrated. We chose the Newton Dynamics Engine as the physics engine to simulate the physi­ cal behaviour of our human body.

Traditional Animation There are several ways to animate a virtual character. One of the most widespread techniques is to record an animation as series of body part movements. The positions of the body parts are saved as keyframes on a timeline. When the anima­ tion is played, these positions are interpolated and result in a smooth animation. The drawback of this technique is that the sequences are always static like a movie. Therefore, it is difficult to react realistically to arbitrary situations in the 3D environment. We used the 3D modelling software Maya to create a 3D character model with animations. The character was integrated in a demo application that serves as a proof of concept to show how a vir­ tual character can be animated in a 3D environment using traditional techniques. In the VCA Demo, the character runs along a user de­ fined path. We use a continuous stream of locations, determined by the user’s mouse pointer, to define the nodes the character has to

visit. Between these nodes, a path is constructed as a spline, which is a polynomial curve. Thus, the character doesn’t run straight from point to point, but walks through the defined points in a very smooth way, like a human would do. More interactions between the character and the environment could easily be implemented with this combina­ tion of splines and animations. Ragdoll Animation Another approach to animation is the so called ragdoll animation. This technique simulates physi­ cal objects for every body part to represent the bones and joints of the human body. These objects are processed by the physics engine to let them react to forces like gravity and simulate collisions between the body and objects in the environ­ ment. Ragdoll animation enables us to simulate a character that drops down like in the real world. The physical skeleton structure can also be used to create generic animations that fit into any given situation.

Timothée Bourquin 1985 [email protected]

Nicolas Hauzaree 1983 079 674 68 36 [email protected]

Philipp Kuhn 1983 078 738 69 63 [email protected]

Character dropping down with ragdoll animation

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Informatik Informatique

WebBiometrix – the way we type Webapplikation / Prof. Dr. Emmanuel Benoist Experte: Andreas Dürsteler

Durch den Einsatz von biometrischen Erkennungsverfahren können vertrauliche Daten noch besser vor Fremdzugriffen geschützt werden. Als Grundlage unserer Diplomarbeit dient die Tatsache, dass das Tippverhalten einer Person nahezu so einzigartig ist, wie ihr Fingerabdruck. Mit Hilfe unserer Webapplikation “WebBiometrix” ist es möglich, verschiedene Personen anhand ihrer Tippverhalten zu unterscheiden. Das Kernstück unserer Arbeit war die Entwicklung eines Algorithmus, welcher Tippmuster analysieren und auswerten kann.

Pascal Bovet 1983

Olivier Liechti

Einführung Biometrische Erkennungsverfahren haben in der heutigen Zeit einen immer höheren Stellenwert. Der Einsatz von Biometrie ist ein viel versprechender Ansatz, um die ak­ tuellen Sicherheitskonzepte zu er­ weitern und somit zu verbessern. Verfahren zur Identifizierung einer Person anhand des Fingerabdrucks oder der Iris haben eine gewisse Marktreife erreicht. Es gibt jedoch noch kein Verfahren, welches Per­ sonen aufgrund deren Tippverhalten unterscheiden kann. Biometrie Beim Einsatz der Biometrie zur Iden­ tifizierung von Personen werden in­ dividuelle Merkmale oder verhaltens­ basierte Charakteristika verglichen. Zu diesen Merkmalen und Charak­

teristiken gehören unter anderem die Iris, der Fingerabdruck, die Stim­ me, die Handschrift und auch das Tippverhalten einer Person. In der Einlernphase (engl. Enroll­ ment) werden die Merkmalsdaten als Referenzmuster gespeichert. Zu einem späteren Zeitpunkt können die Merkmale oder Charakteristika einer Person mit einem Referenz­ muster verglichen werden. Dabei wird berechnet, mit welcher Wahr­ scheinlichkeit diese Merkmale und das Referenzmuster miteinander übereinstimmen.

Person verschiedene, wiederkeh­ rende Buchstabenkombinationen mit einer individuellen Geschwindig­ keit tippt. Unser Verfahren ist sprachunabhän­ gig und kostengünstig einsetzbar, da die Person lediglich über eine handelsübliche Tastatur verfügen muss. Um das Verfahren demonstrieren zu können, wurde eine Webapplikation entwickelt. In dieser Demo-Webappli­ kation können sich Benutzer regis­ trieren (Enrollment). Anschliessend kann der Benutzer durch Abtippen eines Textes überprüfen, mit welcher Wahrscheinlichkeit sein Tippmuster Verfahren Wir haben ein Verfahren entwickelt, mit seinem Referenzmuster überein­ mit dem die Tippmuster verschie­ stimmt. Zusätzlich besteht die Mög­ dener Personen voneinander un­ lichkeit sein Tippmuster mit den Re­ terschieden werden können. Die ferenzmustern anderer Benutzern zu Unterscheidung ist möglich, da jede vergleichen.

1983 [email protected]

WebBiometrix: Benutzererkennung anhand des Tippverhaltens

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RML II Datalink

Informatik Informatique

Funkübertragung / Rolf Lanz, Hansjürg Wenger Experte: Dr. René Bach

Die RUAG Aerospace führt den Einbau von ISSYS-Selbstschutzsystemen in Helikopter durch und hat ergänzend dazu den Radar-Missile-Laser-Simulator (RML) entwickelt, welcher die am Helikopter vorhandenen Bedrohungssensoren testet. Zur Zeit wird ein verbessertes Nachfolgegerät, der RML II, entwickelt, das über ein Funknetzwerk verfügen wird, welche die Kommunikation zwischen mehrern RML IIs und dem ISSYS erlauben soll; so kann eine Person alle Sensoren auf einmal testen und sich gleichzeitig einen Überblick über den Zustand des ISSYS verschaffen. Dieses Netzwerk benötigt ein Kommunikationsprotokoll, welches im Rahmen dieser Arbeit implementiert und getestet wird.

Funkmodul len Schnittstelle; so sollen sich Grundlage des Funknetzwerkes ist die oberen Schichten nicht um der ER400/900TRS-02 Transceiver die genauen Übertragungspa­ der Firma Low Power Radio Solu­ rameter kümmern müssen, da tions, ein recht schlichtes Funkmo­ diese sowieso durch das Funk­ dul für die freien Frequenzbänder modul fest vorgegeben sind. um 433, 869 (Europa) und 914MHz - Die Funkmodulschicht verbirgt (USA), welches sich bequem über die Details der Ansteuerung eine serielle Schnittstelle ansteuern der Funkmodule; das Wechseln lässt. Letztere beiden Tatsachen eines Funkkanals kann so durch bedeuten aber, dass die maximale einen einfachend Funktionsauf­ Datenrate bei vergleichsweise be­ ruf vorgenommen werden. scheidenen 3840 Bytes pro Sekun­ - Die Protokollschicht schliesslich de liegt und die Störfestigkeit gering kümmert sich um die eigent­ ist, da praktische jedes frei erhält­ lichen Aufgaben des Protokolls; liche Gerät mit Funkausstattung in diese umfassen den Aufbau eben jenen Bändern sendet. des Netzwerkes, die Stücke­ lung des Datenstroms in Pakete, die Erkennung von Übertra­ Kommukationsprotokoll gunsgfehlern und vor allem die Das im Rahmen einer vorgängigen Einhaltung der Funkdisziplin, da Projektarbeit entworfene Protokoll sich wahllos funkende Module soll nun als Programmbibliothek gegenseitig stören würden. implementiert werden, wobei ein geschichteter Aufbau (Stack) ange­ Diese Bibliothek soll es Program­ men ermöglichen, auch einfache strebt wird: - Die Schnittstellenschicht abstra­ Weise über das Netzwerk zu kom­ hiert die Eigenheiten der seriel­ munizieren.

Protokollanalyzer Im Rahmen dieser Arbeit kann die Funktionsfähigkeit des Protokolls nur unter Laborbedingungen gete­ stet werden; für die unabdingbaren weiteren Tests muss daher ein Pro­ tokollanalyzer entwickelt werden, der die Weiterentwicklung des Pro­ tokolls unterstützt. Aufbauend auf einer von der RUAG speziell entwickelten Hardware mit zwölf Funkmodulen (für jeden Funk­ kanal eines) wird der Analyzer den Funkverkehr abhören und im Stile von Ethereal/Wireshark dem Benut­ zer zur Auswertung präsentieren.

Sandro Burgener 1982

Claudio Fasciati 1979

RUAG 12-fach-Empfänger (links) und einzelner Sender (rechts) auf dem Schnittstellenwandler; im Hintergrund erahnbar die Komplexität der Software.

Der Analyzer soll es dem Benutzer ermöglichen, den Funkverkehr live mitzuverfolgen, Mitschnitte abzu­ speichern und eine genaue Analy­ se vorzunehmen. Zu diesem Zweck bietet der Analyzer sowohl eine nach Funkkanal geordnete chro­ nologische Übersicht der empfan­ genen Datenpakete als auch eine Detailansicht an, die den Inhalt aus­ gewählter Pakete aufgeschlüsselt darstellt.

Screenshot des Protokollanalyzers Berner Fachhochschule - Technik und Informatik

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Walter A. Lüthi 1976

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Informatik Informatique

DMCenter – Web-based Document Management Wirtschaftsinformatik / Prof. Rolf Jufer Experte: Han van der Kleij, RTC

DMCenter (Dokumentenmanagement-System) erleichtert den Benutzern den Umgang mit Dokumenten und deren Versionen unter Berücksichtigung der jeweiligen Benutzerberechtigung und Gruppenzugehörigkeit. Ziel ist es, den Benutzern über ein Webinterface eine intuitiv bedienbare und selbst administrierbare Webapplikation zur Verfügung zu stellen. Technologisch wurde bei der Realisierung der Fokus auf zeitgemässe Technologien gesetzt wie z.B. Hibernate, MyFaces, Tiles, JAAS, usw.

Stefan Canobbio 1977 [email protected]

Daniel Creus 1979 [email protected]

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Ausgangslage Das Ergebnis eines Grossteiles aller Computerarbeiten sind Dokumente. Bis heute werden Dokumente in einem eventuell strukturierten File­ system abgelegt. Dokumente haben aber häufig keine eineindeutige Zu­ ordnungsmöglichkeit. Dokumente können zu Aufträgen, zu Kunden, zu einem Datum, zu einem Autor oder vielen anderen Kategorien zu­ geordnet werden. Sind keine Du­ bletten erwünscht, bietet aber ein Filesystem keine geeignete Ablage an. Wenn Dokumente bearbeitet werden, muss erst sichergestellt werden, dass niemand anderes aktuell am Bearbeiten dieses Do­ kumentes ist. Soll ein Dokument gesucht werden, reichen die vom Filesystem angebotenen Suchme­ chanismen häufig nicht weiter als einfache Suchen nach Erstellungs­ datum oder Dateinamen. Sollen von Dokumenten gegebenenfalls frühere Versionen vorhanden sein, ist der Ersteller gezwungen, die Da­ tei unter einer anderen Version ab­ zuspeichern. Ein entfernter Zugriff auf die Dokumente ist wenn über­ haupt häufig nur mit dem Einsatz von VPN, IPsec oder anderen ge­ sicherten Verbindungen ins Firmen­ netzwerk möglich.

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Applikation Das webbasierte Dokumentenma­ nagement System unterstützt fol­ gende zentrale Funktionen: - Benutzer- und Gruppenverwal­ tung - Stellvertretungsmanagement - Up- und Download von Doku­ menten - Checkin, Checkout von Ver­ sionen - Suchen nach Dokumenten an­ hand von Metadaten - Suchen nach Dokumentinhal­ ten

Technologien Als relationale Datenbank nutzen wir für den Betrieb von DMCenter die freie Datenbank MySQL. Die Schnittstelle zur Applikation bildet das Persistenzframework Hiber­ nate. Für den Authentisierungs­ mechanismus nutzen wir JAAS, welcher flexibel konfiguriert wer­ den kann – somit können jegliche Benutzerdatenbanksysteme ange­ steuert werden. Weiter wird für die Generierung der HTML Applikationsformulare das Framework Java Server Faces (JSF) eingesetzt. Als geeignete Im­ plementation der JSF Spezifikation wurde Apache MyFaces genutzt. Weiter wurden Tiles, JUnit, Ant und Subversion für die Realisierung ein­ gesetzt.

Versionen-Übersicht zu einem Dokument

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Behavioural API Call monitoring

Informatik

IT Security / Dr. Endre Bangerter, Adrian Gschwend, Gerhard Hassenstein, Matthias Steck Expert: Dr. René Bach, Bund ISB

Informatique

Malicious code is one of the major threats to the security on the Windows platform. In our diploma thesis, we have developed a system which performs a threat analysis based on application behaviour. During a learning phase, the behaviour of a known good version of an application is monitored and recorded. After the learning phase, when the application goes live, its behaviour is constantly compared to the profile created during the learning phase. If the application behaves in an unexpected way, an action is triggered (log entry, alarm, process termination).

Introduction The daily use of the Internet makes our computers vulnerable to a large number of attacks. Downloading and installing programs from vari­ ous sources increases the risk that the files of those programs contain malicious code. The behavioural API call monitor developed in this thesis allows to assess and enforce some key integrity properties of the programs running on a user’s platform, and thus to counter many attacks. Architecture: The behavioural API call monitor consists of two main modules: the learning module and the monitoring module. In the following we describe these modules in more detail.

Learning module The monitoring module is executed in a safe environment with a trusted version of an application. The goal of this part is to establish the profile of a good behaviour of a selected application (e.g. Firefox). To establish this behaviour, we first analyze on the disk the Portable

Learning phase: analysis of application

Executable file (exe file). This proc­ ess allows us to retrieve the API functions present in the application. The functions, which permit the interaction between the application and the Windows operating system, are then stored in a database. Then, to gather additional informa­ tion (i.e. function parameters), a second analysis is made when the application is loaded in memory. Based on these two analysis steps, we establish the profile of the good application behaviour. Monitoring module The monitoring module can be launched on any computer that is to be monitored (e.g. an employees’ computer of an enterprise). It uses the profile determined by the learn­ ing module. The user selects an application to be monitored by this module. For each API call made by the application, a connection with the database is made to control that all parameters correspond to the good behaviour profile. If anything suspicious happens, an action is triggered (log entry, alarm, process termination).

Florian Champion 1979 [email protected]

César Ferreira 1983 [email protected]

Grégory Rossel 1984 [email protected]

Monitoring phase: application monitoring Berner Fachhochschule - Technik und Informatik

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Informatik Informatique

Discover which shares to buy on stock market Decision Support System / Prof. Marcel Pfahrer, Prof. Michael Röthlin, Rolotec AG, Bienne Expert: John Schaer, Sage Pro-Concept SA, Sonceboz

If you want to buy shares in stock market, you should have good financial knowledge, time to make your choice, know your profile of investor, understand and anticipate external factors that influence it. If you have this knowledge and don’t want other advices, you don’t have to read the following text. Otherwise, BoursoGuide (BG) could help you. BoursoGuide is a program that advices you, according to your preferences, by proposing you a list of shares to buy.

Fabiano Di Tomaso 1984 079 413 84 27 [email protected]

Jérôme Galeuchet 1983 076 527 54 53 [email protected]

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Idea In stock market, you can access to an amazing amount of infor­ mation, sometimes free. But the interpretation of these data is hard. Moreover, you spend a lot of your time and are not really sure about your choices. If you are looking for an easier solution, BoursoGuide exists. The idea of BoursoGuide is to discover your needs by asking you different questions according to your competences. Thanks to this investor profile, a list of shares will be established to allow you a virtual purchase. Performance BoursoGuide uses 8 different algo­ rithms and 6 of them were tested using data of the last 8 years on the SWX market with 5 shares of 5 different sectors. Their average performance (over 12 months) by giving you a buy-signal is correct in 72 % of the cases. The best algorithm called “Timing” has an average performance of 83 % dur­ ing 6 months after the advice.

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Functionality The source data of BoursoGuide is automatically updated each day. Moreover, a parameter section allows the administrator to change easily some important parameters, such as the current federal funds rate. The GUI, providing two dif­ ferent modes (normal and expert mode), has been created to be as intuitive as possible. Of course, each user can save and change his profile at any time. Handle his own portfolio is possible too.

System Architecture For a clearer conceptual view, the logic of the pattern Model-ViewController has been used. The figure below shows that the Bour­ soGuide database (MS SQL Server) is synchronized with the source database of Telekurs (TKDB) in JAVA and T-SQL. The data available is then used in the web-application developed with Microsoft .NET.

Global vision

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Für uns bedeutet Teamgeist nicht, dass alle gleich sind. Aber, dass alle füreinander da sind. Im Team die Fähigkeiten eines jeden Einzelnen fördern – das ist der Kern der Unternehmenskultur von ELCA. Gleichzeitig aber auch die Voraussetzung, um unsere Zielsetzung zu erreichen: herausragende Leistungen zum Vorteil unserer Kunden. Das gelingt uns bestens, dank einem Team von mehr als 380 hochqualifizierten Ingenieuren und gesamthaft über 420 Mitarbeitern, welche die Werte vertreten, die für ELCA bezeichnend sind: Motivation, Kreativität und Effizienz. Ab wann verstärken Sie unser Team? Arbeitsgebiete für InformatikerInnen State of the art Werkzeuge und Umgebungen wie Java, J2EE, .NET, Unix/Linux, XML, PHP, ASP, SOA, AJAX, ... Mehr dazu unter www.elca.ch

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Informatik Informatique

OpenCAPWAP - Zentrale Verwaltung von Access Points Informatik / Gerhard Hassenstein, SWS / Rolf Lanz Experte: Dr. René Bach, Bund ISB

Wireless Netzwerke werden zunehmend mit WLAN-fähigen Mobile Phones genutzt, unter anderem auch für VoIP. Das Roaming zwischen den Access Points kann zu Unterbrüchen in der Sprachübertragung führen. Der Hauptgrund liegt in der Neuaushandlung der Sicherheitsbeziehung zwischen Endgerät und Access Point. Dies lässt sich verhindern, indem der Endpunkt der Sicherheitsbeziehung vom Access Point auf einen dahinterliegenden zentralen Server (Wireless Switch oder auch Access Controller genannt) verschoben wird. Für die Kommunikation zwischen den Access Controllern und ihren assoziierten Access Points kann das CAPWAP-Protokoll eingesetzt werden. OpenCAPWAP ist eine Implementation dieses Protokolls.

Andreas Dröscher 1981 031 911 57 03 [email protected]

Philip Schaller 1983 079 793 58 78 [email protected]

CAPWAP Das CAPWAP (Control And Provi­ sioning of Wireless Access Points) Protokoll wird von der IETF definiert und ist zurzeit in der Vernehmlas­ sung. CAPWAP löst LWAPP ab, welches der erste Versuch war, ei­ nen Standard für die Kommunika­ tion zwischen Access Controllern und einfachen Access Points (auch WTP genannt) zu schaffen. CAPWAP ist ein modulares Protokoll, fast eine Art Framework. Es kann mit verschiedenen Wireless Protokollen (z.B. 802.11 oder 802.16) verwendet werden. Funktionsweise Wird ein neuer WTP ans Netzwerk angeschlossen, so beginnt die Dis­ covery Phase, in welcher der WTP die Access Controller im Netzwerk sucht (vergleichbar mit DHCP). Hat der WTP einen Access Controller ausgewählt, wird ein DTLS Tunnel aufgebaut und die Join Phase ein­ geleitet. In dieser Phase werden Konfigurationen und Einstellungen ausgetauscht, damit bei beiden

Abbildung 2: OpenCAPWAP Schichtenmodell

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Abbildung 1: CAPWAP Kommunikationsverbindungen

Geräten die gleiche Basis zur Kom­ munikation besteht. Der WTP ist nun bereit, seine Dienste (Authenti­ sierung, Paketweiterleitung) für die Wireless Stations (z.B. Notebook, Mobile Phones) bereitzustellen. Realisierung OpenCAPWAP ist objektorientiert in der Programmiersprache C++ um­ gesetzt. Beim Design der API, dem Kern der Diplomarbeit, standen zwei Aspekte im Vordergrund. Alle im Draft definierten Vorgaben müs­ sen erfüllt werden. Zudem wurde viel Wert auf die Modularität des Sy­ stems gelegt. Die API kann sowohl auf einem WTP mit begrenztem Speicher, als auch auf einem AC, wo Skalierbarkeit im Vordergrund steht, eingesetzt werden. OpenCAPWAP ist in einzelne Mo­ dule unterteilt, welche spezifische Aufgaben (Abbildung 2) überneh­ men. Die Netzwerk-API besteht aus http://www.ti.bfh.ch

verschiedenen Submodulen, wel­ che das Verpacken der CAPWAPPakete in Netzwerk-Pakete über­ nehmen (z.B. Verschlüsselung der Pakete mit DTLS). Die CAPWAP-API besteht aus einer grossen Ansamm­ lung von Interfaces und Klassen, welche die Daten aufbereiten und so dem AC/WTP in einer gut struk­ turierten Form zur Verfügung stellen. Die CAPWAP-APIex übernimmt die im Draft verlangten Funktionalitäten (z.B. KeepAlive, Statemachine) und reduziert so den Entwicklungsauf­ wand eines AC/WTP. Einem AC-/ WTP-Entwickler ist es selbst über­ lassen, ob er diese API nutzen will oder seine eigene Implementation, zum Beispiel der Statemaschine, verwenden möchte. Zu Test- und Schulungszwecken wurde ein ru­ dimentärer AC und WTP-Simulator erstellt. Die Simulatoren sind auf PCs und OpenWRT-basierten APs lauffähig. Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique

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SOCT Volumetric Analysis

Informatik

Computer Perception / Prof. Roger Cattin / Dr. Martin K. Schmid (Kantonsspital Luzern) Experte: Yves Petitpierre / Partner: OPTOPOL Technology S.A. Polen

Informatique

Die Behandlung einer degenerativen Netzhauterkrankung, einer Augenkrankheit, welche die Struktur und Zellen der Netzhaut verändert, verlangt nach zuverlässigen Möglichkeiten, den Verlauf der Krankheit zu dokumentieren und zu analysieren. Mit moderner optischer Kohärenztomografie lassen sich gut aufgelöste Schnittbilder der Netzhaut erstellen, welche unsere Applikation SOCT Volumetric Analysis mittels einer effizienten Bildanalyse verarbeitet. Zusammen mit den intuitiven Möglichkeiten für den Benutzer, in den Analyseprozess einzugreifen, liefert die Applikation zuverlässige Messdaten. Diese erlauben es, den Verlauf einer Behandlung und deren Auswirkungen auf die Netzhaut zu verfolgen.

OCT, Abkürzung für Optical Co­ herence Tomography, ist ein noch junges Untersuchungsverfahren, bei dem Licht mit kurzer Kohärenz­ länge mit Hilfe eines Interferome­ ters zur Entfernungsmessung re­ flektiver Materialien eingesetzt wird. Anwendungsbereiche liegen primär in der Medizin, dort vor allem in der Augenheilkunde. Der Haupteinsatz liegt derzeit bei der Untersuchung der Netzhaut (Retina). Die geringe Belastung des Untersuchungsob­ jekts, die hohe Auflösung und zu­ nehmende Geschwindigkeit ma­ chen das Verfahren extrem attraktiv. Neue Lichtquellen, Detektoren und Scanner werden es künftig erlau­ ben, hoch aufgelöste dreidimensio­ nale Mikroskopie in Videogeschwin­ digkeit durchzuführen.

Inhalt der Diplomarbeit war die Entwicklung einer Software für die Augenklinik des Kantonsspitals Luzern, welche die Auswertung retinaler Daten des SOCT Coperni­ cus der Firma Optopol vornehmen kann. Es handelt sich dabei um das momentan schnellste und hoch­

SOCT Copernicus der Firma Optopol

SOCT-Scan einer deformierten Netzhaut

auflösendste OCT-Gerät auf dem Markt. Aus den erstellen Scan-Bil­ dern lässt sich an jeder Stelle der Retina deren Dicke messen und in Form von Karten darstellen. Da dies mit der Herstellersoftware nur unzureichend möglich ist, kommt in unserer Anwendung eine neuartige Methode zum Tragen, welche in Zusammenarbeit mit der Augenkli­ nik entwickelt wurde. Unsere Applikation ermöglicht es, vom Büro des behandelnden Arztes aus auf die Gerätedaten­ bank des SOCT Copernicus zuzu­ greifen und die Messdaten mit Hilfe von effi­zienten Bildverarbeitungsal­ gorithmen so zu analysieren, dass der Verlauf der Netzhautoberfläche und des Pigmentepithels in jedem einzelnen Schichtbild detektiert werden kann. Aus den gewon­ nenen Daten werden Höhen- und Differenzkarten berechnet, die den Ärzten Aufschluss über den Zustand der Netzhaut geben und voluminale Veränderungen erkennbar machen. Eine kontinuierliche und robuste Bildanalyse ist wichtig, um die Ent­ wicklung der Krankheit während der Behandlung zuverlässig vergleichen zu können. In dynamisch gene­ rierten Reports werden den Medizi­ nern schlussend­lich alle relevanten Daten zur Verfügung gestellt.

Simon Fankhauser 1984 079 255 19 33 [email protected]

Maurus Frey 1982 078 778 86 77 [email protected]

Marc-André Weber 1984 079 519 63 92 [email protected]

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Informatik Informatique

Open XML Key Management System Web Services / Prof. Dr. Stephan Fischli Experte: Dr. Igor Metz

Kommunikation via Internet ist grundsätzlich unsicher. Benutzer senden und empfangen E-Mails, ohne Gewissheit über die Kommunikationspartner zu haben. E-Banking ist zwar praktisch aber auch ein beliebtes Ziel für Attacken. Zertifikate und verteilte Schlüssel - ausgestellt und beglaubigt durch eine Zertifizierungsstelle - bieten Sicherheit bei richtiger Anwendung. Der Einsatz ist jedoch umständlich, weshalb häufig darauf verzichtet wird. Unser XML Key Management System reduziert nun die Komplexität der von der Zertifizierungsstelle angebotenen Dienstleistung und ermöglicht eine einfache und sichere Internet-Kommunikation.

Sebastian Fiechter 1982 078 744 01 00 [email protected]

Silvan Peter Krebs 1983 079 755 76 02 [email protected]

Ausgangslage Die XML Key Management Speci­ fication (XKMS 2.0), eine Recom­ mendation vom W3C, definiert ein Protokoll zum Austausch von Zerti­ fikaten und Schlüsseln via Web Ser­ vice. Der Web Service erlaubt einen plattformunabhängigen Maschinezu-Maschine Transfer der Daten und kann damit von unterschied­ lichsten (Business-) Applikationen angesprochen werden. Die Umsetzung erfolgt in Java (JSE 6, JEE 5, JAX-WS) und beinhaltet den XKMS Web Service, ein Client API und einen Demo-Client. Die Implementierung soll als Open­ source-Projekt frei verfügbar sein. Eine entsprechende Umsetzung der XKMS 2.0 wurde bereits von Studenten der Universität Murcia (Spanien) begonnen und auf Sour­ ceforge unter dem Namen “Open XKMS” veröffentlicht. Die bestehen­ de Open XKMS Implementierung soll nun verbessert werden, indem der Code entsprechend vervollstän­ digt und optimiert wird und aktuelle

Frameworks zum Einsatz kommen. Das Resultat dieser Diplomarbeit fliesst wiederum in das bestehende Opensource-Projekt auf Source­ forge ein. Open XKMS Web Service Der Open XKMS Web Service stellt die Schnittstelle zur Zertifikats- und Schlüssel-Verwaltung dar, wobei seine Funktionalität wie folgt defi­ niert ist: Abfragen, Validieren, Regis­ trieren, Verwerfen und Erneuern von Schlüsseln und/oder Zertifikaten. Er ist direkt an einen Public Key Infra­ structure Provider (PKI-Provider) gekoppelt und hat somit Zugriff auf alle benötigten Daten. Wo bisher Zertifikate und Schlüssel umständlich per Email, CD-Rom o.ä. übermittelt wurden, können die Da­ ten heute bequem via Web Service automatisiert ausgetauscht werden. Ein Open XKMS Web Service wird primär von einer Zertifizierungsstel­ le betrieben, der Einsatz in grös­ seren SOA Umgebungen ist eben­ falls denkbar.

Open XKMS Client Das Open XKMS Client API bereitet die Anfragen für den Open XKMS Web Service auf und garantiert eine sichere Übertragung. Hilfsklas­ sen vereinfachen das Auslesen der Schlüssel und Zertifikate und ab­ strahieren das Web Service Inter­ face für den Endbenutzer. Der Demo-Client benutzt das Client API und wird auf dem Rechner des Benutzers installiert. Dieser kann somit einfach und schnell die Dien­ ste des Open XKMS Web Services beanspruchen, z.B. das Zertifikat zu einer E-Mail-Adresse anfordern. Nebst diesen Grundfunktionen überwacht der Demo-Client den TCP/IP-Stack des Client-Rechners und sendet empfangene Zertifikate automatisch an den Service zur Va­ lidierung.

http://www.sourceforge.net/projects/xkms/

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Lumogramm

Informatik Informatique

Computer Graphics / Prof. Claude Fuhrer Experte: Pierre-Yves Voirol

Am nordwestlichen Ortseingang von Burgdorf steht der Spreda-Turm. Im Innern des Turms wird Nahrungsmittelpulver hergestellt. Im November 2006 wurde der Turm erstmals zu einer 70m hohen Taschenlampe: Mit farbigen Leuchten wurde er von Innen beleuchtet und strahlte während des Winters in den Nachthimmel. Jetzt kommt das zweite Jahr: Erneut soll der Turm leuchten und mit Licht- und Farbenspiel die Stadt Burgdorf in Atem halten. Und wieder soll er den Künstlern als Medium für ihre Produktionen dienen.

gramm gut in die bestehende Um­ gebung integriert, d.h. bestehende Sequenz­formate müssen eingele­ sen und exportiert werden können.

Lumolith am Ortseingang von Burgdorf

Turmsimulation im Lumogramm

Der Turm Im viereckigen Turm wurden auf al­ len 6 Etagen in jeder Kante Leucht­ stofflampen in den Farben Rot, Grün, Blau und Weiss angebracht. Die Lampen können einzeln an­ gesteuert werden und in allen be­ liebigen Farbnuancen und Intensi­ täten erleuchtet werden.

Zweck Das Lumogramm unterstützt die Künstler, indem sie ihre Lichtkom­ positionen auf einer Turmsimulation abspielen können. So kann das Re­ sultat während dem Komponieren überprüft und korrigiert werden.

Bestehende Steuerung Bei der Beleuchtung im letzten Jahr wurde ein Bühnenbelichtungspro­ gramm verwendet, mit welchem die einzelnen Lampen angesteuert und die Lichtsequenzen abgespielt wer­ den können. Dieses Programm soll zum Erstellen und Abspielen weiter­ hin verwendet werden; unsere Soft­ ware Lumogramm ist eine auf den Lumolith angepasste Erweiterung des bestehenden Systems. Berner Fachhochschule - Technik und Informatik

Aufgaben Lumogramm Zusammen mit der Projektgruppe vom Forum für Gestaltung und Architektur Burgdorf und den Künstlern von Optickle wurden die Aufgaben zusammengestellt, welche unser Lumogramm erfül­ len muss. Diese Aufgaben bein­ halten das Einlesen und Abspie­ len der Lichtsequenzen auf dem Turmmodell. In zweiter Linie sollen Kompositionen erstellt und abge­ ändert werden können. Wichtig ist dabei immer, dass sich das Lumo­ http://www.ti.bfh.ch

Die Visualisierung Für die Darstellung des Turm­ modells sind verschiedene Betrach­ tungsarten möglich: - eine 2D Ansicht, bei der die vier Turmseiten aufgeklappt nebenei­ nander liegen - eine drehbare 3D Ansicht, bei welcher eine oder zwei Turmsei­ ten sichtbar sind - vier verschiedene Ansichten ne­ beneinander, wobei die Turmper­ spektive aus allen vier Himmels­ richtungen parallel betrachtet werden kann Lumolith für alle Die momentan verwendete Steuerungs­software ist zwar sehr mächtig, jedoch auch nicht gera­ de einfach. Das Lumogramm soll den Zugang zum Erstellen von Kompositionen für den Lumolith erleichtern. Dank den verwendeten Technologien ist es mit geringem Zusatzaufwand sogar möglich, das Lumogramm im Netz verfügbar zu machen.

Cinzia Gasser 1980 078 823 36 88 [email protected]

Bernhard Stähli 1978 076 425 88 77 [email protected]

Technologie Das Lumogramm wird mit folgenden Technologien realisiert: Adobe Flex Builder 3, Adobe Flex SDK 3, Adobe Integrated Runtime AIR.

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Informatik Informatique

- Network Management API Informatik / Rolf Lanz, Hansjürg Wenger Experte: Armin Blum, Bundesamt für Kommunikation BAKOM

Mit ein paar Zeilen Java Code eine Applikation programmieren, welche auf Knopfdruck dem Webserver einen neuen “Virtual Host” hinzufügt und die Cisco Content Switching Module Konfiguration für das Loadbalancing aktualisiert oder auf allen Juniper Router das lokale root Passwort ändert und gleich noch den Tacacs Host umkonfiguriert. Dies ist nicht mehr Wunschdenken, sondern wird mit nmapi und der Unterstützung vom NETCONF Protokoll Realität. Link: http://nmapi.mye.ch

Martin Gerber 1980 [email protected]

Lukas Zaugg 1982 [email protected]

Einleitung Um Netzwerkgeräte verwalten zu können, wird heute vorwiegend SNMP (Simple Network Manage­ ment Protocol) eingesetzt. Die mei­ sten Gerätehersteller bieten jedoch nicht die Möglichkeit, das Gerät komplett per SNMP zu konfigurie­ ren. Um Geräte automatisiert kon­ figurieren zu können, wird deshalb oftmals das Command Line Inter­ face (CLI) benutzt. Dies hat aber verschiedene Nachteile, wie z.B. das Parsen der Ausgabe eines Be­ fehls oder die umständliche Imple­ mentierung der Unterstützung von Username und Passwort bei einem Login über Telnet. Deshalb wurde ein neues Network Management Protocol namens NETCONF (RFC 4741) von der IETF Working Group entwickelt. Mit Hilfe von NETCONF kann ein Gerät per XML konfiguriert und dessen Sta­ tus- sowie Konfigurationsdaten im XML Format gelesen werden.

Motivation und Ziel Die Motivation hinter der Entwick­ lung von nmapi ist der Gedanke, eine Referenzimplementierung vom NETCONF Protokoll von Grund auf in Java zu erarbeiten. Mit die­ ser Implementierung ist es möglich, bestehende oder neue Systeme mühe­los und mit geringem Auf­ wand mit einer NETCONF Schnitt­ stelle zu erweitern, um als Agent agieren zu können. Eine weitere Motivation ist die einfache clientsei­ tige Integration von Datenmodellen und neuen NETCONF Operationen von verschiedenen Herstellern mit minimalem Aufwand. Neben der Enwicklung von nmapi selbst ist ein weiteres Ziel, die Grund­ lagen für eine Veröffentli­chung der Software als Open Source zu erar­ beiten. Dies beinhaltet vorwiegend die Definition von Richtlinien für das Projekt in Bezug auf Lizenz, Mitar­ beiter, Geld, Release­zyklen etc. Die Software nmapi wird erst nach der Diplomarbeit als Open Source ver­ öffentlicht.

nmapi Architektur

Features und Implementierung nmapi zeichnet sich vorwiegend durch folgende Features aus : - Unterstützung vom NETCONF Protokoll und Operationen (IETF RFC 4741 and RFC 4742) - Erweiterbare Komponenten - Plugin fähiger Agent - Open Source nmapi besteht aus den Kompo­ nenten Library, Agent und Client. Die Hauptkomponente ist die NET­ CONF Library. Die Library über­ nimmt Aufgaben wie das Umwan­ deln von XML Daten zu Message Objekten und umgekehrt. Weiter ist die Library zuständig für die Aus­ nahmebehandlung (Exceptions). Das Speichern und Verwalten von Konfigurationsobjekten in soge­ nannten Datastores übernimmt der nmapi Agent. Der Zugriff auf ein System, welches NETCONF unter­ stützt (z.B. über einen nmapi Agent) erfolgt über den nmapi Client.

Anwendungsbeispiel nmapi Client, Agent

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3D-Visualisierung von Flugbewegungen

Informatik Informatique

Informatik/Virtual Reality Lab / Prof. Dr. Jürgen Eckerle, Prof. Urs Künzler Experte: Yves Petitpierre

Die Computerindustrie ist ständig im Wandel. Vor 10 Jahren mussten spezielle Grafik-Workstations gekauft werden, um 3D-Applikationen zu betreiben. Heutzutage ist dies Standard und selbst simple graphische Oberflächen verwenden zunehmend 3D-Effekte. Diese Veränderung hat auch Einfluss auf die Softwareindustrie. Proprietären Closed Source 3D-Engines stehen Open Source 3D-Engines und Libraries gegenüber, die eine weite Verbreitung und Unterstützung geniessen.

Ausgangslage Die RUAG Aerospace entwi­ ckelt und wartet für die Schweizer Luftwaffe ein Computersystem, welches den Piloten ermöglicht, ei­ nen Flug detailliert zu analysieren (Debriefing). Teil dieses DebriefingSystems ist die 3D-Visualisierung der Flugbewegungen. Diese 3DVisualisierung basiert auf einer pro­ prietären Closed Source Engine die nicht mehr weiterentwickelt wird. Anhand einer Marktanalyse wurden existierende 3D-Engines verglichen und Kandidaten als Alternative der existierenden Lösung gesucht. Motivation Die Abhängigkeit von proprietärer Closed Source Software macht die Weiterentwicklung eines Systems schwierig und träge. Änderungen müssen in Auftrag gegeben und eingekauft werden. Es gibt keine Garantie für die Lebensdauer und die Weiterentwicklung.

Ziele der Diplomarbeit Mit Hilfe einer existierenden Open Source OpenGL Engine soll ein Sy­ stem für GNU/Linux entwickelt wer­ den, welches aufgezeichnete Flug­ bewegungen visualisiert. Die Arbeit trägt den Namen E3V – Enhanced 3D Viewer. E3V ist eine Machbarkeitsstudie (Proof-of-Concept) und soll aufzei­ gen, ob die erarbeitete Lösung und die verwendeten Technologien die proprietäre Lösung längerfristig er­ setzen kann. Realisierung Architektur E3V ist eine Applikation, die aus mehreren Prozessen und Threads besteht. Dem Model-View-Con­ troller Pattern folgend wurde ein System entwickelt, welches eigen­ ständig sowie später im existie­ renden Debriefing-System verwen­ det werden kann. Prinzipiell kann eine beliebige Anzahl von Views

IPC und Synchronisation Mithilfe von Shared Memory und Semaphoren findet die Interpro­ zess Kommunikation und Synchro­ nisation statt. Controller und Views können sich jederzeit an und ab­ melden.

Reto Glauser 1981 078 841 83 11 [email protected]

Prozess-Schema von E3V

RTC Timer Um die Wiedergabe synchron und im Schritt zu halten wird die Real Time Clock des Systems ausge­ lesen. So wird garantiert, dass ein 10-minütiger Debrief auch genau 10 Minuten dauert - selbst wenn das System unter hoher Last arbeitet. Terrain Da die 3D-Engine einen Algo­ rithmus einsetzt, der dynamisch Terrain­ausschnitte in den Speicher lädt, ist es möglich, unbegrenzt grosse Terraindaten zu verwen­ den. Anhand der Kameraposition und des Blickwinkels wird ermittelt, welche Ausschnitte angezeigt wer­ den müssen. Nicht sichtbare Aus­ schnitte werden dementsprechend aus dem Speicher entfernt. Zur Zeit wird ein Geländehöhenmodell in 100m Auflösung verwendet.

Screenshot von E3V Berner Fachhochschule - Technik und Informatik

und Controllern gestartet werden – einzige Begrenzung ist die verwen­ dete Hardware.

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Informatik Informatique

Flashcards Player for M-Learning Mobile application / Prof. Marcel Pfahrer Expert: Jean-Jacques Jaquier

The company TWI AG develops since many years an E-Learning platform named Global Teach®. It is a learning management system for the training and the ongoing education. To allow its users to review their learning content, TWI proposed the development of this functionality for mobile devices. A traditional flashcards system consists of boxes which contains cards used to help memorizing a question/ answer pair. This method was developed by the German Sebastian Leitner in the 1970s. The Flashcards player for M-Learning is an enhanced electronic version of the traditional flashcards system.

Cinthya Haldimann 1975 078 820 20 83 [email protected]

With the growing necessity of mo­ bility of the people, the project has been focused on the development of a mobile application. A solution, which runs on mobile devices, has the advantage that it can be used everywhere, at any time, with a more efficient learning strategy as the traditional flashcards system. To allow the application to run on a large number of mobile devices, the Flashcards Player has been de­ veloped with the J2ME platform us­ ing the basics components, which are the Connected Limited Device Configuration and the Mobile Infor­ mation Device Profile. The main purpose of the Flashcards Player is to help the user to learn a set of cards. Beside the Leitner system, more sophisticated learn­ ing strategies can be implemented.

Boxes installed on the mobile device

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In particular, there is an algorithm developed by Piotr A. Wozniak as a master thesis work in the appli­ cations of computer science in hu­ man biology (see www.supermemo. com), which can be applied to flash­ cards system. The overall retention with this algorithm can reach a per­ centage of ~90% after one year of utilization. It has been used for the learning strategy of the Flashcard Player. The different boxes that the stu­ dent can download to play on its mobile devices with the Flashcards Player are accessible via Internet on a web server. The boxes group the cards by themes or subjects. In the traditional flashcards system, a card is a piece of paper on which the question is written on one side and the answer on the other side

Question side of the card http://www.ti.bfh.ch

of the card. This structure is kept in the electronic version. The user navigates through the box accord­ ing to the learning algorithm, rating each card he/she encounters (no idea of the answer, know the an­ swer this time…). The order of the cards is computed by the algorithm. The player keeps a record of the user learning experience to ensure a consistent learning when the box is started again. An application like the Flashcards Player for M-Learning represents for the student an interesting tool for learning because it only requires a mobile device such as cellular phone or PDA and helps optimiz­ ing the learning with an appropriate strategy.

Answer side of the card Haute école spécialisée bernoise - Technique et informatique

BI

Bildungsplattform

Informatik Informatique

Multi-Tier Webapplications / Prof. Pfahrer Marcel Experte: Han van der Kleij, RTC Real Time Center AG

Die Volkswirtschaftskammer Berner Oberland (VWK) betreibt auf ihrer Website eine Informationsplattform für Weiterbildungskurse verschiedener Anbieter aus der Region. Diese soll dem Besucher einen möglichst kompletten Überblick über das aktuelle Kursangebot im Berner Oberland liefern. Das bestehende System ist in Bezug auf Stabilität, Funktionalität und administrativen Aufwand an seine Grenzen gestossen, und soll durch eine neue Lösung ersetzt werden.

Ausgangslage Das Hauptproblem der bisher ein­ gesetzten Anwendung liegt da­ rin, dass Kurspublikationen nur von der VWK vorgenommen wer­ den können. Es existiert zwar ein Tool, welches die Kurse aus einer Excel Datei einlesen kann. Trotz­ dem müssen die von den Anbie­ tern übermittelten Kursdefinitionen manuell in das richtige Format ge­ bracht werden. So liegt der ganze administrative Aufwand auf der Sei­ te der VWK. Diesem Problem gilt es mit der neu­ en Architektur entgegen zu wirken. Jetzt kann die VWK für jeden Kurs­ anbieter ein Anbieterkonto auf dem Bildungsportal eröffnen. Diesem wiederum können Benutzer zuge­ wiesen werden. Diese können nun, abhängig von ihren Berechtigungen, die Kurse für ihre Institution selbst­ ständig verwalten, ändern, löschen oder publizieren. Durch diese Dele­ gierung der administrativen Vorgän­ ge nimmt der Aufwand für die VWK stark ab. Sie behält aber trotzdem die Kontrolle über den Inhalt des Portals, da unangebrachte Publika­ tionen gesperrt werden können.

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Realisation Die Applikation wurde aus Grün­ den der Erweiterbarkeit, Interope­ rabilität und Skalierbarkeit in vier Schichten aufgeteilt. Sie besteht aus der Datenverbindungsschicht, der Geschäftslogik, der Webser­ viceschicht und der Präsentati­ onsschicht. Alle Rollen können auf einem Server zur Verfügung gestellt werden. Bei wachsenden Besu­ cherzahlen besteht die Möglichkeit diese auf mehrere physische Sy­ steme zu verteilen, um den wach­ senden Anforderungen gerecht zu werden. Die Webserviceschicht bietet den Zugriff auf die Geschäfts­ logik per SOAP über HTTPS. Somit können andere Entwickler, basie­ rend auf der WSDL Definition, die Kursdatenbank nutzen und ihr eige­ nes Webfrontend, GUI oder Gadget programmieren. Das Webinterface fördert durch gezielten Einsatz von AJAX die Benutzerfreundlichkeit. Die datenbankbasierte Undo-Funk­ tion ermöglicht dem Benutzer ver­ änderte oder gelöschte Datensät­ ze kontrolliert wiederherzustellen, ohne dass der Systemadministra­ tor einen Restore der Datenbank durchführen muss. Das Projekt wurde vollständig in ASP.Net/C# realisiert. Als Daten­ bank wurde der Microsoft SQL Ser­ ver 2005 Express eingesetzt.

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Ausblick Durch die mehrschichtige Architek­ tur der neuen Lösung ist es möglich, dass die Kursanbieter ihre beste­ henden Kursdatenbanken mit gerin­ gem Aufwand automatisiert mit der Bildungsplattform abgleichen kön­ nen. Somit wird der administrative Aufwand auch für die Kursanbieter auf ein Minimum reduziert und die Besucher der Plattform profitieren von aktuellen Einträgen.

Fabian Haldimann 1979 [email protected]

Manuel Garcia 1970 [email protected]

Systemarchitektur

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Informatik Informatique

Documentation Generator for XML XML/XSL(T) / Prof. Dr. Arno Schmidhauser Experte: Dr. René Bach

XML ist aufgrund seiner einfachen Syntax und Baumstruktur das wohl weitverbreitetste Beschreibungsformat für Daten. Meistens ist es aber sehr schwierig bis unmöglich, aus der nackten Syntax den Informationszusammenhang zu ermitteln. XML-Schemas bieten hier einen Ansatz, die dazu gehörenden Instanzen in einem Abstraktionsschritt wiederum formal zu beschreiben und mit gewissen Zusatzinformationen anzureichern. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, in einem weitergehenden Schritt aus den gegebenen Elementen (Schema und Instanz) automatisiert eine fachliche Dokumentation zu erstellen, die auch einem gesteigerten Informationsbedürfnis standhält.

Christian Hegner 1975 078 666 79 12 [email protected]

Ausgangslage Die Firma itserve AG1, Bern, ist technischer Ansprechpartner der swissdec2 im Rahmen der Entwick­ lung einer elektronischen Lohnda­ tenübermittlung via Webservices. Dabei sind sowohl die zu übermit­ telnden Daten als auch die beteili­ gten Applikationsschnittstellen in XML beschrieben. Da es sich da­ bei um ein Grossprojekt mit vielen beteiligten Parteien handelt, die so­ wohl in technischer als auch fach­ licher Hinsicht reibungslos zusam­ menarbeiten müssen, entstand das Bedürfnis, automatisiert fachliche Dokumentationen der betroffenen XML-Datensätze erstellen zu kön­ nen.

Problemstellung Die zentrale Schwierigkeit bestand darin, dem technisch unversierten Leser den eigentlichen Informations­ zusammenhang möglichst intuitiv zu erschliessen. Nebst reindarstel­ lungsorientierten Aspekten stell­ te sich die Frage, wie ein “Plus” an KontextInformationen bereitgestellt werden kann. Nebst Anreicherung von Schemas oder TransformationsStylesheets mit zusätzlichen Infor­ mationen geschieht dies v.a. auch mittels dynamischer Erstellung von bildhaften Übersichten, dynamischer Extraktion von Beispiel-Markup aus den jeweiligen Instanzen und sym­ bolischer Umformung von kom­ plexen Strukturen, die dem Leser schwierig zu vermitteln sind.

Cédric Reginster 1984

Produkt 3 Mit wird dem Benutzer ein Framework (Applika­ tion, API, Schemas, Stylesheets, Konfigurationsmöglichkeiten) zur Verfügung gestellt, das es erlaubt, die oben beschriebenen Aufgaben zu erledigen. Unterstützte OutputFormate: FO (erlaubt Transforma­ tion in verschiedenste Formate, v.a. PDF.), HTML. Unterstützte InputFormate: XML, XSD, WSDL. Verwendete Technologien - - - - - - - -

100% Open Source Java XML/XSD/XSL(T) Maven Xerces, Xalan, FOP,… Docbook 5.0 Subversion Trac

076 376 28 98 [email protected]

Ausblick Zusätzlich zur Implementierung des Frameworks, welches die ge­ wünschten Funktionalitäten imple­ mentiert, sind folgende Erweite­ rungen geplant : - Erweiterte Konfigurierbarkeit des Outputs - Webapplikation (JSF) - Dokumentations-Editor

Marco Stettler 1983 078 674 03 09 [email protected]

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1

http://www.itserve.ch

2

http://www.swissdec.ch

3

http://dgx.xsrv.ch

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Informationssicherheit bei der Spitex Bern

Informatik Informatique

Betreuung: Dr. Endre Bangerter, Gerhard Hassenstein, Dr. Urs Sauter Experte: Jean-Jacques Jaquier

Jedes Unternehmen verfügt über Informationen, welche nur einem eingeschränkten Benutzerkreis zugänglich sein dürfen: Finanzberichte, Forschungsprojekte, Kundendossiers und so weiter. Dies in einer stark vernetzten und von informationsverarbeitenden Systemen abhängigen Welt sicherzustellen, ist das Anliegen der Informationssicherheit. Um die Ziele der Informationssicherheit in einem Unternehmen sicherzustellen, braucht es nebst Sicherheitstechnologien betriebliche Prozesse und organisatorische Massnahmen. Man spricht hierbei von einem sogenannten Informa­ tionssicherheits-Management-System (ISMS). Diese Arbeit behandelt die Einführung eines ISMS bei der Spitex Bern, Verein für ambulante Dienste der Stadt Bern, unter Berücksichtigung der knappen Ressourcen, wie sie für kleine und mittlere Unternehmen typisch sind. Ausgangslage Die Spitex Bern erbringt Dienstlei­ stungen im Gesundheitswesen und verfügt deshalb über personenbe­ zogene Daten, welche besondere Massnahmen bezüglich Datensi­ cherheit und Datenschutz unab­ dingbar machen. In der Vergangen­ heit wurden bereits Massnahmen getroffen, um den gesetzlichen An­ forderungen zu entsprechen und die vorhandenen Informationen zu schützen. Die Informationssicher­ heit wurde jedoch nicht (im Sinne eines ISMS) systematisch betrie­ ben. Im Rahmen einer Projektarbeit wur­ de der Status Quo der Informa­ tionssicherheit der Spitex erfasst sowie eine Sicherheitseinschätzung gemäss der ISO Norm 27002 (ehe­ mals ISO Norm 17799) vorgenommen. Basierend auf dieser Analyse hat sich gezeigt, dass in verschiedenen Be­ reichen der Informationssicherheit Verbesserungspotenzial besteht. Mit dieser Arbeit wurden die Grundlagen zum Aufbau eines um­ fassenden InformationssicherheitsManagement-Systems (ISMS) nach ISO 27001 geschaffen. Dabei wur­ de den Bedürfnissen und Ressour­ cen der Spitex als KMU Rechnung getragen.

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Vorgehen In einem ersten Schritt wurden die Anforderungen an ein ISMS gemäss ISO Norm 27001 untersucht: welche Dokumente, Prozesse und Struk­ turen werden mindestens verlangt? Als Ergebnis wurde eine Sicherheits­ richtlinie formuliert und die zentralen Prozesse “InformationssicherheitsManagement-System” und “Risiko­ management” modelliert. Im nächsten Schritt wurden Vor­ schläge zur organisatorischen Im­ plementierung eines ISMS erarbei­ tet. Die Anforderung hierbei war, das System mit möglichst wenig neuen Rollen und Verantwortlich­ keiten – d.h. möglichst ressourcen­ schonend – zu implementieren.

Es wurde auch darauf geachtet, eine möglichst nahtlose Integration in das bestehende Qualitäts-Ma­ nagement-System und seine Pro­ zesse und Funktionen zu gewähr­ leisten. Validierung Die definierten Prozesse, Vor­ gehensweisen und Arbeitsmittel wurden an einem ausgewählten Teilbereich des Unternehmens durchlaufen, getestet und wo nötig angepasst und verbessert. Mit dem Abschluss der Arbeit ver­ fügt die Spitex Bern über einen Massnahmenkatalog zum Aufbau eines ISMS nach ISO 27001.

Markus Heimberg 1969 034 424 04 84 [email protected]

Der Management-Zyklus

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Informatik Informatique

Beer Game mit Open-Source ERP-System Informatik, Wirtschaftsinformatik / Prof. Michael Röthlin Experte: Dr. Federico Flueckiger

Das Beer Game ist wohl eines der ältesten Managementspiele: am Beispiel eines Wertschöpfungsprozesses, an dessen Ende Bier zu Konsumenten gelangt, werden verschiedene Phänomene der Nachfragesteuerung illustriert. Durch die von der Spielsituation vorgegebene Isolation der beteiligten Gruppen (welche die Rollen von Brauerei, Distributor, Grosshändler und Detailhändler übernehmen) entsteht ein Klima der Unsicherheit, in dem unter Zeitdruck und Informationsmangel für Aussenstehende kaum nachvollziehbare Beschaffungsentscheide getroffen werden. Das Spiel endet so meist in übertriebenen Schwankungen der Nachfrage und, damit verbunden, mit grossen finanziellen Verlusten der Teilnehmer.

Kurt Järmann 1968 [email protected]

Michel Urben 1976 [email protected]

Im Internet finden sich viele Ap­ plikationen, welche sich einer Im­ plementierung des Beer Games verschrieben haben. Dabei ist der für die Registrierung der Benutzer und die Steuerung des Spiels zu betreibende Aufwand typischer­ weise sehr hoch. Die verwendeten Eingabemasken entsprechen meist in keiner Weise Einkaufssystemen, wie sie in der betrieblichen Praxis eingesetzt werden. Schliesslich bieten die bekannten Systeme bei der Auswertung ausser rudimen­ tären Grafiken zur Bestandesent­ wicklung und dem entstandenen Betriebsergebnis keine weiteren Analysemöglichkeiten. Der Auftraggeber wünschte eine Software, welche er im Rahmen seiner Ausbildungstätigkeit verwen­ den kann. Die Software soll mit je­ dem Browser benutzbar sein, eine Authentisierung und Autorisierung muss über das für alle Schweizer Studierenden zugängliche SWITCH

Beer Game im Webbrowser

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AAI- (Authentication and Authoriza­ tion Infrastructure-) System mög­ lich sein und die Leitungskompo­ nente soll sowohl eine webbasierte Kontrolle des Spielflusses als auch den Zugriff auf Daten bereits abge­ schlossener Spiele erlauben. Jede am Wertschöpfungsprozess beteiligte Firma setzt einen ei­ genen Mandanten eines webba­ sierten ERP (Enterprise Resource Planning)-Systems ein, welches die Materialwirtschaft des jeweiligen Unternehmens abbildet; SoftwareSysteme wie das hier verwendete Open-Source-Produkt SQL-Ledger werden auch in der betrieblichen Praxis eingesetzt. Die Beschaf­ fungsentscheide werden über die Einkaufskomponente eingegeben, die Lieferungen über das Vertriebs­ system von SQL-Ledger ausgeführt; das Spielergebnis pro Gruppe (Ge­ winn eines Unternehmens) wird lau­ fend in der Finanzbuchhaltung fort­ geschrieben.

Die Benutzeranmeldung erfolgt über SWITCH AAI, das der hier ent­ wickelten Software alle nötigen Be­ nutzerdaten und Mechanismen zur Zutrittskontrolle zur Verfügung stellt. Die Seiten im Webbrowser werden dynamisch mittels Technologien wie JavaServer Faces (JSF) und Asynchronous JavaScript and XML (AJAX) generiert. Die Anbindung der SQL-Datenbank erfolgt über Java Database Connectivity (JDBC), resp. Java Persistence API (JPA). Als Spieloberfläche kann nebst SQL-Ledger auch eine vereinfachte Weboberfläche eingesetzt werden. Die für das Spiel notwenigen Infor­ mationen sind in einer PostgreSQLDatenbank hinterlegt, welche direkt mittels JPA angesprochen wird. Grafische Darstellungen von Men­ gen und Werten werden mittels Jfree Chart Library gestaltet, wobei die Daten der Spielleitung auch als CSV-Datei zur Verfügung stehen.

Beer Game im SQL-Ledger

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Sicherer Webdienst zur Dokumentarchivierung

Informatik Informatique

WS-Security / Prof. Dr. Eric Dubuis Experte: Dr. Andreas Spichiger

Datensicherheit nimmt in der heutigen Zeit eine immer grössere Bedeutung ein. Vertrauliche Daten müssen vermehrt über längere Zeit sicher archiviert werden. SecureDoc setzt genau an dieser Stelle an und bietet ein Produkt, bei dem Daten bereits beim Kunden verschlüsselt und anschliessend bei einem Dienstanbieter archiviert werden können. Die Daten sind somit vor unerlaubtem Fremdzugriff geschützt und nur der Kunde kann diese wieder entschlüsseln. Der Dienstanbieter übernimmt schliesslich den Schutz der Daten vor Zerstörung mit Hilfe von Backups und einer geeigneten Infrastruktur.

Ausgangslage Sensible Dokumente sind vermehrt in digitaler Form vorhanden und müssen dauerhaft und vor frem­ dem Zugriff geschützt aufbewahrt werden. Beispielsweise muss ein Notariatsbüro sensible Dokumente wie Testamente, Eheverträge usw. über längere Zeit sicher verwahren. Die Daten müssen dabei sowohl vor fremdem Zugriff jeglicher Art, Manipulation, wie auch vor physi­ schen Schäden (Brand, Umwelt­ katastrophen usw.) über einen län­ geren Zeitraum hinweg geschützt werden. Eine firmeninterne Lösung dieses Problems kann mit erhebli­ chen Kosten verbunden sein. Es bietet sich daher an, diese Aufgabe einem spezialisierten Unternehmen zu übertragen. Dies setzt jedoch voraus, dass auch der Dienstanbie­ ter nicht im Stande ist, die bei ihm hinterlegten Dokumentinhalte zu entschlüsseln, da diese vertraulich sind. Das Ablegen, Durchsuchen und Verwalten der Dokumente soll­ te von autorisierten Personen aller­ dings jederzeit möglich sein.

Realisierung Die Daten werden bereits vor der Übertragung beim Kunden mit­ tels hybrider Verschlüsselung ver­ schlüsselt. Somit werden diese nie im Klartext übertragen und der verwendete Schlüssel muss vom Kunden nie weggegeben werden. Um die Daten beim Kunden zu ver­ schlüsseln und nach dem Abho­ len wieder zu entschlüsseln, wird eine Client-Applikation eingesetzt, die über eine intuitive graphische Benutzeroberfläche bedient wird. Der Client ermöglicht einem End­ benutzer ein Dokument bei einem Dienstanbieter verschlüsselt zu ar­ chivieren, ohne sich um die techni­ schen Details zu kümmern.

Die eigentliche Dienstleistung wird vom Anbieter als Webdienst bereit­ gestellt. Die Applikation dahinter ist so einfach wie möglich gehalten. Die erhaltenen Daten werden direkt in der verschlüsselten Form abge­ legt. Der Kunde authentifiziert sich mit einem Security-Token, ausge­ stellt von seinem eigenen SecurityToken-Service. Dadurch kann die bestehende Benutzerverwaltung weiter verwendet werden.

Daniel Käser 1985 [email protected]

Bei der Umsetzung wurde grossen Wert auf die Benutzung von be­ stehenden Standards gelegt. Dies sorgt für zuverlässige Schnittstellen, leichtere Wartbarkeit, sowie länger­ fristige Erweiterbarkeit.

Damit mehrere Personen in der Fir­ ma des Kunden ein zuvor archivier­ tes Dokument entschlüsseln kön­ nen, wird der Schlüssel von einer zentralen Stelle ausgestellt. Diese zentrale Stelle kann ein einfacher Keystore, ein Webdienst oder eine beliebige eigene Implementation der Schnittstelle sein.

Christof Pfister 1983 [email protected]

Schematische Darstellung von SecureDoc Berner Fachhochschule - Technik und Informatik

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Informatik Informatique

Meteor: An Intelligent Approach Artificial Intelligence / Prof. Dr. Bernhard Anrig , Prof. Dr. Rolf Haenni Experte: Dr. Walter Eich, Zühlke Engineering

The Armagh Observatory of Northern Ireland maintains three standard surveillance cameras on the roof of the observatory. These are used to record meteors when they enter the Earth‘s atmosphere and leave an ionisation trail, commonly known as a falling star. Unfortunately, many other events are recorded by the cameras, such as swarms of birds, airplanes, thunderstorms, cosmic rays, and many more. The goal of the project was to classify the recorded movies automatically by using concepts of image processing (e.g. noise removal and movement detection) and artificial intelligence (e.g. artificial neural networks or Bayesian classifiers).

Benjamin Müller 1983 079 797 96 08 [email protected]

Thomas Rawyler 1983 078 743 87 04 [email protected]

Occasion and Motivation The project team has been inter­ ested in astronomy for a long time. Based on a previous contact with the Armagh Observatory in 2006, the idea of realising a diploma thesis in cooperation with the ob­ servatory arose. The desire for an automated meteor classification application was mentioned in return to our request to the observatory for interesting project ideas.

Video Analysis The video analysis consists of split­ ting up the movie into individual frames and performing various im­ age processing algorithms on these frames. The result of the video analysis is the computation of a feature vector which reflects the type of the object that appears in the movie. This is achieved in two major steps: find the moving object as accurately as possible and then compute various features of this object (e.g. brightness, flight-path, Implementation On the basis of our prototypes, speed). The moving object is found which have been developed during by first subtracting the non-moving the semester project, we created background (e.g. stars, buildings) a stand-alone application. The ap­ from each frame and then applying plication consists of two major a binarisation algorithm. This binari­ modules of different branches of sation results in a mask that is used computer science: video analysis by various feature computations. and classification. These modules These computed feature values of have an open architecture which the movies are stored in a database allows further development. The for classification. software will completely replace the cumbersome work of humans and should only require human interac­ tion for movies in which classifica­ tions are uncertain.

Feature Space

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Classification The classifier uses a training set of manually classified movies to deter­ mine whether an unclassified movie contains a meteor or something else and therefore belongs to the corresponding class. The feature vector that has been calculated by the video analysis module contains numeric values for each feature of the moving object. A feature vec­ tor represents a particular point in a multidimensional feature space. Each class can be imagined as a cloud of points in this feature space. The classifier tries to assign a class to a feature vector by means of statistical methods, such as Baye­ sian classifiers or artificial neural networks. The movies containing meteors are then being analysed by the astronomers of the observatory. Interested? http://meteor-ai.sourceforge.net

Meteor Cameras http://www.ti.bfh.ch

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Wireless Sensor Network

Informatik Informatique

Networks / Prof. Dr. Franz Meyer Experte: Prof. Dr. Braun Torsten

Umgebungsdaten zu erfassen ist zeitintensiv und die Messstationen müssen ständig gewartet werden. Ein Sensornetzwerk soll dies vereinfachen und unabhängig von seinem Standort funktionieren. Das Einsatzgebiet solcher Netzwerke ist sehr umfangreich. Es kann von der Temperaturkontrolle eines Raumes bis hin zur Überwachung von Gletschern verwendet werden. Da die Sensoren auch in unwegsamen Gebieten eingesetzt werden, müssen sie möglichst autonom arbeiten und über längere Zeit in Funktion bleiben.

In den 1990er Jahren erlebten die Sensornetzwerke einen Auf­ schwung, gefördert durch die im­ mer kleiner und leistungsfähiger werdende Computer-Hardware. Heute werden Sensornetze von Forschung und Industrie in aller Welt eingesetzt.

Diese Motes erfassen mit ihren Sensoren verschiedene Mess­ werte wie beispielsweise Hellig­ keit, Temperatur und Feuchtigkeit. Die Motes kommunizieren unterei­ nander drahtlos. Da die Motes be­ grenzten Speicherplatz haben wer­ den sie mit dem Moteprogramm samt einem kleinen Betriebssystem Ein Sensornetzwerk besteht aus wie z.B. TinyOS bespielt. Dabei kleinen mit Sensoren ausgestat­ wird die Applikation mit Tinyosteten Sensorknoten, Motes ge­ Schnittstellen verlinkt. (TinyOS ist in der Programmiersprache nesC nannt. Ein Sensorknoten besteht im Kern geschrieben). Heute gibt es viele wie ein gewöhnlicher Computer aus Anbieter solcher Motes. In der Di­ einem Prozessor, einem Datenspei­ plomarbeit kamen die TmoteInvent cher (in der Regel Flashspeicher) Motes von der Firma Moteiv Inc. und RAM. Dazu kommen ein oder zum Einsatz. Damit die Motes län­ mehrere Sensoren und ein Modul gere Zeit ohne Wartung betrieben zur drahtlosen Kommunikation. Alle werden, ist es wichtig, dass der En­ Teile werden über eine Batterie oder ergieverbrauch so gering wie mög­ lich gehalten wird. Unter diesem einen Akku mit Energie versorgt.

Aspekt wurde die Kommunikation zwischen den Motes reduziert in­ dem die gemessenen Daten nur auf Verlangen an die zentrale Stel­ le gesendet werden. Wird aber ein Datenverlauf über eine längere Pe­ riode gewünscht, kann in diesem Fall der Mote die Sensordaten in seinem Puffer zwischenspeichern. So haben die erfassten Daten die gewünschte Rasterung, ohne dass ständig eine Verbindung zur Ba­ sisstation bestehen muss. Die Da­ ten werden für die Auswertung in einem kompatiblen Format gespei­ chert, so dass sie nach Belieben weiterverarbeitet werden können.

Peter Mumenthaler 1977 078 892 84 86 [email protected]

Romed Schmid 1981 [email protected]

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Informatik Informatique

BoneVis – CT Daten Aufbereitung für Visualisierung Virtual Reality / Prof. Urs Künzler Experte: Andreas Dürsteler, Swisscom AG

Für den Forschungsschwerpunkt Technologie am Menschen (TAM) hat das BoneVis-Team eine Applikation zur Simulation und Visualisierung der strukturmechanischen Eigenschaften eines Knochens erstellt. Dazu werden die einzelnen Bilder eines Computertomogramms zu einem Volumen zusammengefügt. Das Volumen kann auf verschiedene Arten in 3D angezeigt werden, aus der Helligkeit eines Bildpunktes des Computertomogramms lässt sich die Elastizität dieses Punktes berechnen. Diese beiden Techniken zusammengeführt ergeben ein 3D-Modell eines Knochens, das mit verschiedenen Farben, die der Elastizität entsprechen, eingefärbt ist.

Michel Mürner 1984 079 430 17 03 [email protected]

Das Projekt BoneVis stellte ver­ schiedene Herausforderungen. Ei­ nerseits mussten Wege gefunden werden, um ein Computertomo­ gramm in ein Volumen überführen zu können. Andererseits musste die Elastizität der einzelnen Punkte (sogenannte E-Module) berechnet werden. Zum erstgenannten gibt es schon seit Jahren verschiedene bewährte Lösungsansätze, wäh­ rend das zweite noch in den Kin­ derschuhen steckt.

Raphael Weber 1983 079 827 42 21 [email protected]

3D-Volumen Um aus dem Computertomo­ gramm ein 3D Modell zu generie­ ren, wurden zwei unterschiedliche Lösungen realisiert: Eine Lösung ist das Einspeisen der Bildpunkte in eine 3D-Textur, mit der ein Volu­ me Rendering gemacht wird. Diese Methode wurde von uns so erwei­ tert, dass der Benutzer aus einer beliebigen Richtung durch das Mo­ dell scrollen und das Innenleben des Knochens betrachten kann. Die andere realisierte Möglichkeit ist, aus dem Computertomogramm ein Mesh zu generieren. Mit Mar­ ching Cubes ist dazu schon seit längerem ein Algorithmus bekannt. Ein Mesh ist eine Menge von Drei­ ecken, die zusammenhängen und so ein grosses Modell ergeben (Surface Rendering). Meshes bie­ ten eine gute Performance beim Betrachten und sind deshalb auch in Computerspielen zum Standard geworden.

Elastizität Das Errechnen der E-Module aus den Graustufen eines Compu­ tertomogramms ist nach wie vor Bestandteil der Forschung und ist selbst Thema einiger Doktor­ arbeiten an Hochschulen wie der ETH. Da die Forschung bisher ver­ schiedene Formeln entdeckt hat, ist es in unserer Applikation mög­ lich, die E-Module mit unterschied­ lichen Formeln zu berechnen. Nach dem Berechnen der E-Module der einzelnen Punkte ist es möglich, di­ ese in ein FEM-Programm (Finite Element Methode) zu übertragen, welches die biomechanischen Ei­ genschaften des Knochens berech­ net. Dabei kann auf eine beliebige Stelle eine Kraft angewendet wer­ den. Um diese biomechanischen Eigenschaften mit verschiedenen Farben zu visualisieren, wird das neue 3D-Modell in unsere Applika­ tion übertragen.

Claudio Zesiger 1981 078 807 01 98

Surface Rendering des gleichen Objektes

Volume Rendering und Querschnitt eines Femurs

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Asterisk Stateful Failover Projekt

Informatik Informatique

Telematik / Dr. Hansjörg Keller Experte: Prof. Dr. Torsten Braun Uni Bern

Voice over IP gewinnt immer mehr an Popularität, jedoch hat die paketorientierte Telefonie noch gewichtige Nachteile gegenüber der herkömmlichen Technologie. So ist die Dienstqualität über Netzwerkgrenzen hinweg nur schwer zu garantieren und die Stabilität der Vermittlerknoten (z.B. UNIX workstations mit der open source Software Asterisk) erreicht bei weitem nicht die Verlässlichkeit der analogen bzw. ISDN Telefonzentralen. Das Asterisk Stateful Failover Projekt hat daher als Ziel, durch einen Clusterverbund (Master/Slave) eine ähnliche Stabilität zu erreichen wie mit herkömmlichen Telefonzentralen.

Voice over IP Die offene Telefonzentrale Asterisk bietet eine Vielzahl an Schnittstel­ len zur Übertragung von Voice/Vi­ deo Daten. Die wohl am häufigsten eingesetzten Protokolle sind SIP (Session Initiation Protocol für die Signalisierung) und RTP (Real-Time Transport Protocol zur Datenüber­ tragung), für welche auch das As­ terisk Stateful Failover System aus­ gelegt ist. Obwohl RTP nicht über die Zentralen laufen müsste ist dies bei Asterisk dennoch der Fall, vor allem damit die Synchronisierung zwischen den beiden Protokollen sowie korrektes Accounting sicher­ gestellt sind. Dies bedingt jedoch, dass die Telefonzentrale eine hohe Ausfallsicherheit aufweist. Das As­ terisk Stateful Failover System soll nun garantieren, dass bei einem Ausfall des Masters der Slave über­ nimmt, wobei keine bestehenden Verbindungen verloren gehen.

Architektur Auf beiden Systemen wird jeweils eine Komponente vorgeschaltet (“Proxy”), welche die Kontrolle über die Signalisation wie auch über die Datenströme übernimmt. Die Pro­ xys müssen dafür sorgen, dass jeweils beide Systeme über den gleichen Status verfügen. Jedoch darf das Slave-System nicht aktiv an der Kommunikation teilnehmen. Das heisst, dass Aktionen des Slave-Systems vom Proxy unter­ bunden werden müssen. Die un­ terbundenen Aktionen können auf dem Slave-System zu einem inkon­ sistenten Zustand führen. So wird beispielsweise von Asterisk über­ prüft, ob ein Terminal noch erreich­ bar ist. Das bedingt, dass derartige Aktionen von dem Proxy beantwor­ tet werden müssen. Somit hat der Proxy auf dem Slave-System die Aufgabe, andere Netzkomponen­ ten zu simulieren. Weiter stellt As­

terisk für jede Verbindung Sockets zur Verfügung, auf welchem der Datenstrom empfangen wird. Diese Sockets müssen jedoch nicht auf beiden Systemen identisch sein, so dass die Proxys dafür sorgen müs­ sen, dass die Datenströme auch auf dem Slave-System an den richtigen Socket gelangen. Das System unterstützt auch geo­ graphisch getrennte Standorte von Master und Slave, welche mittels eines ausfallsicheren Layer 2- Rings verbunden sind. Das Projekt wird für die NTS Work­ space AG realisiert.

Simon Obi 1981 [email protected]

Weitere Informationen unter http://asf.nts.ch.

Überblick Asterisk Stateful Failover Projekt

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Informatik Informatique

3D Game Engine for Multiplayer Online Games 3D Computergrafik / Prof. Urs Künzler, Prof. Dr. Jürgen Eckerle Experte: Dr. Federico Flückiger

Computerspiele haben sich in den letzten Jahren sehr stark weiterentwickelt. Nicht nur Jugendliche sondern auch Erwachsene vergnügen sich immer mehr mit Computerspielen, somit ist ein sehr grosser Markt entstanden. Durch die Weiterentwicklung des Internets sind kostengünstige Breitbandverbindungen wie ADSL auch für Privatanwender nutzbar. Somit werden Online-Computerspiele, welche eine grosse Anzahl von Spielern unterstützen, immer beliebter. Um ein Spiel zu entwickeln, bedarf es einer soliden Game Engine. Dies ist ein Softwareframework, welches die Grafik, Netzwerk und Ressourcen verwaltet.

Cédric Rohrbach 1984 079 273 35 13 [email protected]

Matthias Rieder 1980 079 532 98 78

In dieser Diplomarbeit wurde eine komplette Game Engine entwickelt, welche grosse 3D Landschaften darstellt und von mehreren Spielern gleichzeitig online betreten werden kann. Solche Spiele sind unter Mas­ sively Multiplayer Online Games (MMOG) bekannt. Die Engine wur­ de mit der Programmiersprache C++ entwickelt und ist Plattform unabhängig. Um die 3D Szene zu zeichnen, wurde die OpenGL Grafikschnittstelle verwendet, wel­ che neben DirectX die führende 3D Grafikbibliothek ist. Die Engine ermöglicht die Entwick­ lung von Server und Client Program­ men. Benutzerkonten werden von einem Account Server verwaltet. Um die virtuelle Welt persistent zu halten, wird der Status von jedem Spieler auf einem Master Server abgespei­ chert. Damit die Netzwerk- und Be­

[email protected]

geladen. Bewegt sich der Spieler in eine andere Zone, werden die ent­ sprechenden Ressourcen im Hinter­ grund geladen, ohne dass der Spie­ ler etwas davon merkt. Moderne Grafikkarten erlauben die Programmierung des Grafik­ kartenprozessors. Mit der OpenGL Shading Language wurden Ver­ tex- und Pixelshader in das eigene Materialsystem, welches auf XML basiert, implementiert. Somit kön­ nen spezielle Effekte, erweiterte Beleuchtungen und dynamischer Schatten realisiert werden. Um die Game Engine zu testen und zu präsentieren, wurde ein Prototyp eines Computerspiels entwickelt, in welcher unser Spieler in Form von zwei verschiedenen Charakteren eine virtuelle Welt erkunden und mit anderen Spielern interagieren kann.

Netzwerk Architektur

Charaktermodellierung mit Blender

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rechnungslast verteilt werden kann, wird die virtuelle Welt in verschie­ dene Zonen aufgeteilt und von meh­ reren Zone Servern verwaltet. Der Client verbindet sich mit dem Zone Server, verwaltet die Eingabe- und Netzwerkdaten und zeichnet die 3D Welt auf den Bildschirm. Um Res­ sourcen zu sparen, wird die virtu­ elle Welt auf dem Client dynamisch geladen. Befindet sich der Spieler in einer bestimmten Zone, werden nur die Ressourcen für diese Zone

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Prototyp-Game welches die Fähigkeiten der Game Engine demonstriert

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Informatik Informatique

AM-Web: monitoring de grandeurs physiologiques Informatique / Prof. Dr. Olivier Biberstein Expert : Pierre-Yves Voirol

AM-Web est une application web permettant le monitoring à distance de grandeurs physiologiques pour certains mammifères. Ce système collecte certaines caractéristiques mesurées et transmises par un dispositif électronique placé sur chaque animal en observation. A partir de ces mesures AM-Web offre différentes fonctionnalités comme l‘introduction ou la modification des informations relatives aux mammifères, l‘affichage textuel ou graphique des différentes mesures, ainsi que le stockage de ces informations. De plus, AM-Web permet d‘avertir les personnes intéressées au moyen d‘e-mails ou de SMS lorsque certains paramètres dépassent des seuils prédéfinis.

Martin Rodriguez 1981 079 345 95 69

La mesure de paramètres physio­ logiques d‘êtres vivants est généra­ lement une tâche particulièrement coûteuse et délicate. La mesure à distance et le traitement automati­ quement des données ouvrent la voie à de multiples nouvelles appli­ cations qui simplifient et réduisent grandement la durée des manipu­ lations.

[email protected]

Le projet ANEMON (Animal Estrous Monitoring) est un projet de recher­ che pluridisciplinaire qui est le fruit d‘une collaboration entre la HESBTI de Bienne et la HESB d‘agrono­ mie de Zollikofen. Ce projet consis­ te à mesurer la température puis à détecter les différences de tempé­ rature qui reflètent l‘état de santé ou de fécondité de certains animaux.

À ces fins un dispositif électronique miniaturisé (transmetteur) compor­ tant des capteurs de température (d‘autres types de capteurs sont à l‘étude), un module GPS et un mo­ dule de transmission GSM/GPRS a été développé. L‘application AM-Web qui fait partie du projet de recherche ANEMON apporte une solution simple et ef­ ficace au traitement automatique des données fournies par les trans­ metteurs, ceci au moyen de tech­ nologies informatiques modernes. Côté serveur la technologie Java Enterprise Edition est utilisée pour le stockage et le traitement des informations. Ce traitement d’in­ formations comprend la réception des mesures de température et des SMS

positions géographiques, le calcul des différences de températures en prenant en compte la température ambiante, la détection de dépasse­ ments de seuils couplé à un systè­ me d’alarmes par envoi d‘e-mails ou de SMS pour informer les person­ nes concernées, ainsi que le calcul de certaines statistiques. La cou­ che présentation/web qui se charge de l‘internationalisation, de la mise en page et de l‘affichage des infor­ mations est implémentée au moyen du framework Tapestry. Il s‘avère que l‘utilisation combinée de ces deux technologies offre l‘avantage de supporter clairement le principe de “separation of concerns” dans un cadre de travail clair et cohérent.

E-mail

Transmetteur (Capteur)

Web Browser

Schéma de l’application AM-Web

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Charon Security Token Server - WS Trust 1.3 Implementation

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Web Service Security / Prof. Dr. Eric Dubuis Experte: Dr. Andreas Spichiger, PostFinance

Man stelle sich eine Applikation vor, die zwei Web Services benutzt. Um Unbefugten den Zugriff zu verweigern, sind beide geschützt. Bei dem ersten erfolgt die Authentifizierung über Benutzername/ Password, beim anderen über ein Kerberos Ticket. Die Applikation muss sich nun bei beiden Web Services authentifizieren. Dies bereitet der EntwicklerIn der Applikation einen zusätzlichen Aufwand, da sie für beide Authentifizierungsarten separate Zugangsdaten bereitstellen muss. Diese müssen dann vom User abgefragt werden. Dies führt dazu, dass sich der Endbenutzer beim Benutzen des Programms mehrmals authentifizieren muss, weil dieses intern verschieden Web Services benutzt.

WS-Trust Um dieses Problem zu lösen, wur­ de der WS-Trust Standard definiert. WS-Trust spezifiziert eine Lösung mit zentraler Authentifizierungstelle (Single sign-on). WS-Trust funktio­ niert ähnlich wie Kerberos, aber für Web Services. WS-Trust ist ein of­ fener Standard, welcher von einem Konsortium verschiedener Unter­ nehmungen der IT Branche defi­ niert wurde. Der zentrale Authentifi­ zierungsserver (STS Security Token Server) unterstützt verschiedene Authentifizierungsarten und stellt nach erfolgreicher Authentifizierung ein SAML-Token aus. SAML-Token sind beglaubigt, indem der STS diese mit seinem privaten Schlüssel digital signiert. Web Services, wel­ che ihre Authentifizierung an den STS auslagern, bilden mit diesem ein Vertrauensverhältnis. Wenn die­ se ein vom STS unterschriebenes SAML-Token erhalten, vertrauen diese darauf, dass alle darin ent­ haltenen Informationen korrekt sind. Mit zusätzlichen Attributen können in SAML-Token Autorisierungsda­ ten gespeichert werden.

Lösung ohne STS Berner Fachhochschule - Technik und Informatik

Lösung mit STS Im Rahmen unserer Diplomarbeit entwickelten wir den Charon STS, eine Teilimplementation des WSTrust Standards. Die EntwicklerIn der Applikation implementiert eine vom STS unterstützte Authentifi­ zierungsart. Jedes Mal, wenn die Applikation einen Web Service be­ nötigt, wird vorher beim STS ein SAML Token verlangt, welches für den gewünschten Web Service ausgestellt wird. Das Token wird zu der Applikation zurückgeschickt und kann für die Anfrage an den gewünschten Web Service als Au­ thentifizierung benutzt werden. Ein weiterer Vorteil dieser Lösung ist, dass der Web Service selber keine eigene Authentifizierungsfunktiona­ lität mehr benötigt.

Charon STS Der Charon STS ist eine Teilimple­ mentation des WS-Trust Standards. Die Architektur der Software lässt es zu, den Charon STS über PlugIns zu ergänzen. Auf diese Weise können z.B weitere Authentifizierungsarten hinzugefügt werden. Die Betreiber von einem Charon STS können diesen mit eigenen Skripts ergän­ zen, welche die SAML-Attribute mit Autorisierungsdaten versehen. Die Konfiguration von PlugIns, Skripts und weiteren Systemeinstellungen erfolgt über ein Webinterface. Um Applikationsentwicklern die Kommunikation mit dem Charon STS zu erleichtern, wird diesen eine Bibliothek zur Verfügung gestellt.

Matthias Rüedlinger 1981 [email protected]

Philipp Uhlmann 1980 [email protected]

Lösung mit STS http://www.ti.bfh.ch

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Informatik Informatique

JEXM: Java Entity Explorer and Manipulator Softwareentwicklung/Prof. Dr. Eric Dubuis Experte: Dr. Andreas Spichiger

Seit ihrer Einführung mit EJB3 hat die Java Persistence API (JPA) mit ihren leichtgewichtigen Entity-Beans, speziell im JavaEE-Bereich, immer grössere Verbreitung gefunden. Datenmodelle lassen sich mittels JPA relativ schnell in Form von persistenten Objekten umsetzen. Für den Entwickler ist es mitunter interessant, den Inhalt eines Persistenz-Kontexts einzusehen und zu manipulieren. Die zugehörigen JavaEE- Applikationen bieten aber oft keine Funktionen für diesen Zweck. Hier kommt JEXM ins Spiel. Unsere Applikation erlaubt die Darstellung und Manipulation beliebiger PersistenzKontexte auf einem JavaEE- Applikationsserver mittels eines Swing-basierten Clients.

Christoph Schaller 1984 078 707 58 74 [email protected]

Oliver Thommen

JEXM soll die Entwicklungsarbeit mit JPA erleichtern und beschleu­ nigen. Der Entwickler soll entlastet werden, indem JEXM das zeitauf­ wändige Programmieren von nur kurz verwendeten Prototypen-Cli­ ents weitgehend überflüssig macht und auch umständliche, direkte Zugriffe auf die unterliegende Da­ tenbank eines Persistenz-Kontexts erspart. Implementation Die Implementation von JEXM ba­ siert auf einer Client/Server-Archi­ tektur. Die Server-Komponente von JEXM wird auf einem JavaEEApplikationsserver platziert und läuft dort in einem EJB3-Container. Der JEXM-Client kann anschlies­ send mit Hilfe der Server-Kompo­ nente auf alle Persistenz-Kontexte

zugreifen, welche für den Einsatz mit JEXM konfiguriert sind und auf demselben Applikationsserver lie­ gen wie die Server-Komponente. Die Server-Komponente führt für den Client die Lese-Operationen auf dem Server durch und über­ nimmt die Persistierung der vom Benutzer auf Client-Seite erstellten oder geänderten Entity-Objekte. Der JEXM-Client ist für die Arbeit mit beliebigen Applikationsservern ausgelegt. Zu diesem Zweck kann der Benutzer zur Laufzeit die nö­ tigen Libraries, Ressourcen und Angaben über den Ziel-PersistenzKontext konfigurieren. Nach er­ folgter Konfiguration lädt der Client die benötigten Klassen dynamisch nach und stellt mit Hilfe von JNDI eine Verbindung zur Server-Kom­ ponente her.

Bei der Arbeit mit den Entity-Ob­ jekten, wie z.B. dem Auslesen und Ändern der Property-Werte, verwen­ det JEXM auf Server- und Client-Sei­ te ein Metamodell. JEXM analysiert jeweils die persistence.xml Defini­ tions-Datei des Ziels und wertet an­ schliessend die XML-Mapping-Da­ teien sowie die Metadaten in Form von Annotationen aus. Mittels der dabei gewonnenen Informationen wird unter Verwendung des Meta­ modells ein Modell der Klassen des Ziel-Persistenz-Kontexts erzeugt. Dieses dynamisch generierte Mo­ dell wird anschliessend beim Zu­ griff auf den Ziel-Persistenz-Kon­ text verwendet. Sowohl bei der Auswertung der Annotationen als auch beim Metamodell kommt die Reflection-API zum Einsatz.

1974 032 322 44 32 [email protected]

Architektur der JEXM Applikation

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Augmented Reality Billiard

Informatik

Virtual Reality, Bildverarbeitung / Prof. Urs Künzler, Prof. Dr. Erich Badertscher Experte: Dr. Andreas Spichiger

Informatique

Augmented Reality (AR) ist eine relativ neue Technologie, welche verwendet wird, um die reale Welt mit Informationen der virtuellen Welt zu erweitern. Durch die rasche Entwicklung neuartiger Display Technologien werden solche AR-Applikationen zunehmend im Professionellen- und im Entertainment-Bereich Verwendung finden. Zur Demonstration der Möglichkeiten solcher AR-Lösungen wurde ein Augmented Reality Billiardspiel (ARB) entwickelt.

Inspiration Billiardspielen in den eigenen vier Wänden ist etwas, was sich manche Leute wünschen. Nebst dem gros­ sen Platzbedarf sind auch die An­ schaffungskosten für einen realen Billiardtisch relativ hoch. Es wäre interessant, wenn man auf dem be­ reits vorhandenen Ess­tisch Billiard spielen könnte. Genau dieses Ziel soll mit diesem Augmented Reality Billiard erreicht werden.

Das Queue wurde mit zwei schwar­ zen Markern versehen, die mit ei­ ner über dem Tisch angebrachten Kamera erkannt werden. Auf der projizierten Fläche befindet sich zudem ein virtuelles Menu, über welches der Benutzer durch Hand­ bewegungen Aktionen wie “Restart” und “Undo” auslösen kann. brachten Marker und die Interak­tion mit dem Menu erkennt. Die dazu Realisierung notwendigen Bildverarbeitungs­ Für die Visualisierung der Spiel­ operationen werden mit Hilfe der fläche wurden mit der 3D-Model­ Bildverarbeitungslibrary OpenCV Ausgangslage lierungssoftware Blender Modelle durchgeführt. Als Spielfläche für unser Billiard­ des Billiardtisches und der Kugeln Sobald eine Kollision zwischen dem spiel dient ein normaler Tisch, auf erstellt. Diese Modelle werden mit realen Queue und der virtuellen welchem ein Billiardspielfeld und dem 3D-Framework Ogre3D ge­ weissen Kugel erkannt wird, läuft die Kugeln mittels LED-Projektor rendert und via Beamer auf die re­ die Simulation eines Billiardstosses projiziert werden. Die Interaktion ale Tischfläche projiziert. ab. Um diese Simulation so nahe des Spielers mit den virtuellen Ku­ Die Kamerabilder werden in einer als möglich an die Realität anzuleh­ geln erfolgt durch ein reales Billiard Imagepipeline verarbeitet, welche nen, wird die Physiklibrary Newton Queue. die Position der am Queue ange­ eingesetzt.

Marcel Stauffer 1982 076 436 20 36 [email protected]

Hannes Wüthrich 1982 079 653 90 17 [email protected]

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Informatik Informatique

The Effect of Churn in TOWN Networks Telematics / Prof. Dr. Ulrich Fiedler Experte: Prof. Dr. Torsten Braun, IAM UNI Bern

The goal of the TOWN industry collaboration project is to lay the technical foundation for ASCOM R&T to develop routers that can form wireless ad hoc networks to enable voice communication in disaster recovery and public safety. In previous work, we have identified and evaluated an algorithm and a protocol for self-organized construction of network topologies. The algorithm optimizes the topology for a trade-off between network capacity and load on the gateways to the wired network. In this thesis, we extend our evaluation and investigate the behavior of the algorithm under churn, when additional routers join or leave the network.

Florian Steck 1982 079 641 28 04 [email protected]

Introduction TOWN stands for Telephony over Wireless Metropolitan Area Net­ works. TOWN is a collaboration project with partners from BFH-TI, ETH Zurich and Ascom R&T. The focus of the project is on developing an algorithm and a protocol for selforganized topology construction for wireless routers with multiple IEEE 802.16-2004 WiMAX interfaces that can be deployed in disaster recove­ ry and public safety scenarios. After having identified and evaluated an algorithm and a protocol for topolo­ gy construction, we now investigate the behavior of the algorithm under churn, i.e., joins and leaves of rou­ ters to the network. Problem Statement We have studied the effect of router leaves to network topology and

performance in a previous semester thesis project. Thus, in this thesis project, we address the problem of how the identified algorithm can handle subsequent router joins to an initial topology. We thus com­ pare how networks perform with initial topologies that have been enhanced by a limited number of router joins versus networks with topologies that have been com­ pletely reconstructed from scratch.

enhancement of the topology. We then employ an existing Qualnet 4.0 network simulation to compare the performance of the network with the resulting topology to the performance of a network with a completely reconstructed topolo­ gy. The network performance is assessed in terms of quality of ser­ vice, i.e., with measuring delay, jitter, packet delivery ratio, and available bandwidth.

Method For our evaluation we start with assuming that a total of 42 rou­ ters and gateways are randomly placed in a square-shaped area of size 1.4km x 1.4km. A variable fraction of these routers run the topology construction algorithm to compute the initial topology. The remaining routers subsequently join the network which leads to an

After investigating how the selforganized topology construction algorithm can handle router joins to the initial topology in square-shaped areas, we also intend to look at more rectangular shaped areas. Results Results are reported in a technical report that is delivered to the indus­ try partner Ascom R&T.

Reconfigured network topology. This network topology has been

Extended network topology. In this network topology, routers

completely reconstructed from scratch.

17-24 subsequently joined the network after constructing the initial topology. We note that routers 9, 13, and 20 receive better quality of service in the reconfigured network topology.

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Web Service Centurion

Informatik Informatique

Web Services / Dr. Bangerter Endre, Dr. Benoist Emmanuel Experte: Kaltenrieder Bramwell, orange8 interactive

Im Rahmen der Diplomarbeit Centurion sind Softwarekomponenten zur Anbindung bestehender Web Stores an das Open Source Enterprise Resource Planning (ERP) System “Compiere” und ein “Proof of Concept” mittels dieser Komponenten entwickelt worden. So ist eine exemplarische Anbindung eines PHP Shops an das ERP System möglich. Die Anbindung basiert auf Web Services Technologien, die auf offenen XML-basierten Standards beruhen und sich optimal zur Verschmelzung von unterschiedlichen Plattformen als auch Programmiertechnologien eignen.

Problemstellung Gängige Web Stores sind oft auf allgemein verfügbare Funktionen wie eine bescheidene Kundenver­ waltung oder fast gänzlich fehlende statistische Auswertungswerk­ zeuge limitiert. Oft wäre auch eine Auslagerung der Produktverwal­ tung an eine dafür speziell geschaf­ fene Software von Vorteil. So ist es nicht verwunderlich, dass sich Betreiber von Web Stores eine Erweiterung bzw. eine Auslagerung ihrer internen Funktionen wün­ schen. Diese Erweiterung kann op­ timal an ein ERP delegiert werden, da dieses die aufwendige Handha­ bung von betriebswirtschaftlichen Aufgaben wie Buchhaltung, Lager oder Ressourcenplanung bereits zur Verfügung stellt.

Da verschiedene Web Stores auf unterschiedlichen Programmier­ sprachen basieren (PHP, Java, C#, etc.) und ein leistungsstarkes ERP eine mächtige Umgebung wie z.B. Java benötigt, muss eine techno­ logie- und plattformunabhängige Schnittstelle geboten werden, die dieser Forderung Rechnung trägt. Web Services ermöglichen solche technologieübergreifenden Anbin­ dungen, ohne dass der Code der anzubindenden Web Stores funda­ mental verändert werden muss. Lösungsansatz Centurion bildet eine Web Services Erweiterung zur ERP Software der Firma “Compiere” (http://www.compiere.com).

Die wesentlichen Centurion Funk­ tionen erlauben, Produkte aus dem ERP zu holen und in den Web Store zu integrieren. Umgekehrt werden Bestellungen mitsamt den Kunden­ daten an das ERP weitergeleitet (siehe Grafik). Somit wird sicher ge­ stellt, dass das ERP seiner Aufgabe als Verwaltungs- und Auswertungs­ werkzeug gerecht wird. Centurion erreicht eine nahtlose Anbindung nicht nur über den Web Service selbst, sondern auch über eine Software Komponente sei­ tens des PHP Web Stores, die den reibungsfreien Datenaustausch gewährleistet. Dies wird erreicht, indem das Centurion Administra­ tionstool eine Anbindung an die be­ stehende Kunden- und Produktda­ tenbank sowie das Bereitstellen von ERP geforderten Daten beinhaltet.

Benjamin Steinhauer 1980 079 779 14 78 [email protected]

Ausblick Es ist geplant, Centurion der Open Source Gemeinschaft zur Verfügung zu stellen in der Hoffnung, dass wei­ tere nützliche Funktionen implemen­ tiert werden, wie z.B. die Sicherung bzw. Verschlüsselung der Daten oder ein Synchronisierungsmechanismus, der beide Systeme à jour hält.

Schematische Darstellung der Centurion Funktionsweise

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Informatik Informatique

FDMnet – Erweiterung der webbasierten FDM Services Webapplikation/ Prof. Rolf Jufer Experte: Peter Matti, Pronik AG, Biel

Mit der steigenden Mobilität der Menschen steigt auch der Passagierflugverkehr. Damit die Flug­ sicherheit trotz den steigenden Flugstunden gewährleistet bleibt, hat die ICAO (International Civil Avia­tion Organisation) am 1. Januar 2005 die Empfehlung herausgegeben, dass für Passagierflugzeuge mit einem Startgewicht von über 27’000 kg ein Flugdaten Analyse Programm betrieben werden soll und für Passagierflugzeuge von über 20’000 kg ein solches betrieben werden sollte. Die RUAG Aerospace hat daraufhin ein Service-Angebot entwickelt, das den Fluggesellschaften ermöglicht, diesen Empfehlungen nach zu kommen. Mit dem FDMnet soll das Service-Angebot mit einem neuen Web Frontend erweitert werden.

Lars Strahm 1978 078 760 03 27 [email protected]

Flight Data Monitoring Schon seit mehr als 30 Jahren wer­ den in Passagierflugzeugen die technischen Daten der Flüge in den so genannten “Black Boxes” aufge­ zeichnet. Diese Daten werden aber erst nach einem Absturz ausgele­ sen und ausgewertet. Bei einem Flight Data Monitoring (FDM) Programm geht es aber da­ rum, alle Flugdaten periodisch aus­ zulesen, noch bevor es zu einem Absturz kommt. Die Daten wer­ den anschliessend analysiert und ausgewertet. Mit Hilfe der Auswer­ tungen können Risiken von Flug­ operationen frühzeitig erkannt und Piloten entsprechend geschult wer­ den. Mit einem FDM Programm können also die Flugsicherheit erhöht und die Unterhaltskosten gesenkt werden.

RUAG Aerospace FDM Services Die RUAG Aerospace betreibt einen webbasierten Flight Data Monitoring Service. Service-Kunden können über eine gesicherte Webapplika­ tion Flugdaten in das Service Cen­ ter hochladen. Die Daten werden von Flugdaten Analysten mit der Hilfe einer Flugdaten Analyse Soft­ ware analysiert. Die Auswertungen werden in Form von Reporten oder Animationen auf die Webapplika­ tion geladen und dort dem Kunden zur Verfügung gestellt.

FDM Auswertung: Animierte Flugdaten

FDM Service Ablauf

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FDMnet Das FDMnet ist ein Teilstück der RUAG Aerospace FDM Services und bildet die Schnittstelle zu den Service-Kunden. Es ist eine kom­ plett neu entwickelte Webapplika­ tion und wird in Zukunft die aktuell eingesetzte Webapplikation voll­ ständig ablösen. Die Ziele der Diplomarbeit und der vorangegangenen Projektar­ beit waren, die Anforderungen an die Software zu spezifizieren, die Technologien für die Umsetzung zu definieren und schlussendlich die wichtigsten Anforderungen zu im­ plementieren. Die ausgearbeiteten Hauptanfor­ derungen für die Diplomarbeit sind Funktionalitäten für den Datenaus­ tausch, eine vollständige Benutzer­ verwaltung inklusive Kontaktdaten und die Implementierung eines Sicher­heitsmoduls. Das FDMnet wird mit den aktuell­ sten JavaEE5 Technologien ent­ wickelt und benutzt die Enterpri­ se Java Beans Version 3.0 für die Datenhaltung zusammen mit der Toplink-Essentials Java Persistence API Implementierung für die Daten­ zugriffe. Für das Webmodul wird das JavaServer Faces Version 1.2 Standardframework zusammen mit der MyFaces Tomahawk JSF Im­ plementierung verwendet. Für die Ansicht wird die viel versprechende View-Technologie Facelets einge­ setzt.

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Maschinentechnik Mécanique

Unsichtbares Markieren von Glas Lasertechnik / Dr. Bucher Guido Experte: Dr. Paul E. Gygax

Die Entwicklungen auf dem Fälschungsmarkt erfordern ein Umdenken in der Produktkennzeichnungsstrategie in Richtung fälschungssicherer und jederzeit identifizierbarer Einzelproduktkennzeichnungen. Vor allem die Uhrenindustrie ist von Fälschungen stark betroffen. Die bisherigen Markierungen können entfernt oder nachgemacht werden. Um das Nachmachen zu erschweren und das Entfernen zu verunmöglichen sucht man nun einen Weg um eine Markierung im Innern des Glases vorzunehmen.

Michael Affolter 1983 079 295 32 06 [email protected]

Nun, da niemand eine erstklassige Schweizer Uhr haben möchte, bei welcher mitten auf dem Uhren­ glas eine Zahl, Datenmatrix oder ein Logo zu sehen ist, soll nun im Rahmen dieser Diplomarbeit eine mit dem Laser hergestellte Markie­ rungsart entwickelt werden, wel­ che für das menschliche Auge nicht sichtbar ist. Darüber hinaus soll sich die Markie­ rung im Innern des Glases befinden. Denn es ist unmöglich etwas wieder zu entfernen, was einmal im Innern eines Glases eingeschlossen wurde. Somit wäre diese Markierungsart auch eindeutig fälschungs­sicherer als die herkömmliche.

Glas mit spannungsinduzierter Markierung

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Es stellten sich zwei Probleme: Wie kann man eine solche Markierung herstellen und wie kann man etwas, was unsichtbar ist, wieder sichtbar machen? Dazu wurden verschiedenste Re­ cherchen durchgeführt, welche zeigten, dass bisher noch kaum Arten der Glasmarkierung publiziert wurden, welche sich die Unsicht­ barkeit zum Ziel setzen. Also mussten neue Ideen gesucht werden. Das Spektrum reichte von der Bildung von Microcracks über Spannungsdoppelbrechung bis hin zu der Ferroelektrizität. Mit dem Laser induzierte Span­ nungsdoppelbrechungen sind von Auge nicht sichtbar und können

mithilfe gekreuzten Polarisatoren sichtbar gemacht werden. Micro­ cracks, welche man von den 3DGlas-Innengravuren kennt, müssten so klein sein, dass sie das mensch­ liche Auge nicht mehr wahrneh­ men kann. Bei der Ferroelektrizität könnte mithilfe des Lasers die elek­ trische Polarisation des Glases ge­ ändert werden. Mittels einiger Versuche wurde nun diejenige Markierungsart ermittelt, welche die besten Resultate bezüg­ lich Unsichtbarkeit lieferte. Natürlich könnte diese unsichtbare Glasmarkierung ganz allgemein bei Gläsern angewendet werden und gilt somit nicht nur für Uhrengläser.

Dasselbe Glas mit gekreuzten Polarisatoren betrachtet

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BKS Drehrahmen-Auslenkung

Maschinentechnik Mécanique

Mechatronik / Prof. Fritz Bircher Experte: Dr. Dietmar Kramer

Überall dort, wo Materialbahnen und Bänder hergestellt, verarbeitet oder veredelt werden, entscheiden zwei Faktoren wesentlich über die Qualität von Produktion und Produkt: Die konstante Zugspannung und die konstante seitliche Lage der Materialbahn. Um vor einem Prozess die Materialbahn gezielt einführen zu können, werden sehr häufig Drehrahmen verwendet, welche über eine Regelelektronik die Istposition der Materialbahn mit der Sollposition vergleicht und über das Stellglied nachführt.

Ausgangslage Force Measuring Systems AG (FMS) produziert und vertreibt un­ ter anderem Bahnlaufregelungen. Um den Entwicklungsprozess von dafür verwendeten Drehrahmen zu optimieren, soll das mechanische Verhalten zwischen unterschiedlich stark ausgelenkten Drehrahmen und verschiedenen Materialbahnen wissenschaftlich tiefer gehend her­ geleitet werden. Speziell soll untersucht werden, was für Einflüsse Auslenkwinkel, Ein- und Auslaufwalzen, Walzen­

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durchmesser, Drehrahmenmecha­ nik, E-Modul, Geschwindigkeit des Materials, Auslenkgeschwindigkeit etc. auf die unterschiedlichen Ma­ terialbahnen haben. Weiter soll die benötigte motorische Stellkraft er­ mittelt werden.

Vorgänge mathematisch beschrie­ ben werden. Mit anschliessenden Messungen werden die theore­ tischen Ergebnisse verifiziert. Un­ stimmigkeiten, welche bei den Be­ rechnungen durch die Messungen ersichtlich werden, müssen einge­ hender geprüft und überarbeitet werden. Die Firma FMS stellt einen Vorgehen Die Diplomarbeit beinhaltet sowohl BKS-Drehrahmen, einige typische theoretische als auch messtech­ Materialbahnen sowie einen Prüf­ nische Herausforderungen. Im er­ stand für die Dauer der Diplomar­ sten Schritt wird das ganze System beit zur Verfügung. in Teilsysteme aufgeteilt und ein­ zeln untersucht. Dabei sollen die

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Simo Andrijanic 1981 079 479 96 33 [email protected]

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Maschinentechnik Mécanique

Schweissen statt Giessen Produktentwicklung / Beat Schmied Experte: Peter Paul Knobel

Aufgrund der heutigen Marktlage müssen für Gussteile immer längere Lieferfristen in Kauf genommen werden. Dies erfordert grössere Lagerkapazitäten auf Seiten der Maschinenhersteller, um der dynamischen Nachfrage gerecht zu werden. Deshalb wurde beschlossen, den Maschinenrahmen für die Lochsäge-Maschine TS207 der Firma MeyerBurger AG als Schweisskonstruktion auszuführen.

Frank Balsiger 1982 078 896 81 18 [email protected]

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Die Aufgabenstellung Aufgabe war die Entwicklung einer schweissgerechten Rahmen-Kon­ struktion als Ersatz für die 30-jäh­ rige Guss-Konstruktion. Der Rahmen ist ein zentrales Ele­ ment der Maschine. Um einen prä­ zisen Schnitt zu gewährleisten, steht die Steifigkeit an oberster Stelle. Nebst der schweissgerechten Aus­ führung musste die Wippe punkto Herstellungskosten und Gewicht optimiert werden. Die Schnittstel­ len zu den angrenzenden Bauteilen durften nicht verändert werden.

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Ausführung Zu Beginn wurde die bestehende Gusslösung mit dem FE-Programm (Finite Elemente) ANSYS Work­ bench analysiert. Für den späteren Vergleich mit der Schweisskon­ struktion waren insbesondere die Deformationen und die Eigenfre­ quenzen von Interesse. Danach wurden mehrere Konzeptvarianten entworfen. Mit Hilfe von massstäb­ lichen, realen Modellen wurde deren grundsätzliches Verhalten betrach­ tet und die Verrippung untersucht. Schnell war klar, welche Varianten

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mehr Potential für eine anforde­ rungsgerechte Lösung boten. Auch das Gewicht und die Herstellungs­ kosten konnten so schon in einem frühen Stadium abgeschätzt und verglichen werden. Die erfolgversprechenden Varian­ ten wurden in einem weiteren Schritt mit ANSYS Workbench ana­ lysiert und anschliessend technisch und wirtschaftlich bewertet. Der Konzeptentscheid erfolgte zu­ sammen mit dem Aufgabensteller. Danach konnte mit der konstruk­ tiven Ausarbeitung begonnen wer­ den. Dank weiteren FE-Simulationen gelang es, den Entwurf bestmög­ lich auf die Anforderungen abzu­ stimmen. Dies bedeutete insbeson­ dere das Einhalten der zulässigen Deformationen unter Minimierung des Gewichts und der Schweiss­ nähte. Als Letztes wurden die Her­ stellkosten der Schweisskonstruk­ tion ermittelt.

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Servopneumatischer Linseneinschub

Maschinentechnik

Lasertechnik / Prof. Fritz K. Guedel; Dr. Jürg Steffen / Bystronic Laser AG, Niederönz Prüfungsexperte: Herr Christian Koblet

Mécanique

CO2-Laserschneidanlagen sind heute aus der modernen Materialbearbeitung nicht mehr wegzudenken. Daher stellt der Markt immer höhere Anforderungen an Prozesssicherheit, Autonomie und Leistung dieser Anlagen. Dadurch steigen auch die Ansprüche an ein konstantes Strahlwerkzeug. Durch laserinduzierte thermische Veränderung der Spiegelkrümmungen ändern sich die axiale Lage und der Durchmesser der Fokusstrahltaille, was zu nichtkonstanter Schnittqualität führt. Die automatische Fokuslageeinstellung mit dem servopneumatischen Linseneinschub ermöglicht so, den hohen Erwartungen Rechnung zu tragen.

Ausgangslage Die Firma Bystronic Laser AG ist ein weltweit führender Hersteller von Komplettlösungen im Bereich der CO2 Flachbett Laserschneidtech­ nologie. Um die von dem Markt gestellten hohen qualitativen Anforderungen zu genügen, muss die durch die fliegende Optik entstandene Orts­ abhängigkeit und die Leistungsab­ hängigkeit der Fokusposition dyna­ misch und präzise kompensiert werden können. Die von Bystronic eingesetzte Me­ thode kann die Fokuslage nur in einem eingeschränkten Bereich, über eine adaptive Umlenkoptik, verstellen. Dabei werden aber auch die Strahleigenschaften stark be­ einflusst, was sich nachteilig auf die Prozesssicherheit auswirkt. Versuche haben gezeigt, dass sich die Schnittqualität durch den Ein­ satz einer festen 90°-Umlenkoptik in der Z-Achse in Kombination mit einer verfahrbaren Fokussierlinse steigern lässt. Ziele Der aus meiner Semesterarbeit ent­ standene innovative Konzeptvor­ schlag soll nun als technologische Grundlage für die Lageregelung der neuen Schneidkopfgeneration mit pneumatisch verstellbarem Linsen­ einschub dienen. Dazu soll anhand von Optikberechnungen die opti­ male Lage und Krümmung eines neuen Adaptivspiegels für die Kor­ rektur des Fokusdurchmessers eruiert werden. Berner Fachhochschule - Technik und Informatik

Umsetzung Nach einer erfolgreichen Techno­ logieprüfung anhand eines Labor­ musters, mit nachfolgender Vorbe­ reitung für eine Patentanmeldung, werden die Funktionsmuster als drei Applikationsmodelle entwi­ ckelt. Diese sollen auf einem Prüf­ stand die industrielle Umsetzbarkeit dieses Konzeptes beweisen. Für die erfolgreiche Umsetzung ei­ ner Komplettlösung müssen, wie be­ reits erwähnt, die vorherrschenden

Strahleigenschaften und die opti­ sche Auslegung einer adaptiven Optik berücksichtigt werden. Ein Rechenprogramm, welches in Zusammenhang mit meiner Semester­arbeit entwickelt wurde, ermöglicht es mir nun die Strahl­ ausbreitung mit Hilfe von Strahlma­ trizen mathematisch zu berechnen. Damit können die fehlenden Parame­ ter, die für eine optimale Auslegung notwendig sind, ermittelt werden.

Marco Belletti 1979 079 301 75 43 [email protected]

Systeme und Diagramme der Lasertechnologie http://www.ti.bfh.ch

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Maschinentechnik Mécanique

Umsetzung EASA-Bestimmungen in CH-Luftfahrt Change Management & Systemik / Prof. Roland Hungerbühler Experte: Beat Schär

Am 1.12.2006 wurde die Schweiz Mitglied der europäischen Luftfahrtbehörde EASA (European Aviation Safety Agency). Als Folge werden die von der EASA erstellten Regelwerke in der Schweiz automatisch Gesetz und sind vom Bundesamt für Zivilluftfahrt BAZL umzusetzen. Dieser Wechsel von CH- zu EU-Vorschriften stellt insbesondere für kleine und mittlere Unternehmen eine grosse Herausforderung dar. Die dabei potentiell auftretenden Stolpersteine sollen anhand eines Beispiels (Verordnung (EC) 2042/2003 Part M Subpart I) genauer betrachtet werden. Unter dem Aspekt des Change Managements sind Möglichkeiten darzulegen, wie das BAZL die Implementation in der Luftfahrtindustrie optimieren kann.

Anne Bergström-Gigon 1975 079 636 59 19 anne.bergstroem-gigon@ bazl.admin.ch

Die Schweiz im EASA-Kontext Die EASA-Bestimmungen wurden in der EU am 28.09.2003 in Kraft gesetzt und wurden nach einer Übergangsfrist von zwei Jahren ab dem 28.09.2005 für alle EUMitgliedstaaten Gesetz; die Be­ stimmungen hatten für sie bis da­ hin implementiert zu sein. Da die Schweiz erst später EASA-Mitglied wurde und vorher die Rechtsgrund­ lage nicht bestand, das Regelwerk zu implementieren, musste hier ein besonderer Lösungsweg beschrit­ ten werden, der letztendlich bis zum 28.09.2008 umgesetzt sein muss. Dem Beitritt der Schweiz zu EASA liegt das von 1999 datierende bila­ terale Luftverkehrsabkommen LVA zugrunde, dessen Ziel es war, in der Luftfahrt eine möglichst vollstän­ dige europäische Integration der Schweiz anzustreben. Beispiel (EC) 2042/2003 Part M Subpart I Ein Teil, der bis September 2008 erfüllt zu sein hat, ist Part M, Sub­ part I der oben erwähnten Verord­ nung. Darin wird die Bescheinigung über die Prüfung der Lufttüchtig­ keit von Luftfahrzeugen behandelt. Vergleicht man den heutigen Luft­ tüchtigkeitsbescheinigungspro­ zess mit dem zukünftigen, so zeigt sich, dass (typisch für Part M) ein Trend zur Verlagerung der Verant­ wortlichkeit hin zum Luftfahrzeug­ betreiber stattfindet. Hinzu kommt, dass das Regelwerk erstellt wurde

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ohne differenziert auf einige luft­ fahrttechnische Besonderheiten der Schweiz Rücksicht nehmen zu können (topographische & wirt­ schaftliche Aspekte). Wie konkrete Umfragen in der Industrie gezeigt haben, führt all dies – nebst einem grösseren administrativen Aufwand – bei mehreren Betrieben teils zu er­ heblichem Widerstand.

schlüpfen, um die Industrie bei der Bewältigung dieser Change Pro­ zesse zu unterstützen. Dabei ist es wichtig, dass es sich der psycholo­ gischen Ursachen bewusst ist, wel­ che oftmals den unerwünschten Abwehrreaktionen gegenüber dem veränderten gesetzlichen Kontext zugrundeliegen: so kann es die be­ troffenen Anspruchsgruppen – an­ statt gegen ihren Widerstand an­ kämpfen zu müssen – souverän in Bundesamt FÜR Zivilluftfahrt: die richtige Richtung lenken, damit BAZL als Coach Das BAZL hat bei der Implemen­ die wirtschaftlichen, technischen tation somit nun nebst seiner tradi­ und sicherheitsrelevanten Aspekte tionellen Aufgabe als Aufsichtsbe­ der Umstellung optimal umgesetzt hörde in eine neue Coach-Rolle zu werden können.

EASA Regulation Organisational Structure

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Nd:YAG-Stablaser: Simulation und exp. Überprüfung Lasersimulation / Prof. Dr. Beat Neuenschwander; Dr. Tobias Moser (LASAG AG) Experte: Jürg Schmid

Maschinentechnik Mécanique

In Festkörperlasern wird das Modenspektrum und damit das Intensitätsprofil und die Strahlqualität M2 im Wesentlichen durch das Verstärkungsprofil und den Resonator bestimmt. Wären die letzteren zwei inkl. der thermischen Linse bekannt, dann sollten die Ausgangsleistung, das Intensitätsprofil und die Strahlqualität als Funktion der Pumpleistung numerisch bestimmbar sein. Diese numerischen Simulationen erfordern die genaue Kenntnis zahlreicher, nur näherungsweise bekannter Parameter. Resultate können daher nur durch Kombination von numerischer Simulation und praktischen Experimenten erzielt werden. In dieser Diplomarbeit wird dies für ein Lasersystem (LASAG Laser KLS 246) durchgeführt.

Da das Verstärkungsprofil, welches der erzeugten Pumpverteilung im Nd:YAG-Stab entspricht, zentralen Einfluss auf das Intensitätsprofil und die Strahlqualität hat, werden ver­ schiedene Pumpverteilungen fest­ gelegt, welche bei der Strahlpro­ pagation zur Anwendung kommen sollen. Neben numerisch erzeugten Idealverteilungen sollen auch simu­ lierte und gemessene Verteilungen bezüglich ihrer Wirkung auf die Aus­ gangsgrössen geprüft werden. Die simulierte Leistungsverteilung, wel­ che mit Zemax, einem Tool zur Er­ stellung und Analyse von optischem Design, erstellt wurde, wird aus der vorgängigen Semesterarbeit übernommen. Vorerst muss die­se Verteilung jedoch bezüglich ihrer Übereinstimmung mit der realen Pumpverteilung geprüft werden. Da diese Messung einen aufwändigen Aufbau erfordert, wird eine Mess­ vorrichtung entworfen und gefertigt, welche ins Lasergehäuse eingebaut und wiederholt genutzt werden kann. Die Messung am Laser KLS 246 erfolgt bei der LASAG AG in Thun. Der graphische Vergleich er­ gibt eine gute Übereinstimmung. Der erste Simulationsblock erfolgt im LAS-CAD, einem Tool zur Ana­ lyse und Entwicklung von Reso­ natorkonzepten. Eine FEA (Finite

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Element Analysis) ermöglicht das Bestimmen der Temperaturvertei­ lung (für die thermische Linse), der Spannungen und Deformationen

Gemessene Pumpverteilung im Nd:YAGStab

Simuliertes Intensitätsprofil zur gemessenen Pumpverteilung

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in Abhängigkeit der eingelesenen Leistungsverteilungen, welche in den bereiteten Resonator eingefügt werden. Um das Modenspektrum und das Intensitätsprofil zu ermit­ teln, muss eine Strahlpropagation erfolgen. Da der Beam Propagation Mode, welcher Teil des LAS-CADPakets ist, mit komplexen Codes rechnet und eine Vielzahl an Optio­ nen bietet, muss vorerst ein Be­ schaffen der theoretischen Grund­ lagen und eine Einarbeitung in das Tool stattfinden. Im Anschluss wer­ den diverse Simulationen durchge­ führt, welche nach Vergleichen mit der Theorie, den Erfahrungswerten und analytischen Berechnungen ergeben, dass LAS-CAD zwar im Bereich des Fundamentalmode zu­ verlässige Ergebnisse liefert, aber bei höheren Moden unzureichend genau arbeitet. Gestützt auf den erzielten Erkenntnissen wird das Modenspektrum und die Strahl­ qualität mit Matlab-Routinen er­ mittelt. Dieses Vorgehen wird für verschiedene Resonatorkonfigu­ rationen und Pumpleistungen an­ gewandt. Aus den Vergleichen mit konkreten Messungen kann auf die praktische Ausnutzung der Pump­ verteilung und den Zusammenhang zwischen Effektivität und Strahl­ qualität geschlossen werden.

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Thomas Urs Bosshard 1981 079 432 81 58 [email protected]

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Maschinentechnik Mécanique

Pneumatische Messungen an Gasturbinen Maschinentechnik / Prof. Beat Engeli, BFH-TI / Dr. Martin Treiber, ALSTOM Testcenter Experte: Dr. Rudolf Bauer

Haben Sie sich schon einmal die Frage gestellt, was in einem langen, dünnen Rohr passiert, in welches Sie hineinblasen? Wie lange wird es dauern, bis man einen Luftzug am Austritt spürt? Wie sieht der Druckverlauf am Ausgang aus, wenn diese Leitung geschlossen ist? Ziel dieser Arbeit ist es, solche Fragen zu klären.

Tilo Marco Bolli 1983 079 200 42 73 [email protected]

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Im Gasturbinen-Testkraftwerk der Firma ALSTOM in Birr wird unter anderem eine Gasturbine des Typs GT26 betrieben. Diese Gasturbine kann bis zu 288MW elektrische Lei­ stung produzieren, welches unge­ fähr der Leistung von 7200 Smarts Fortwo entspricht. Die Gasturbi­ ne wird überwiegend zum Testen und Validieren von Neu- und Wei­ terentwicklungen genutzt. Wäh­ rend den Tests werden mehrere tausend Messsignale gemessen und gleichzeitig aufgezeichnet. Es werden dabei unter anderem Drü­ cke, Temperaturen, Vibrationen, Massenströme und Abgaszusam­ mensetzungen gemessen. Um das transiente Verhalten der Gasturbine zu untersuchen ist es notwendig das genaue Zeitverhalten der ein­ zelnen Messketten zu kennen. Es muss bekannt sein, wie schnell eine Messkette ist, bzw. wie schnell die Signale gemessenen werden müs­ sen, so dass eine Änderung des Messsignals richtig erfasst werden kann. In dieser Arbeit soll das zeit­ liche Verhalten der pneumatischen Druckmesskette näher untersucht werden. Die Druckentnahmestellen sind Bohrungen in Bauteilen bzw. im Gehäuse der Gasturbine, die über Rohrleitungen mit den Druck­ sensoren verbunden sind. Diese Leitungen unterscheiden sich im Durchmesser, im Material und in der Länge.

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Schnitt durch eine GT26

Vorgehen Um das zeitliche Verhalten des pneumatischen Teils der Druck­ messkette genauer zu untersu­ chen, wurde ein Prüfstand aufge­ baut. Dieser ist so ausgelegt, dass die Druckleitung mittels eines Ven­ tils sehr schnell (15ms) mit einem Druck beaufschlagt werden kann. Der Druck wird am Anfang und am Ende der geschlossenen Messlei­ tung gemessen. Der Vergleich der beiden Mesungen ergibt das Ant­ wortverhalten der Messleitung.

Ausblick Wenn nun das Verhalten solcher einfachen Leitungen mathematisch beschrieben werden kann, dann sollte es auch möglich sein ver­ schiedene Kombinationen zu be­ schreiben, wie sie in der richtigen Maschine vorkommen. Besonders interessant sind Übergänge von verschiedenen Rohrdurchmessern, aber auch verschiedene Materialen der Druckmessleitungen. Erste Resultate zeigen, dass das Ma­ terial der Leitungen einen mess­ baren Einfluss auf das Verhalten des Druckanstiegs hat. Bei Stahl­ leitungen dauert es länger, bis das Signal stabil ist. Ziel ist eine mathematische Be­ schreibung zu erhalten, mit der Länge, dem Durchmesser und dem Material als Parameter, die auf alle in der Praxis vorkommenden Variationen anwendbar ist. Mit dem Ergebnis der Arbeit kann die Firma ALSTOM die dyna­ mischen Vorgänge in ihren Gas­ turbinen noch besser untersuchen und damit die Gasturbinen weiter optimieren.

Zeitlicher Verlauf eines Druckanstiegs

Die Messsignale werden mit einer Datenerfassung aufgezeichnet und mit einer Auswertesoftware aufbe­ reitet und ausgewertet.

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Maschinentechnik Mécanique

Automatischer Düsenwechsler für Laserschneidanlage Produktentwicklung / Prof. Fritz K. Güdel Experten: Dr. Paul Gygax, Christian Koblet / Industriepartner: Christoph Plüss, Bystronic Laser AG, Niederönz

Laserschneidanlagen sind aus der heutigen Materialbearbeitung nicht mehr wegzudenken. Die Schneiddüsen muss der Maschinenführer von Hand in den Schneidkopf einschrauben und anschliessend ausrichten. Dieser Prozess ist sehr aufwändig und benötigt viel Zeit. Beim Produktionsschneiden sind die Standzeiten gering und somit wird ein periodischer Wechsel der Düse notwendig. Je nach Parametereinstellungen wie Brennweite, Fokuslage und der Materialdicke wird eine andere Düse zum Schneiden verwendet. Ziel ist das Wechseln der Laserdüsen mit einem geeigneten Wechselsystem zu automatisieren.

Karin Bracher 1981 079 637 81 30

Voraussetzungen Die Anwender von Laserschneid­ anlagen stellen zunehmend höhere Forderungen an die Prozesssicher­ heit und Autonomie. Das automa­ tische Abarbeiten verschiedener Bleche und Materialien wird heute beeinflusst durch die Notwendigkeit des manuellen Einschraubens der entsprechenden Schneiddüsen. Die

Entwicklung eines automatischen Düsenwechslers soll die Basis für einen mannlosen Betrieb schaffen und speziell für Produk­tionsanlagen mit Blechlagerbetrieb im HighendBereich einen wesentlichen Mehr­ wert generieren. Der Einsatz eines Düsenwechslers ist der erste Schritt in Richtung autonome Produktion.

[email protected]

Aufgabenstellung Diese Diplomarbeit soll sich mit dem Stand der Technik automa­ tischer Wechseleinrichtungen von Schneiddüsen in Bezug auf La­ serschneidanlagen befassen und mögliche neuartige Lösungskon­ zepte daraus ableiten. Es soll eine kompakte und eigenständige Ein­ heit entwickelt und konstruiert wer­ den, welche sich in die heutigen Bystronic-Highend-Anlagen Bystar und Byspeed integrieren lässt. Der Ablauf des Wechselvorganges soll mit einer 3D-Animation (real-time) simuliert werden. Vorgehen Der Stand der Technik wurde mit einer intensiven Patentrecherche abgeklärt und in einer Liste zusam­ mengefasst. Anschliessend wur­ den mögliche neuartige Ideen ab­ geleitet und verschiedene Varian­ten ausgearbeitet. Die Ansätze wurden mit einer technisch-wirtschaftlichen Bewertung verglichen. Die ver­ schiedenen Entwürfe inklusive der Bewertung wurden bei der Firma Bystronic Laser AG in Niederönz vorgestellt. Anschliessend wurde das Lösungskonzept festgelegt und ausgearbeitet. Mit der gewähl­ ten Lösung können sämtliche An­ forderungen des Auftraggebers er­ füllt werden.

Schneidkopf Bystar

Schneidkopf Byspeed

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Simulation von Mikrokanalwärmetauschern

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Institut für angewandte Lasertechnologie / Prof. Dr. Beat Neuenschwander Experte: Jürg Schmid

Mit der Miniaturisierung von elektronischen Bauteilen werden auch deren Kühlsysteme immer kleiner, welche notwendig sind um die Eigenschaften der Elektronik während des Betriebs zu gewährleisten. Ein Kühlsystem besteht meist aus einem Wärmetauscher, in welchem ein wärmerer Stoff einen Teil seiner Wärme an einen zweiten Stoff mit tieferer Temperatur abgibt. Aufgrund des guten Verhältnisses von Oberfläche zu Volumen in Mikrowärmetauschern lassen sich grosse Wärmeleistungen übertragen.

Basierend auf einer Semester- und Diplomarbeit über die Simulation von Miniaturwärmeübertragern wird nun in den Mikrobereich vor­ gedrungen, um das Strömungsver­ halten in Mikrokanälen zu simulie­ ren. Parallel wird in einer weiteren Diplomarbeit ein Messstand ge­ baut, mit welchem die Simulations­ ergebnisse dann verglichen werden können. Mit Hilfe des CFD (Compu­ tional Fluid Dynamics) Programms

Fluent ist es möglich die Vorgänge in einem Wärmetauscher zu simu­ lieren und über die herrschenden Strömungsverhältnisse sowie über Wärmeübergänge qualitative Aus­ sagen zu machen und schlussend­ lich zu optimieren. Ob sich aber mit solchen Algorithmen im Mikrobe­ reich immer noch Systeme korrekt beschreiben lassen, soll mit dieser Arbeit geklärt werden. Vorausset­ zung für eine erfolgreiche Simula­ tion sind die genauen Kenntnisse über die herrschenden Randbedin­ gungen in einem System. Zunächst muss zuerst die Oberflächentopo­ graphie ausgemessen und deren Einfluss auf die Grenzschicht des Fluids bestimmt werden. Weiter bestimmen die Wahl der Materia­

len sowie die Prozessmedien die übertragbare Wärmeleistung. Am Anfang werden einfache Modelle von Wärmetauscher simuliert und dann mit einer Handrechung ver­ glichen. Schrittweise wird nun die Komplexität der Modelle erhöht um verschiedene Kanalgeometrien zu untersuchen. Parallel dazu werden im Labor für Laser Mikromaterial­ bearbeitung Mikrowärmetauscher aus Glas hergestellt, welche dann auf dem Messstand ausgemessen und schlussendlich mit den Simu­ lationsergebnissen verglichen wer­ den. Mit Hilfe von Fluent kann man nun die optimalen Parameter der Kanalabmessungen und die Strö­ mungsgeschwindigkeit für einen Mikrowärmetauscher evaluieren.

Stefan Brüngger 1980 076 316 45 50

Mit Lasermikroskop ausgemessener Mikrokanal

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Strömungsverhalten in einem Mikrokanal

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Modenumschaltung in CO2- Laserresonator Institut für angewandte Lasertechnologie/ Prof. Dr. Beat Neuenschwander, Dr. Jürg Steffen Experte: Dr. Dietmar Kramer

Industrielle CO2-Laser in den Flachbettschneidanlagen emittieren vorwiegend einen Laserstrahl mit Doughnut-ähnlicher Intensitätsverteilung. Diese ist für den Schneidprozess am vorteilhaftesten. Für dünne Bleche oder zum “Einstechen” könnten aber andere Intensitätsprofile, wie z.B. ein Gauss­ strahl, besser geeignet sein. Mit dem Mathematikprogramm Mathcad wurde ein Berechnungsmodell erstellt, in dem man die dynamischen Krümmungsradien eines Adaptiv-Spiegels beliebig anpassen kann, um so das gewünschte Intensitätsprofil zu erhalten.

Cihan Calli 1982 078 718 08 80 [email protected]

Die Firma Bystronic Laser AG in Niederönz stellt für ihre Schneid­ anlagen die CO2-Laser selbst her. Die Modenumschaltung in einem Laserresonator ist vor allem mit der Strahlqualität des Laserstrahls ver­ bunden. Um eine Modenumschal­ tung durchführen zu können muss man zuerst den ganzen Resona­ tor berechnen. Um die gewünsch­ ten Resultate wie Strahlqualität, Waistradius und die Position der Strahltaille eindeutig zu bestimmen, werden die thermischen Deforma­ tionen, Absorptionskoeffizienten, Coatings, Krümmungsradien, Re­ flektionen, Substrat Material und Eigenschaften der Spiegel berück­ sichtigt. Jeder CO2-Laserresonator ist von der Anordnung bis zu den Spiegeln anders aufgebaut. Das Berechnungsmodell aus der vorangegangenen Semesterarbeit wurde an den Bylaser 5.2 ange­ passt. Dabei gab es einige Ände­ rungen zu berücksichtigen, wie zum Beispiel der Leistungsanstieg von 4.4 auf 5.2kW, was ein wich­

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tiger Punkt für die thermischen Ver­ formungen der Spiegel im Laserre­ sonator ist, da dort jetzt nicht mehr 8.8kW sondern 10.4kW Leistung vorhanden ist. Je höher die Leistung, desto mehr werden die Spiegel und auch das CO2-Gas thermisch bela­ stet und haben damit einen Einfluss auf das Verhalten des Resonators. Zusätzlich wurde noch die ther­ mische Belastung des Lasergases in Form einer GRIN-Linse eingefügt, was vor allem einen Einfluss auf die Strahlqualität hat.

tigen Parameter wie die Position der Strahltaille, Strahlqualität, Wa­ istradius und das Intensitätsprofil zu bestimmen. Ausserdem besteht die Möglichkeit, beliebige Abstän­ de und Spiegelsubstrate mit unter­ schiedlichen Coatings einzugeben und ihren Einfluss auf den Laser­ strahl zu überprüfen, was in der Re­ alität wegen der Justierung des Re­ sonators sehr zeitaufwändig ist. Das Mathcad Berechnungsmodell wurde so ausgearbeitet, dass es für jeden Menschen bedienbar ist. Durch Eingabe von Substratwerten, In der Praxis werden diese Laser­ Coatings und Dimensionen kann strahlen mit einem Focus Moni­ man die Lösungen im und ausser­ tor ausgemessen und damit ihre halb des Resonators schnell und Strahlqualität, die Lage der Strahl­ einfach auf einen Blick sehen. taille, der Fokusdurchmesser usw. bestimmt, was eine sehr zeitauf­ wändige Arbeit ist.

Es sind Methoden gesucht mit de­ nen in Zukunft diese zeitaufwän­ digen Messungen reduziert werden kann. Mit dem vorliegenden Be­ rechnungsmodell sollte es möglich sein, schnell und einfach die wich­

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Vergleich Simulation und Messung

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Zylinderwandschmierung von Grossdieselmotoren

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Energietechnik / Prof. Beat Engeli Experte: Felix Scheuter

Die Firma Wärtsilä ist in Fachkreisen für ihre hocheffizienten und äusserst zuverlässig arbeitenden Dieselmotoren bekannt. Das klassische Einsatzgebiet dieser langsam laufenden Grossdieselmotoren ist vornehmlich die internationale Schifffahrt. Die Gesetzgeber verlangen zunehmend strengere Umweltauflagen. Diese lassen sich allerdings nur mit grossem technischem und finanziellem Aufwand erfüllen. Heute erfolgt die systembedingte Schmierung der Zylinderlauffläche der Motoren mit einem kostspieligen Spezialöl. Um nun den Schmierstoffverbrauch und damit die Betriebskosten zu senken, werden neue Schmiersysteme entwickelt.

Ausgangslage Schiffe stellen für den heutigen Wa­ rentransport nach wie vor eine zen­ trale Rolle dar. Die grossen Contai­ nerschiffe und Tanker werden in der Regel durch Dieselmotoren ange­ trieben, welche bis zu 80‘000 kW leisten und gegen 2‘300 Tonnen schwer sind. Sowohl der Kauf wie auch der Betrieb und Unterhalt verursachen für den Unternehmer hohe Kosten. Von besonderer Be­ deutung sind die Betriebskosten für die Zylinderinnenwandschmierung. Bedingt durch das Zweitakt-Ver­ brennungsprinzip und den schwe­ felhaltigen Treibstoff muss sowohl der Kolben wie auch die Zylinder­ wand mit einem sehr teuren Spe­ zialöl geschmiert werden, welches während dem Betrieb weitgehend verbrannt wird. Um den Verbrauch dieses kostenintensiven Spezialöls zu minimieren, wird mit grossem technischem Aufwand an neuen Schmiersystemen gearbeitet.

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Ziele In der vorliegenden Diplomar­ beit beschäftigen wir uns mit dem Schmiersystem, welches das Öl durch den Kolben fördert. Im Detail setzen wir uns mit der Auslegung, Auswahl und Systemintegration einer dafür geeigneten Schmieröl­ pumpe auseinander. Dabei wird an die neue Pumpe eine Vielzahl von Anforderungen gestellt. Einerseits muss das neue Schmiersystem höchsten Qualitätsanfoderungen gerecht werden, da ein Defekt im schlimmsten Schadenfall einen kapitalen Motorschaden zur Folge haben kann. Andererseits soll die zukünftige Schmierölversorgung für die gesamte Motorenfamilie verwendet werden können. Mittels Konzeptstudie werden deshalb die technischen Möglichkeiten aufge­ zeigt und durch Wirtschaftlichkeits­ berechnungen untermauert.

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Realisierung Zu Beginn dieser Diplomarbeit wur­ de nach systemischen Grundsätzen das Rollenverhalten der einzelnen Komponenten des Schmiersys­ tems aufgezeigt. Diese Erkennt­ nisse wurden in einer morpholo­ gischen Matrix aufgezeichnet und ausgewertet. Darauf aufbauend konnte zusam­ men mit dem Auftraggeber ein Va­ riantenentscheid herbeigeführt und dadurch das weitere Vorgehen de­ finiert werden. Das neuartige Schmiersystem wird aus Gründen der Betriebssicherheit mit 2 Pumpen ausgerüstet und mit einer adäquaten, mehrfach redun­ danten Überwachung abgesichert. Dank diesem neuen Pumpenkon­ zept und des neuartigen Schmier­ systems können die Dieselmotoren in naher Zukunft spürbar geringere Betriebskosten bei zugleich gestei­ gerter Zuverlässigkeit aufweisen.

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Simon Diggelmann 1980 079 598 57 90 [email protected]

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Strukturanalyse an Giesssystem Strukturmechanik / Prof. Martin Züger Experte: J. Schmid, Wifag

Die Firma KW-SLS Swisspour AG produziert halb- und vollautomatische Giesssysteme. Bei halbautomatischen Systemen wird die Giessbewegung im Produktionsprozess mit einer mechanischen Kurve realisiert. Die Giesspfanne wird in einen Hubwagen eingehängt, der mit vier Rollen auf den Kurvenbahnen geführt wird, während die geforderte Giessbewegung ausgeführt wird. Um die Lebensdauer der Rollenführungen zu erhöhen sollen im Rahmen der vorliegenden Diplomarbeit die mechanischen Bedingungen im Führungssystem des Hubwagens untersucht und allfällige Verbesserungsvorschläge ausgearbeitet werden.

Andreas Dummermuth 1983 [email protected]

Die hohen Taktzeiten im Formen­ bau für Gussteile stellen hohe An­ forderungen an das nachfolgende Giesssystem. Eine komplette Anla­ ge kann aufgrund der sehr hohen Anschaffungskosten nur wirtschaft­ lich betrieben, wenn die Stillstand­ zeiten durch Instandhaltungs- und Umrüstarbeiten auf ein Minimum re­ duziert werden. Um die geforderte Lebensdauer der Anlage dennoch zu erreichen gilt dem hoch bela­ steten Führungssystem besondere Aufmerksamkeit.

Für den einfachen Wechsel der Giesspfanne ist diese einseitig auf­ gehängt. Das hierdurch erzeugte Moment bewirkt, dass die Rollen neben der Radialkraft auch be­ achtliche Axialkräfte aufnehmen müssen. Mit dem leistungsfähigen Antriebssystem kann über einen Kettenzug der Hubwagen mit der 3.5t schweren Pfanne mit ho­ her Beschleunigung positioniert werden. Auf die wälzgelagerten Führungsrollen und die gesamte Struktur wirken somit nicht nur be­ achtliche statische Kräfte ein. Wäh­ rend der Schwenkbewegung ent­ lang der Kurvenführung wird eine dynamische Belastung verursacht. Neben einem Modell auf einem Be­ rechnungsprogramm können mit

Hilfe der Finite Elemente Methode interessante Informationen aus den Deformationen und Spannungen gewonnen werden, die in der Struk­ tur auftreten. Dafür sind sinnvolle Annahmen und Vereinfachungen zu treffen. Parallel dazu dürfen zahlreiche wei­ tere Einflüsse nicht vernachlässigt werden. Der Pfannenwechsel mit einem Stapler kann bei Unacht­ samkeit des Bedieners Stösse und Schläge auf die Führung verursa­ chen. Die konstruktive Gestaltung und Auslegung gilt es an heiklen Stellen wie den Führungsrollen zu überprüfen. Ziel ist es, dem Auftraggeber verifi­ zierte Lösungen für die Optimierung vom Führungssystem vorzulegen.

Mit Hilfe der FEM können Deformationen berechnet werden

Ansicht der Giesspfanne mit dem Führungssystem

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Magic Box – sauberes Wasser für alle

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Verfahrenstechnik: Prof. Dr. Kurt M. Graf Experte: Dr. Rudolf Bauer

Mit der Magic-Box soll dem Ziel, die kostbaren Wasserresourcen unserer Erde zu bewahren, ein Schritt näher gekommen werden. In der Schweiz ist Trinkwasser im Allgemeinen noch in genügender Menge vorhanden. Aber bereits bei sehr trockenen Wetterperioden oder nach Überschwemmungen ist eine ausreichende Versorgung nicht mehr gesichert. In Entwicklungsländern müssen Menschen häufig ohne sauberes Wasser leben, was zum Teil zu Krankheiten und hoher Kindersterblichkeit führen kann. Mit Hilfe der Magic-Box soll Wasser direkt am Ort des Verbrauchers ohne Zwischenspeichern aufbereitet werden.

Ausgangslage Aufbauend auf einer Semester­ arbeit soll mittels Mikro- und Ul­ trafiltration sowie Umkehrosmose verschmutztes Wasser aufberei­ tet werden. Die Betriebsart kann je nach Verschmutzungsgrad des Wassers frei gewählt werden. Auch der Antrieb der Anlage kann je nach vorhandenen Quellen gewählt wer­ den. Es besteht die Möglichkeit die Anlage mit Netzstrom, alternativen Energien wie Solar- und Windener­ gie oder von Muskelkraft zu betrei­ ben.

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Ablauf Da bei der vorhergehenden Se­ mesterarbeit die Komponenten ausgewählt und zum Teil beschafft wurden, ging es nun darum, unter Berücksichtigung der Betriebskon­ zepte die Anlage zusammenzubau­ en und anschliessend in Betrieb zu nehmen sowie zu testen. Es wurden ausführliche Messungen zur Funktions- und zur Qualitäts­ kontrolle der Membranmodule durchgeführt und ausgewertet. Nachdem man die Anlage getestet hatte und die Funktion belegt war, ging es darum aufzuzeigen, was die Anschaffung der Anlage kostet und welche Kosten die Anlage im Betrieb (Wartung und Unterhalt) verursacht. Während dessen wurden noch die nötigen Komponenten beschafft, um die Anlage mit Solar- oder Windenergie zu betreiben.

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Ausblick Die Anlage wird nun ein weiteres Mal kompakter zusammengebaut und dann wird sie sich in der Pra­ xis zu behaupten haben. Es folgen Tests in einer afrikanischen Schule sowie regionale Einsätze bei Über­ schwemmungen oder ähnlichen Vorkommnissen.

Matthias Ebener 1982 www.kippel08.ch [email protected]

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Randschichthärtung beim Laserschneiden Lasertechnologie / Dr. Jürg Steffen; Prof. Fritz K. Güdel Experte: Peter Paul Knobel

Heute müssen lasergeschnittene Bauteile immer höheren Anforderungen gerecht werden. Dabei kommt es beim Laserschneiden durch die Wechselwirkung des Laserstrahls und des Schneidgases zu einer Gefügeänderung. Dies kann in der Randzone, entlang der Schnittfuge, zu Materialeigenschaftsänderungen wie Härte, Sprödigkeit und Elastizität führen. Diese Auswirkungen können ein Sicherheitsrisiko bei wichtigen Bauteilen darstellen. Es soll untersucht werden, welche Materialund Prozessparameter einen Einfluss auf die Wärmeeinflusszone haben.

Christian Eberlin 1982 079 823 43 57 [email protected]

Ausgangslage Beim Laserschneiden von Metallen unterscheidet man zwischen dem Brenn- und dem Schmelzschneid­ verfahren. Beim Brennschneiden wird das Schneidgas Sauerstoff (O2) und beim Schmelzschneiden Stick­ stoff (N2) verwendet. Durch die hohe Leistungsdichte und der kurzen Ein­ wirkdauer entsteht eine hohe Ober­ flächentemperatur. Dieser Einfluss kann Materialeigenschaften, wie Härte, Sprödigkeit und Elastizität in der Wärmeeinflusszone verändern (siehe Bild). Der Einsatzbereich des Laserschneidens wird somit für ausgewählte Anwendungsbereiche,

wie Brückenkonstruktionen oder andere sicherheitsrelevante Bau­ teile, eingeschränkt. In der vorangegangenen Semester­ arbeit wurden für das Brennschnei­ den von Baustahl und das Schmelz­ schneiden von rostfreiem Stahl (Inox) systematische Messungen durchgeführt und die Aufhärtung in der Randzone ausgewertet. Bei Inox ergab sich keine klare Abhän­ gigkeit, bei Baustahl jedoch konnte eine deutliche Aufhärtung festge­ stellt werden. Daher wird auf die Weiterführung der Untersuchung von Inox verzichtet.

Ausblick Die Kenntnisse über den quantita­ tiven Einfluss verschiedener Pro­ zess- und Materialparameter auf die Wärmeeinflusszone sind Vorausset­ zung, um den Laserschneidprozess zu optimieren und die Einsatzmög­ lichkeiten von lasergeschnittenen Bauteilen zu definieren.

Wärmeeinflusszone beim Laserschneiden

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Vorgehen Zu untersuchen sind die Auswir­ kungen von Material- und Prozess­ parametern auf die Wärmeein­ flusszone. Das zu untersuchende Material ist in einer ersten Phase Baustahl und in einer zweiten Alu­ minium. Unterschieden wird dabei zwischen der Alpha-Untersuchung, welche entlang der Schnittfuge und der Beta-Untersuchung, die senkrecht zur Schnittfuge verläuft. Weiter soll durch einen Vergleich der Einfluss des Schneidgases auf die Energiebilanz und die Materi­ aleigenschaften in der Randschicht ermittelt werden. Eine ausführliche Recherche über die Einsatzmög­ lichkeiten von lasergeschnittenen Bauteilen im Brücken- und Flug­ zeugbau, sowie die mikroskopische Analyse der Gefügestruktur in der Wärmeeinflusszone, sind Bestand­ teil der Aufgabe. Zum Schluss wird eine Berechnung der Temperatur­ verteilung durchgeführt und mit den experimentellen Werten verglichen.

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R 450

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EnDes – Innovation und Erfahrung aus über 1000 Projekten

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Nd:YAG-Laserschweissen im Dauerstrichbetrieb Produktionstechnik / Prof. Fritz K. Güdel Experte: Dr. Dietmar Kramer

Im Gegensatz zum Laserschweissen von Stahlwerkstoffen bietet das Schweissen von Aluminium andere Besonderheiten. Durch die höhere Reflektion und Wärmeleitung des Aluminiums wird eine höhere Leistungsdichte des Laserstrahls erforderlich. Ein weiteres Hindernis, welches bewältigt werden muss, ist die sich auf dem Aluminium bildende Oxidschicht, welche eine Schmelztemperatur von 2050°C hat (im Vergleich zur Aluminiumschmelztemperatur von 650°C). Besondere Beachtung muss dem Schutzgas gewidmet werden, da dieses den Schweissprozess erheblich beeinflusst.

Mathias Frei 1983 079 443 83 01 [email protected]

Das Leichtmetall Aluminium wird seit einiger Zeit in Fahrzeugen verwendet. Laserschweissen ermöglicht dabei eine besonders effiziente Anbindung von grossflächigen Blechteilen an die Karosseriestruktur, weil die da­ bei entstehenden linienförmigen Ver­ bindungen höhere Festigkeits- und Steifigkeitswerte als punktförmige Verbindungen erzielen. Für den Laser sind die Prognosen zur Weiterentwicklung positiver denn je: Die Entwicklungsrichtung zu im­ mer höheren Leistungsdichten der Schweissprozesse bei gleichzei­ tigem Wunsch, die thermische Be­ lastung des Bauteils zu reduzieren und gleichzeitig höhere Schweiss­ geschwindigkeit zu erreichen, ge­ ben Anlass, diese Technologie nicht aus den Augen zu verlieren. Auch sind verschiedene Schweissverfah­

ren mittels dem Laser kombinierbar, wie z.B. das Laserhybridschweissen. Beim Laserhybridschweissen han­ delt es sich um die Kombination des MIG-Schweissen und dem Laser­ schweissen. Durch die Nutzung der Vorteile beider Schweissmethoden lassen sich grössere Spaltüberbrü­ ckungen realisieren. In einer vorgängigen Semesterarbeit wurden Schweissversuche mittels eines Nd:YAG-Lasers im Dauerstrich­ betrieb getätigt. Dabei wurde hoch­ legiertes Stahlblech verschweisst. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse werden nun in der Diplomarbeit so umgesetzt, dass im Dauerstrichbe­ trieb Aluminiumblech mit verschie­ denen Legierungselementen ohne Zusatzdraht verschweisst werden kann. Es stellt sich sehr schnell he­ raus, dass bei gleicher Parameter­

wahl wie bei Stahl, Aluminium nicht verschweisst werden kann. Wird eine gewisse Leistungsdichte von mindes­ tens 106 W/cm2 nicht überschritten, tritt bei der Aluminiumoberfläche eine Reflexion der optischen Strah­ lung von mehr als 95 % auf. Nun gilt es die Parameter so zu optimieren, dass geeignete Blind-, Stumpf- und Überlappnähte wirtschaftlich her­ gestellt werden können. Die Proben sollen im Anschluss nach geltenden Normen geprüft werden. Eine wich­ tige Überprüfung der Naht ist der Querzugversuch. Es wird die Zugfe­ stigkeit und die Lage des Bruches einer Stumpfschweissung ermittelt. Eine vorgängige metallographische Untersuchung mittels Schliffbilder ist ebenfalls Bestandteil der Auswer­ tung. Somit können Poren, Risse und Bindefehler erkannt werden.

Überlappnaht Al99.5, Wurzelüberhöhung etwas zu gross (geschweisst mit Nd:YAG-Laser)

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FE-Analyse an Kunststoff-Laufrädern

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Strukturmechanik / Prof. Martin Züger Experte: Herr Beat Schär

Die Firma Colasit AG in Spiez produziert Kunststofflaufräder für vielfältige und anspruchsvolle Anwendungen. Zukünftig soll in der Produktion die Anwendung des bewährten Spiegelschweissverfahrens auf weitere Schweissverbindungen ausgeweitet werden. Im Rahmen meiner Diplomarbeit habe ich Festigkeitsuntersuchungen an verschiedenen Ausführungsvarianten der Schweissnähte durchgeführt. Die Ergebnisse der Variantenuntersuchungen können dazu beitragen, die Produktion weiter zu optimieren. Im Rahmen der Ergebnisverifikation entstand ein Berechnungsprogramm, mit welchem die Firma Colasit ohne aufwändige FEM-Werkzeuge eine Grobabschätzung der wirkenden Spannungen machen kann. Die Ventilatoren der Firma Cola­ sit, bei welchen alle medienberüh­ renden Teile aus Kunststoff gefertigt werden, werden in den unterschied­ lichsten Umgebungen betrieben. Dazu gehören Temperaturschwan­ kungen, aggressiv belastete Me­ dien (Luft) sowie unterschiedliche Drücke. Der Schwerpunkt der vor­ liegenden Diplomarbeit liegt in der Untersuchung der Einflüsse aus Temperaturschwankungen und un­ terschiedlichen Betriebsdrehzahlen auf die daraus resultierenden Bean­ spruchungen in den Schweissnäh­ ten. Beim für einzelne Verbindungen neu einzusetzenden Verfahren des Spiegelschweissens (in der Norm als Heizelementschweissen be­ zeichnet) handelt es sich um ein Schweiss­verfahren, bei dem zwei Flächen von zu fügenden Bauteilen gleichmässig erwärmt werden und dann unter vorgegebenem Druck zusammengedrückt werden. Der Vorteil des Verfahrens liegt darin, dass kein Zusatzwerkstoff benötigt wird und der gesamte Schweisspro­ zess teilautomatisiert werden kann.

Die Eigenheit einer KunststoffSchweissnaht liegt darin, dass die Schweissnaht eine geringere Festig­keit aufweist als das Grund­ material und deshalb die Schweiss­ nähte grössere Querschnitte auf­ weisen müssen, um die Kräfte zu übertragen. Um eine Vorstellung der Bela­ stungen im existierenden Laufrad zu erhalten, wurde die 3D-Geometrie in einem Finit-Element-Programm wei­ terverarbeitet und mit Hilfe der FEMMethode Spannungen und Defor­ mationen berechnet. Zur Berechnung wurden die geo­ metrisch nicht-linearen Einflüsse,

die Alterung des Kunststoffes so­ wie der Einfluss der Temperatur des Kunststoffs auf dessen Festigkeit mit berücksichtigt. Basierend auf diesen Resultaten konnte eine Excel-Anwendung pro­ grammiert werden, mit deren Hilfe Colasit durch Eingabe von weni­ gen Kennwerten eine qualitative Aussage über die Belastung der Schweiss­naht machen kann. Parallel dazu wurden die aktuell eingesetzten Schweissnähte einem Vergleich unterzogen, damit Co­ lasit bessere Kenntnisse über die mögliche Belastbarkeit der einzel­ nen Schweissvarianten (Extrusions­ schweissen, Warmgasschweissen, Spiegelschweissen) besitzt und so ihre Laufräder produktionstech­ nisch immer optimal auslegen kann.

Timotheus Gfeller 1983 079 759 08 74 [email protected]

Vergleichsspannungen im Laufrad bei n=1950 min-1

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Oberwasserniveauregelung für ein Kleinkraftwerk Produktentwicklung / Prof. Dr. Juraj Cizmar Experte: Christian Koblet

Bei unbeaufsichtigten Wasserkraftwerken verlangen die Sicherheitsvorschriften ein kontrolliertes Stillsetzen der Anlage und das Halten des Oberwasserspiegels bei Netzausfall. Beim Kleinwasserkraftwerk “Alte Ziegelei” in Derendingen SO wird das Oberwasser bis heute mit Hilfe eines manuell einzustellenden Nadelwehrs geregelt, was eine regelmässige Überwachung durch eine Person erfordert. Das Nadelwehr soll nun durch eine netzunabhängige, automatisch funktionierende Regel­ einrichtung ersetzt werden, welche das Oberwasser selbsttätig auf konstantem Niveau hält.

Boris Jaeggi 1984 [email protected]

Aufgabenstellung Um den Wasserstand vor dem Kraftwerk konstant zu halten, soll eine rein mechanisch funktionie­ rende Regeleinrichtung konstruiert werden. Zudem müssen gemäss dem Amt für Umweltschutz in Not­ fallsituationen (z.B. heftige Gewit­ ter), bis zu 4 m3/s über den Bypass abgeführt werden können. Zum Schluss der Diplomarbeit ist für die gesamte Konstruktion der Festig­ keitsnachweis mittels FEM-Simula­ tionen zu erbringen. Konstruktion und Funktionsprinzip Die geplante Konstruktion besteht aus einer Stauklappe, die den Was­ serstand im Normalbetrieb regelt sowie einem Rollschützen, welcher beim Überschreiten der zulässigen Wasserstandshöhe kontrolliert hoch­­gezogen werden kann. Für das Halten des Oberwasserspiegels im Normalbetrieb wird die Energie der vorhandenen Wasserkraft genutzt. Steigt der Wasserpegel an, so senkt sich die Klappe und es fliesst mehr Wasser über den Bypass ab.

Bei Ausfall des Wasserkraftwerkes sowie bei Hochwasser wird der ge­ samte Rollschütz angehoben, um die erhöhte Wassermenge abzu­ führen. Sämtliche Regelparameter der Regelungsanlage können ohne grossen Aufwand in geeigneten Bereichen eingestellt werden ohne dass dazu Teile umgebaut werden müssen. Umwelteinflüsse Eine spezielle Aufmerksamkeit muss den Verschmutzungen im Fluss geschenkt werden. Jeder Fluss ist von Natur aus mit gewis­ sen Verunreinigungen wie Laub oder Holz versehen. Dazu kommen

leider auch immer grössere Men­ gen von Zivilisationsabfällen. All diese Verunreinigungen dürfen die Funktion des Wehres nicht beein­ trächtigen. Die Konstruktion muss zudem frostsicher ausgelegt sein, um auch im Winter eine zuverläs­ sige Regelung des Wasserniveaus zu garantieren. Die vorliegende Diplomarbeit bein­ haltet die Konstruktion sowie den Festigkeitsnachweis des Wehr­ schützen und wurde parallel zur Di­ plomarbeit von Roman Zoller (siehe S.167) durchgeführt, welche sich mit der Regelung des Wehres be­ fasst.

Wasserkraftwerk mit vorhandenem Bypass

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Neuartiger Kochtopf

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Mechatronik / Prof. Fritz Bircher Experte: Christian Koblet

Diese Situation kennen alle. Man will nur kurz etwas auf dem elektrischen Herd kochen. Zuerst passiert lange nichts, plötzlich kocht alles über und am Schluss hat man nichts zu essen und viel zu putzen. Ein neuartiger Kochtopf soll hier Abhilfe schaffen. Die gewünschte Temperatur kann am Kochherd eingestellt werden und wird mit dem im Kochtopf integrierten Regler geregelt. Übergekochte Speisen gehören damit der Vergangenheit an.

Auf dem heutigen Markt sind bereits etliche Produkte erhältlich, welche es einem erlauben, die Temperatur während des Kochvorganges zu überwachen. Die meisten von ih­ nen benötigen jedoch noch immer ein grösseres Mass an Aufmerk­ samkeit, da man auf das Erreichen einer gewünschten Temperatur schnell reagieren muss. Dies soll sich nun aber mit dem neuartigen Kochtopf ändern.

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Mit einem bedienungsfreundlichen Touchscreenbildschirm ausgerüs­ tet, kann an der Herdsteuerung die gewünschte Kochtemperatur rasch eingestellt werden. Die an der Steu­ erung eingegeben Daten werden dann über eine drahtlose Verbin­ dung schnell und sicher an den Kochtopf übertragen. Dort ist der im Kochtopf integrier­ te Regler für die Überwachung und das schnelle Erreichen der einge­

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stellten Temperatur zuständig. Die Regelung, welche unabhängig von Gargut und Füllmenge ist, garan­ tiert dabei, dass die Zieltemperatur nicht überschritten wird. Dadurch wird das Anbrennen und Überko­ chen der Speisen vermieden, aus­ ser man stellt bewusst eine zu hohe Temperatur ein.

Jost Fabian 1982 077 420 02 53

Die Energie, welche man zum Be­ trieb der Kochtopfelektronik be­ nötigt, wird dabei direkt aus dem Kochprozess gewonnen. Dadurch ist der Kochtopf immer einsatz­ bereit und steht nicht plötzlich mit leeren Batterien da. Sollte aus ir­ gendeinem Grund einmal keine Verbindung zum Kochherd aufge­ baut werden können, ist der neuar­ tige Kochtopf immer noch als ganz normaler Kochtopf verwendbar.

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Tornado Gas Kühler Verfahrenstechnik / Prof. Dr. Kurt M. Graf Experte: F. Scheuter

Das Wirbelrohr ist ein Gerät, das einen tangential eintretenden Gastrom in zwei Teilströme unterschiedlicher Temperatur aufteilt. Die Temperaturen dieser Teilströme liegen dabei über bzw. unter der Eingangstemperatur! Der Vorteil eines Wirbelrohres für Kühl- oder Heizanwendungen liegt darin, dass es keine beweglichen Teile besitzt. Dadurch ist auch der Wartungsaufwand äusserst gering. Zum Betrieb ist ausser Druckluft keine andere Energieform notwendig. Diese Tatsache macht es für gewisse Einsatzbereiche sehr attraktiv.

Martin Kiener 1982 077 422 21 19 [email protected]

Wirbelrohre werden heute z. B. in Thermowesten eingesetzt, um Ar­ beitende in extrem kalter oder heis­ ser Umgebung besser zu schützen. Eine weitere Anwendung besteht in der punktuellen Kühlung von Schaltschränken. Im Rahmen dieser Diplomarbeit sollte die Möglichkeit zur Gastrock­ nung mittels Wirbelrohr untersucht werden. Zuerst wurde ein Wirbel­ rohr in einem Versuchsstand auf­ gebaut. Temperatur-, Druck- und Durchflussmessgeräte wurden ein­ gebaut und Messungen zur Tempe­ ratur- und Druckverteilung durch­ geführt. Dabei wurden jeweils der Eingangsdruck und das Verhältnis der Auslassströme geändert. So wurde die Betriebscharakteristik des Wirbelrohres ermittelt. Die ma­ ximal erreichbare Warmgastempe­ ratur liegt bei über 70°C. Die tiefste Kaltgastemperatur liegt unter -5°C! Die Einlasstemperatur beträgt da­ bei stets etwa 20°C. Gleichzeitig wurden mit einem Strömungsberechnungsprogramm auch Simulationen durchgeführt. Diese konnten anschliessend mit den experimentell gemessenen Daten überprüft werden. Mit dem Berechnungsprogramm ist es ein­ facher, verschiedene Parameter­ änderungen und deren Einflüsse auf die Temperaturseparation zu ermitteln, als Teile der Wirbelrohr­ geometrie neu zu konstruieren. Weiter wurde das Verhalten bei Gasgemischen untersucht.

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Ziel dieser Arbeit ist es, das Ver­ mischungen zu untersuchen. Mög­ ständnis für das Wirbelrohr zu liche zukünftige Anwendungen sol­ vergrössern und das Verhalten len aufgezeigt werden. für verschiedene Gase und Gas­

Wirbelrohr

Strömungssimulation

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Druckregler im Kleinwasserkraftwerk

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Maschinentechnik / Prof. Beat Engeli / Stiftung Revita, Langenbruck Experte: Dr. Rudolf Bauer

Viele Wasserversorgungen verfügen durch den Höhenunterschied von Ortsnetz und Quellfassung über Energiepotentiale, von denen nur ein Teil für die Wasserversorgung genutzt werden kann. Ein zu hoher Druck in der Wasserleitung wird heute meist mittels Drosselventilen in nicht nutzbare Wärme umgeformt. Die Stiftung Revita hat eine Versuchsanlage entwickelt, um die überschüssige Druck­energie in Elektrizität umzuwandeln. Es handelt sich um eine Anlage mit Gegendruck, d.h im Turbinengehäuse wird ein Druckluftpolster aufgebaut, welches auf die Wassersäule drückt um genügend Druck für das Ortsnetz zu haben. Es ist ein Regler zu testen, welcher die Düse der Turbine mit Hilfe dieses Gegendruckes steuert. Den Regler ins System einbauen, testen und die Regelparameter ändern sind die Aufgaben dieser Diplomarbeit. Ausgangslage Wasserquellen werden meist weit oberhalb von Ortschaften gefasst. Wird der Druck der Quellleitung in einem Reservoir auf den Umge­ bungsdruck reduziert, spricht man von einem offenen System. Vom Reservoir fliesst dann das Was­ ser in das Ortsnetz (untere Zone). In geschlossenen Systemen wird eine Turbine ins System eingebaut, welche einen Generator antreibt und Strom produziert. Die Turbine dreht in einem Luftpolster im Tur­ binengehäuse, d.h oben vom Tur­ binengehäuse befindet sich Luft unter Druck und unten ist Wasser, welches dann zum Ortsnetz fliesst und denselben Druck wie die Luft hat. Die Stiftung Revita hat dazu eine Peltonturbinen-Versuchsanla­ ge für geschlossene Systeme ent­ wickelt. Mit dieser Technik erspart man sich das Reservoir. Damit die Turbine nicht durch den hohen Wasserstand im Druckbehälter ge­ bremst wird, muss ein genügend grosses Luftpolster vorhanden sein. Dieses gleicht auch eventuelle

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Druckstösse im Leitungsnetz aus. Der Gegendruck nimmt bei hohem Wasserstand zu, weil die Luft mehr komprimiert wird und bei abneh­ mendem Wasserstand ist der Ge­ gendruck kleiner, weil sich die Luft im Turbinengehäuse entspannen kann. Um nun den Wasserstand im Turbinengehäuse immer gleich zu halten wird ein hydropneumatischer Regler benötigt, der als Eingang den Gegendruck hat und die Dü­ sennadel ansteuert, d.h die Düsen­ nadel öffnet und schliesst gemäss dem Wasserverbrauch des Orts­ netzes. In der vorangegangenen Semester­ arbeit wurde dieser Regler konstru­ iert und ausgelegt.

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Vorgehen Zu Beginn der Diplomarbeit konn­ te der Regler in einem eigens dafür gebauten Versuchsstand getestet werden. Dabei mussten am Regler verschiedene Änderungen vorge­ nommen werden, damit der Regler gut funktionierte. Es wurden Messungen gemacht, die das Regelverhalten beschrei­ ben. Bei den Messungen wurde mit und ohne Dichtungsmembrane ge­ arbeitet.

Florian Kronig 1982 079 567 35 73 [email protected]

Ausblick Durch diese Diplomarbeit ist es der Stiftung Revita nun möglich, Trink­ wasser in geschlossenen Systemen zu turbinieren und Strom zu erzeu­ gen. Getreu dem Revita-Motto kann gesagt werden, dass jetzt ein effizienter Regler zur Verfügung steht, “damit ökologische Energie nicht bachab geht…”

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QM-System für Giessereien Maschinenbau / Prof. Roland Hungerbühler Experte: Dipl. Ing. ETH Beat Schär

Unser tägliches Leben bringt uns laufend in Berührung mit Einrichtungen, welche Schlüsselteile enthalten, die für den sicheren Betrieb wichtig sind. Dies betrifft beispielsweise Gehäuse für Radlager von Eisenbahnwagen oder Bremsscheiben für Autos. Die Giessereien, welche solche sicherheitsrelevanten Teile herstellen, sind in der Lage die Qualität der Gussteile zu messen und auszuwerten. Für die Interpretation der Qualitätsdaten ist jedoch ein Qualitätsmanagement erforderlich.

Daniel Mallow 1959 079 514 66 18 [email protected]

Ausgangslage Die Herstellung metallischer Guss­ teile ist ein komplexer Prozess mit vielen Einflussfaktoren. Die stetig steigenden technologischen wie kommerziellen Anforderungen an Gussteile erhöhen den Druck auf Giessereien, ihre Prozesse und Verfahren stetig zu optimieren. Dies kann in zunehmendem Masse nur durch ein modernes Qualitätsma­ nagement System erreicht werden.

Das Ziel Neben der Ausstellung von Qua­ litätszertifikaten für Gussteile bie­ tet das QM-System die Möglich­ keit, die Qualitätsinformationen der Guss­teile auf Prozessgrössen zu­ rückzuführen. Damit ist die Giesse­ rei in der Lage, durch gezielte Ein­ griffe in die Fertigungsprozesse die Qualität stetig zu verbessern.

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Das System Um den Qualitätsnachweis zu er­ bringen, haben die Betriebe vor allem in Messgeräte investiert, was deren Entwicklung vorangetrie­ ben hat. So erfuhr die Branche vor allem in der Metallurgie verschie­ dene Technologieschübe. Die einzelnen Fertigungsprozesse der Giesserei sind nur rudimentär untereinander vernetzt. Die Wir­ kungszusammenhänge von Pro­ duktmerkmal zurück auf die ein­ flussnehmenden Prozessgrössen sind oft nicht bekannt oder basieren auf den Erfahrungen langjähriger Mitarbeiter der Giesserei. Dies führt zu nicht gesicherten und nur be­ dingt reproduzierbaren Prozessen. An dieser Stelle setzt das QM-Sys­ tem für Giessereien an. Die elek­ tronische Erfassung der qualitäts­ relevanten Prozessdaten direkt aus den Anlagen im Betrieb, führt zu einer Datensammlung, welche Abfragen und Untersuchungen zur Ermittlung der Ursachen für Quali­ tätsabweichungen ermöglicht. Das QMS ist so gestaltet, dass es an bestehende Anlagen angebunden werden kann, ohne dass an diesen

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Anlagen grosse Eingriffe erforderlich sind. Auch Daten, welche nicht elektronisch vorliegen, können mit dem System erfasst werden. Einer­ seits durch manuelle Eingabe, oder durch entsprechende Eingabege­ räte wie Barcodeleser. Das Resultat Die Daten werden zentral in einer SQL Datenbank gespeichert. Die ge­ wählte Datenstruktur erlaubt es, die erforderlichen Abfragen (Queries) zu machen. Abfragen und Reports um Abwei­ chungen in den einzelnen Prozes­ sen zu ermitteln, sind während der laufenden Fertigung möglich. So­ mit kann rasch auf Veränderungen reagiert und in die Prozesse ein­ gegriffen werden. Dies ermöglicht die Prozesskorrektur der laufenden Produktion. Massnahmen können umgehend auf Wirksamkeit über­ prüft werden. Damit steigt nicht nur die Qualität der produzierten Guss­ teile. Durch das QM-System wird auch eine Produktionssteigerung durch Reduktion der Ausschuss­ rate bei gleichzeitiger Erhöhung der Qualität der Gussteile erzielt.

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Memorymetall-Schrittmotor

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Produktentwicklung und Mechatronik / Prof. Dr. Reinhold Krause Experte: Dr. Paul Gygax

In der Industrie gibt es ein Bedürfnis nach besonders einfachen, kleinen und kostengünstigen Antriebssystemen. Vielfach ist bei Einfachstantrieben keine kontinuierliche Bewegung notwendig, sondern es reicht, wenn die Bewegung schrittweise ausgeführt wird. Memorymetalle (zu Deutsch: Formgedächtnislegierungen) ändern bei Erreichen einer bestimmten Temperatur schlagartig ihren kristallinen Zustand, ziehen sich zusammen, dehnen sich aus oder werden “superelastisch”. Dabei werden sehr grosse Kräfte freigesetzt. Unter den Aktor-Werkstoffen besitzen sie mit Abstand das grösste Arbeitsvermögen (Verhältnis von geleisteter Arbeit zu Werkstoffvolumen). Dies soll für die Entwicklung eines neuartigen Miniatur-Schrittmotors ausgenutzt werden.

Bei Kleinstantrieben sind die heu­ te gebräuchlichen Elektromotoren vielfach zu teuer und aufwändig in der Herstellung. Das grosse Arbeits­ vermögen von Formgedächtnis­ legierungen (FGL) könnte die Tür zu neuen Antriebssystemen auf kleinstem Raum öffnen.

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Bei der Konstruktion musste auf die Fertigungsmöglichkeiten der Werk­ stätte der Berner Fachhochschule Rücksicht genommen werden. Gros­ se Schwierigkeiten bot ausserdem die Handhabung der kleinen Teile. Der Motor durfte nicht grösser als 2.5 x 2.5 cm bei einer Höhe von 7 mm sein. Die eigentlichen Aktoren, mehrere FGL-Drähte, ziehen sich konduktiv erwärmt (der Draht wird als Widerstand elektrisch kurzge­ schlossen und heizt sich so auf) zu­ sammen und bewegen Stellglieder, die ihrerseits ein Ritzel drehen. Mit diesem Antriebskonzept sind langsam laufende Antriebe möglich, die eine Drehzahl von einer Umdre­ hung pro Minute und weniger auf­ weisen. In diesem Anwendungsbe­ reich konkurrenziert dieses neue Prototyp fertig Antriebssystem bestehende Kon­ gestellt und in zepte und könnte sich nach weiter­ Betrieb genom­ führenden Studien etablieren. men. Aufbauend auf den Erfahrungen aus dem ersten Proto­ typ ist dann ein zweiter Schrittmotor entwickelt, gefertigt und anschliessend getestet worden.

Beim Verhältnis der geleisteten Ar­ beit zum Volumen, bieten FGL die besten Voraussetzungen für minia­ turisierte Aktorlösungen. Bei Stell­ antrieben finden FGL schon eine weite Verbreitung, Drehantriebslö­ sungen hingegen sind noch keine bekannt. Im Rahmen einer vorangegangenen Semesterarbeit wurde ein Prototyp entworfen, bei dem FGL-Drähte wie Muskeln als Antriebselement wir­ ken. In der Diplomarbeit wurde dieser

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Heinrich Matter 1983 079 77 84 111 [email protected]

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Maschinentechnik Mécanique

Optimierung des Leihbusiness Medizinaltechnik / Roland Hungerbühler, Prof. für Steuerungs- und Regelungstechnik an der BFH Experte: Dipl. Ing. ETH Beat Schär, Maschinenfabrik WIFAG

Zimmer Schweiz GmbH ist der führende Anbieter von medizintechnischen Produkten im Bereich der Orthopädie. Um eine Operation durchführen zu können, werden sowohl Implantate als auch Operationsinstrumente benötigt. Zimmer Schweiz GmbH stellt diese den Spitälern entweder als Leihset (nach Operation zurück an Zimmer) oder als Konsignation (zeitlich unbegrenzt im Spital gelagert) zur Verfügung. Dieser Geschäftsbereich generiert Zimmer Schweiz GmbH aufgrund des grossen gebundenen Kapitals hohe Kosten und grosse Logistikaufwände. Ziel dieser vorliegenden Diplomarbeit ist es, im Spannungsfeld Wachstumsmarkt, Ethik und Medizinaltechnik das Leihbusiness zu optimieren.

Gregor Mauderli 1975 076 423 29 04 [email protected]

Ausgangslage Das Leihsetbusiness teilt sich in zwei Geschäftsbereiche auf: Kon­ signationen und Leihsets. Beide bestehen aus Implantaten und In­ strumenten (siehe Fotos). Sowohl Konsignationen als auch Leihsets gehören besitztechnisch stets Zim­ mer Schweiz GmbH und werden an Spitäler bloss ausgeliehen. Der Un­ terschied liegt in der Ausleihdauer. Während Konsignationen stationär und zeitlich unbegrenzt in einem Spital lagern, werden Leihsets vom Lager in Münsingen an die Spitäler geliefert und nach erfolgter Opera­ tion wieder retourniert.

Ziele Konsignationen sind zu reduzieren, gleichzeitig soll das Leihsetbusiness stärker genutzt werden. Dies be­ deutet geänderte Entscheidungs­ grundlagen bei der Vergabe von Konsignationen und ein Control­ ling der vereinbarten Umsatzziele. Gleichzeitig sollte das Optimie­ rungspotenzial von bestehenden Konsignationen aufgezeigt werden. Die geforderte Reduzierung der Konsignationen stellt parallel dazu höhere Anforderungen an die be­ stehenden Leihset-Prozesse, die­ se sollten angepasst und optimiert werden.

Hüft-Implantate

Operationsinstrumente

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Realisierung Die komplexe Problemstellung und das vielschichtige Umfeld ver­ langten nach einer ganzheitlichen Betrachtungsweise mit syste­ mischem Ansatz. In der Analysephase wurden mit den beteiligten Personengruppen ausführliche Interviews durchge­ führt. Aus dem Zusammenzug der Gespräche konnte der IST-Stand aus verschiedensten Sichtweisen dargestellt und sogenannte Sy­ stemkomponenten entwickelt wer­ den. Die Komponenten wurden in verschiedenen Matrizen zueinander in Relation gesetzt und in Diagram­ men dargestellt. Anhand dieser Grafiken konnten die Einflüsse der einzelnen Komponenten auf das Gesamtsystem visualisiert und so Aussagen über deren Aktivität und Vernetzung gemacht werden. Die Analyse zeigte, dass zum Bei­ spiel zielorientierte Prozesse, prak­ tikable Sortimentsbreiten und eine hervorragende Logistik mittelfristig deutliche Verbesserungen bringen. In der Konzeptphase wurden kon­ krete Verbesserungsvorschläge zu diesen Systemkomponenten ent­ wickelt. Der voraussichtliche Erfolg der vorgeschlagenen Massnahmen konnte anhand eines Bewertungs­ kataloges sichergestellt werden. Sowohl der Konsignation- als auch der Leihsetprozess wurden opti­ miert, ferner die Sortimentsbreiten eingeschränkt, natürlich stets unter Wahrung der vollen Kundenzufrie­ denheit.

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Holztieflochbohren – neues Werkzeug entwickeln

Maschinentechnik Mécanique

Produktentwicklung / Prof. Urs Josi Experte: Dipl. Ing. ETH Beat Schär

Im Ingenieurholzbau werden heute immer neue Visionen und Akzente gesetzt. Beispielsweise mit der GSA®-Technologie, hier werden Stahlstangen mit GSA-Harz in Brettschichtholz eingeleimt, wodurch Holztragwerke und neuartige Bindersysteme realisiert werden können. Hierzu, wie auch für andere Anwendungen, werden Tieflochbohrer für Holz verwendet. Die TTS ZOBO AG in Brienz, welche den ZOBO-Bohrer und andere Holzbearbeitungswerkzeuge herstellt, möchte das Sortiment der Bohrsysteme für Holz mit Tieflochbohrern ergänzen. Es sollen gerade verlaufende Bohrungen mit Tiefen bis ca. 0.5 m erreicht werden können.

Ausgangslage: In den letzten Jahren wurde die Nachfrage nach einem Tiefloch­ bohrer für Holz, mit dem gerade verlaufende und ausrissfreie Boh­ rungen hergestellt werden können, immer grösser. Die TTS ZOBO AG setzt sich seit längerer Zeit mit die­ ser Problematik auseinander. Es wurden bereits verschiedene Werk­ zeuge hergestellt und Versuche durchgeführt. Jedoch fielen die Er­ gebnisse nie ganz zufriedenstellend aus.

Realisierung: Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurden die theoretischen Grund­ lagen des Holztieflochbohrens erarbeitet und die nötigen me­ chanischen Eigenschaften für ein neuartiges Tieflochbohrsystem be­ stimmt. Die gefundenen Erkennt­ nisse wurden in eine ausgereifte An­ forderungsliste umgesetzt, welche als Basis für die konstruktive Rea­ lisierung, respektive für das weitere Vorgehen im Projekt Tieflochbohrer / Holztieflochbohren dient.

Mit der Umsetzung von einzel­ nen Prinzip-Modellen in Kon­ struk­tionsvorschläge und der an­ schliessenden Durchführung von Prinzipversuchen wurden relevante Einflussgrössen ermittelt. Gleichzei­ tig entstand auch ein rechnerisches Grundlagenmodell zu diesem The­ ma. Das rechnerische Grundlagenmo­ dell, welches das Tieflochbohren in Holz so genau als möglich abbildet, konnte mit den Prinzipversuchen überprüft und schrittweise ange­ passt werden. Hier können auch später jederzeit weitere Erkennt­ nisse eingebracht werden. Die Beurteilung der Ergebnisse be­ zogen auf das geforderte möglichst ausrissfreie Durchbohren sowie die Beurteilung der vorhandenen Funk­ tionsmodelle hinsichtlich der zu er­ wartenden Standzeiten sind ein weiterer Bestandteil dieser Arbeit. Diese Diplomarbeit ist ein weiterer Schritt in der Entwicklung von Tief­ lochbohrern für Holz. Darauf soll aufgebaut werden können und die Realisierung eines neuen Werk­ zeuges vorangetrieben werden.

Andreas Maurer 1983 079 481 73 16 [email protected]

Prinzipmodelle und Versuche

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Maschinentechnik Mécanique

Gastrennung mit Membranen Verfahrenstechnik: Prof. Dr. Kurt M. Graf Experte: Dr. Rudolf Bauer

Zur Trennung von Gasgemischen werden vermehrt Membranen eingesetzt. Um die Ausbildung zukünftiger Maschinentechnikstudenten den sich ändernden Anforderungen der Industrie anzupassen, wird im Labor für Energie- und Fluidverfahrenstechnik ein universell einsetzbarer Versuchsstand aufgebaut. Der Versuchsstand für die Gastrennung ermöglicht die Charakteristiken verschiedener Membranmodule aufzunehmen und deren Einsatzgebiet zu definieren. Er ist ein wichtiges Element, um das erworbene theoretische Wissen in der Praxis anzuwenden.

Beat Messerli 1982 [email protected]

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Aufbauend auf einer Semesterarbeit soll eine Gaspermeationsanlage aufgebaut und in Betrieb genom­ men werden. Die dabei eingebauten Membranmodule eignen sich zur Stickstoffgewinnung aus Umge­ bungsluft. Die Umgebungsluft wird innerhalb des Membranmoduls in zwei Teilströme aufgeteilt. Dabei ist es möglich im ersten Teilstrom (Retentat) nahezu reinen (99.1%) Stickstoff herzustellen. Im zweiten Teilstrom (Permeat) erhält man ein mit Sauerstoff angereichertes Gas. Je nach Anwendungsgebiet wird anschliessend das Retentat oder das Permeat weiterverwendet. In der Industrie wird dieses Verfah­ ren beispielsweise zur Erzeugung von sauerstoffreicher Luft für Oxi­ dationsprozesse eingesetzt. Wie bereits erwähnt kann auch der mit Stickstoff angereicherte Teilstrom verwendet werden. Durch Sen­ kung des Sauerstoffgehalts kann in brand- oder explosionsgefähr­ deten Räumen zum Teil auf teure Sprinkler­anlagen und Sicherheits­ systeme verzichtet werden.

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In einem weiteren Schritt wird ver­ sucht, Biogas mittels der Membran­ technik in seine Hauptbestandteile Kohlenstoffdioxid CO2 und Methan CH4 aufzutrennen. Soll Biogas als Kraftstoff effizient eingesetzt wer­ den, ist es wichtig seinen CH4-Ge­ halt zu erhöhen. Der Versuchsstand ist so aufge­ baut, dass zwei Membranmodule gleichzeitig betrieben werden kön­ nen. Dies ermöglicht unterschied­

liche Vernetzungsarten der beiden Module, was sich wiederum auf die Leistungsfähigkeit der Anlage aus­ wirkt. Durch die geschickte Vernet­ zung der Module können höhere Konzentrationen erreicht werden. Alle benötigten Messdaten können auf eingebauten Messgeräten ab­ gelesen werden und ermöglichen so eine saubere Auswertung der Leistungs-Charakteristik der Mem­ branmodule.

UBE N2 SEPARATOR

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Lasergefertigte Mikrokanalwärmetauscher

Maschinentechnik Mécanique

Lasertechnik / Prof. Dr. Beat Neuenschwander Experte: Herr Jürg Schmid

Mit gepulsten Lasern lassen sich in diversen Materialien kleine Kanäle realisieren, die beliebige Dimensionen und Formen haben können. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, Wärmetauscher mit verschiedenen Kanalstrukturen herzustellen. Im Bereich der angestrebten Strukturdimensionen von 10 bis 500μm Breite und bis 500μm Tiefe spielen die Oberflächenrauhigkeit und die Oberflächenspannung der zirkulierenden Flüssigkeit eine wichtige Rolle. Modelle aus dem makroskopischen Bereich können nicht einfach übernommen werden. Folglich ist, neben der Herstellung verschiedener Kanalformen, auch deren experimentelle Charakterisierung wichtig.

In der Elektronikbranche wird die Mikrokühlung seit geraumer Zeit genutzt und eingesetzt. Vor allem für die Kühlung von EDV-Geräten, aber auch in der Analytik und Diag­ nostik werden solche Systeme verwendet. Durch die steigenden Anforderungen, welche durch die Anwender und die Technik in der heutigen Zeit gestellt werden, kann die Abwärme, die durch die Geräte erzeugt wird, nicht vernachlässigt werden.

Das Ziel dieser Diplomarbeit ist es, diverse Mikrowärmetauscher her­ zustellen, die verschiedene Kanal­ strukturen haben und sich in den Kanaldimensionen unterscheiden. Weiter soll ein Messstand aufgebaut werden, der aus einem Warm- und einem Kaltwasserkreislauf besteht. Der Durchfluss soll verstellbar sein, was auf den Prozess der Wärmeü­ bertragung einen wichtigen Einfluss hat. Der Druckabfall, die Durch­ flussmenge und der Wirkungs­

grad sollen durch die Messungen erfasst und ausgewertet werden. Damit die Wärmeübertragung bei der Parallelschaltung von mehreren Plättchen untersucht werden kann, soll das Stapeln der Gläser sehr einfach zu handhaben sein. Mit diesen Messungen soll es möglich sein, die einzelnen Kanalstrukturen zu charakterisieren, und zu bestim­ men, welche Kanalabmessungen und Kanalformen sich am besten für die Wärmeübertragung eig­ nen. Auch das Zusammenspiel von mehreren Plättchen soll beschrie­ ben und gekennzeichnet werden. Nach Theorie ist das Strömungs­ verhalten in gebogen und geraden Kanälen unterschiedlich. In den Bo­ gen entstehen Verwirbelungen, die die Wärmeübertragung verstärken. Mit den Messversuchen soll diese These untersucht und beschrieben werden.

Martin Muralt 1983 076 530 62 82 [email protected]

Messaufbau

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Führen im Wandel – Die Führungskraft als Coach Nachdiplomkurs FH in Biel

April - Dezember 2008 Sekretariat Tel. 031 335 51 11: Zentrale Tel. 032 321 62 56: Marylou Bregy E-Mail: [email protected] www.ti.bfh.ch/coaching/

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LED-Leuchter

Maschinentechnik Mécanique

Mechatronik / Prof. Dipl. Ing. ETH Fritz Bircher Experte: Jürg Schmid

Leuchtdioden findet man heutzutage in beinahe jedem elektronischen Gerät. Durch ihre ständige Leistungssteigerung und die sinkenden Preise erobern sie fortlaufend neue Marktsektoren. Vor einigen Jahren begannen sie Glühbirnen in Taschenlampen und Fahrrädern zu ersetzen und nun findet man bereits erste, marktreife Produkte, die zu herkömmlichen Lampenbirnen in Wohnungseinrichtungen bald eine Konkurrenz darstellen könnten. Ziel der Diplomarbeit “LED-Leuchter” ist die Entwicklung eines neuartigen Leuchters, bei dem die Anordnung und Anzahl der sichtbaren “Lampen” durch bewegte Leuchtdioden nahezu beliebig verändert werden kann.

Bewegte Leuchtdioden Die Fähigkeit eines Menschen, Bil­ der zu interpretieren, ist eine Wis­ senschaft für sich. Ein faszinierender Teilbereich davon ist die Interpreta­ tion von systematischen Lichtpul­ sen, die es uns ermöglicht, von nur einer einzigen bewegten und gezielt gesteuerten Leuchtdiodenreihe die Uhrzeit einer Designeruhr abzu­ lesen oder am Umfang eines flie­ genden Frisbees stehende Bilder zu erkennen. Erscheinen die Licht­ pulse mit hoher Frequenz und einer gewissen Präzision an immer der­ selben oder einer unmittelbar be­ nachbarten Stelle, interpretiert das Gehirn diese als ganzzeitlich anwe­ sende stehende oder bewegte Ob­ jekte. Auch bei Leuchtstoffröhren,

die in Europa meistens mit 50 Hz betrieben werden und keineswegs ein kontinuierliches Licht abgeben, erkennt man unter Normalbedin­ gungen nicht, dass sie “flackern” würden. Genau dieses Prinzip soll im “LED-Leuchter” verwendet wer­ den, um mit einer geringen Anzahl rotierender Leuchtdioden beliebige Anordnungen und Anzahlen der sichtbaren “Lampen” zu ermögli­ chen. Die dafür benötigten hohen Kreisfrequenzen und auch Daten­ mengen, mit denen die Leucht­ dioden kontinuierlich angesteu­ ert werden müssen, stellen hohe Anforderungen an das gesamte mechatronische System. Dieses besteht aus einer mechanischen Leichtbau-Konstruktion mit mög­

lichst hoher Eigenfrequenz, einer elektronischen Schaltung, die es ermöglicht, Daten in Bruchteilen ei­ ner Millisekunde in Schaltstellungen der Leuchtdioden umzusetzen und für den Prototyp eine Schnittstelle, die in harter Echtzeit die Sollwerte auf die mit hoher Frequenz rotieren­ de Elektronik des LED-Rotors über­ tragen kann.

Johannes Renner 1984 078 861 81 06 [email protected]

Die Programmierung des Steuer­ computers basiert für den Prototyp auf der kostenlosen Linux-Echtzei­ terweiterung “Xenomai”, welche auch zunehmend im “low-cost” Embedded-Bereich an Bedeutung gewinnt.

Diese Lichtquellen könnten durch eine einzige bewegte Leuchtdiode ersetzt werden.

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Maschinentechnik Mécanique

Entwicklung einer kompakten Mehrfarbenmischkammer Produktentwicklung / Prof. Dr. Reinhold Krause Prüfungsexperte: Dr. Paul Gygax

Das Institut für mechatronische Systeme in Burgdorf entwickelt seit längerer Zeit einen mobilen Grossflächendrucker. Er soll in der Lage sein, auf verschiedenen Untergründen, wie beispielsweise Rasen, Schnee, Asphalt, mit mindestens 4 Grundfarben zu drucken. Es werden dabei Pixel mit 4cm Durchmesser aus umweltfreundlichen, wasserlöslichen Farben gespritzt. Der Betrachter sieht das Bild aus etwa 100m Entfernung. Bisher werden Bildpunkte aus einzelnen Grundfarben gesprüht und mit der Entfernung verschmelzen sie für den Betrachter zu einer Farbe. Neu soll jeder Bildpunkt aus einer Mischfarbe gespritzt werden. Aus der gleichen Entfernung ergibt sich dadurch eine feinere Auflösung. Das zentrale Teil der Anlage ist dabei die Mischdüse.

Marco Schwab 1978 [email protected]

Ausgangslage Der Prüfstand und die Steuerung bestehen bereits. Das anlässlich einer Diplomarbeit entwickelte Mischventil wurde während einer Semesterarbeit verbessert und ist in der Lage, Farbmischungen aus 4 Grundfarben zu drucken. Hier wur­ de der Fokus auf eine gute Durch­ mischung der Farben gelegt und es wurden gute Resultate erreicht.

Mischkammer

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Probleme Ein Farbwechsel von einem Pi­ xel zum nächsten war bisher nicht möglich. Spritzte man eine dunkle Farbe und danach eine helle, so wurde die helle Farbe verfälscht. Erst nach zahlreichen Spülzyklen war die reine helle Farbe erkennbar. Die Ursache dafür sind sogenannte Toträume, Räume zwischen Farb­ ventil und Mischkammer mit Farb­ konzentrat gefüllt, die konstruk­ tionsbedingt nicht zu vermeiden sind. Dieses Problem soll mit einem neu entwickelten Minirückschlag­ ventil beseitigt werden. Die Platzverhältnisse sind sehr be­ schränkt. Das Mischkammervolu­ men muss bei jedem Sprühstoss vollständig ausgestossen werden.

Ziel In dieser Arbeit soll die Mischkam­ mer weiter entwickelt werden. Die verschiedenen Untergründe erfor­ dern zwei Arten des Spritzen: ein hoch- und niedrigviskoses Verfah­ ren. Beim hochviskosen wird ein Strahl gespritzt, beim niedrigvis­ kosen wird der Inhalt fein vernebelt. Ein Farbwechsel von einem Pixel zum nächsten soll möglich sein, unabhängig davon, welche Farbe vorher gespritzt wurde. Die Brei­ te der Mischkammer soll 40mm nicht überschreiten, damit die ge­ wünschte Rasterweite beim Dru­ cken erreicht werden kann. Weiter soll ein modularer Druckbalken für die Integration der einzelnen Misch­ kammern entwickelt werden.

Druckmodule

Vorgehensweise Nach der Dimensionierung und Konstruktion der Mischkammer werden Versuche durchgeführt und ausgewertet. Danach wird ein mo­ dularer Druckbalkenfür den Gross­ flächendrucker konzipiert. Mögliche kommerzielle Anwen­ dungen sind im Bereich der Wer­ bung und Bodenmarkierungen aller Art zu sehen.

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Skiroboter Mechatronik / Prof. Fritz Bircher; Prof. Roger Weber Experten: Dr. Dietmar Kramer; Dominique Renevey

Skifahren ist ein grosser Spass. Die Sportart auf weissen Hängen bietet unzählige Möglichkeiten, sich im Gelände zu bewegen. Ob schnell oder gemächlich, ob in kurzen Schwüngen oder langen, rasanten Kurven, alles ist möglich. So stellt das Ziel, dem Roboter ASKIRO diese Sportart beizubringen, eine grosse Herausforderung für die Technik und die Diplomanden dar. U. Schöni und S. Spring haben diese Herausforderung angenommen und zeigen in ihrer interdisziplinären Diplomarbeit Skiroboter, was die Mechatronik zu bieten hat.

Simon Spring 1983 077 400 55 09 [email protected]

Was als Projekt zum Test von neu­ artigen Wintersportgeräten begon­ nen hat, wird vorerst als Techno­ logieprojekt der Fachhochschule weitergeführt. Diese Diplomarbeit umfasst alle klassischen Disziplinen der Mechatronik. Neben der Rege­ lung eines kinematisch komplexen Systems gehören Kenntnisse der Signalverarbeitung und der Mess­ technik ebenso dazu.

zylinder eingesetzt, als Fussgelen­ kaktoren kommen DC-Motoren zur Anwendung. Zu jedem Aktor gehört eine Kontrolleinheit, die vom PEC angesteuert wird. Der Roboter wird von zwölf Lithium-Polymerzellen mit Spannung versorgt.

Während der Fahrt werden Gleich­ gewicht, Vor- und Rücklage, Kräf­ teverteilung auf die Skis sowie die Spurtreue geregelt. Die Mess­ Der Roboter, lebensgross und über daten hierfür stammen von einem 80kg schwer, wird von einer zentra­ GPS-Empfänger mit integrierten len Steuerung (PEC 80 von ABB) Beschleunigungssensoren, Druck­ gesteuert. Das PEC besteht aus sensoren in den Fussplatten für die einem Microcontroller und einem Messung der Kraftverteilung und FPGA für die Kommunikation mit Dehnmessstreifen für die Momen­ den Sensoren und Aktoren. tenmessung am Oberschenkel. Als “Muskeln” der Ober- und Un­ Die Regelung ist in Matlab Simulink terschenkel werden Elektrolinear­ aufgebaut. Das PEC bietet den Vor­

teil, dass es direkt mit dem Simulink programmiert werden kann. So ste­ hen alle Vorzüge der Matlabumge­ bung zur Verfügung und aufwendige Reglerprogrammierung entfällt. Für einfache Tests fährt der Robo­ ter mit Sommerskis auf Asphaltstre­ cken. Um Erfahrungen für die auto­ nome Fahrt zu gewinnen, kann der Roboter in einer ersten Phase über eine Fernsteuerung gelenkt werden. Auf diesen Erfahrungen aufbauend wird ein Fahrtprogramm entwickelt, mit welchem der Roboter autonom carven kann. Erklärtes Ziel der Arbeit ist es, mit ASKIRO eine blaue Skipiste hinun­ terzufahren.

Aufgebauter Skiroboter

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Neuartiger Hubaktor

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Produktentwicklung / Prof. Dr. Reinhold Krause Experte: Dr. Paul Gygax

Passive Paraffinaktoren werden in der Industrie bereits vielseitig eingesetzt. Aufgrund mangelnder aktiven Aktoren, welche hohe Kräfte bei kleinen Zykluszeiten aufweisen, wurde eine Diplomarbeit für einen neuartigen Hubaktor durchgeführt. Als Aktormaterialien wurden insbesondere Paraffinwachse berücksichtigt. Die besondere Eigenschaft des Paraffins ist, dass beim Phasenübergang vom festen in den flüssigen Zustand eine Volumenausdehnung von ca. zehn Prozent entsteht. Diese Volumenänderung erzeugt grosse Kräfte infolge der Inkompressibilität des Paraffins, was für bestimmte Anwendungen geeignet ist.

Stand der Technik In der Industrie werden Paraffin­ aktoren bereits zur Temperatur­ regelung von Fluiden eingesetzt. Der Paraffinaktor wird meistens di­ rekt durch ein umströmendes Me­ dium (Öl, Wasser, usw.) und durch dessen Wärmeenergie betätigt. Kennzeichnend sind bis anhin die grossen Zykluszeiten. In der Auto­ mobilindustrie sind Aktoren gesucht,

Ergebnis Durch konstruktive Massnahmen und Verbesserungen durch Verwen­ dung anderer Materialien konnte ein neuer Aktor entwickelt werden. Mit einer Hubkraft von 1000 Newton, Vorgehen Zu Beginn der Diplomarbeit wurde bei einer Zykluszeit von nur sechs ein erster Aktor ausgetestet. Mit­ Sekunden und bei einem Hub von tels Versuchen und Berechnungen 0,8 Millimeter, eignet sich dieser konnte der Aktor konstruktiv ver­ Hubaktor zum Beispiel gut für bessert werden. Untersuchungen Klemmmechanismen. am Aktor haben gezeigt, dass die Nachteilig ist der schlechte Wir­ schlechte Wärmeleitfähigkeit des kungsgrad des Aktors, was bei Paraffins die Hauptursache für die kurzfristigen Einsätzen verglichen grossen Zykluszeiten ist. Durch Op­ mit dem Nutzen sekundär ist. timierungen des Paraffins konnten weitere Verbesserung erzielt wer­ den. Um das Paraffin elektrisch zu erwär­ men, wurden Kohlefaserröhrchen, eingebettet in Aluminiumröhrchen, eingesetzt. Im Kohlefaserröhrchen enthaltenes Paraffin wird durch die Erwärmung des Kohlefasermate­ rials geschmolzen. Der Kohlefaser weisst einen hohen spezifischen Widerstand auf und kann mit der üblichen Spannung von Automo­ bilen (12 Volt) betätigt wer­ den. welche kurze Zykluszeiten aufwei­ sen, gleichzeitig hohe Kräfte erzeu­ gen und elektrisch betätigt werden können.

Micha Streit 1983 076 308 26 52 [email protected]

Erster Prototyp

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Erzeugen von Näpfchen mit einem Kurzpuls-Laser Angewandte Lasertechnologie / Prof. Dr. Beat Neuenschwander Experte: Dr. Dietmar Kramer

Die MDC Max Dätwyler AG entwickelt und baut erfolgreich Anlagen zum Reinigen, Beschichten und Gravieren von Tiefdruckwalzen und gehört damit zu den Pionierunternehmen in diesem Bereich. Neben anderen Technologien werden zum Gravieren der Tiefdruckzylinder auch Laser eingesetzt. Die eingesetzten Laser mit Nanosekunde (ns)-Pulsen arbeiten sehr erfolgreich und effizient. Infolge immer höher werdender Anforderungen ist der Einsatz von neuen Technologien unerlässlich.

Marc Studer 1982 079 251 04 26 [email protected]

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In absehbarer Zeit werden neue, industrietaugliche Kurzpuls-Laser­ systeme auf dem Markt erhältlich sein, die durch die kurzen Pulse im Bereich der “kalten Ablation” ar­ beiten. Im Gegensatz zu den bisher verwendeten ns-Systemen ist die Puls­energie beschränkt, und die hohe mittlere Leistung kann nur durch eine hohe Repetitionsrate realisiert werden. Kurzpuls-Laser­

systeme könnten gegenüber den bisherigen Systemen für die Gravur einige Vorteile (z.B. grössere Palet­ te von bearbeitbaren Materialien, schärfere Strukturen), aber auch Nachteile (z.B. geringere Prozess­ effizienz, höherer Preis) aufweisen. In Bezug auf die Druckqualität spie­ len vor allem Volumen, Form und Tiefe der Näpfchen eine wesent­ liche Rolle. Im Labor für Laser-Mi­

Näpfchenfeld erzeugt mit einem Kurzpuls-

Näpfchen erzeugt mit einem Kurzpuls-Laser,

Laser, LSM Aufnahme

visualisiert in MATLAB

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kromaterialbearbeitung der Berner Fachhochschule Technik und In­ formatik befindet sich ein KurzpulsLasersystem mit Repetitionsraten von 1Hz – 1MHz bei den Wellenlän­ gen 1064nm, 532nm und 355nm. In einer Reihe von Untersuchungen werden verschiedene Metalle, u. a. Zinkschichten, bearbeitet. Die to­ pographische Auswertung wird auf dem Laser-Scanning-Mikroskop (LSM) durchgeführt. Ziele der Untersuchungen sind, konkrete Aussagen zur Näpfchen­ erzeugung mit Kurzpuls-Lasersys­ temen zu machen. Grundsätzlich sind optimale Laserparameter bei den verschiedenen Materialien zu ermitteln, um eventuell Volumen, Form und Tiefe der Näpfchen zu beeinflussen. Gegebenenfalls kann ein Arbeitsschritt z.B. die Reinigung der Tiefdruckzylinder nach der La­ sergravur ausgelassen werden. Schliesslich ist zu klären, in welchen Bereichen der Näpfchengravur die Kurzpuls-Lasersysteme Vorteile ge­ gen­über den bisher verwendeten ns-Lasersystemen bieten.

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Kabel-Schneideinheit mit integrierter Kraftmessung

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Maschinenbau / Prof. Dr. Reinhold Krause Experte: Christian Koblet, Aebi AG

Im Zeitalter der Computer sind Kabel ein wichtiger Bestandteil elektronischer Komponenten. So werden pro Labtop bis zu 6 Kabel eingebaut, wo bei einer Kabellänge von 100mm eine Abweichung von nur 0.1mm toleriert wird. Bei einem Produktionsvolumen von bis zu 60 Millionen Labtops werden sehr viele Kabel benötigt. Die Firma SCHLEUNIGER AG produziert Maschinen, welche diese hohen Anforderungen erfüllen. Das Ziel ist es, die Maschinen immer genauer, schneller und billiger zu gestalten. Darum ist es wichtig, dass beim Schneid- und Abisolierprozess die Kräfte bekannt sind. Für die Erhaltung der Kraftverläufe wurde ein Messaufbau mit Software-Applikation entwickelt.

Der PowerStrip 9500 ist eine voll­ automatische Kabelverarbeitungs­ maschine. Die Hauptbestandteile sind zwei Transporteinheiten und eine Schneideinheit. An dieser Schneideinheit sollen die Kräfte gemessen werden. Zur Lösung der gestellten Aufgabe wurden Dehn­ messstreifen (DMS) eingesetzt. Sobald sich die Komponenten der

PowerStrip 9500

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Schneideinheit durch die Schnitt­ kraft dehnen, wird das mit dem DMS erkannt. Damit den dadurch erhaltenen Spannungswerten eine Kraft zuordnet werden kann, ist eine Kalibrierung nötig. Diese er­ folgt über eine Kraft-Messdose. Die gemessenen Spannungen sind sehr klein, was eine Signalverstär­ kung erforderlich macht. Zur Digi­ talisierung der Messwerte wird ein multifunktionelles Datenverarbei­ tungsgerät eingesetzt. Die Mess­ werte werden als digitale Signale direkt an einen Computer überführt. Zudem können über einen Enco­ der die Positionswerte abgegriffen werden. Das hat den Vorteil, dass ersichtlich wird an welcher Stelle im Kabel die entsprechende Kraft

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herrscht. Eine LabView-Software garantiert schliesslich eine bedie­ nerfreundliche Schnittstelle zum Benutzer. Die Software bietet die Möglichkeit, die ursprünglich ge­ messenen Spannungen in einem Kraft-Weg- oder Kraft-Zeit-Dia­ gramm darzustellen. Zudem gibt es Speicher- und Exportmöglichkeiten um die Daten zu verwalten. Es ist möglich die einzelnen Kraftverläufe verschiedener Kabel zu vergleichen. Ebenso können Messer unter­ schiedlicher Klingengeometrien in Bezug auf deren Schneidverhalten untersucht werden. Die Interpreta­ tionen der Messresultate erlauben eine Verbesserung bestehender Maschinen und sollen eine Quali­ tätssteigerung bewirken.

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Stefan Trachsel 1982

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Lasergerechte Konstruktion eines Laserrahmens Produktentwicklung und FEM-Analyse / Dr. Jürg Steffen; Prof. Fritz Güdel / Bystronic AG Niederönz Experte: Felix Scheuter

Die Bystronic AG ist ein weltweit agierender Anbieter von hochwertigen Lösungen für die wirtschaftliche Verarbeitung von Blechen. Ein wichtiges Geschäftsfeld bilden die leistungsstarken Laserschneidanlagen, welche mit einer CO2-Laserquelle ausgestattet sind. Diese Laserquellen werden inklusive aller benötigten Komponenten in einer Rahmenkonstruktion integriert. Da der Laserresonator ein hochpräzises Bauteil ist, darf sich der Rahmen im Betrieb wie auch beim Transport nur in sehr geringem Ausmass verformen. Die bestehende Rahmenkonstruktion für den ByLaser6000 erfüllt alle technischen Anforderungen, ist jedoch teuer in der Herstellung. Die Neukonstruktion soll bei massiv verringerten Herstellkosten die gleiche Stabilität und Funktionalität bieten.

Andreas Tschanz 1981 079 319 81 09 [email protected]

Die Hauptfunktion des Laserrah­ mens ist, den Resonator inklusive Radialverdichter zu halten. Der Re­ sonator stützt sich über drei Punkte am Rahmen ab und darf nicht ver­ windet oder verformt werden, da dies fatale Folgen für die Strahlpo­ sition und -richtung zur Folge hat. Daher ist eine sehr steife Rahmen­ konstruktion unabdingbar. Zusätz­ lich müssen diverse Komponenten wie Anregungsmodule, Lüfter und Kühler aufgenommen werden. Das Gesamtgewicht der Laserquelle beträgt 1,8 Tonnen. Der aktuelle Laserrahmen der Firma Bystronic AG erfüllt alle Funktionen und ist erprobt. In der vorherge­ henden Semesterarbeit wurde eine gründliche Analyse des bestehen­ den Rahmens durchgeführt. Die­se bestätigte, dass er im Betriebs- wie auch in den Transportlastfällen eine ausreichende Steifigkeit be­ sitzt. Jedoch wurde auch klar, dass die Konstruktion kompliziert und zu aufwändig in der Herstellung ist. Die Resultate bilden die Grundlage für die Neuentwicklung im Rahmen dieser Di­ plomarbeit. Der neue Rahmen soll konsequent in lasergerechter Blechkonstruk­tion hergestellt werden. Dies bedingt fol­ gende Prozessfolge: die Teile werden mit

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Laser ausgeschnitten, abgekan­ tet und verschweisst. Auch sind Steckverbindungen vorzusehen, welche eine zeitintensive Positio­ nierung verhindern und Schweiss­ hilfen unnötig machen. Zudem soll der Verputzaufwand reduziert und der Kraftfluss optimiert werden. In der ersten Phase der Arbeit wird eine Funktionsanalyse des Rahmens erstellt und daraus eine Anforderungsliste für die Neukon­ struktion ausgearbeitet. Es folgt eine Konzeptphase, in wel­ cher verschiedene Varianten für eine Neukonstruktion entworfen werden. Als Hilfsmittel dienen die Folgerungen aus der Semester­ arbeit und die Anforderungsliste. Die Herstellschritte, der Richt- und Verputzaufwand und die Teilezahl werden schon in der Konzeptphase

ByLaser6000

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betrachtet, da sie für die Reduktion der Herstellkosten wichtige Krite­ rien darstellen. Abschliessend wer­ den die erarbeiteten Konzepte be­ wertet, es wird mit dem Hersteller diskutiert und es folgt der Design­ entscheid. Danach beginnt die Ausarbeitungs­ phase, in welcher aus den Kon­ zeptskizzen ein CAD-Entwurf er­ stellt wird. Das erarbeitete Modell wird mittels FEM-Analyse für die folgenden Lastfälle geprüft; der Be­ triebslastfall “stehend” und die zwei Transportlastfälle “aufgelegt auf Ga­ belstapler” und “aufgehängt an vier Punkten”. Falls erforderlich, wird der CAD-Entwurf entsprechend der Resultate aus den FEM-Analysen angepasst und optimiert. Am Ende der Berechnungen werden die Re­ sultate dokumentiert und mit den Resultaten des bestehenden Rah­ mens verglichen. Als letzter Punkt der Arbeit folgt eine Fertigungsplanung, in welcher der Herstellablauf definiert wird und die Herstellkosten abgeschätzt werden. Das Ziel dieser Diplomarbeit ist es, eine Neukonstruktion des Laser­ rahmens vorzuschlagen, welche alle Anforderungen an Funktion und Stabilität erfüllt, jedoch in der Herstellung wesentlich einfacher ist. Konkret soll mit der Neukonstruk­ tion eine Reduktion der Herstellko­ sten um 25% und die Halbierung der Schlossereidurchlaufzeit er­ reicht werden.

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Leichtbaubalken für Laserschneidanlage Bysprint

Maschinentechnik Mécanique

Produktentwicklung / Beat Schmied, Prof. Fritz K. Güdel Experte: Christian Koblet

Die Firma Bystronic AG ist ein weltweit agierender Anbieter von hochwertigen Lösungen für die wirtschaftliche Verarbeitung von Blechen und anderen Flachmaterialien. Die Produktpalette in der Sparte Laserschneiden umfasst unter anderem das dynamische Laserschneidsystem Bysprint 3015. Um die Dynamik dieser Schneidanlage noch zu steigern, war für den Schneidbalken eine gewichtsreduzierte Lösung gesucht. Die Struktursteifigkeit durfte dabei nicht verschlechtert werden. Zusätzlich wurde das bestehende Aluminium-Strangpressprofil durch eine Stahlkonstruktion abgelöst. Damit konnten die unterschiedlichen Wärmedehnungen zwischen dem Profil und den Stahlschienen eliminiert werden.

In der heutigen Ausführung der Bysprint 3015 wird für den Schneid­ balken ein Aluminiumzugprofil verwendet. Der darauf gleitende Schneidwagen mit der Laseroptik wird über einen Zahnstangen-, Rit­ zelantrieb bewegt. Da die Zahnstan­ ge und auch die Linearführungen aus Stahl sind, weist sie gegenüber dem Aluminium ein anderes Wär­ meausdehnungsverhalten auf. Bei Abweichungen von der Montage­ temperatur kommt es dadurch zur Deformation des Schneidbalkens. Dies hat einen negativen Einfluss auf die Masshaltigkeit des Schneid­ prozesses bzw. des Endproduktes. Eine weitere Problematik stellt sich im Gewicht des Profils. Da die Dy­ namik und Genauigkeit einer Werk­ zeugmaschine im Wesentlichen von den bewegten Massen und deren Nachgiebigkeit abhängt, sind diese Aspekte möglichst klein zu halten.

Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurde geprüft, ob sich durch geeig­ nete Gestaltung und Auslegung die Masse des Schneidbalkens redu­ zieren lässt. Um die Wertschöpfung im Hause zu erhöhen und die unter­ schiedlichen Wärmedehnverhalten zu unterbinden, sollte das Alumini­ umzugprofil nach Möglichkeit durch eine Blechkonstruktion abgelöst werden. Die Diplomarbeit beinhal­ tet nebst den technischen Aspekten auch die Berücksichtigung der wirt­ schaftlichen Fertigung des Balkens. Bevor die konstruktive Erarbeitung der neuen Balkenstruktur in Angriff genommen werden konnte, galt es, die bestehende zu analysieren. Mittels modernster CAD- und FESoftware, wie Unigraphics NX und ANSYS Workbench wurde der IstZustand des Balkensystems mo­ delliert und auf dessen Gewicht

und Deformationsverhalten unter­ sucht werden. Eine Modalanalyse gab Aufschluss über das Schwin­ gungsverhalten des Systems. In einem weiteren Schritt wurden für den Schneidbalken mehrere Kon­ zepte erarbeitet. Jede konstruk­ tive Veränderung wurde bezüglich der Steifigkeit- und Massenverän­ derung überprüft und nur weiter­ verfolgt, wenn eine Verbesserung ersichtlich war. Anschliessend mus­ ste das neu erarbeitete Balkenprofil so auf dessen wirtschaftliche Ferti­ gung und Herstellbarkeit überprüft werden, dass keine grundlegenden Änderungen im Montageprozess entstanden. Zum Schluss ist für die neue Kon­ struktion der Steifigkeitsnachweis erbracht worden. Die geschah an­ hand eines Vergleiches mit dem IstZustand.

Marcel Uehlinger 1981 079 617 33 38 [email protected]

Balkensystem mit Aluminiumzugprofil Berner Fachhochschule - Technik und Informatik

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Maschinentechnik Mécanique

Simulation eines Mikroventils Mechatronik / Prof. Fritz Bircher Experte: Felix Scheuter

Magnetventile sind Ventile, die von einem Elektromagneten angetrieben werden. Sie werden eingesetzt zum Erzeugen von Linear- oder Drehbewegungen, z.B. Mikroventile, Hub- oder Drehmagnete, usw. Durch die gegenwärtige Entwicklung hin zu immer kleineren und komplexeren Systemen wächst die Notwendigkeit, den Entwurfsprozess durch eine Simulation des Gesamtsystems einschliesslich Analyse, Variation, Optimierung und Verifikation zu unterstützen. Ziel dieser Arbeit ist es, die Funktion eines Magnetventils durch den Einsatz von Simulationswerkzeugen nachzubilden und damit deutlich besser zu verstehen. Weiter soll mit dieser Simulation auch Know-how für mechatronische Gesamtsysteme aufgebaut werden.

Roland Wälti 1980

Heute werden die meisten Entwick­ lungsparameter durch langwierige Versuche experimentell ermittelt. Dabei muss für jeden Versuch ein neuer Prototyp gebaut werden. Teilweise lassen sich die Entwick­ lungsparameter gar nicht messen. Das verursacht grosse Kosten und nimmt viel Zeit in Anspruch.

079 253 94 91 [email protected]

Um Magnetventile schnell auf den Markt bringen zu können, sind Si­ mulationen in der Entwicklungs­ phase notwendig. Für die Simula­ tion kann das CAD-Modell in die Simulationsumgebung eingelesen werden. Durch Anpassen der Ent­ wicklungsparameter wird das opti­ male Anwendungsergebnis erreicht. Anschliessend wird der Prototyp mit den simulierten Parametern herge­ stellt und getestet. Die Entwick­ lungszeit wird so erheblich verkürzt und das Produkt kommt schneller auf den Markt.

Komplexe Magnetventile beinhalten elektrische, elektronische, mecha­ nische, thermische und zum Teil flu­ idische Systeme. Zwischen diesen treten starke Wechselwirkungen auf. Die Simulation der einzelnen physikalischen Systeme ist Stand der Technik. Jedoch bereitet deren Integration zu einem Gesamtsys­ tem erhebliche Probleme. Die Simulation wird in dieser Arbeit mit den Programmen MatLab/Si­ mulink und MatLab/SimMechanics von TheMathWorks durchgeführt. Das mechanische Modell wird di­ rekt vom CAD in Matlab/SimMe­

chanics übernommen. Mit Matlab/ Simulink kann die Ansteuerung mo­ delliert werden. Die Magnetkraft­ modellierung wird in einem ersten Schritt mit Kennlinien betrachtet. Fluidik und Thermik stehen noch nicht im Vordergrund dieser Arbeit. Die Resultate der Simulation wer­ den laufend mit Versuchen an realen Prototypen verifiziert. Die Planung dieser Messungen sowie die Eva­ luation geeigneter Sensoren sind deshalb von grosser Bedeutung. Nur so kann das Simulationsmodell des Magnetventils weiter verbessert werden.

Zerlegung eines Langhubmagneten in einzelne Teilsysteme [Modellierung und Simulation elektromagnetischer Aktoren]

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FE – Analyse von Wirbelkörperimplantaten

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Strukturmechanik / Prof. Martin Züger Experte: Herr Christian Koblet

In der Firma Synthes werden in Zusammenarbeit mit Ärzten unterschiedlichste Systeme zur Versorgung von Knochenbrüchen entwickelt. Eine mögliche Fraktur im Bereich der Wirbelkörper ist die Kompressionsfraktur. Bei dieser wird der Wirbelkörper zusammengedrückt, dabei kann die Fraktur eine Keilform aufweisen. Diese Form verursacht eine bleibende Fehlstellung der Wirbelsäule und auf Grund zusätzlicher Instabilität sehr intensive Schmerzen, welche die Lebensqualität einschränken. Die Firma Synthes hat für diese Indikation einen Lösungsansatz, welche die Fraktur stabilisiert und den Wirbelkörper aufrichtet. Diesen Ansatz gilt es mit einer FE-Analyse zu untersuchen.

System Bobbin Die Idee besteht darin ein Knäuel im Wirbelkörper zu erzeugen, welches den Wirbelkörper aufrichtet und die Bewegungen der Fragmente ver­ hindert. Das System wird posterior, minimalinvasiv durch Zugangska­ nülen in den Wirbelkörper einge­ bracht. Nach Ausrichten und Posi­ tionieren wickelt sich ein Faden um das stiftähnliche Implantat. In Ab­ hängigkeit der Umdrehungen wird sich das Implantat vergrössern.

belkörper. Bislang ist noch keine Publikation veröffent­licht worden, die die Kräfte und die Einflüsse der Knochenstruktur auf ein expan­ dierendes Implantat untersucht. Die Randbedingungen des Simu­ lationsaufbaus müssen zwingend auf biomechanischen Veröffent­ lichungen abgestützt sein, damit die Ergebnisse mit der Rea­lität ver­ gleichbar sind. In diesen Publikati­ onen sind Festigkeitswerte, Kno­ chenstrukturen und die wirkenden Lasten während der Operation beschrieben. Durch die intensive Problemstellung Im Rahmen der Diplomarbeit galt Recherche in verschiedensten me­ es das System Bobbin in einer FE- dizinischen Fachliteraturen wurde Simulation zu beschreiben. Das Au­ der ausserordentlich komplexe Auf­ genmerk lag auf dem Bereich des bau des Körpers durch Modelle be­ Knäuels und sein Wachsen im Wir­ schrieben.

Markus Weber 1982 079 457 84 45 [email protected]

Ausblick Die Analyse beschreibt einen stark vereinfachten Teil eines sehr kom­ plexen Aufbaus, welcher im biome­ chanischen Gebiet noch grosses Forschungspotential aufweisst. Der Modellaufbau soll für kom­ mende Neuentwicklungen als Ver­ gleichsaufbau dienen, um eine The­ se über die Wirkung der Implantate aufstellen zu können. Diese sind anschliessend mit Testungen zu überprüfen.

“Bobbin” im Wirbelkörper implantiert

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Simulation Der Simulationsaufbau beinhaltet nur den ersten Lendenwirbel. Die Wahl fiel auf diesen, weil die häu­ figsten Kompressionsfrakturen beim Wirbelkörper L1 auftreten. Ba­ sierend auf Flächenmodellen, wel­ che aus entsprechenden CT-Daten generiert wurden, sind vereinfachte Volumenmodelle entstanden. Die Nachmodellierungsarbeiten sind mit einem führenden 3D-CAD vor­ genommen worden, dies war un­ umgänglich damit die Daten im FETool Verwendung finden. Für die eigentliche Simulation wur­ de das leistungsfähige I-DEAS NX12 gewählt, welches den Anforde­ rungen verschiedene Mesh-Arten zu kombinieren, gerecht wurde. Die unterschiedlichen Arten der Netze waren notwendig, um die viel­ schichtige Knochenstruktur nach­ bilden zu können. Das Modell lässt die Bewegungen der Knochenfrag­ mente zu, welche aus Tests und Röntgenbilder ersichtlich sind.

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Schwingungsuntersuchung im Spindelbau Strukturdynamik / Prof. Roland Hungerbühler Experte: Dr. Peter Paul Knobel

Die Leistungsfähigkeit von hochproduktiven Werkzeugmaschinen steigt stetig an und mit ihr auch die Anforderung an die Motorspindel. Der Markt fordert höhere Drehzahlen, höhere Leistungsdichte, kürzere Beschleunigungszeiten. Dadurch steigt auch die dynamische Belastung auf die mechanische Struktur. Durch den Einsatz von verschiedenen Schwingungsuntersuchungen wird das dynamische Verhalten der Motorspindel erfasst und analysiert. Experimentelle Untersuchungen sind ein wichtiges Hilfsmittel zur Erhöhung der Korrelation zwischen der Spindel und den getroffenen Annahmen im Berechnungsmodell.

Adrian Wittwer 1978 079 208 82 82 [email protected]

Die Firma Step-Tec AG hat sich auf die Entwicklung und Produktion von Hochgeschwindigkeitsspindeln spe­ zialisiert. Sie werden bei führenden Herstellern von Bearbeitungszen­ tren für Fräs- und Bohrapplikationen eingesetzt. Da der Drehzahlbereich dieser Motorspindeln sehr gross ist, kommt der Konstruktion eine wesentliche Bedeutung zu. Mit der Schwingungsuntersuchung kön­ nen verschiedene strukturdyna­ mische Analysen durchgeführt wer­ den. Diese dienen einerseits zum Erfüllen der Marktanforderungen und andererseits zum Überprüfen und Analysieren der Qualität des Lieferzustandes. Im Rahmen die­ ser Diplomarbeit werden verschie­ dene Schwingungsuntersuchungen ausgearbeitet, erprobt sowie die entsprechenden Messanleitungen dazu erstellt. Diese haben das Ziel, das firmeninterne Wissen über die Schwingungsuntersuchung breiter abzustützen. Die Untersuchungen werden an drei typengleichen Mo­ torspindeln, die im Bereich der La­ gervorspannung unterschiedliche Konstruktionen aufweisen, durch­ geführt und geben Aufschluss über deren Vor- und Nachteile.

Schwingform zugeordnet werden. In der Praxis konzentriert sich das Augenmerk vor allem auf die Eigen­ formen mit niedrigen Frequenzen, da deren Schwingungsausschläge meist ausgeprägter sind und diese den Zerspanungsprozess negativ beeinflussen. Mit den verschiedenen Schwingungsuntersuchungen sind wir in der Lage, die Eigenschwin­ gungen und deren Schwingformen in einem experimentellen Modell zu untersuchen. Aus den erhaltenen Erkenntnissen werden nun die An­ nahmen im Berechnungsmodell so angepasst, dass eine maxima­ le Korrelation der beiden Modelle

entsteht. Nebst dem dynamischen Verhalten der Welle ist die Lagerung der Spindel von zentraler Bedeu­ tung. Wälzlagerschäden stellen die Haupt­ursachen für den Aus­ fall einer Motorspindel dar. Mit den ausgewählten Schwingungsunter­ suchungen kann der genaue Zu­ stand der Wälzlager analysiert und dokumentiert werden. Das Schwin­ gungsspektrum eines Lagerscha­ dens ist von der Art des Schadens, der Lagergeometrie und der Dreh­ zahl abhängig. Die genaue Interpre­ tation der Messungen bedarf der Erfahrungen und Kenntnisse des Diagnostikers über seine Spindel.

Jede Motorspindel schwingt bei bestimmten Frequenzen, den sog. Eigenfrequenzen der Spindel. Die Lage dieser Frequenzen wird haupt­ sächlich durch die Massen- und Steifigkeitsverteilung der Welle so­ wie der Anordnung und Steifigkeit der Lager bestimmt. Jede Eigen­ frequenz kann einer bestimmten 166

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Oberwasserniveauregelung für ein Kleinkraftwerk

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Mechatronik / Prof. Fritz Bircher Experte: Herr F. Scheuter

Unbeaufsichtigte Wasserkraftwerke müssen ein kontrolliertes Stillsetzen der Anlage und das Halten des Oberwasserspiegels bei Netzausfall garantieren. Für das Kleinkraftwerk “alte Ziegelei” in Derendingen wird in der Diplomarbeit eine Regelung erarbeitet, welche das Oberwasserniveau auch bei einem heftigen Sommergewitter mit Ausfall des Stromnetzes und grossen Wassermengen konstant hält. Um unabhängig von elektrischen Speichergeräten arbeiten zu können, darf für die Regelung einzig die Energie des Wassers verwendet werden.

Konstruktion In der Diplomarbeit wird nun eine Lösung ausgearbeitet, bei der das heute im Einsatz stehende, manu­ ell bediente Nadelwehr durch eine netz­unabhängig und automatisch funktionierende Regeleinrichtung ersetzt wird, um das Oberwasser selbstständig auf konstantem Ni­ veau zu halten. Da das Kraftwerk schon seit einigen Jahren in Betrieb ist, muss die Konstruktion den be­ reits vorhandenen Gegebenheiten angepasst werden. Das geplante Wehr besteht aus einem hochzieh­ baren Rollschützen, welcher an sei­ nem oberen Ende eine Klappe für die Regulierung besitzt. Der Rollschütz wird im Hochwasserfall kontrolliert hochgezogen. Im Regelfall wird das nicht nutzbare Wasser über die Re­ gulierklappe abgelassen.

Wahl des Reglers Die Regelstrecke bezeichnet in der Regelungstechnik den Teil der Anlage, welcher durch die Rege­ lung beeinflusst wird. Aufgrund der P-Tn-Regelstrecke, die durch das Kraftwerk gegeben ist, wird eine Lö­ sung mit einem PI-Regler realisiert. Der P-Anteil (proportionaler Teil) des Reglers ändert auf Grund der Oberwasserhöhe und der dadurch auf die Klappe wirkenden Kraft die Winkelposition der Klappe. Dieser Effekt kann zum Beispiel durch ein Gegengewicht mit Seilen oder einem Hebelsystem realisiert wer­ den oder durch Federn, welche ihre Länge ändern, wenn sich die Kraft auf die Klappe erhöht. Der I-Anteil des Reglers (integrierender Anteil) besteht aus einem Wassertank, welcher sich je nach Wasserstand

des Oberwassers füllt oder entleert und dadurch die Klappe zusätzlich reguliert. Einflüsse Wichtige zu berücksichtigende Ein­ flüsse sind vor allem die Sicherheit gegen das Einfrieren im Winter so­ wie die Probleme, welche durch das Geschwemmsel, im Bach trei­ bender, natürlicher und Zivilisati­ onsmüll, welcher die Funktion der Regelung beeinflussen kann. Die Diplomarbeit wird parallel zur Diplomarbeit von Boris Jaeggi (Sei­ te 144) durchgeführt, wobei sich Boris Jaeggi mit der Konstruktion sowie dem Festigkeitsnachweis des Wehrschützen befasst und Ro­ man Zoller für die Auslegung des Reglers und dessen Parameter ver­ antwortlich ist.

Roman Zoller 1984 [email protected]

Einlauf bereich der Wasserkraftschnecke (unter dem Fenster) und rechts der zu regelnde Überlauf. Berner Fachhochschule - Technik und Informatik

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Mikrotechnik Microtechnique

Cellule robotisée miniature Microtechnique/ Prof. Yves Mussard, Marc Thurner

La stéréolithographie est essentiellement utilisée dans le domaine mécanique pour la création de prototypes rapides. Une nouvelle méthode de fabrication s’apparentant à ce procédé a vu le jour dans le domaine biologique pour réaliser des structures tridimensionnelles. Le système décrit dans cet article repose sur une combinaison de micro doseurs, d’un micro robot à bras parallèle, d’un laser à rayons UV et de matériaux aux propriétés photo polymérisantes. Le résultat est un système aux dimensions très réduites et aux performances très prometteuses.

Yann Aeschbacher 1983 078 888 99 70 [email protected]

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Ce travail comporte plusieurs éta­ - La dernière étape du travail a pes: pour but l’arrangement de la ma­ tière consolidée par les rayons UV. Cette structuration se réa­ - La première étape consiste à lise à l’aide du “Pocket Delta” ro­ définir l’utilisation des doseurs bot qui, en effectuant une série pour effectuer une déposition de déplacements dans chacune de matière. Chaque doseur, sur des trois directions axiales, va lesquels différents paramètres créer un bloc que l’on appelle entrent en compte (viscosité de “scaffold”. Ce bloc est composé la matière, temps d’ouverture de de deux matériaux ayant des la valve nécessaire pour le do­ viscosités différentes. Un doseur sage, pression appliquée sur le est actionné pour déposer une piston, intensité de polymérisa­ série de lignes dans une direc­ tion,…), est rempli d’une matière tion avec un premier matériau, réagissant à la lumière UV. puis un deuxième doseur rem­ - La deuxième étape consiste à plit les espacements laissés à commander le déplacement d’un plateau mobile sur lequel se trouvent les doseurs. Ce plateau rond est actionné par un moteur qui est asservi à l’aide d’une uni­ té de positionnement. - Une troisième étape établit la commande d’un laser à rayons UV permettant le durcissement de la matière dès sa sortie de­ puis un des doseurs. Le rayon la­ ser est orienté à l’aide d’un miroir inclinable de manière à ce qu’il éclaire l’extrémité de l’aiguille par laquelle la matière est expulsée. Illustration du système

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cet effet pour une autre série de lignes avec un deuxième maté­ riau. Ceci constitue une couche. Chaque couche est orientée dans une direction différente. Le système est entièrement géré par un seul programme dans lequel l’utilisateur entre les paramètres re­ latifs au dosage (nombre de lignes, nombres de couches, longueur et largeur d’un bloc,..). Dès que l’initia­ lisation des différents périphériques est terminée et que les données saisies par l’utilisateur sont validées, le système effectue le cycle de pro­ grammation complet.

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Piezoverstärker mit Hysteresekompensation

Mikrotechnik Microtechnique

Mechatronik / Prof. Dr. Harald Wild Experte: Dipl. Ing./MBA Jean Bäbler

Bei Positionieranwendungen im Mikrometerbereich sind Piezoelemente eine sehr geeignete Wahl. Piezoaktoren, die mit einem Spannungsverstärker betrieben werden, sind mit einer Hysterese zwischen der Eingangsspannung und der Dehnung behaftet. Diese Hysterese kommt durch die innere Depolarisierung des Piezomaterials zustande. Das Ziel der Diplomarbeit ist, die Hysterese mit Hilfe einer Stromregelung zu reduzieren.

Roman Amrein

Schema der Stromregelung

1983

Ausgangslage Um einen Mikromanipulator mit Piezo­aktoren anzusteuern, mus­ ste zunächst ein spannungsge­ steuerter Hochvoltverstärker ent­ wickelt werden, welcher bereits in der voran­gegangenen Semesterar­ beit als Funktionsmuster entworfen wurde. In der Diplomarbeit wurde dieser Prototyp mit dem Programm TopSpice simuliert und verbessert.

Spannungs-Dehnungsdiagramm

Um die Dehnung der Piezoaktoren messen zu können, sind direkt auf der Keramik Dehnmessstreifen (DMS) appliziert.

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Dehnessstreifen Die DMS sind in einer Vollbrücken­ schaltung am Piezoaktor ange­ bracht. Durch die Dehnung wird deren Widerstand geändert, was zu einer Spannungsänderung führt. Mit einer dazu entwickelten Diffe­ renzenverstärkerschaltung (Prin­ zip Instrumentenverstärker) ist das Sig­nal genügend gross, um wei­ terverarbeitet werden zu können. Das Ausgangssignal ist mit einem mecha­nischen Messtaster und ei­ ner theoretischen Auflösung von 39nm kalibriert worden.

zur Hystereseverminderung im dy­ namischen Betrieb. Die Stromrege­ lung ist zuerst mit Simulink/MatLab und DSpace getestet worden, bevor sie in Elektronikhardware umge­ setzt wurde.

Stromregelung Über einen Shuntwiderstand am Eingang des Piezos, kann anhand des Spannungsabfalls die Strom­ messung erfolgen. Durch Aufinte­ grieren des Stromes ist die Ladung des Piezoaktors und somit seine Dehnung bekannt. Diese kann nun mit der Eingangsspannung des Spannungsverstärkers rückgekop­ pelt werden. Das führt schliesslich

Ladungs-Dehnungsdiagramm

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078 738 27 20 [email protected]

Realisierung Die Hysteresekompensation wurde im Spannungsverstärker implemen­ tiert und getestet. Die DMS-Mess­ verstärker mit einer 500-fachen Verstärkung wurden als Prototyp aufgebaut und im geschlossenen Regelkreis erfolgreich in Betrieb genommen.

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Mikrotechnik Microtechnique

Roboter für die Handhabung von Messproben Robotik / Prof. Yves Mussard

In die SLS (Synchotron Lichtquelle Schweiz), am Paul Scherrer Institut (PSI), kommen hunderte von Wissenschaftler um unterschiedlichste Proben zu untersuchen. Das Spektrum der Proben geht von Metallen, Knochenmark, Zellen bis hin zu zukünftigen Arzneimitteln. Daraus schliessen die Forscher Erkenntnisse, welche unseren Alltag beeinflussen. Um den immer steigenden Anforderungen der User und die Zeitausnützung der Anlage zu optimieren, hat sich die TOMCAT (TOmography Microscopy and Coherent rAdiology experimenTs) Strahlline entschieden den Probenlademechanismus zu automatisieren.

Matthias Barendregt 1984 079 364 25 07

Ausgangslage Der manuelle Ablauf an einer Strahl­ line: Die vorbereiteten Proben wer­ den in der Experimentierkammer installiert. Nach einem Sicherheits­ check kann die Kammer geschlos­ sen und die Messung durchgeführt werden. Dieser Vorgang dauert je nach Probe und Einstellungen zwi­ schen 2 – 40min.

Einige Details: Positioniergenauigkeit der Proben Die Proben müssen mit einer Wie­ derholgenauigkeit von +/- 0.01mm in 4 Achsen (x,y,z,rz) positioniert werden. Eine genaue und kosten­ günstige Lösung ist ein 3-Punkte­ system. Der Probenhalter, mit drei konischen Nuten, liegt auf höchst präzisen Saphirkugeln auf.

[email protected]

Vorgehensweise: Schritt für Schritt zu einem Roboter 1) Analyse: Was braucht die TOM­ CAT Strahlline genau? Wie kann ihr Prozess automatisiert wer­ den? Soll auf einen kommerzi­ ellen Industrieroboter gesetzt werden oder ist ein Eigenbau sinnvoller? Nach einem fun­ dierten Vergleich wurde der In­ dustrieroboter in Betracht gezo­ gen. 2) Design des mechanischen Layouts. 3) Endphase: Inbetriebnahme und Programmierung des Roboters, sowie Schaffen einer Schnitt­ stelle zum lokalen System Epics (Experimental Physics and In­ dustrial Control System), inklusi­ ve einer Benutzeroberfläche für die User.

Programmierung des Stäubli Roboters Der Roboter wird mittels einer ei­ gens von Stäubli geschaffenen Programmiersprache VAL3 pro­ grammiert. Über eine TCP / IP Ver­ bindung kann mit dem Roboter kommuniziert werden. Die Anbindung an das EPICS-Sys­ tem läuft über ein Pythonscript, welches als Interface zwischen Epics und VAL3 verwendet wird. Die Kommunikation zwischen Python und VAL3 basiert auf einer Socket­ verbindung, auf welcher Strings ge­ sendet werden. Aussichten Eine Erhöhung der Blisterkapazität wird in Betracht gezogen, die Soft­ ware ist zum Teil schon darauf aus­ gelegt. Automatische Erkennung der Pro­ benhalter, so dass der User die ein­ zeln Proben nicht von Hand spezifi­ zieren muss (Barcode).

Probenhalter von unten

Roboter an der TOMCAT - Strahlline

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Qualitätskontrolle von Zirkoniumoxydkugeln

Mikrotechnik Microtechnique

Mechatronik / Prof. Dr. Peter Walther Experte: Martin Schürch

Die Firma Micro Precision Systems AG, mps AG Biel, stellt Kugellager für erhöhte Anforderungen aus Stahl und Keramik her. Dabei nimmt die Qualitätsprüfung der Kugeln mit einem Durchmesser von zunächst 600μm eine zentrale Stellung ein. Ein Los besteht aus ca. 200‘000 Kugeln, die zurzeit alle optisch unter dem Mikroskop auf grobe Fehler geprüft werden. Dabei werden die defekten Kugeln manuell mit einer Pinzette entfernt. Eine zeitaufreibende und teure Angelegenheit. Diese Vorsortierung soll automatisiert werden.

Prüfprinzip Die Idee ist es eine optische Qua­ litätskontrolle automatisiert durch­ zuführen und dabei alle manuellen Aufgaben durch geeignete Sen­ soren und Aktuatoren zu ersetzen. Die zu prüfende Kugel rollt durch eine Vorrichtung und wird von einem Laser angestrahlt. Das von der Ku­ gel reflektierte Licht wird von zwei Fototransistoren erfasst, wobei die Differenz der Signale ausgewertet wird. Ist die Differenz ungleich Null, kann davon ausgegangen werden, dass die Kugel defekt ist. Ursache von unterschiedlichen Signalen können schwarze Flecken oder eine beschädigte Oberfläche sein, die das Licht stärker oder schwä­ cher reflektieren.

Daniel Brawand 1984 078 805 75 78 [email protected]

Messprinzip

Aufgabe Der Prototyp einer vergangenen Diplomarbeit dient als Grundlage. Um beweisen zu können, dass die Idee dieses Prototyps realisierbar ist, muss die Konstruktion überar­ beitet und getestet werden. Ist der Beweis erbracht, wird es die Aufga­ be sein, diese Prüfungseinrichtung kostengünstig und industrietauglich auszuführen.

Ablauf der Prüfung Durch einen von der Firma mps zur Verfügung gestellten Kugelsepa­ rator wird immer eine Kugel nach der andern dem System zugeführt. Dabei wird die Kugel zuerst abge­ bremst und dann aus der Ruhelage losgelassen. So unterliegen alle Ku­ geln denselben Messbedingungen. Die Kugel rollt danach an den Foto­ transistoren vorbei, wo sie entspre­ chend gemessen werden. Eine gut / defekt Sortierung wird am Schluss über eine Weiche vorgenommen.

Signalverlauf von zwei Fototransistoren

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Mikrotechnik Microtechnique

Scanner pour la mesure de la rugosité Optique / Prof. Christoph Meier, HESB-TI / Dr. Friedhelm Altpeter, Agathon SA Expert: Dr. Gerben Boer

Notre partenaire industriel Agathon SA, spécialisé dans le domaine de la rectification et de la fabrication de pièces normalisées a mandaté la Haute école Technique et Informatique bernoise afin de réaliser un scanner pour la mesure de la rugosité. Le but de ce travail de diplôme est de concevoir un scanner facilement implantable dans la machine, afin de réaliser des mesures topographiques d’une meule. Les résultats des mesures effectuées indiqueront à l’opérateur si les paramètres de rectification sont bien adaptés à l’application.

Audrey Brodard 1983 079 239 76 10 [email protected]

Description Des inserts en métal dur, utilisés comme outils de coupe sont rec­ tifiés à l’aide de meules diaman­ tées. Ces meules sont composées de grains abrasifs en diamant for­ mant les parties coupantes de la meule. Ces grains sont liés entre eux par un liant métallique. Du fait de la grande dureté des inserts, les grains en diamant de la meule sont fortement usés. L’état d’une meule peut être déter­ miné par une mesure topographi­ que de la surface. Cette mesure détermine le rapport entre la hau­ teur des grains et le liant métallique. Le but est de scanner une surface d’une meule avec un capteur opti­ que, afin de contrôler la rugosité de la surface de la meule. L’évaluation de la qualité de la meule se fait à l’aide de résultats statistiques.

Principe de mesure La microtopographie de la surface d’un objet consiste à enregistrer l’altitude z de chaque point de cet­ te surface. Afin de déterminer cette altitude sans devoir procéder par focalisation dynamique, il faut pro­ céder à un codage de l’espace de mesure, autre que temporel.

Le principe utilise l’aberration chro­ matique de la lumière. Selon la dis­ tance de la surface à mesurer, une certaine longueur d’onde de la lu­ mière est reflétée. Par l’analyse du spectre de la lumière reflétée, on re­ çoit une mesure de distance.

Construction schématique du capteur optique

Le scanner Le scanner est constitué de deux tables de translation linéaire moto­ risées permettant un balayage de la surface de la meule et ainsi d’ac­ quérir l’altitude en chaque point de cette surface grâce au capteur op­ tique fixé sur le dispositif. De plus, il inclut un système de fixation rapide afin que la construction puisse être positionnée sur la machine. Commande et acquisition des données La programmation des moteurs du scanner, l’acquisition des don­ nées et le traitement des données ont été réalisés avec le logiciel Lab­ VIEW. La programmation a été réa­ lisée de façon à créer une interface favorisant l’approche de l’opérateur.

Modèle CAD du dispositif

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Telemetry system for an implantable drug pump Sensor Technology / Dr. Peter A. Neukomm Expert: Rocco Crivelli, Staff Engineer, Codman Nero Science S.à.r.l (Johnson & Johnson), Le Locle

Mikrotechnik Microtechnique

The drug delivery pump delivers medication e.g. morphine for pain control or infusion for diabetic persons in the area of necessity. The pump is programmable via bidirectional telemetry so that the doses of the medication can be adjusted to a patient‘s changing needs. In order to communicate with the pump via transceiver, a coil antenna is integrated into the pump. In a preliminary test the communication was suboptimal. The aim of the project was to improve the antenna to guarantee a more reliable communication with the pump, optimize it and the corresponding electronic circuit for minimal requirements to transmitting power.

Introduction The pump is implanted abdomi­ nally near the surface skin. It stores medication in its refillable compart­ ment which can be replenished via a needle from outside the body. The advantage of the pump is that the medication is delivered intra­ venously exactly to the location of necessity via a catheter. Less medi­ cation is needed and the interval of taking the medication is reduced.

used e.g. in RFID applications like in passports, animal identification or transportation payment. In a preliminary test the pump did not show the desired performance. The antenna was detuned. This led to the consequence that the work­ ing distance could not be guaran­ teed any more.

Pump with catheter

Approach Earlier experiments of Dr. P. A. Neu­ komm already indicated parasitic ca­ pacitive coupling within the winding of the coiled antenna. This assumption was confirmed. The antenna was optimized by means of experiments with coils of different characteristics in various media, as well as several isolation concepts against parasitic capacitance. In addition software simulation improved the under­ standing of the system especially helping to improve the correspond­ ing electronic circuit. The result of several changes is a system of vastly improved performance.

[email protected]

078 637 7306

Implanted drug pump

Objective The objective was to find how com­ munication inside the body could be further improved. In addition to that, a more advantageous an­ tenna was to be designed in terms of gain in the power transmission and extension of working distance. Furthermore the electronic circuit of the receiving antenna on the pump was to be looked at in detail to find possible improvements. The difference of the environment at the laboratory to the body is drastic. In the body we have got body flesh and fluid which influences the com­ portment of the transmission quality.

The programmable pump allows the physician e.g. to change the doses of the medication in a non invasive procedure to the changing needs of the patient. This is done by passive telemetry. The passive telemetry allows a wire­ less transmission of data or energy without having an energy source on the receiving side. By inductive coupling of the coiled antennas the energy is transmitted from one side to the other. This approach is

Passive Telemetry

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Alexander Däpp 1982

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Daniel Stoll 1984 076 304 4445 [email protected]

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Mikrotechnik Microtechnique

Scanning Digital Ophtalmoscope Technique médicale / Prof. Dr. Jürgen Burger, Aloïs Pfenniger /MEM RC, Uni. de Berne, Hôpital de l’Île Expert: Frank Zumkehr

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. Le but de ce travail de diplôme est, dans un premier temps, l’optimisation de la mécanique utilisée pour dévier le faisceau laser et dans un deuxième temps, la réalisation d’une interface permettant la pleine utilisation de l’appareil. L’automatisation de ce système apportera un soutien important au médecin, car l’utilisation manuelle est longue et répétitive.

Cédric Décosterd 1983 078 822 32 16 [email protected]

Avec l’âge, il peut arriver que des malformations apparaissent sur la rétine et perturbent la vue. En gé­ néral, cela arrive lorsqu’une per­ sonne est atteinte de rétinopathie diabétique, une dégénérescence du diabète. De fins vaisseaux san­ guins indésirables se créent alors sur la rétine pour essayer de com­ bler le manque d’oxygène. Ces der­ niers, très fragiles, éclatent généra­ lement 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.

tions. Le déplacement du faisceau laser par le médecin demande une certaine habileté, une grande préci­ sion et de la concentration. L’intérêt de ce travail est de faciliter la tâche du médecin et par la même occa­ sion de diminuer le temps ainsi que le nombre d’interventions pour les patients. Pour cela, le laser n’est plus dirigé manuellement mais grâ­ ce à deux moteurs. Ils permettent d’orienter un miroir avec une préci­ sion qui doit atteindre 20 µm sur la rétine. Pour caractériser le système, il faut traiter et interpréter des don­ nées acquises par un capteur PSD qui remplace l’œil. Le traitement des données se fait avec Matlab. Une compensation du jeu sur les axes

des moteurs doit nous permettre d’atteindre la précision désirée. De nombreux programmes sont déjà réalisés pour permettre à l’utilisa­ teur de calibrer ou déplacer le sys­ tème. Il est encore nécessaire d’y ajouter la possibilité de contrôler les moteurs avec un joystick. Pour ter­ miner, l’ensemble des programmes doit être facilement utilisable. Il faut donc créer une interface depuis la­ quelle l’utilisateur puisse accéder aux différentes fonctions. C’est un travail très intéressant qui comporte une partie mécanique, électronique et de la programmation. Dans le fu­ tur, cet appareil va faciliter et amé­ liorer la qualité des traitements réti­ niens au laser.

Image de la rétine

Pour empêcher que des vaisseaux sanguins ne continuent de se déve­ lopper, on peut opérer le patient au moyen d’un appareil muni d’un laser. Ce traitement, appelé photo coagu­ lation, permet d’arrêter l’évolution de la maladie. Le travail s’est fait sur un appareil utilisé actuellement pour ces types de traitements. À la base, le faisceau laser était manipulé mé­ caniquement à la main par le mé­ decin. Une opération dure environ 30 minutes, durant lesquelles 500 points sont traités. De plus, un trai­ tement total nécessite 4 à 6 opéra­ 174

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Scanning Digital Ophtalmoscope avec capteur PSD et système d‘automatisation du miroir

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Mikrotechnik Microtechnique

Commande d’un modèle de colonne vertébrale scoliotique Technique médicale / Prof. Dr Jürgen Burger Expert : Martin Pfleiderer, dePuy

Dès son dépistage, la scoliose doit être traitée rapidement afin d’empêcher toute aggravation. Mais lorsque la maladie prend des ampleurs alarmantes, la pose d’implants est inévitable. Pour pouvoir tester ce type d’implants correcteurs de la scoliose, l’entreprise dePuy aimerait mettre au point une colonne vertébrale artificielle reproduisant les courbures et les forces présentes dans une colonne vertébrale réelle. La commande d’un tel système doit être capable de contrôler la position et la force de chaque vertèbre.

Henrique Do Rego 1980 079 750 88 70 [email protected]

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La maladie La scoliose est une déformation, dans les trois plans de l‘espace, de toute ou partie de la colonne verté­ brale. Cela peut entraîner de fortes douleurs et des difficultés respira­ toires pour les cas les plus graves. Lorsque la déformation de la colon­ ne vertébrale est trop importante et qu’il n’est plus possible de contrôler cette déformation par le traitement médical, il devient impératif d’agir par le biais d’une opération. De nos jours, la méthode utilisée est la fixation d’un ou plusieurs implants sur les vertèbres. Ceux-ci corrigent la courbe en exerçant de grandes forces capables de redresser la co­ lonne et d’empêcher le développe­ ment de la maladie. Pour améliorer la qualité des im­ plants, il faut les tester afin de s’as­ surer qu’ils ne comportent aucun danger pour le patient. Dans cette perspective, la conception d’une

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Travail de diplôme La première étape consiste à dé­ velopper un programme capable de gérer le déplacement et la force produits par un piston, puis de gé­ néraliser ce programme pour les cinq pistons d’une vertèbre. Le de­ sign de l’unité de contrôle doit te­ nir compte de l’important espace qu’occupe le système entier car Travail effectué Durant un travail de semestre, un lors de la dernière étape, il faudra système mécanique reproduisant contrôler dix-sept vertèbres. la cinétique entre deux vertèbres a Finalement, il devra être possible de été conçu. Le mouvement dans les sélectionner une unique vertèbre, trois plans de l’espace d’une ver­ de lui donner l’orientation désirée et tèbre est assuré par cinq pistons. d’analyser son comportement face Chaque piston est mû par une force à des contraintes extérieures telles qu’un implant. de type pneumatique. colonne vertébrale artificielle ayant des caractéristiques proches des colonnes vertébrales humaines, permettrait de simuler la déforma­ tion de la colonne vertébrale sco­ liotique et d’analyser la réponse de celle-ci face à la force de redresse­ ment d’un implant.

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Produktionskontrolle von EPI-Separatoren

Mikrotechnik Microtechnique

Medizintechnik / Prof. Dr. Jürgen Burger; Dipl. Ing. David Aebi Experte: Dipl. Ing. ETH Camillo Inversini, Ziemer AG, Port

Bei der EPI-Lasik (Epitheliale Lasik) Operation wird anstelle einer scharfen Stahlklinge ein Kunststoff-Separator verwendet. Dieser soll das Epithelgewebe der Cornea nicht durchschneiden, sondern entlang der Bowmannschen Membrane separieren, also abstreifen. Der vorderste Grat des Separators ist analog zur Schärfe der Stahlklinge von grosser Bedeutung für die Qualität des entstehenden Flaps und den Heilungsprozess.

Ausgangslage Zurzeit wird der Grat optisch unter dem Mikroskop mit 100-facher Ver­ grösserung beurteilt. Dies geschieht zu Beginn des Spritzvorganges. Der Prozess ist stark abhängig von der Spritztemperatur und dem Material. Die Schlusskontrolle besteht aus ei­ ner optischen 100%-Kontrolle des ganzen Separators im Reinraum. Es soll eine Prüfvorrichtung kon­ struiert werden, welche den Grat charakterisieren kann (Länge, Di­ cke, Struktur) und Ausschüsse au­ tomatisch detektiert. Die Diplomar­ beit ist eine Weiterentführung der Semesterarbeit, bei welcher ein geeignetes Messverfahren bereits evaluiert wurde.

Hardware Die zu prüfende Klinge liegt in einer Halterung und wird mittels Linear­ verstellern in X/Y-Richtung ver­ schoben. Eine CCD-Kamera mit Vergrösserungsobjektiv dient zur Gratbreitenmessung. Die Kamera erfasst den Grat und sendet das Bild an den PC zur Bildverarbei­ tung. Anschliessend wird der Grat unter einem Weisslichtsensor an verschiedenen Punkten gemessen und die Dicke ermittelt. Die Klinge wird abschliessend zurück zur Be­ stückungsposition gefahren, wo sie durch den nächsten Prüfling ersetzt wird.

Software Die Bildverarbeitung, Datenerfas­ sung und Steuerung der Linear­ verstellern erfolgt mittels LabView. Die Programmierung der entspre­ chenden VI’s erfolgte von Grund auf neu, um eine grösstmögliche Kompatibilität und Transparenz zwi­ schen den einzelnen Programmtei­ len zu gewährleisten. Im Testbetrieb kommuniziert der Benutzer am PC via GUI mit dem System. Vor der er­ sten Messung besteht die Möglich­ keit, alle relevanten Einstellungen selbst vornehmen. Die erhaltenen Messwerte der einzelnen Klingen können “on the fly” herausgelesen werden. Ein Algorithmus bestimmt über die Qualität des Grates, womit eine subjektive Kontrolle, und somit eine mögliche Fehlentscheidung, vermieden werden kann.

Christian Eggimann 1983 079 720 21 30 [email protected]

Prinzip der EPI-Lasik

Grat eines EPI-Separators unter 100-facher Vergrösserung Berner Fachhochschule - Technik und Informatik

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Mikrotechnik Microtechnique

Triangulator-Lichttaster mit Hintergrundausblendung Optik / Prof. Christoph Meier; Anke Bossen Experte: Patrick Bickel, Hy-Tech AG, Brügg

Optische Schalter werten die Intensität des diffus reflektierten Lichtes aus. In ungünstigen Anwendungsfällen kann es nun sein, dass störende Reflexionen im Hintergrund der Szene mit einem vergleichbaren Betrag zur Empfangsamplitude beitragen wie das zu detektierende Objekt selbst. Somit kann das Objekt nur schwer oder überhaupt nicht detektiert werden. Abhilfe schafft die Hintergrundausblendung, mit der eine scharfe Abgrenzung zwischen dem Detektionsbereich und dem ausgeblendeten Hintergrundbereich erzeugt werden kann. Die Hintergrundausblendung wird meistens durch Triangulation realisiert und funktioniert auch bei starker Reflexion des Hintergrundes.

Roman Egli 1983 079 715 73 52 [email protected]

Prinzip Mittels Triangulation wird erreicht, dass der Sensor nur Objekte er­ kennt, welche sich im Detektions­ bereich befinden. Sender und Empfänger sind im selben Gehäu­ se untergebracht. Der Empfänger wertet das vom Objekt reflektierte Licht aus. Dabei erhält man zwei Informationen. Erstens die Posi­tion des Objektes und zweitens die Si­ gnalform. Je nach Objektposition wird die Reflexion an einer anderen Stelle auf dem Empfänger abgebil­ det. Aus dieser nicht linearen Ver­

Prinzip der Triangulation

Ansteuerung und Auswertung Mit Hilfe eines eigens entworfenen LabVIEW-Programmes wird der Sensor, genauer der Sender und der Empfänger angesteuert und die Daten des Empfängers ausgewer­

tet und verarbeitet. Das Programm wird soweit entwickelt, bis nur noch ein Knopf für die Kalibrierung zur Verfügung steht. Die Signalverar­ beitung und Datenausgabe läuft vollautomatisch ab.

schiebung lässt sich die Posi­tion des Objektes im Detektionsbereich bestimmen. Ist ein Objekt nun zu weit entfernt, können die Refle­ xionen nicht mehr abgebildet wer­ den. Mittels der Signal­form kann

Objekt Sender-Spot Sensor

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Anwendung Das Anwendungsgebiet optischer Sensoren mit Hintergrundausblen­ dung ist sehr vielseitig. Sie werden unter anderem als Kontrollorgan in in­ dustriellen Fertigungsprozessen ein­ gesetzt. Folgende Aufgaben können u.a. mit Lichttastern realisiert werden: - Anwesenheitskontrolle - Erkennen von minimalen Höhen­ unterschieden - Erkennen beliebiger Objekte vor jedem Hintergrund - Kantenerfassung - Montageüberwachung - Lagekontrolle - usw. Ausblick Um den Sensor industrietauglich zu machen, muss die Bauform minia­ turisiert und die Intelligenz integriert werden. So wird die grösst mög­ liche Benutzerfreundlichkeit für den Kunden erreicht.

Prototyp im Prüfstand

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man entscheiden, ob es sich um das Objekt oder um ein Störsignal handelt. Anhand dieser Kriterien kann ein Objekt eindeutig identifi­ ziert werden. Die Realisierung der Hintergrund­ ausblendung mittels Triangulation hat zum Vorteil, dass es eine rein geometrische Messung ist. Deswe­ gen haben Farbe, Form und Ober­ flächenbeschaffenheit keinen gros­ sen Einfluss auf das Messverhalten des Sensors.

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Appareil horloger

Mikrotechnik Microtechnique

Appareil horloger / Prof. Yves Mussard

Dans le cadre de l’étude de marché d’un système de remontage pour montres automatiques, nous avons eu pour objectif de concevoir un système capable, en plus de remonter une montre, de respecter certains critères permettant au produit ainsi développé d’offrir au marché des perspectives nouvelles. On a ainsi conçu un système de petite taille et d’un coût de fabrication relativement faible, lui permettant d’être facilement incorporé dans un produit artistique et d’être en harmonie avec les tarifs des montres de basse et de moyenne gamme.

Pour pouvoir offrir ce produit au marché, il a été primordial d’en res­ pecter les contraintes directrices tels l’encombrement du système, sa consommation en énergie, ses émissions sonores ainsi que son prix. Dès lors, après une étude initiale de divers profils de mouvement ap­ tes à remonter une montre, il s’est agit, outre de choisir le profil le plus prometteur, de faire bon nombre de simulations dynamiques de mouve­ ment. Celles-ci ayant servi à déter­ miner avec une bonne précision les dimensions et les vitesses que le système devait avoir pour satisfaire diverses conditions. Ainsi que pour pouvoir quantifier l’influence de ces dernières. Ces conditions ont été : - Une variation du couple de résis­ tance du palier de la masse os­ cillante de la montre. - Une variation de l’inclinaison du plan du système.

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Les résultats de ces simulations ont été vérifiés sur un banc d’essai agrandi d’un facteur 2, dans le res­ pect des lois de similitudes. Un prototype du système a été réa­ lisé. Il permet de garder une montre en charge optimale grâce aux cy­ cles de recharge de brève durée et fréquents. Son coût a été contenu grâce à l’uti­ lisation majoritaire de composants manufacturés produits en masse par divers fabricants ainsi que par le développement d’un système de la plus grande simplicité possible. L’alimentation électrique du systè­ me se fait par un transformateur AC/ DC universel, que l’on branche sur le réseau 230V/110V, permettant la charge de l’accumulateur interne.

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La charge est également réalisable par une cellule photovoltaïque. Les émissions sonores ont été limi­ tées à moins de 30dB(A) par une isolation efficace du boîtier. Le mé­ canisme ne produit ainsi que de très faibles nuisances sonores et peut être utilisé partout. Le faible encombrement du sys­ tème a été obtenu par l’utilisation d’une géométrie de mouvement de remontage optimale ainsi que par une gestion efficace de l’espace disponible. Il offre, par-là, la possi­ bilité d’incorporer l’ensemble soit directement dans le coffret original de la montre, soit dans un système de remontage multi-usages ou en­ core, avec quelques adaptations, dans un ensemble destiné à mettre en mouvement l’entier du coffret.

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Mathias Graf 1984 079 244 21 84 [email protected]

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Mikrotechnik Microtechnique

Flexibles Zuführsystem zur “Micro Factory” Robotik / Prof. Yves Mussard

Ordnung ins Chaos bringen. Kleinste Produkte wie zum Beispiel Uhren werden heutzutage meist von mannshohen Automaten zusammengebaut. Vor ein paar Jahren wurde unter anderem an der BFH-TI mit der Entwicklung einer “Micro-Factory” begonnen. Die Idee davon ist, mehrere, nur einige Zentimeter grosse Roboter zu einer Montagestrasse zusammen zu schliessen. Die zu montierenden Einzelteile solch kleiner Produkte werden meist als Schüttgut angeliefert. Daher muss ein Zuführsystem entwickelt werden, um diese Teile zu ordnen und ausgerichtet in die Montagestrasse einzuschleusen.

Tobias Häfner 1984 077 406 04 40 [email protected]

Marktsituation Das Problem der Zuführung von Teilen ist nicht neu in der Indus­ trie. Konventionelle Zuführsysteme funktionieren mit Vibrationen und teilespezifischen mechanischen Komponenten. Sie sind relativ gross und fehleranfällig. Zudem muss man sie jedesmal umbauen, wenn eine andere Art Teile zuge­ führt werden soll. Neuere, flexible Zuführsysteme be­ dienen sich anstatt einer kompli­ zierten Mechanik einer Kamera mit Bilderkennung. Die auf dem Markt Erhältlichen sind jedoch zu gross, um für die “Micro-Factory” einge­ setzt zu werden.

Ziel der Arbeit Bei diesem Projekt geht es einer­ seits darum, einen Prototyp eines möglichen flexiblen Zuführsystems für die “Micro-Factory” zu entwi­ ckeln. Andererseits soll Theorie und Know-how über das Handling von Teilen im mm³-Bereich erarbeitet werden. Diese Teile reagieren stark auf Staubpartikel, Oberflächen­ spannungen und elektrostatische Kräfte. Daher ist ihr Verhalten auf den ersten Blick ziemlich unbere­ chenbar.

Ausblick Dieses Projekt wird zusammen mit der Industrie weitergeführt. Die Er­ kenntnisse dieser Diplomarbeit tragen dazu bei, ein flexibles Zuführsystem für die “Micro-Factory” zu entwickeln.

Funktionsprinzip Flexibles Zuführsystem

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Projekt Ein einfacher Versuchsaufbau zeigt das Grundprinzip eines flexiblen Zu­ führsystems. Dieses funktioniert mit einer rotierenden Scheibe, auf der die ungeordneten Teile eine vibrie­ rende Zone, das Blickfeld einer Ka­ mera und den Arbeitsbereich eines Roboters passieren. So werden sie ausgerichtet, erkannt, lokalisiert und schlussendlich vom Roboter in die “Micro-Factory” transportiert. Teile, bei denen dies nicht auf An­ hieb gelingt, drehen auf der Schei­ be weiter und durchlaufen den Pro­ zess noch einmal. Verschiedene Tests und Simula­ tionen zeigen, dass dieses Prin­ zip funktionieren kann. Sie zeigen jedoch auch dessen Grenzen auf, sowie den Einfluss von verschie­ densten Parametern auf das Ge­ samtsystem. Der Einfluss der Vibration auf die Teile wird mit einer Versuchsreihe auf einem separaten Vibrations­ modul getestet. Hier zeigen sich die komplexen Einflüsse der Vibra­ tionsart, der Oberfläche, Grösse, Form und des Materials der Teile auf deren Verhalten. Mit speziellen Vibrationsarten kann man dies je­ doch in den Griff kriegen und ver­ schiedenste, faszinierende Effekte erzeugen.

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Alternativer Hämodialysezugang

Mikrotechnik Microtechnique

Medizintechnik Prof. Dr. Jürgen Burger Experte: Dr. S. Farese, Universität Bern

Die Nieren sind lebenswichtige Organe. Sie befreien unter anderem den Körper von Abfallprodukten, Fremdstoffen und Wasser, indem sie diese Stoffe aus dem Blut lösen. Der daraus entstehende Urin gelangt anschliessend in die Blase und wird ausgeschieden. Menschen, bei denen die Nieren nicht mehr ordnungsgemäss oder gar nicht mehr funktionieren, müssen sich einer Dialyse unterziehen. Ohne Dialyse würde sich der Körper langsam vergiften. Für die Hämodialyse, dem meist angewandten Dialyseverfahren, benötigt man einen Gefässzugang (Vene). Während der Diplomarbeit soll ein Implantat entwickelt werden, das eine neue Art von Gefässzugang ermöglicht.

Die Hämodialyse Bei der Hämodialyse wird von einem Gefässzugang Blut abgepumpt. Darin muss ein genügend gros­ ser Blut-Volumenstrom herrschen. Dem Blut wird Heparin beigemischt, was dafür sorgt, dass das Blut nicht gerinnt. Anschliessend wird das Blut durch einen Filter gepresst. Er besteht aus 10000-15000 Kapil­ laren, durch die das Blut fliesst. Um die Kapillaren fliesst die Dialyseflüs­ sigkeit. Durch die Poren der Kapilla­ ren können nun Abfallprodukte und Wasser vom Blut in die Flüssigkeit gelangen. Blutkörperchen und an­ dere benötigte Stoffe wie Proteine werden wegen ihrer molekularen Grösse zurückgehalten. Ebenfalls verhindern die Poren, dass von aussen Bakterien und Viren ins Blut gelangen können. Nach einer Kon­ trolle auf Lufteinschlüsse, kann das gefilterte Blut wieder in den Körper befördert werden.

Vorgehen Die Erfahrungen des Inselspitals Bern mit der Dialyse sollen in die Entwicklung einbezogen werden. Erkenntnisse aus verschiedenen Bereichen der Medizin werden kombiniert. Der daraus entstehen­ de neue Ansatz für einen Gefäss­ zugang könnte eine Alternative für

Schnitt durch Dialysefilter

die heutigen bekannten Methoden bieten. Es wird ein Prototyp entwi­ ckelt und hergestellt. Durch Funkti­ onstests können erste Ergebnisse gesammelt werden. Ausblick Die Weiterentwicklung des Pro­ totyps sind Aufgaben für weiter­ führende Arbeiten. Das Implantat soll später in vivo getestet werden. Schlussendlich ist das Ziel, das Im­ plantat zu patentieren und für den Gebrauch am Patienten freizuge­ ben.

Simon Liniger 1985 076 500 84 59 [email protected]

Bemerkung: Aus patentrechtlichen Gründen dürfen keine weiteren Ein­ zelheiten weitergegeben werden.

Steuerung

Ausgangslage Als Gefässzugänge werden heute grundsätzlich Shunts oder Katheter benutzt. Ein Shunt ist ein operativ geschaffenes Blutgefäss, das aus einer kurzgeschlossenen Arterie mit einer Vene besteht. Die Katheter bestehen grundsätzlich aus einem Doppelschlauch, der ins Blutgefäss führt und den Anschlüssen. Diese sind entweder unter der Haut oder ausserhalb platziert. Nicht selten führen die heutigen Methoden zu Komplikationen wie Thrombosen, Gefässverschlüssen und Infektionen.

Filter

Pumpe

Hämodialysemaschine Berner Fachhochschule - Technik und Informatik

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Mikrotechnik Microtechnique

Datenakquisition für Patienten Bewegungsmonitor Sensortechnik / Prof. Daniel Debrunner Experte: Dipl. Ing. A. Reinmann, GAUSSTEC Ingenieurbüro GmbH

Durch den Einfluss von Medikamenten oder nach grossen Operationen kommt es häufig vor, dass verwirrte Patienten unvorteilhafte Bewegungen im Bett ausführen, aufstehen oder sogar aus dem Bett fallen. Dies kann zu erheblichen Verletzungen oder sogar zum Tod führen. Daher sucht der Auftraggeber eine Überwachungseinheit um die Patientenbewegungen zu registrieren. Es sollte ein System sein, das anhand von zu erforschenden typischen Bewegungsmustern frühzeitig Alarm auslöst und somit das Pflegepersonal schneller intervenieren kann.

Dominic Meister 1982 079 300 33 59 [email protected]

Ausgangslage In der vorangehenden Semesterar­ beit wurden vorhandene Produkte, Patente und mögliche Sensorsys­ teme analysiert. Anschliessend wurde ein Katalog von Liegemu­ stern und Risikosituationen erstellt. Das Ziel der Diplomarbeit ist es mit Hilfe eines auserwählten Sensorsys­ tems Daten von Bewegungen des Patienten im Bett aufzuzeichnen, auszuwerten und ein geeignetes Mustererkennungssystem zu reali­ sieren.

Nr.

Vorgehen Für die Analyse der Patientenbewe­ gungen stehen zwei verschiedene Beschleunigungs- und Drehraten­ sensorensysteme zur Verfügung. Diese Sensoren werden in der Di­ plomarbeit “Sensorik für die Be­ wegungsanalyse” (S.183) gegen­ übergestellt, analysiert und die Herstellerangaben verifiziert. Die Sensoren werden für die Labor­ tests um den Brustkorb und die Beine geschnallt. Diese registrie­ ren die Daten der Bewegungen und senden sie via Bluetooth zum PC.

Ausgangsposition

Endposition

1 Barbara Rubi 1984 079 317 30 78 [email protected]

Drehbuchsituation Nr.1; Patient sitzt auf

Datenverarbeitung Die gewonnen Daten werden mit Hilfe von Matlab und Labview aus­ gewertet. Anhand von mathema­ tischen Funktionen können Weg, Geschwindigkeit und Beschleuni­ gung der Sensoren ersichtlich ge­ macht werden. Die Datenaufnahmen werden nach einem erstellten Drehbuch ausge­ führt. Dabei werden Ausgangsla­ ge und Endposition definiert. Die Bewegungen kann man an den Graphen eindeutig nachvollziehen. Dank der örtlichen Fallbeschleuni­ gung von 1 g ändern die konstan­ ten Beschleunigungswerte der drei Achsen, z.B. wenn der Patient auf­ sitzt. Die Rotationen des Körpers im Bett werden durch den integrierten Drehratensensor aufgezeichnet. Anhand von diesen Auswertungen wird ein Datenmuster erstellt, womit die Software die Lage des Patien­ ten erkennt. Dies erfolgt in einem Labview-Programm, welches die Echtzeitdaten ausliest und jede gefährliche Situation dem Benutzer meldet. Durch dieses Patientenüberwa­ chungssystem werden gefährliche Bewegungen frühzeitig erkannt und ungewollte Stürze aus dem Spitalbett in Zukunft vermindert.

Beschleunigungsdatenauswertung der Situation Nr. 1

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Sensorik für die Bewegungsanalyse

Mikrotechnik Microtechnique

Sensortechnik / Prof. Daniel Debrunner Experte: Dipl. Ing. A. Reinmann, GAUSSTEC Ingenieurbüro GmbH

Beschleunigungssensoren erfreuen sich gegenwärtig in vielen Bereichen der Technik an grosser Beliebtheit. Dies ist nicht erstaunlich – ein Blick auf deren breiten Einsatzbereich genügt. Dieser reicht von Spielkonsolen über die Fahrzeugnavigation zu Bewegungsmeldern bis hin zu biomechanischen Bewegungsanalysen. Genauso breit wie ihr Einsatzgebiet ist auch die Produktpalette. Die Bandbreite reicht von winzigen low-cost MEMS-Sensoren bis zu sechsachsigen Inertialmesseinheiten.

Klinische Ganganalyse Bei der klinischen Ganganalyse werden Stehen und Gehen mittels Trägheitsnavigation untersucht. Das Sensorsystem Sway Star erfasst die Drehbewegungen um die Querund Längsachse mit hochpräzisen faseroptischen Drehratensensoren aus der Aviatik und kann so den drohenden Fall einer älteren Per­ son erkennen oder mit akustischem Feedback Schlaganfall-Patienten mit Gleichgewichtsstörungen helfen. Die verwendeten Sensoren bringen jedoch in klinischen Anwendungen massive Nachteile mit sich. Ins­ besondere für die therapeutische Nutzung wäre ein kleineres und leichteres System mit geringem Leistungsverbrauch komfortabler. Das Hauptproblem liegt aber ein­ deutig im immens hohen Preis für faseroptische Kreisel.

Low-cost Sensoren In der Semesterarbeit wurde die Eignung von low-cost Beschleuni­ gungssensoren für die Ganganaly­ se untersucht. Als Testobjekt diente der hochpräzise und sehr stabile zweiachsige ADXL203 von Analog Devices. Die winzigen mi­kro-elektromechanischen (MEMS) low-g-Sen­ soren bringen neben dem Preis weitere Vorteile mit sich: Sie sind klein, leicht und haben einen gerin­ gen Leistungsverbrauch. Sie beste­ hen aus einer durch Federn beweg­ lichen aufgehängten Masse und einer mit dem IC-Gehäuse verbun­ denen, festen Struktur. Diese bei­ den Teile bilden einen Kondensator, dessen Kapazität sich proportional zum beschleunigungsabhängigen Plattenabstand verändert.

Inertiale Messeinheiten Die Kombination eines triaxialen Accelerometers mit einem triaxi­ alen Drehratensensor bildet eine iner­tiale Messeinheit mit sechs Freiheitsgraden. Dieses System er­ möglicht die Aufnahme aller für die Navigation notwendigen statischen und dynamischen Trägheitsmes­ sungen. Für die Diplomarbeit “Datenakquisi­ tion für Patienten Bewegungsmoni­ tor” (S. 182) wurden zwei sechsach­ sige Sensorsysteme mit dem Sway Star verglichen: Der ADIS 16350 von Analog Devices und der 3DMGX2 von Micro Strain, welcher zu­ sätzlich ein triaxiales Magnetometer beinhaltet und berechnete Orientie­ rungen (Roll, Pitch, Yaw) liefert. Beide Systeme basieren auf der MEMS-Technologie. Die Drehra­ tensensoren machen sich den Co­ riolis-Effekt zunutze. Ein mikrome­ chanischer Resonator wird in eine bestimmte Richtung angeregt. So­ bald eine Drehrate anliegt, erfolgt aufgrund der Coriolis-Kraft eine zweite zur Drehrate proportionale Bewegung. Der fehlende Drift und die relativ hohe Stabilität machen diese bei­ den Systeme für die aktuelle An­ wendung zu einer echten Alternative zum Faserkreisel.

Barbara Rubi 1984 079 317 30 78 [email protected]

Dominic Meister 1982 079 300 33 59 [email protected]

Ganganalyse mit akustischem Feedback. Mehrfachsensorik für Tests Berner Fachhochschule - Technik und Informatik

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Mikrotechnik Microtechnique

Intelligente Hörgeräte Medizinaltechnik / Prof. Dr. Jürgen Burger, Dipl. Ing. David Teutsch Experte: Michael Ernst, Bernafon AG

Carolus Slovinec beschreibt Intelligenz als die “Fähigkeit Zusammenhänge zu erkennen” – d.h. also Dinge, die geschehen, auf Grund ihrer Besonderheiten zu analysieren und zu verarbeiten. Beim Menschen sind dafür die Sinne als Analyseinstrument, die Nerven als Leitung und das Gehirn zur Verarbeitung der Informationen zuständig. Ein Gerät erhält diese “künstliche Intelligenz” durch das Beifügen von Sensoren und Prozessoren, die anstelle eines Gehirns die Informationen verarbeiten.

Marius Rüfenacht 1979 [email protected]

Hören ist vermutlich der Wichtigste unserer fünf Sinne, um mit unserer Umwelt in Kontakt zu treten. Die Klänge unserer Umwelt und die Kommunikation mit anderen er­ möglichen eine engere Verbindung, als es über das Sehen allein mög­ lich ist. Jeder kann unter verminder­ ter Hörfähigkeit leiden, die durch verschiedenste Faktoren entste­ hen können: Sei dies altershalber durch Schwerhörigkeit, Hörschä­ den durch Unfälle, zu laute Musik oder der Arbeitsumgebung. Heute haben ca. 10 % der Weltpopulation Hörprobleme – eine Hörhilfe besit­ zen aber nur ca. 2.8 % ! Hörgeräte sind mit modernsten Computertechnologien ausgestat­ tet und verfügen über Funktionen, die ein natürliches Hörerlebnis nachempfinden. In den letzten Jah­ ren wurden sie in ihrer Leistungsfä­ higkeit und im Aussehen deutlich verbessert, so dass sie mehr und mehr getragen werden. Dennoch ist es noch nicht möglich, das kom­ plexe menschliche Gehör exakt zu imitieren und zu ersetzten. Das Gehör besteht aus dem Aussen­ ohr (richtungsabhängige Filterung des Schalls), aus dem Mittelohr (Schallleitung) und dem Innenohr (Verarbeitung des Schalls). Die Ge­ hörschnecke (lat. Cochlea) ist wohl etwas vom Komplexesten im menschlichen Körper – eine Art Fourriertransformator –, die den­ schwierigsten Teil der technischen Nachempfindung des mensch­

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lichen Gehörs darstellt ! Die Funk­ tionen dieser Cochlea sind es, die ein intelligentes Hörgerät versucht nachzuempfinden, um ein mög­ lichst “natürliches Klangerlebnis” zu erzeugen.

und hört nur einen undefinierbaren “Wortsalat”, weil durch den Innen­ ohrdefekt die wichtigen Geräusche von den Störgeräuschen nicht un­ terschieden werden können. Die­ se Problematik ist eine technische Herausforderung auf dem Gebiet der “Intelligenten Hörgeräte”, die in Zukunft solche Probleme autonom beheben werden. Es gibt heute schon Geräte, die sich optimal an Umgebungen anpassen und mit ei­ ner selbstlernenden Elektronik aus­ gestattet sind, die sich an die Vorlie­ ben des Trägers anpassen, sich die verschiedenen Lautstärkeeinstel­ lungen merken oder unangenehme, plötzlich auftretende Störgeräusche vollautomatisch abschwächen. Auf­ Menschliches Gehör gabe meiner Diplomarbeit war die Auseinandersetzung mit einem Teil­ Leidet ein Mensch an Schalllei­ aspekt eines Intelligenten Hörge­ tungsschwerhörigkeit (Defekt des rätes, den ich zusammen mit einem Aussen- und Mittelohrs) so können Industriepartner angeschaut habe. mit einem konventionellen Hörge­ rät, das den Schall verstärkt an das Innenohr weiterleitet, sehr gute Er­ gebnisse erzielt werden. Leidet eine Person aber an einer häufigeren Schallempfindungsschwerhörig­ keit, die meist auf Schäden im In­ nenohr zurückzuführen sind, so tre­ ten neben der Abschwächung des Signals auch eine Verzerrung der wahrgenommenen Schallanteile Intelligentes Hörgerät auf. Dies ist die Ursache für den so­ genannten “Cocktail-Party-Effekt”, unter dem man die verschlechterte Sprachverständlichkeit unter Stör­ geräuschen versteht – Man spricht an einer Party mit einer Person

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Resorbierbare Implantate in der CMF Chirurgie

Mikrotechnik Microtechnique

Medizinaltechnik / Prof. Dr. Jürgen Burger; Dipl. Ing. Nicolas Bouduban Experte: Jens Richter, Synthes GmbH

CMF steht für Cranio-Maxillofacial und bezeichnet die Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie. Zur CMF-Chirurgie gehören die operative Behandlung des Kiefers, des Gesichts und des Schädels, die Rekonstruktion von Knochen nach Tumorresektionen sowie die Korrektur von Deformitäten. Wegen der Narbenbildung wird in der CMF-Chirurgie darauf geachtet, dass möglichst minimal-invasive Zugänge genutzt werden. Deshalb werden auch immer häufiger resorbierbare Implantate eingesetzt, da hierdurch ein Zweiteingriff zur Entfernung der Implantate vermieden werden kann.

Bei Operationen am Gesicht ist ein Schwerpunkt die ästhetische Rehabilitation der Patienten. Deshalb wer­ den möglichst minimal-invasive Zugänge genutzt. Die Implantate aus resorbierbaren Polymeren bieten daher eine attraktive Alternative zu herkömmlichen Metallimplantaten. Das Material besteht aus natür­ lich im Körper vorkommenden Bausteinen und ist biologisch abbaubar. Die Resorption erfolgt in zwei Schritten: Die Polymerketten werden durch Hydrolyse aufge­ brochen und zerfallen in Monomere, die weiter zu CO2 und H2O abgebaut und ausgeschieden wer­ den. Die Degradationszeit dieser Polymere beträgt zwischen einigen Mona­ ten und mehreren Jahren. Durch die Kombination von verschiedenen Polymeren kann die Degradationszeit variiert und der Anwendung (Belastungszeitraum) angepasst werden.

Resorbierbare Implantate haben den Vorteil, dass sie sich im Körper nach der Erfüllung ihrer Funktion auflö­ sen. Somit ist keine zweite Operation zur Entfernung der Implantate notwendig. Den Patienten bleiben da­ durch weitere Operationen erspart, die Morbidität ist geringer und es werden sekundäre Kosten vermieden. Da die Implantate aus röntgenstrahlendurchlässigen Polymeren bestehen, gibt es auch keine Probleme mit Röntgenaufnahmen oder anderen bildgebenden Diagnoseverfahren. Für den Chirurgen haben sie den weiteren Vorteil, dass sie seine Arbeit vereinfachen. Das Anpassen der resorbierbaren Implantate an den Knochen geht viel einfacher und schneller als bei den Metall­implantaten. Die resorbierbaren Implantate haben nicht nur Vorteile. Polymerimplantate sind weniger stabil als herkömm­ liche Metallimplantate. Deshalb können sie nur dort eingesetzt werden, wo sie keine grosse Krafteinwir­ kung erfahren. Der Chirurg muss deshalb auch beim Einsetzten der Schrauben sehr vorsichtig sein. Es gibt viele Kleinigkeiten auf die geachtet werden muss. Da­ mit Schraube und Schraubenkopf nicht beschädigt, das heisst funktionsuntauglich werden, muss beim Bohren und Gewindeschneiden sehr genau gearbeitet werden und das Festziehen der Schrauben erfordert Feingefühl.

Sophie Rüfli 1985 079 746 13 17 [email protected]

Die resorbierbaren Implantate gewinnen immer mehr Resorbierbare Implantate werden zur an Bedeutung in der Medizintechnik. Daher werden Rekonstruktion und Frakturversorgung die bestehenden Implantate stetig verbessert, neue am kraniofazialen Skelett verwendet, Designs entwickelt und nach neuen Werkstoffen ge­ nicht aber für die Osteosynthese an last­ forscht. tragenden Teilen des Unterkiefers oder für andere lasttragende Bereiche in der Trau­ matologie.

Schädel mit verschiedenen resorbierbaren Implantaten

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Mikrotechnik Microtechnique

Caractérisation automatique d’ébauches par AFM Mécatronique (Nanotechnique) Prof. Dr. Peter Walther, Ing. EPFL Fabien Mauris (Doniar SA) Expert: Werner Baumgartner

La caractérisation de surface par microscope à force atomique est aujourd’hui réalisable avec un appareillage relativement simple. Lorsqu’une mesure doit être effectuée sur différents échantillons, les manipulations de positionnement de l’AFM prennent beaucoup de temps. L’objectif de ce projet est d’automatiser les mesures pour une série de pièces horlogères diamantées identiques, en construisant un posage et une gare de chargement pour les pièces, et d’optimiser les réglages afin de réduire au maximum le temps de mesure. Les objectifs à long terme sont le contrôle en cours de production et la mise en place d’un catalogue de défauts.

Marc-Antoine Sans 1979 076 521 70 56 [email protected]

L’entreprise Doniar SA est spéciali­ sée dans la finition soignée de piè­ ces d’horlogerie. Certains problè­ mes de qualité ont été révélés lors du contrôle. Cependant il est diffi­ cile de déterminer à quel moment de la production ces imperfections apparaissent. Pour résoudre ce problème, la caractérisation de sur­ face par AFM a été proposée. Lors du travail de semestre, des mesu­ res ont été effectuées aux différen­ tes étapes de production de même que sur des pièces défectueuses pour obtenir des images de surfa­ ce ainsi que des valeurs de rugosi­ té. Comme les résultats semblaient prometteurs, il a été décidé d’auto­ matiser le système pour réduire au maximum les temps de mesures, le nombre et la complexité des mani­ pulations. A long terme, ce système devrait permettre de réaliser le suivi des pièces, la mise en place d’un catalogue de défauts et l’améliora­ tion de la stabilité du procédé du traitement galvanique. Dans le but de limiter l’encombre­ ment, un système rotatif a été choisi comme gare de chargement. Pour pouvoir déposer aisément les piè­ ces (vingt par série) et éviter une perte de temps, le plateau de po­ sage est amovible, ce qui permet d’utiliser un plateau par série. La construction a aussi été réalisée dans le but de caractériser le plus de pièces possible. Les posages sont démontables et peuvent donc être changés pour des pièces dif­

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férentes. L’AFM et la table rotative sont commandés par un program­ me en VisualBasic. Ce langage a été choisi, car il est fréquemment utilisé dans l’industrie. Le program­ me permet, donc de réaliser les

mesures grâce à l’AFM, d’approvi­ sionner ce dernier grâce au plateau rotatif et enfin de traiter les résultats obtenus (évolution des valeurs de rugosité par série, évolution entre les séries…)

Nanosurf easyScan 2 AFM

Dessin 3D du projet

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Precise Inkjet Printing

Mikrotechnik Microtechnique

Optik / Dipl. Phys. Christoph Meier / Robotik / Dipl. Ing. ETH Yves Mussard Experte / Dipl. Ing. FH Peter Gehr

Offizielle Dokumente wie Pässe, Identitätskarten, Zertifikate und Geld werden mit Hilfe von Sicherheitsmerkmalen geschützt, damit sie von Fälschern nicht kopiert werden können. Um den Betrügern einen Schritt voraus zu bleiben, sind Sicherheitsfirmen gezwungen immer wieder neue Merkmale zu konzipieren. Das Ziel dieser Diplomarbeit ist es, eine solche Grundidee auf seine Machbarkeit zu prüfen. Dabei muss eruiert werden, wie präzise und mit welcher Qualität mit einem OEM Druckmodul an ein bestehendes Objekt ein passergenauer Schatten gedruckt werden kann. Bevor der Druck erfolgt, muss das Objekt zuerst auf einer beugungsaktiven Oberfläche gefunden werden.

Der perfekte Druck Um einen qualitativ hochwertigen Inkjet Druck zu erreichen, müssen viele verschieden Parameter auf­ einander abgestimmt werden. Als Grundlage dient eine präzise Me­ chanik, die das zu bedruckende Papier parallel zum Druckmodul ausrichtet. Mit Hilfe eines sauberen Encodersignals kann die Drucker­ steuerung die genaue Druckposi­ tion ermitteln. Die Wahl der Druckhöhe und Druck­ geschwindigkeit ist massgebend für die Präzision der Drucklinie. Wenn die Geschwindigkeit zu hoch oder der Abstand zu gross gewählt wird, so steigt die Streuung der Tropfen, was zu einer breiteren Linie führt.

entstehen lokale Gebiete, wo sich die einzelnen Tropfen zu einem Ge­ füge verbinden. In anderen Regio­ nen fehlen diese abgewanderten Tropfen. Es entsteht eine zufällige, unregelmässige Musterung. Die Qualität ist schlecht.

chen Objekten benützt werden. Der Operator kann nun ein Blatt in belie­ biger Ausrichtung unter die Kamera legen. Anschliessend beginnt der Scanvorgang. Nachdem das Bild erfasst wurde, wird zuerst das Ob­ jekt gesucht, dann der Schatten an das Objekt gelegt, das Druckbild generiert und schliesslich gedruckt.

Matthias Sarbach 1982 078 629 96 43

Kommunikation und Steuerung Die Steuerung des ganzen Pro­ zesses erfolgt über ein LabVIEW Programm, welches eine Vielzahl von Geräten und Programme über verschiedene Schnittstellen an­ sprechen kann.

[email protected]

Musterung bei 25-facher Vergrösserung

Diesen Effekt kann man unterdrü­ cken, indem man entweder die Oberfläche anpasst oder eine bes­ ser geeignete Tinte verwendet. Prozessablauf Zu Beginn des Vorganges kann der Operator ein Element auswählen, an welches er einen Schatten dru­ cken möchte. Dazu steht ihm ein ex­ ternes Eingabegerät zur Verfügung Tropfenstreuung bei 175-facher Vergrösse(Joystick), mit dem er die Kamera rung (o.l. tief langsam, o.r tief schnell, u.l. steuern kann. Hat er das Objekt hoch langsam, u.r. hoch schnell) gewählt, muss er in einem externen Die Qualität des Drucks ist durch Grafikprogramm das Template und die Interaktion zwischen der Sub­ dessen Schatten bearbeiten. Diese stratoberfläche und der Tinte ge­ beiden Bilder werden anschlies­ geben. Ist die Kohäsion der Tinten­ send in das Programm geladen. tropfen grösser als die Adhäsion Die erhaltenen Daten können dann zwischen Oberfläche und Tinte, so für beliebig grosse Lose von glei­

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Kommunikation

Das Visionsystem läuft über Fire­ Wire, das Printmodul über TCP/IP, die DAQ Karte wie auch der Joystick über USB und die Kommunikation zwischen Roboter und LabVIEW benötigt die serielle Schnittstelle. Durch die Reduzierung auf ein ein­ ziges Programm wird dem Benut­ zer ein mächtiges Tool zur Verfü­ gung gestellt, mit dem eine leichte Bedienung garantiert ist.

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Mikrotechnik Microtechnique

Kostenoptimierung einer 5W Brennstoffzelle Mechatronik: Prof. Dr. Peter Walther Experte: Michael Bickel

Die Brennstoffzelle ist eine Technologie der Energiewandlung, die vielversprechende Vorteile wie hohen Wirkungsgrad, lange Laufzeit und umweltfreundliche Stromproduktion aufweist. Brennstoffzellen im kleinen Leistungsbereich wird ein grosses Marktpotential vorausgesagt. Doch sie können mit Batterien und Akkus erst dann konkurrieren, wenn sie günstig herstellbar sind. Denn der hohe Preis der Brennstoffzelle ist zurzeit noch nachteilig.

Simon Schaffer 1981 076 567 55 16 [email protected]

Ausgangslage Es wurde bereits ein 5W Brennstoff­ zellensystem im vergangenen Jahr entwickelt. Doch dieses System ist noch aufwendig und die Herstel­ lung entsprechend teuer. Dabei ist der grösste Kostenfaktor die Her­ stellung der Bipolarplatten, die die Aufgabe haben, die Betriebsgase Wasserstoff (H2) und Luft möglichst gleichmässig auf beiden Seiten der ionenleitenden Membrane, der sog. MEA (Membrane Electrode Assem­ bly) zu verteilen.

die Platten in einem Halbschnitt­ verfahren serienmässig herge­ stellt werden können. Aus diesem Grund wurde als Material nicht mehr Graphit verwendet, sondern korrosions­beständiges Metall, da in der Zelle ein sehr saures Milieu existiert, welches das Metall leicht angreift. Es wurden daher auch Versuche mit verschiedenen Edel­ stählen und Nickel gemacht.

tung zwischen den Bipolarplatten kann eine Graphit- oder Teflonfolie verwendet werden. Die Endplatten können aus thermisch isolierendem Material gefertigt werden, damit die Wärme in der Zelle bleibt. Um die elektrischen Verluste zwischen der MEA und der Bipolarplatte zu ver­ kleinern wurde eine speziell struk­ turierte Nickelfolie eingefügt.

Ausblick Neuer Aufbau des Stappels Die 5W Brennstoffzelle gilt als Ni­ Der Wasserstoff wird über einen ge­ schenprodukt für Anwendungen, eigneten Kanal der MEA zugeführt. bei denen Energie in tragbarer Form Hingegen wird auf der Luftseite die über längere Zeit benötigt wird. Die Bipolarplatte Um den Preis der Bipolarplatte zu Luft direkt über den ganzen Stappel Attraktivität wird zunehmen, wenn senken, wurde sie so strukturiert, geblasen. Damit wird erreicht, dass der Preis der Brennstoffzelle ent­ dass sie beidseitig für die Gaszu­ die Zelle mit genügend Sauerstoff sprechend gesenkt werden kann. fuhr verwendet werden kann. Wei­ versorgt und gleichzeitig gleich­ ter wurde darauf geachtet, dass mässig gekühlt wird. Als Abdich­

Aufbau der Brennstoffzelle

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Bipolarplatte

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Detailansicht der MEA

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Konstruktion und Steuerung Kommissionierautomaten

Mikrotechnik Microtechnique

Sensortechnik / Prof. Daniel Debrunner Experte: Dipl. Ing. Andreas Reinmann / GAUSSTEC Ingenieurbüro GmbH

In der optischen Industrie werden häufig Teile aus Glas verwendet. Im untersuchten Fall handelt es sich um Glaskugeln. Diese kommen in verschiedenen Durchmessern von 1.0 mm bis 5.0 mm vor. Pro Serie existiert jedoch nur ein Durchmesser. Die Serien enthalten 1000 bis 4000 Stück und müssen für die Bearbeitung in 5er oder 10er Lots kommissioniert werden. Bisher wurde die Kommissionierung von Hand durchgeführt, was mit einem grossen Zeitaufwand verbunden war. Für die Kommissionierung wird nun ein Automat gebaut. In der vorangehenden Semesterarbeit wurde bereits die Prinzipstudie dazu entwickelt. In dieser Diplomarbeit werden die Konstruktion und die Steuerung dazu realisiert.

Aufgabenstellung Der Automat muss für alle Kugel­ durchmesser geeignet sein. Er muss auf alle Grössen umgerü­ stet werden können. Beim Betrieb soll jeweils eine Kugel pro Sekun­ de vereinzelt werden. Die Kugeln werden in kleine Kunststoffbecher abgelegt. Der Automat soll mit Sen­ soren überwacht werden und bei Fehlfunktion einen Alarm auslösen. Die Kugeln dürfen beim Vereinzeln nicht verschmutzt und auf keinen Fall mechanisch belastet werden. Konstruktion Die Konstruktion besteht aus dem mechanischen Teil und dem Hard­ ware-Teil der Steuerung. Für den mechanischen Teil werden Pneu­ matik-Zylinder und ein elektrischer Antrieb verwendet. Als Basis dient eine Grundplatte, auf der die Me­ chanik, der Hardware-Teil der Steu­ erung und die Versorgung aufge­ baut sind. Der Automat funktioniert folgender­ massen: Die kleinen Kunststoffbe­ cher werden gestapelt in ein Ma­ gazin eingefüllt. Die 1000 bis 4000 Kugeln werden von Hand in einen Sammelbehälter gegeben. Von dort aus vereinzelt jeweils ein Stab eine Kugel. Diese wird von einem Va­ kuum­sauger an einem Schwenkarm übernommen. Der Arm schwenkt um 90° und legt dort die Kugel in einen Becher ab, welcher zuvor aus dem Bechermagazin vereinzelt wur­ de. Sind genügend Kugeln im Be­ cher, wird der nächste Becher aus

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dem Magazin vereinzelt und in den vorhandenen gestapelt. Dieser wird anschliessend wieder mit Kugeln gefüllt. Dies wird solange wiederholt, bis zehn gefüllte Becher gestapelt sind. Danach wird der Becherstapel in eine Ablageschale transportiert. Das ganze System ist mit Plexi­ glasscheiben geschützt, damit die Arbeitssicherheit gewährleistet ist. Wird eine dieser Scheiben entfernt, schaltet der Automat sofort aus. Steuerung Für den Software-Teil der Steuerung wird eine geeignete Industriesteue­ rung evaluiert und verwendet. Diese wird eine benutzerfreundliche Visu­ alisierung für die Bedienung aufwei­ sen und ein Abbild der Anlage mit allen wesentlichen Informa­tionen bieten. Die Bedienung erfolgt zen­ tral über ein Panel mit Touchscreen. Die verschiedenen Kugeldurch­ messer werden vorpro-

grammiert und können nach Wunsch angewählt werden. Alle Prozessparameter, Aktoren und Sensoren werden mit dieser Steu­ erung verwaltet. Ausblick Der Kommissionierautomat wird im nächsten Jahr von einem zukünf­ tigen Diplomanden aufgrund dieser Vorlage gebaut und fertig gestellt werden. Weiter wird noch ein Be­ nutzerhandbuch erstellt und der Kunde im Umgang mit dem Gerät geschult werden.

Thomas Schläfli 1982 076 580 27 26 [email protected]

Kommissionierautomat

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Mikrotechnik Microtechnique

Simulation et mesure d’un capteur à corde vibrante Technique des capteurs / Prof. Heinrich Schwarzenbach, Dipl. Ing. Giuseppe Cappadona, DIGI SENS A.G. Expert: Dipl. Ing. Daniel Kneubühl, DIGI SENS A.G.

Ce travail se fait en collaboration avec l’entreprise DIGI SENS A.G. située à Morat. Développant de nouveaux produits innovateurs et voulant constamment améliorer la qualité de ses produits, cette entreprise est aujourd’hui le leader mondial dans le système de pesée à corde vibrante. Ce travail de diplôme doit permettre à l’entreprise d’atteindre ses objectifs de perfectionnement et de développement de nouveaux produits grâce aux résultats obtenus.

Fabien Schlup 1985 079 322 02 91 [email protected]

De nos jours, il est de plus en plus question de capteurs de force me­ surant un poids ou une déformation. L’entreprise DIGI SENS A.G. utilise la technique des capteurs à corde vibrante pour transformer la force exercée sur le capteur en un signal fréquentiel. Ce travail est la continuation du travail de semestre dans lequel les résultats, qui étaient basés sur des analyses théoriques avec le logiciel FEM NX-Nastran, ne permettaient pas d’arriver à des résultats réels,

du fait de la linéarisation, surtout dans l’encastrement de la corde et sur l’effet d’une corde sous précon­ trainte. Ce travail de diplôme consiste à ap­ profondir les recherches, à détailler les résultats d’analyses statiques et modales avec un logiciel FEM non linéaire d’une part, et d’autre part avec des mesures sur vibromètre. Les résultats détaillés obtenus de­ vront être, ensuite, analysés pour pouvoir proposer des améliorations au capteur.

Simulation FEM Le logiciel FEM ANSYS étant com­ plexe, il a tout d’abord été nécessai­ re de prendre connaissances des fonctionnalités de celui-ci et ensui­ te de commencer à faire des essais de simulations. La non-linéarisation impose une attention plus particu­ lière aux propriétés mécaniques des matériaux. Avant de procéder aux simulations, la connaissance des caractéristiques du logiciel est donc primordiale au bon déroule­ ment de celles-ci. Il n’existe aucun modèle mathématique précis quant à la résolution. De ce fait, il faut être constamment à la recherche de nouvelles possibilités de simula­ tions, pour ensuite faire des com­ paraisons. Mesure sur vibromètre Le vibromètre est un appareil per­ mettant de mesurer la vitesse à un point précis avec l’effet Doppler. Ensuite, les vitesses sont conver­ ties en fréquences grâce à une FFT (Fast Fourier Transformation). Cet appareil permet de faire des me­ sures réelles sans contact, et ainsi de pouvoir les comparer avec les analyses FEM. Ces mesures étant fiables, il est donc possible d’effec­ tuer des modifications avec le logi­ ciel ANSYS jusqu’à l’obtention de résultats semblables.

Capteur à corde vibrante

Fréquences propres du capteur

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Messstation für Q-Faktor von Schwingsaitensensoren Sensortechnik / Prof. Dr. Andreas Stahel / DIGI SENS AG, Murten / Emanuel Masel; Guiseppe Cappadona Experte: Daniel Kneubühl, DIGI SENS AG, Murten

Mikrotechnik Microtechnique

Die von DIGI SENS AG entwickelten und produzierten Wägeelemente basieren auf Schwingsaitensensoren. Die Sensoren sind zahlreich in Wiegschüttungen, Aufbauwaagen, Überfahrwaagen und weiteren Anwendungen zu finden. In diesen Elementen wird die zu messende Kraft reduziert und auf eine schwingende Saite übertragen. Durch die Änderung der Spannkraft ändert sich die Schwingfrequenz der Saite. Ein relevantes Qualitätsmerkmal dieser Sensoren ist der Gütefaktor des elektromechanischen Resonanzsystems. Es wurde eine Messstation entwickelt, welche eine schnelle und präzise Messung des Gütefaktors erlaubt.

Ausgangslage Das Interesse den Gütefaktor und den Amplitudengang der Schwing­ saitensensoren zu ermitteln ist gross. So können neue Schwingsai­ tensensoren entwickelt werden, die es erlauben, die Sensoren energie­ arm zu betreiben. Der Gütefaktor der Schwingsaitensensoren konnte bis jetzt nur aufwändig mittels eines Vibrometers optisch ermittelt wer­ den. Ein Vibrometer ist kostspielig in der Anschaffung und aufwändig im Betrieb. Es wird deshalb eine Mess­ station entwickelt, welche eine ein­ fache und schnelle Messung des Gütefaktors ermöglicht.

Problemanalyse Vorgängig wurde die Sensorelek­ tronik während der Semesterarbeit sorgfältig analysiert, mittels Simula­ tionsprogrammen (OrcadeCapture und Circuitmaker) und Vergleichs­ messungen mittels einem Oszillos­ kop machten dies möglich. In der Diplomarbeit wird eine optimale Messelektronik entwickelt um Am­ plitudengang und Qualitätsfaktor zu ermitteln. Die neue Messelektro­ nik ist ein vollwertiger Ersatz für das bisher vorhandene Messsystem, welches keine zuverlässige Mes­ sung des Qualitätsfaktors erlaubte. Mit einem LabView-Programm wird das Signal von der Messelektronik erfasst und weiter verarbeitet. So­ mit ist eine klare Darstellung der Charaktereigenschaften des Sen­ sors möglich.

Die Messstation Es wird eine Messstation entwickelt, welche schnell und einfach zu be­ dienen ist. Die somit erhaltenen In­ formationen des Schwingsaitensen­ sors sind klar ersichtlich und geben der Firma DIGI SENS AG die Mög­ lichkeit ihre Sensoren noch leichter zu optimieren. Somit kann auch das erhoffte Ziel, den Sensor energie­ arm zu betreiben, in Angriff genom­ men werden. Der Messstand ist vollständig in die Infrastruktur von DIGI SENS AG integriert. Das auf­ wändige und teure Vibrometer wird somit überflüssig.

Andrea Schüpbach 1981 079 688 59 53 [email protected]

Anwendung: Überfahrwaage

Schwingsaitensensor

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Mikrotechnik Microtechnique

Nichtlineare Positionsregelung eines Tripods Mechatronik / Prof. Dr. Harald Wild Experte: Dipl. Ing./MBA Jean Bäbler

Durch die zunehmende Miniaturisierung wird das Bedürfnis an Geräten, welche Objekte im Mikrometerbereich handhaben können, immer grösser. Hierfür setzen sich mehr und mehr mittels Piezo­ aktoren angetriebene Parallelroboter durch, welche aber erhöhte Anforderungen an die Regelung stellen. Um eine genaue Positionierung zu erreichen muss eine hohe Regelgüte erzielt werden. Des Weiteren sind diese Systeme hochgradig nichtlinear, was eine klassische Regelung deutlich erschwert. Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurde die Positionsregelung eines solchen Systems entwickelt und umgesetzt.

Matthias Stadler 1980 078 841 75 85 [email protected]

Ausgangslage In der vorangegangenen Semester­ arbeit wurde die Mechanik eines sogenannten Mikromanipulators entwickelt. Es handelt sich hierbei um einen Parallelroboter mit drei Achsen (Tripod) und einem Arbeits­ bereich von ungefähr 100μm. Die Translationsbewegungen werden mit Hilfe von Piezoaktoren realisiert. Ziel der Diplomarbeit war es nun, dieses System in Betrieb zu neh­ men und eine möglichst gute Posi­ tionsregelung zu erreichen.

Tripod

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Das Konzept Um die Sollposition anfahren zu kön­ nen, muss diese zuerst in Gelenk­ koordinaten umgewandelt werden. Hierzu wurde eine klassische Koor­ dinatentransformation gemacht. Dieser Koordinatentransformation kann nun ein Regelkreis unterlagert werden, welcher das dynamische Verhalten des Systems optimieren soll. In herkömmlichen Systemen wer­ den normalerweise sogenannte PID-Regler oder ähnliche verwen­ det. Diese sind relativ robust und einfach zu konzipieren. Die Regelgü­ te lässt aber teilweise zu wünschen übrig. Im Rahmen dieser Arbeit wurde deshalb, um die Regelgüte zu maximieren, eine Zustandsre­ gelung implementiert. Dieser noch heute als eher theoretischer Ansatz geltende Regler besitzt den Vorteil eine sehr hohe Regelgüte aufzuwei­ sen. Dies beruht auf der Tatsache, dass nicht nur die Position in den Regelkreis rückgeführt wird, son­ dern jegliche Zustände wie Position, Geschwindigkeit und Beschleuni­ gung. Oftmals sind aber, wie in vor­ liegendem Fall, nicht alle Zustände messbar. Einzig die Position des Systems kann bestimmt werden. Um trotzdem eine Zustandsrege­ lung zu ermöglichen kann man sich mit einem sogenannten “Beobach­ ter” abhelfen. Dieser besteht aus einem vollständigen, theoretischen Modell der zu regelnden Strecke und erlaubt somit die Rückführung aller Zustände.

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Zustandsregelung

Es musste somit ein physikalisches Modell der elektromechanischen Kopplung der Piezoaktoren wie auch der Kraftübertragung auf die Mechanik gefunden werden. Des Weiteren mussten die bestehenden Nichtlinearitäten miteinbezogen werden. Durch verschiedene Messungen konnten schlussendlich die cha­ rakteristischen Grössen (Dämp­ fung, Federkraft, etc.) des Systems bestimmt werden und dadurch ein realitätsnahes Modell gefunden werden.

Dämpfungsverhalten des Tripods

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Mikrotechnik Microtechnique

Aufbau des Modells einer skoliotischen Wirbelsäule Medizintechnik / Prof. Dr. Jürgen Burger Experte: Dr. Martin Pfleiderer, dePuy

Das mechanische Verhalten von Wirbelsäulenimplantaten soll getestet werden. Zu diesem Zweck wird ein ansteuerbares Modell einer skoliotischen Wirbelsäule konstruiert. Im Rahmen einer Semeste­rarbeit wurde vorgängig ein hydraulischer Zylinderprototyp konstruiert. Dieser soll in einem ersten Schritt aufgebaut, entlüftet und getestet werden. Aus den daraus gewonnenen Erkenntnissen wird in einem weiteren Schritt ein Wirbelprototyp – zwei ansteuerbare, übereinanderliegende Wirbelkörper – konstruiert.

Patrik Stirnimann 1983 031 301 74 71 [email protected]

Unter Skoliose (griechisch: skolios = krumm) versteht man eine seitliche Verbiegung der Wirbelsäule, die mit einer Rotation der Wirbelkörper ein­ her geht. Die Krankheit zählt zu den Wachstumsdeformitäten. Sie ent­ steht und verschlechtert sich häufig während der Jugend und taucht bei Mädchen ungefähr viermal häufiger auf als bei Jungen. In rund 80% der Fälle ist die Ursache unbekannt. Die restlichen 20% entstehen als Folge von Wirbelfehlbildungen, Nervenund Muskelerkrankungen, Erkran­ kungen des Bindegewebes und des Knochenstoffwechsels, durch Beinlängendifferenzen oder Unfäl­ le. Behandelt wird die Krankheit in weniger schlimmen Fällen mit Kor­ setttherapien. In schlimmeren Fäl­ len werden operativ direkt an der Wirbelsäule stabförmige Implantate angebracht.

Frau mit Skoliose

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Um solche (und insbesondere neu­ artigere Nitinol-) Implantate zuver­ lässig zu testen, soll das ansteu­ erbare Modell einer Wirbelsäule entwickelt werden. Es soll schlus­ sendlich in der Lage sein, Verschie­ bungen und Kräfte jedes einzelnen Wirbels zu simulieren und zu mes­ sen.

Skoliose im Röntgenbild, postoperativ

Es wird ein erster Wirbelprototyp konstruiert, der aus zwei flachen, zylinderförmigen Wirbelkörpern be­ steht, die über ein zentrales Kugel­ gelenk miteinander verbunden sind. Die Neigung zwischen den Wirbeln

Der erste Wirbelprototyp

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wird über drei innenliegende, hy­ draulische Zylinder bewerkstelligt. Die zusätzliche Rotationsbewegung wird über zwei aussenliegende seit­ liche Zylinder ermöglicht, die dem jeweils obenliegenden Wirbel auf eine Nase drücken. So ist es mög­ lich, Neigungsbewegungen von bis zu 15° und Rotationsbewegungen von bis zu 5° anzufahren. Zum Testen von Dichtheit, Ver­ schleiss, Steuerung, und der Mon­ tagefreundlichkeit wird in einem Zwischenschritt ein stark verein­ fachter Zylinderprototyp entwi­ ckelt. Er besteht bloss aus einem Geber- und einem Nehmerzylinder. Der beiden Zylinder entsprechen in Form, Abmessungen und Material dem Steuerungs- und Arbeitszylin­ der des ersten Wirbelprototyps. Der Zylinderprototyp wird getestet und gegebenenfalls laufend modifiziert. Die Resultate der Tests fliessen in das anschliessende Redesign des Wirbelprototyps ein. In einem weiteren Schritt soll der überarbeitete Wirbelprototyp her­ gestellt und getestet werden. Das fertige Modell entsteht danach durch Aufschichten mehrerer sol­ cher Wirbelprototypen.

Testaufbau des Zylinderprototyps

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Foliensensoren für Einsatztemperaturen über 125°C

Mikrotechnik Microtechnique

Sensortechnik: Prof. Heinrich Schwarzenbach Experte: Daniel Schnorr, Contelec AG

Die Firma Contelec AG ist spezialisiert auf die Entwicklung und Produktion hochwertiger Sensoren zur Winkel- und Wegmessung. Auf dem Markt sind Folientastaturen bis zu einer Einsatztemperatur von 75°C, vereinzelt auch schon bis 125°C, erhältlich. Gewisse industrielle Prozesse und Anwendungen erfordern eine deutlich höhere Einsatztemperatur. Bei dem neu entwickelten Produkt handelt es sich um ein High-End-Potentiometer, welches gegenüber herkömmlichen Folientastaturen höheren Temperaturen standhält. Durch die Verwendung einer speziellen Folie sind auch unter Dauer­belastung Temperaturen bis 150°C möglich.

Ausgangslage Bei einzelnen Anwendungen sind Folientastaturen für Temperaturen über 125°C erforderlich. Zum Einsatz kommen solche Sen­ soren zum Beispiel in der Heckklap­ pe eines Cabriolets, um den Winkel des einzuklappenden Daches zu erfassen. Bei längerer Sonnenein­ strahlung kann sich der Sensor über 80°C erhitzen. Dies führt zu einer Deformation der Folie, welche sie dauerhaft zerstört. Im Rahmen der Semester- und Diplomarbeit soll ein neuer Foliensensor entwickelt wer­ den, welcher die erhöhten Anforde­ rungen erfüllt. Optimalen geome­ trischen Masse (Breite, Dicke) der Distanzfolie (Spacer) werden durch Simulation und Verifizierungsmes­ sungen ermittelt. Hauptziel der Ar­ beit ist es, einen markttauglichen Sensor zu entwickeln, welcher den erhöhten Temperaturen standhält.

Entwickelte Lösung Foliensensoren bestehen aus mehreren Schichten, welche durch einen Spacer vonein­ ander isoliert sind. Auf der einen Seite wird mittels Sieb­ druckverfahren eine Wider­ standsschicht aufgetragen. Auf der anderen Seite der Kollektor­ schicht befindet sich eine äusserst gut leitende Beschichtung. Mittels eines beweglichen Druckkörpers wird die obere mit der unteren Fo­ lie in Kontakt gebracht und dadurch auf dem Widerstandselement mit einem festgelegten Gesamtwider­ standswert ein Spannungspoten­ tial abgegriffen. Nach dem Prinzip der Spannungsteilerschaltung kann das Potentiometer als Sollwertgeber und als Positionsmelder verwendet werden. Das neu gewählte Material zeichnet sich durch seine ausserordentlichen Hochtemperatureigenschaften so­ wie einer guten Verschleissbestän­ digkeit aus.

André Stöckli  1980 079 755 61 51 [email protected]

Foliensensor rotativ

Technische Merkmale Die Kontaktelemente dieses Foliensensors sind zwi­ schen hochwertigen Folien eingebettet. Der Sensor ist durch seinen Aufbau sehr funktionssicher und auf­ grund seiner guten che­ mischen Resistenz auch in rauer Umgebung ideal einsetzbar. Gekrimpte An­ schlüsse gewährleisten das einfache Einbinden in die vorgesehene Applikation. - Temperaturbereich von -45° bis 150°C - Nahezu unbeschränkte  Auflösung - Extrem flach (ca. 0.5 mm) - Selbstklebende Rückseite - Hohe Lebensdauer - Geringe Abnützung der Widerstandsschicht

Prinzip des Foliensensors Berner Fachhochschule - Technik und Informatik

Foliensensor linear http://www.ti.bfh.ch

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Kühlung von Hochleistungsdiodenlasern Optik / Prof. Heinrich Schwarzenbach; Fabrice Monti di Sopra, LASAG AG Experte: Bruno Frei, LASAG AG

In modernen industriellen Lasersystemen für die Materialbearbeitung werden Hochleistungsdiodenlaser vermehrt eingesetzt. Einerseits zur direkten Bearbeitung der Werkstücke oder andererseits als Ersatz für die kurzlebigen Blitzlampen, die als Pumpquelle eines Gas- oder Festkörperlasers dienen. Die Kühlung dieser Diodenlaser mit mittleren Ausgangsleistungen bis 100W und Effizienzen von ca. 50% stellen eine große Herausforderung dar; auf einer Fläche von wenigen Quadratmillimetern entstehen 100W Wärmeenergie, die effizient über aktive oder passive Kühlsysteme abgeführt werden müssen.

Tim von Niederhäusern 1983 079 751 85 36 [email protected]

Problematik Die lange Lebensdauer, der klei­ ne Platzbedarf und die um eine Grössenordnung höhere Effizienz machen Laserdioden (Typ III-IV) zu einer äusserst interessanten Alternative zu den grossen und ineffizien­ten, dafür um ein Vielfaches günstigeren Blitzlampen. Bei der Umstellung auf Diodenla­ ser sind deren kleine Dimensionen sowohl Segen als auch Fluch, denn auf einer Fläche von nur 15mm2 entsteht eine Heizleistung von bis zu 100W. Bei einer Temperaturerwärmung von nur 10°C halbiert sich die Le­

bensdauer der Laserdioden und bereits geringe Änderungen der Temperatur bewirken eine Verschie­ bung der Wellenlänge mit einer Rate von 0.3nm/°C, was zum Ausfall des Systems führen könnte. Es ist da­ her ungemein wichtig, dass die an­ fallende Wärmeenergie möglichst effizient abgeführt wird.

Umsetzung Bei der Entwicklung des Kühlsys­ tems wird in drei Schritten vorge­ gangen. Während dem Sommer­ semester 2007 wurden erste FEM (Finite Elemente Methode) Simu­ lationen des gesamten Diodenpa­ ckages erstellt und ausgewertet. Während der Diplomarbeit werden in einer zweiten Phase bestehende Kühlsysteme vermessen und mit Ziel Das Ziel der Diplomarbeit ist es, ein FEM simuliert. Diese Phase hat zum Kühlsystem zu entwickeln, das bei Ziel, eine akkurate Simulation von geringem Platzbedarf einen sta­ verschiedenen Kühlsystemen zu er­ bilen Betrieb der Laserdioden bei stellen. In einer dritten Phase sollen einer konstant tiefen Temperatur die Erkenntnisse aus den ersten bei­ den Phasen dazu genutzt werden ermöglicht. ein möglichst optimales Kühlsys­tem zu designen.

Prototyp eines Kühlsystems für Diodenlaser

Passives Kühlsystem für Diodenlaser (LASAG)

FEM-Analyse eines bestehenden passiven Kühlsystems

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Modularer Tracker für die navigierte Felsenbeinchirurgie Medizintechnik / Prof. Dr. Jürgen Burger; Prof. Dr. Tim Lüth; MiMed Technische Universität München Experte: Dipl.-Inform. Mario Strauss

In den letzten Jahren werden zunehmend Navigations- und Assistenzsysteme in der Chirurgie verwendet. Die Hauptaufgabe der Navigationssysteme ist die Darstellung der Position von chirurgischen Instrumenten relativ zu radiologischen Daten wie z.B. CT, MRT, Röntgen- oder Ultraschallbildern. Neuere Assistenzsysteme verwenden das durch Lüth entwickelte Prinzip “Navigated Control”, um die Leistung eines chirurgischen Instruments in Abhängigkeit der Position des Instruments relativ zu einer präoperativen Planung zu begrenzen.

Thomas Wenger 1983 079 733 55 57 [email protected]

Problemstellung Am Lehrstuhl MiMed der Tech­ nischen Universität München wer­ den Assistenzsysteme u. a. für die HNO-Chirurgie entwickelt. Neben reinen Navigationssystemen wer­ den auch solche mit Leistungs­ steuerung der manuell geführten aktiven Instrumente entwickelt und wissenschaftlich analysiert. Die zur Navigation benötigten Lokalisatoren werden am Kopf des Patienten be­ festigt. Hierfür werden Kopfbänder und Knochenschraubenadapter verwendet. Die klinische Einsetz­ barkeit und Ergonomie des Designs ist dabei von enormer Wichtigkeit. Die bisherigen klinisch verwende­ ten Trackerbefestigungen für die Schädelmontage sind zu gross und unflexibel. Der Tracker kann nicht optimal auf die Navigationskamera ausgerichtet werden. Zudem wird der Situs teilweise verdeckt. Weiter ist die Montage der Befestigung am Patientenschädel für den Chirurgen zu umständlich.

Aufgabenstellung Ziel dieser Diplomarbeit war es, die am Lehrstuhl MiMed entwickelten HNO-Patiententracker um eine modulare Trackerbefestigung für die Schädelknochenmontage zu erweitern. Die Trackerbefestigung soll sich durch die folgenden Eigen­ schaften auszeichnen:

Prototyp Während dieser Diplomarbeit konn­ te eine modulare Trackerbefestigung realisiert werden, welche durch ihre wenigen Teile und ihre drei Freiheits­ grade den hohen Anforderungen des Chirurgen gerecht werden konnte. Nach einigen Montage- und De­ montagetests u.a. auch an Tier­ - Modulares Konzept der Befesti­ knochen, wurde die realisierte Trackerbefestigung zahlreichen Rei­ gung - Kleinstmögliche Abmasse der nigungsprozessen unterzogen. Trackerbefestigung - Einfache Montage der Trackerbe­ Klinischer Einsatz festigungskomponenten, der Be­ Der realisierte Prototyp wurde noch festigung am Patienten und am während der Diplomarbeit an der Tracker HNO-Klinik des Universitätsklini­ - Kompatibilität mit dem existie­ kums Leipzig eingesetzt. Zuvor wur­ renden MiMed HNO-Patienten­ den die nötigen Reinigungs- und tracker Sterilisationsprozesse durch die Kli­ - Sterilisierbarkeit aller Komponen­ nik durchgeführt. Die modulare Tra­ ten der Trackerbefestigung und ckerbefestigung wurde erfolgreich - Integration in den vorhandenen bei einer vollnavigierten Tumorent­ MiMed HNO-Instrumentensatz fernung im Bereich des Felsenbeins durch OA Dr. Gero Strauss (Leiten­ der OA und stellv. Klinikdirektor) ein­ gesetzt.

Ausrichtungsproblem der bisherigen Trackerbefestigung mit einem DOF, bei einer navigierten Operation am Felsenbein. Die Prototyp der realisierten Trackerbefestigung mit drei DOF,

Fräse muss atypisch (unergonomisch) gehal-

ermöglicht optimale Ausrichtung auf die Kamera.

ten werden, um die gleiche Ausrichtung wie der Patiententracker zu haben.

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Programmierbares Spektrometer für lokale Messungen

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Optik / Dr. Toralf Scharf Experte: Michael Doppler, Leica Microsystems (Schweiz) AG

In der Gerichtsmedizin und der Forensik werden kleinste Mengen verschiedenster Materialien untersucht. Dabei werden unterschiedliche Eigenschaften eines Präparates unter dem Mikroskop studiert. Wichtige Eigenschaften sind die Absorptions- und Reflektionsspektren. Da aber die untersuchten Proben nur in minimalen Mengen zur Verfügung stehen, braucht man ein universelles Gerät zur Messung dieser Eigenschaften. Das entwickelte System erlaubt es, nur an bestimmten Stellen im Gesichtsfeld zu messen, ohne dabei die Probe zu verschieben.

Aufbau Wenn man im Labor spektrale Mes­ sungen macht, benötigt man relativ viel Licht um die Probe genügend zu durchleuchten, und man kann nur einen ganz bestimmten Bereich des Gesichtsfeldes auswählen, da er durch das mechanische System gegeben ist. So muss man die Pro­ be unter dem Mikroskop verschie­ ben, wenn man an verschiedenen Orten Messungen durchführen will. Um diese Einschränkung zu um­ gehen, hat das neue System eine elektronische Blende, welche es erlaubt, die zu messenden Stellen einfach mit der Maus am Computer auszuwählen. Als Blende dient ein LCD (liquid cristal display) mit ei­ ner Auflösung von 800 x 600 Bild­ punkten (Pixel). Die Messungen des Spektrums werden mit dem

Fourier Transform Spektrometer (FTS) der Firma ARCoptix durchge­ führt. Dieses erlaubt es, selbst bei kleinsten Lichtmengen zu messen. Das Mikroskoplicht wird mit einem Strahlteiler auf das Spektrometer und eine Kamera verteilt. Mit der Kamera wird ein kontinuierliches Bild aufgenommen, in welchem man die Messbereiche auswäh­ len kann. Mit optischen Elementen wurde das Kamerabild so einge­ stellt, dass nach dem Fokussieren der Messprobe durch das Mikro­ skop keine Nachjustierung mehr nötig ist.

Aufbau

Systemübersicht

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temübersicht). Einen wesentlichen Teil nimmt die Bildverarbeitung mit der Kamera und die Ansteue­ rung der Blende ein. Dazu kommt die Auswertung des Spektrums und gleichzeitige Berechnung der Transmission des Lichtes durch die Probe.

Ergebnis Am Ende kann der Benutzer am Computer aus dem Livebild seiner Probe einen oder mehrere Bereiche, die es zu messen gilt, auswäh­ len. Mit den gewählten Bereichen wird eine Maske erstellt und auf die Blende gelegt, welche nur noch an Software diesen Stellen lichtdurchlässig ist. Hier besteht die Schwierigkeit, alle So wird auch nur noch an diesen Komponenten mit LabVIEW (Ka- Stellen das Spektrum der Probe mera, Blende und Spektrometer) gemessen. gleichzeitig anzusteuern (siehe Sys­

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Glukosemessung mit Ramanspektroskopie Betreuer: Prof. Christoph Meier Experte: Gerben Boer

Die Bestimmung der Glukosekonzentration im Blut ist mit Raman Spektroskopie im nahen Infrarotbereich prinzipiell möglich. Die Anforderungen an das Spektrometer sind allerdings sehr hoch, da das Ramansignal extrem schwach ist. Ziel der Arbeit ist es für die spezielle Anwendung der Glukosebestimmung zwei verschiedene Spektrometertypen zu vergleichen und zu charakterisieren.

Daniel Zwicky 1983 079 397 72 17

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Diabetes ist zu einer Massenkrank­ heit geworden. Weltweit sind über 170 Millionen Menschen betroffen. Für einen Diabetes-Patienten ist es wichtig, den momentanen Blut­ zucker­spiegel zu kennen um die richtige Therapie anzuwenden. Es gibt Testgeräte verschiedener Her­ steller, mit denen der Blutzucker zu Hause oder unterwegs einfach kon­ trolliert werden kann. Dafür muss man sich allerdings stechen um eine kleine Blutprobe zu nehmen. Da dies täglich geschieht, wäre es für die Patienten eine grosse Hilfe, wenn der Glukoseanteil schmerz­ frei “von aussen” gemessen werden könnte, ohne dass dabei eine Blut­ probe entnommen werden müsste. Mit der Raman-Spektroskopie ist es grundsätzlich möglich mit Licht den Zuckerspiegel schmerzfrei zu messen.

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Unter Raman-Spektroskopie ver­ steht man die spektroskopische Untersuchung der inelastischen Streuung von Licht an Molekülen oder Festkörpern. Bei der RamanSpektroskopie wird mit einem in­ tensiven Laser auf die zu untersu­ chende Materie eingestrahlt. Das gestreute Licht wird danach spek­ tral analysiert. Dabei werden Wel­ lenlängen beobachtet, die gegen die des eingestrahlten Laserlichts spektral verschoben sind (Ra­ manshift). Diese Verschiebungen in der Wellenlänge entsprechen den für das Material charakteristischen Energieniveaus. Aus dem erhal­ tenen Spektrum lassen sich damit Rückschlüsse über die untersuchte Substanz ziehen.

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Diese Methode erlaubt es heute bereits, quantitative Informationen vom Glukoseanteil im Blut zu er­ halten. Die technischen Mittel da­ für sind allerdings sehr aufwendig und teuer und nicht für den Alltag geeignet. Mit dieser Arbeit soll gezeigt wer­ den, ob man nicht auch mit einem herkömmlichen Spektrometer Infor­ mationen über den Glukoseanteil in einer Lösung und später in vivo er­ halten kann. Ein besonderer Anreiz dafür ist das neue Spektrometer der Firma ARCoptix, das system­ bedingt eine viel grössere Lichtaus­ beute als marktübliche Gitterspek­ trometer besitzt.

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