Verzeichnis Bachelorarbeiten Ingenieurstudium NTB Systemtechnik 2014

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Verzeichnis der Abschlussarbeiten 2014 Bachelor of Science FHO in Systemtechnik

Facettenreich

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RektorLothar RitterDipl.Math.ETH

WillkommenGeschätzte Gäste

„Facettenreich“. Dieses Adjektiv passt hervorra-gend zum Bachelorstudium Systemtechnik. Facetten, die kleinen geschliffenen Flächen auf Edelsteinen oder Glas, erzeugen faszinieren-de Lichteffekte, indem sie Licht in verschiedene Richtungen lenken.

Die Abschlussarbeiten des Ingenieurstudiums Systemtechnik sind nicht weniger faszinierend und widerspiegeln die Stärken der praxisna-hen Ausbildung, welche die Diplomanden und Diplomandinnen an der NTB erfahren haben. Glänzende berufliche Perspektiven belohnen unse-re jungen Fachleute.

Wir laden Sie ein, werfen Sie einen Blick auf die vielseitigen Produkte und Prozesse, welche die Diplomanden und Diplomandinnen entwickelt oder optimiert haben. Die meisten Abschlussarbeiten basieren auf konkreten Aufgabenstellungen unse-rer Industrie- und KMU-Partner.

Studieren an der NTB: Flexibel und praxisnah

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Mikrotechnische Ausrichtstruktur für MTP-Multifaserverbinder 6

Mikro-OLED 7

Regelung der Wassertemperatur einer Frischwasserstation 8

Visualisierung für Gebäudeautomation 9

Berührungsloser Stromdetektor mit hoher Dynamik 10

Optimale Geometrien für Strömungssysteme 11

SunCar-Bagger: Umbau eines Baggers auf einen E-Bagger 12

Aktenzeichen XY … ungelöst 13

RotorkonzepteineseffizientenstromerregtenSynchronmotors 14

Webapplikation zur Verwaltung von Anteilsregistern in der Vermögensverwaltung 15

Mobile App für das Jobportal für Freiwilligenarbeit www.benevol-jobs.ch 16

UniversalLogger:IndividuellkonfigurierbaresAuswertegerätmitDatenloggingins Google-Spreadsheet 17

Kühlung eines Umrichters in einer leistungsgeregelten Wärmepumpe 18

InProzessMesstechnikzumPolierenoptischerOberflächen 19

Optimierung der Eigenschwingungen von Zugsicherungsträgern 20

SunCar-Sport: Erweiterung der Lenkung eines Elektroautos auf Steer-by-Wire 21

Entwicklung und Aufbau einer elektromechanischen Kalibrierpresse zur Verdoppelung der Ausbringleistung 22

Analyse und Optimierung der Lagerklemmung von Kippsegment-Gleitlagern bei Turbogetrieben 23

EntwicklungeinesSeil-undRettungsgerätes 24

Universeller Greifer für Laborgeräte 25

LED Positionierung für ein Beleuchtungsobjektiv 26

Hydraulische Kupplung 27

Steuerkartusche für Sanitärarmaturen 28

Entwicklung eines Funktionsmusters für einen Unterstützungsantrieb 29

SunCar: Elektronik für das Batteriemanagement eines Elektro-Baggers 30

Sekundärseitig geregelter Sperrwandler für LED Anwendungen 31

7kW induktives Ladesystem für Elektrofahrzeuge 32

Inhaltsverzeichnis

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Mikrotechnische Ausrichtstruktur für MTP-Multifaserverbinder 6

Mikro-OLED 7

Regelung der Wassertemperatur einer Frischwasserstation 8

Visualisierung für Gebäudeautomation 9

Berührungsloser Stromdetektor mit hoher Dynamik 10

Optimale Geometrien für Strömungssysteme 11

SunCar-Bagger: Umbau eines Baggers auf einen E-Bagger 12

Aktenzeichen XY … ungelöst 13

RotorkonzepteineseffizientenstromerregtenSynchronmotors 14

Webapplikation zur Verwaltung von Anteilsregistern in der Vermögensverwaltung 15

Mobile App für das Jobportal für Freiwilligenarbeit www.benevol-jobs.ch 16

UniversalLogger:IndividuellkonfigurierbaresAuswertegerätmitDatenloggingins Google-Spreadsheet 17

Kühlung eines Umrichters in einer leistungsgeregelten Wärmepumpe 18

InProzessMesstechnikzumPolierenoptischerOberflächen 19

Optimierung der Eigenschwingungen von Zugsicherungsträgern 20

SunCar-Sport: Erweiterung der Lenkung eines Elektroautos auf Steer-by-Wire 21

Entwicklung und Aufbau einer elektromechanischen Kalibrierpresse zur Verdoppelung der Ausbringleistung 22

Analyse und Optimierung der Lagerklemmung von Kippsegment-Gleitlagern bei Turbogetrieben 23

EntwicklungeinesSeil-undRettungsgerätes 24

Universeller Greifer für Laborgeräte 25

LED Positionierung für ein Beleuchtungsobjektiv 26

Hydraulische Kupplung 27

Steuerkartusche für Sanitärarmaturen 28

Entwicklung eines Funktionsmusters für einen Unterstützungsantrieb 29

SunCar: Elektronik für das Batteriemanagement eines Elektro-Baggers 30

Sekundärseitig geregelter Sperrwandler für LED Anwendungen 31

7kW induktives Ladesystem für Elektrofahrzeuge 32

InhaltsverzeichnisMotoransteuerung für Flachbettcutter 33

PhysicsGameII:Wavemechanics 34

Automatisierung eines Metalllagers 35

COMSOL Modell eines Invertierten Magnetrons 36

Automatische Testeinrichtung für Verkehrs-Warnleuchten 37

Blumen und Wandern 38

Verstärker für hohe Spannungen 39

TeslaspulemitLeistungsendstufe 40

TestBenchfürLaserModule 41

DieRoboterfigurDecoyerkenntMenschenundreagiertaufsie 42

SunCar-Bagger:SicherheitvonHochstromrelais 43

Hochkonzentration-Photovoltaik-Thermischer-Empfänger(HCPVT) 44

ErneuerungderSteuerungundVisualisierungdesLehrkraftwerksChurwalden 45

HochaufgelösteEchtzeitwetterdaten 46

EntwicklungeinesMotion-ControllersfürEC-Motoren 47

Software-LeitstandfürdieeffizienteProduktionssteuerung 48

SunCar-Bagger:IntuitivebedienbareSteuerungeinesE-Baggers 49

Bluetooth Interface und Android-App für Spirometer 50

UntersuchungvonPositionundGestaltvonVortexgeneratorenfürFlugzeugflügelmit Hilfe von Strömungssimulationen 51

Design von künstlichen Zähnen 52

Low-Cost-Kraft-Momentensensor 53

AlphabetischeListederBachelorarbeiten-Verfasser/innen 54

Bachelor-Abschluss - und dann? 57

Die NTB, mitten im Chancental Rheintal 58

Studienrichtungen des Bachelorstudiums Systemtechnik 60

Preisspender/Sponsoren 62

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Institut für Mikro- und Nanotechnologie

Mikrotechnische Ausrichtstruktur für MTP-Multifaserverbinder

Ziel dieser Bachelorarbeit ist die Optimie-rung des Herstellprozesses für MTP© Multifaserverbinder. Darunter versteht man Glasfaserstecker, bei denen 12 Glas-fasern in einer Ferrule verklebt sind. Der bis anhin durchgeführte Polierprozess zurBearbeitungderFaserendflächensolldurch Lasercleaven und Laserpolieren der Fasern ersetzt werden. Da der nötige Fa-servorstand erst nach dem Lasercleaven eingestellt wird, ist das Ziel dieser Arbeit das Erstellen einer mikrotechnischen Ausricht-struktur für das Zurückschieben der Fasern auf 1-3 µm.

DierealisierteAusrichtstrukturwurdeausSiliziumundeinerdaraufbefindlichenOxid-schicht gefertigt, die in der Mitte geöffnet ist und so eine Stufe bildet. Über die Tiefe der Stufe wird der gewünschte Faservorstand in einer speziell entwickelten Modulhalterung eingestellt. Anschliessend wird das Faserbündel verklebt und der Stecker komplettiert. In der Arbeit konnte gezeigt werden, dass auf diese Weise Multifaserverbinder über Lasercleaven hergestellt werden können. Mit weiteren Optimierungen könnte sich diese Herstellmethode durchsetzen, da sie Vorteile in der mechanischen Performance besitzt und der Herstellprozess wirtschaftlicher wird.

Studierende: Stefan Frei, Karin Hasler

Dozenten: Prof. Dr. Markus Michler, Prof. Dr. André Bernard

Industriepartner: Huber+Suhner AG, Herisau

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Institut für Mikro- und Nanotechnologie

Mikro-OLED

Organische Leuchtdioden OLEDs sind auf dem besten Weg, den Markt für Bildschir-me und künstliche Beleuchtung zu erobern. In TV und Smartphone Displays überzeu-gen sie bereits heute mit satten Farben, höchstem Kontrast und einzigartiger Be-wegungsschärfe.DieflächigenLichtemitterkönnen aufgrund ihrer dünnen Bauweise und hohen Effizienz anorganische LEDsersetzen, insbesondere wenn sehr niedri-ge elektrische Ströme gefordert werden. In dieser Bachelorarbeit wurden die Grenzen der Miniaturisierung ausgelotet und die da-für benötigten mikrotechnischen Herstel-lungsverfahren optimiert.

Die angestrebten Ziele sind die reproduzierbare Herstellung von ultrakleinen OLEDs mit 2 mm x 2 mm mit extrem geringer Stromaufnahme im Mikroamperebereich, die Prozes-sentwicklung zur Vereinzelung und Verkapselung, sowie die Optimierung des Packaging. Durch moderne Beschichtungsverfahren wie Atomlagenabscheidung (ALD) verspricht sich der Industriepartner: Combivap AG zudem eine Erhöhung der Lebensdauer seiner OLEDs. Die Ergebnisse dieser Arbeit bieten einen Einblick in die Vielfalt des Packaging und zeigen neue Wege bei der Verbesserung und Miniaturisierung von OLEDs.

Studierende: Valeria Poma, Mathias Schläpfer

Dozenten: Prof. Dr. André Bernard, Prof. Dr. Markus Michler

Industriepartner: Combivap AG , Thalwil

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Institut für Ingenieurinformatik

Visualisierung für Gebäudeautomation

Die Gebäudeautomation hat sich in den letzten Jahren rasant entwickelt. Vom kleinen Einfamilienhaus bis zum grössten Fabrikgebäude, die Gebäudeautomation ist nicht mehr wegzudenken. Die Gebäude von morgen werden mit Smartphones über das Internet gesteuert. Sie werden intelli-gent sein. Sie werden die Bedürfnisse ihrer Bewohner verstehen und mit ihnen kom-munizieren.

Die Tage der Android- und Apple-Apps sind gezählt. Schon morgen werden Web-Apps neuster Stand der Technik sein. Die mivune AG bietet mit dem mivune Operating System eine Softwarelösung an, die die heute gängigen Technologien in der Gebäude-automation vereint und somit eine einheitliche Schnittstelle zur Verfügung stellt. Eine sehr wichtige Rolle in der Gebäudeautomation übernimmt dabei die Visualisierung, die übersichtlich und intuitiv zu bedienen sein soll. Im Rahmen dieser Bachelorarbeit wurde deshalb im Auftrag der mivune AG ein Konzept für eine anpassungsfähige Visualisie-rung entwickelt, die mittels Webtechnologien realisiert wurde.

Studierende: Andreas Kunz, Nicola Lenherr

Dozenten: Prof. René Pawlitzek, Prof. Dr. Andreas Zogg

Industriepartner: mivune AG, Schlieren-Zürich

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Institut für Entwicklung Mechatronischer Systeme

Regelung der Wassertemperatur einer Frischwasserstation

Die Aufgabe der Bachelorarbeit war, eine Regelung für eine Frischwasserstation zu ent-werfen, die die Wasseraustrittstemperatur regelt. Mit einer Frischwasserstation ist es möglich, kaltes Trinkwasser mit Hilfe eines Wärmetauschers aufzuheizen. Die Energie für die Erwärmung kommt von einem Warmwasserspeicher. Der Speicher wird z.B. von einer Solaranlage beheizt.

Als Regler wird ein adaptiver PI-Regler eingesetzt. Der Regler stellt die Drehzahl der Umwälzpumpe des Primärkreises. Für den Entwurf des Reglers wurde ein dynamisches Modell der Regelstrecke erstellt. Zentrales Element der Strecke war der Wärmetauscher. Auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse über die physikalischen Abläufe im Wärmetau-scher und die Dynamik des Primärwasserkreislaufs wurde die Regelung entworfen und per Simulation am Modell sowie per Messung an der realen Strecke getestet.

Die Regelung funktionierte gut; der Sollwert wird schnell erreicht. Jedoch schwingt bei Änderungen der Zapfmenge die Wassertemperatur etwas über bzw. unter. Dieses Über- bzw. Unterschwingen könnte -- in einer Weiterentwicklung -- durch eine Störgrössenauf-schaltung reduziert werden.

Studierende: Peter Bärtsch, Mattias Lutz

Dozenten: Prof. Dr. Jürgen Kirchhof, Prof. Dr. Stefan Bertsch

Industriepartner: TEM AG, Chur

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Institut für Elektronik, Sensorik und Aktorik

Berührungsloser Stromdetektor mit hoher Dynamik

Im Rahmen der Bachelorarbeit musste ein Stromdetektor entwickelt werden, welcher in einem Anwendungsbereich zwischen 2 und800AmpèredenStromfluss ineinemelektrischen Leiter zuverlässig detektieren und diese Information über eine Funkver-bindung an ein weiteres Gerät übermitteln kann. Die Form des Stromes soll dabei va-riabel sein, der Hauptaugenmerk liegt auf einem absolut glatten Gleichstrom. Für die Detektion arbeiten zwei voneinander unab-hängige Systeme zusammen.

FürdenBeginnunddasEndedesStromflussessolldasänderndeMagnetfeldeinenImpulsineinerSpuleinduzieren,währenddesStromflussessollenhingegenHallsen-sorpaaredenStromflussweiterdetektieren.UmdieLösungsvariantenaufihreFunktionzuüberprüfenwurdenmittelsMessungen4176Stützstellenausgemessenundausge-wertet. Die Messungen zeigten, dass nach weiterer Optimierungsarbeit durch den In-dustriepartner:, die von ihm gestellten Ziele sicher und gut erreicht werden können. Dies betrifft nicht nur die Störfestigkeit, sondern auch den Anwendungsbereich. Der in der Bachelorarbeit entwickelte Stromdetektor hat das Potential, entweder als reiner Detektor oder als Sensor in verschiedenen Bereichen zum Einsatz zu kommen.

Studierende: Elias Büchel

Dozenten: Prof. Adrian Weitnauer, Dr. Tindaro Pittorino

Industriepartner: vertraulich vertraulich

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Institut für Computational Engineering

Optimale Geometrien für Strömungssysteme

Flugzeugflügel,WindräderoderPumpenhaben eines gemeinsam: Es handelt sich um Strömungssysteme. Deren Auslegung wird in vielen Fällen gemäss „Versuch und Irrtum“ bestimmt. Dies führt zu nicht optimalen Produkten und langen und teuren Entwicklungsprozessen. Entspre-chend gross ist das Bedürfnis nach einem praxisnahen Werkzeug, welches mittels künstlicher Intelligenz optimale Geometri-enfürStrömungssystemeidentifiziert.

Das Ziel dieser Arbeit ist es die Methoden der mathematischen Optimierung („Künstli-che Intelligenz“) zu verwenden um optimale Strömungsgeometrien zu berechnen. Dabei wurden zahlreiche mathematische Optimierungs-Verfahren getestet und schliesslich ein SQP-Verfahrenalsbesondersgeeignetidentifiziert.AufdieserGrundlageberechnetenwireinoptimales2D-ProfilfürdenFlügeleinerWindkraftanlage,dereinenmaximalenAuftrieb bei minimalem Widerstand garantiert. So kann der Wirkungsgrad um über 10% verbessert werden. Die Ergebnisse wurden in ein praxisnahes Werkzeug integriert, die „NTBCFDAutomaticDesignToolbox“.Dieseistmodularaufgebautundflexibelerwei-terbar. Dadurch kann dieses Werkzeug einfach und schnell in der Produktentwicklung eingesetzt werden.

Studierende: Luca Brunold, Joel Kramm

Dozenten: Prof. Dr. Martin Bünner, Prof. Dr. Michael Schreiner

Industriepartner: intern

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SunCar-Bagger: Umbau eines Baggers auf einen E-Bagger

Im Rahmen des SunCar Projektes der ETH wird als Gemeinschaftsprojekt der drei Hoch-schulen ETH Zürich, FH Luzern und der NTB Buchs ein 16 Tonnen Hydraulikbagger von Diesel- auf Elektrobetrieb umgerüstet. Die bisherigen Bagger belasten die unmittelbare Umwelt der Baustellen durch Lärm und Ab-gase enorm. Ein Elektrobagger hingegen ist viel leiser und verursacht keine lokalen Abga-semissionen. Zusätzlich ist ein Wirkungsgrad erreichbar, welcher bis zu fünf Mal höher ist als bei einem konventionellen Bagger.

Ziel dieser Bachelorarbeit war es, eine Batterieeinheit sowie deren Aufhängung für den Elektrobagger zu konstruieren. Auf dem Markt sind noch keine Geräte vorhanden, wel-che solch grosse Batterien verwenden. Erst recht nicht im harten Umfeld einer Baustelle. Aus diesem Grund wurde in vielerlei Hinsicht Neuland betreten und es mussten neue und unkonventionelle Lösungen gefunden werden. Trotz der vielen Unbekannten und desenormenZeitdrucks,konnteam27.Mai2014einfunktionstüchtigerPrototypdesersten batteriebetriebenen Elektrobaggers dieser Grösse vorgestellt werden.

Studierende: Jason Deane, Silvan Frehner, Raffael Löhrer

Dozenten: Prof. Dr. Maximilian Stöck, Roger Strässle

Industriepartner: ETH Zürich , Zürich

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Aktenzeichen XY … ungelöst

Wer kennt sie nicht, die Sendung „Aktenzeichen XY … ungelöst“, die seit 1967 im deutschsprachigen Fernsehen ausgestrahlt wird? Ihr Ziel ist es, die Polizei bei der Auf-klärung von Straftaten oder bei der Fahndung nach gesuchten Per-sonen zu unterstützen. Ist, in der heutigen mobilen Ära, diese Art, die Bevölkerung in eine Fahndung mit-einzubeziehen, noch zeitgemäss? Im Laufe dieser Arbeit wurde ein neuartiges Fahndungssystem, mit dem Namen Investigatio, entwickelt und implementiert, das auf einem verteilten System basiert.

Es galt, sowohl die Lösung für die Web-Anwendung, auf der eine Fahndung ausge-schrieben und ausgewertet wird, als auch die Applikation für die mobilen Geräte zu erarbeiten. Deren Benutzer werden bei der Ausschreibung einer Suche benachrichtigt und können ihrerseits eine gesuchte Person als „gesehen“ melden. Dabei werden die Koordinaten des Smartphones ermittelt und an den Server übertragen. Bei der Umset-zung dieser Aufgabenstellung mussten zuerst geeignete Technologien evaluiert werden. Anschliessend galt es, diese zusammenzufügen und zu beweisen, dass deren Koopera-tion problemlos funktioniert. Mit der Nutzung dieses Systems kann die Gesellschaft der Polizei bei ihrer Arbeit weitreichende Hilfe leisten.“

Studierende: Patric Lintschinger, Christian Zellweger

Dozenten: Prof. René Pawlitzek, Prof. Dr. Carlo Bach


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Rotorkonzept eines effi zienten stromerregten Synchronmotors

Zur Reduktion des weltweiten CO2 Ausstosses wird in Zukunft in der Mo-bilität der Einsatz von Elektromotoren stark zunehmen. Derzeit benötigen diese Motoren einen hohen Anteil an Permanentmagneten. Da Seltene Er-den nur begrenzt zur Verfügung ste-hen, müssen die Permanentmagnete aus diesen Motoren eliminiert werden. Der stromerregte Synchronmotor bie-tet dafür eine Lösung. Zur Reduktion der Abwärme und zur Steigerung der Leistungsdichte wird ein völlig neuer magnetischer Aufbau des Rotors näher untersucht.

Die besondere Herausforderung liegt in der mechanischen Festigkeit und in der kostengünstigen Fertigung und Montage. Völlig neue Befestigungs- und Montagekonzepte des magnetischen Aufbaus werden entworfen und simuliert. Experimentelle Nachweise beweisen, dass dieser magnetische Aufbau realisierbar ist. Als Ergebnis präsentiert sich ein Rotor, der ohne zusätzliche Bau-teileflexibelineinbestehendesBaukastensystemintegriertwerdenkann.DieserlaubtdemIndustriepartner:einenvielseitigenundflexiblenEinsatzseinesMotorenportfolios.

Studierende: Sladjan Ignjatovic, Christof Niedermann

Dozenten: Prof. Dr. Maximilian Stöck, Roger Strässle

Industriepartner: BRUSA Elektronik AG , Sennwald

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Institut für Informations- und Kommunikationstechnologien (Chur)

Webapplikation zur Verwaltung von Anteilsregistern in der Vermögensverwaltung

Die Scarabaeus Wealth Manage-ment AG verwaltet die Vermögen von Kunden. Ein Element der Ver-mögensverwaltung ist die Verwen-dung von Kapitalanlagen (Fonds). Kunden können Anteile von Fonds kaufen und verkaufen. Das Anteils-register eines Kunden gibt Auskunft darüber, welchen Anteil eines Fonds ein Kunde besitzt. Momentan wer-den die Anteilsregister in Excel ver-waltet. Dies ist zeitaufwändig und fehleranfällig. Hinzu kommt, dass die Gesetzlage in Zukunft eine elektroni-sche Erfassung erfordert.

Im Rahmen dieser Bachelorarbeit wurde eine Webapplikation zur Verwaltung der An-teilsregister entwickelt. Als Webframework wurde das PHP-Framework Yii verwendet, als Datenbank postgreSQL. Die Webapplikation löst die bisherige Excel-basierte Lö-sung ab und ergänzt diese um zusätzliche Funktionalitäten, wie beispielsweise das Er-stellen von Reports im Format PDF.

Studierende: Deny Frehner, Christian Hefti

Dozenten: Martin Studer, Dr. Ulrich Hauser

Industriepartner: Scarabaeus Wealth Management AG , Vaduz

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Mobile App für das Jobportal für Freiwilligenarbeit www.benevol-jobs.ch

Benevol ist eine Organisation zu Vermittlung von Frei-willigenarbeit. Das Webportal benevol-jobs.ch dient dabei als zentrale Vermittlungsstelle: Organisationen können Einsatzmöglichkeiten inserieren, Interessierte können sich für die Inserate bewerben. In dieser Ba-chelorarbeit wurde eine App für iOS- und Android-Ge-räte entwickelt, welche die Kernfunktionalitäten des Webportals abbildet. Insbesondere kann ein Nutzer nach Inseraten suchen, sich Inserate merken oder sich gleich auf Inserate bewerben.

Die Applikation für die mobilen Geräte wurde mittels des Frameworks Sencha Touch als hybride Applikation entwickelt, d.h. die Applikation wurde mit Web-Techno-logien wie HTML5, CSS und JavaScript plattform-un-abhängig entwickelt und läuft danach auf den unter-schiedlichsten Geräte als native Applikation in einem Web-Container. Die Anbindung der mobilen Applikati-on an den Applikationsserver erfolgt über REST-APIs, wobei teilweise bestehende APIs wiederverwendet werden konnten.

Studierende: Michael Klaus

Dozenten: Martin Studer, Bruno Wenk

Industriepartner: clavis IT ag , Herisau

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Universal Logger: Individuell konfi gurierbares Auswertege-rät mit Datenlogging ins Google-Spreadsheet

CEDES AG in Landquart stellt Infrarotlicht-vorhänge und -sensoren für die Aufzugs-, Tür- und Torindustrie her. Für diese Pro-dukte wird ein individuell konfigurierba-res Gerät benötigt, das für Produkttests eingesetzt werden kann. Dafür wurde mit einem Mikrocontroller Board (Arduino) und einem WLAN-Zusatzprint die Grundvor-aussetzung gelegt. Das Board selbst bietet schon zahlreiche digitale und analoge Ein-und Ausgänge. Für die weiteren benötigten Schnittstellen wird das Arduino mittels Mo-dulen erweitert.

EineDateikannvomUSB-Stickgeladenwerden,fürdieKonfigurationderSchnittstellen.Wird der Test gestartet, werden die Logdaten, zusammen mit Temperatur-und Feuchtig-keitsmesswerten an ein Google-Spreadsheet übermittelt. Dies hat den Vorteil, dass von jedem Gerät mit einem Internetbrowser darauf zugegriffen werden kann. Das Projekt verlief nahezu planmässig und zur vollen Zufriedenheit.

Studierende: Thomas Kägi

Dozenten: Peter Kühne, Rolf Hofstetter

Industriepartner: CEDES AG, Landquart

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Institut für Energiesysteme

Kühlung eines Umrichters in einer leistungsgeregelten Wärmepumpe

In dieser Arbeit soll für einen Leistungsum-richtervon6kW,eineeffizienteKühllösungerstellt werden. Der Umrichter wird in einer leistungsgeregelten Wärmepumpe ver-wendet. Das Kühlsystem soll, für moderate Zusatzkosten, die Wärmeleistung von bis zu 200 W abführen können. Im bisherigen Betrieb wird der Umrichter mittels eines Ventilators gekühlt. Dieser soll in Zukunft durch eine Fluidkühlung oder eine alterna-tive Methode ersetzt werden.

Ziel dieser Bachelorarbeit ist es ein funktionierendes Kühlkonzept für den verwendeten Frequenzumrichter zu entwerfen, entwickeln und zu testen. Im Rahmen dieser Arbeit kristallisierten sich zwei Konzepte heraus, welche entworfen und getestet wurden. Es handelt sich um die Konzepte „Heatpipe, Rohr in Rohr Wärmetauscher“ und „Bypass, Lamelle parallel zum Verdampfer“. Die Kühlfunktion der Variante Bypass funktionierte während des gesamten Testbetriebes einwandfrei. Die Variante Heatpipe funktionierte ebenfalls, jedoch schaltete sich während den Messungen der interne Ventilator des Fre-quenzumrichters ein. Durch Optimierung des Systems kann dies eventuell vermieden werden.

Studierende: Michael Hötzl, Daniel Stadelmann

Dozenten: Prof. PhD Stefan Bertsch, Prof. PhD Kurt Schenk

Industriepartner: vertraulich

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Kühlung eines Umrichters in einer leistungsgeregelten Wärmepumpe

In dieser Arbeit soll für einen Leistungsum-richtervon6kW,eineeffizienteKühllösungerstellt werden. Der Umrichter wird in einer leistungsgeregelten Wärmepumpe ver-wendet. Das Kühlsystem soll, für moderate Zusatzkosten, die Wärmeleistung von bis zu 200 W abführen können. Im bisherigen Betrieb wird der Umrichter mittels eines Ventilators gekühlt. Dieser soll in Zukunft durch eine Fluidkühlung oder eine alterna-tive Methode ersetzt werden.

Ziel dieser Bachelorarbeit ist es ein funktionierendes Kühlkonzept für den verwendeten Frequenzumrichter zu entwerfen, entwickeln und zu testen. Im Rahmen dieser Arbeit kristallisierten sich zwei Konzepte heraus, welche entworfen und getestet wurden. Es handelt sich um die Konzepte „Heatpipe, Rohr in Rohr Wärmetauscher“ und „Bypass, Lamelle parallel zum Verdampfer“. Die Kühlfunktion der Variante Bypass funktionierte während des gesamten Testbetriebes einwandfrei. Die Variante Heatpipe funktionierte ebenfalls, jedoch schaltete sich während den Messungen der interne Ventilator des Fre-quenzumrichters ein. Durch Optimierung des Systems kann dies eventuell vermieden werden.

Studierende: Michael Hötzl, Daniel Stadelmann

Dozenten: Prof. PhD Stefan Bertsch, Prof. PhD Kurt Schenk

Industriepartner: vertraulich

Institut für Produktionsmesstechnik, Werkstoffe und Optik

In Prozess Messtechnik zum Polieren optischer Oberfl ächen

Wird eine optische Oberfläche aus Glaspoliert um die nötige Oberflächenqualitätzu erreichen, muss der Polierfortschritt laufend kontrolliert werden. In dieser Ar-beit geht es um ein Verfahren, welches es ermöglicht, den Polierfortschritt während dem laufenden Polierprozess zu überprü-fen. Somit muss das Polierobjekt nicht im-mer aus der Maschine entnommen werden um es auszumessen.

Das Messverfahren beruht auf einem La-serstrahl,welcheranderzupolierendenFlächevoninnenreflektiertwird.DerLaser-strahl durchleuchtet dasObjekt und reflektiert an der Innenseite der Fläche, welchegerade poliert wird. Natürlich funktioniert das Verfahren auch auf der Aussenseite des Objekts, dann kann jedoch nicht darauf poliert werden während dem Messen. Die Ein-zelheiten über die gemachten Versuche, die verschiedenen Messaufbauten und die re-alisierte Lösung sind im vorliegenden Bericht genauer beschrieben.

Studierende: Franco Weimer

Dozenten: Prof. Dr. Andreas Ettemeyer, Prof. Dr. Stefan Rinner

Industriepartner: FISBA Optik AG, St. Gallen

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Optimierung der Eigenschwingungen von Zugsicherungsträgern

Ungünstig liegende Eigenfrequenzen eines Bauteils können schwerwiegende Folgen für dessen sicheren Betrieb ha-ben. Bei einer Eigenfrequenz handelt es sich um die Frequenz, mit der ein Sys-tem nach einer einmaligen Anregung frei schwingt. Betreibt man ein Werkstück im Bereich einer Eigenfrequenz, kann dies eine Schädigung des Werkstückes zur Folge haben.

Ziel dieser Arbeit ist es, die Zuverlässigkeit des Zugsicherungsträgers eines Dop-pelstocktriebzuges durch Erhöhen der Eigenfrequenzen zu verbessern. Der Zugsiche-rungsträger ist eine Vorrichtung, an der verschiedene Antennen für die Zugsicherung befestigt sind, die einen sicheren Fahrbetrieb gewährleisten. Im Rahmen dieser Arbeit wurden verschiedene Konstruktionsentwürfe des Trägers mit Hilfe einer FE-Simulation auf ihre Eigenfrequenzen hin überprüft und wenn nötig verbessert. Zuvor wurde das FE-Model am existierenden Träger durch Messung mittels Modalanalyse am Träger ve-rifiziert.Dabeihatsichherausgestellt,dasszwischenSimulationundRealitätfürdiere-levantenEigenfrequenzeneineAbweichungvonca.3.4%vorhandenist.DasErgebnisder Arbeit ist eine Neukonstruktion eines Trägers, der gleich schwer ist, aber doppelt so hohe Eigenfrequenzen aufweist.

Studierende: Mario Fürer

Dozenten: Prof. Dr. Josef Althaus, Kristian Murkovic

Industriepartner: Stadler Altenrhein AG , Altenrhein

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SunCar-Sport: Erweiterung der Lenkung eines Elektroautos auf Steer-by-Wire

Das Ziel der Arbeit war, einen elek-trisch angetriebenen Lotus Evora mit elektrischer Lenkunterstützung auf Steer-by-Wire aufzurüsten. Das ermöglicht das Lenken der Vorder-räder ohne eine direkte mechani-sche Verbindung vom Lenkrad zum Vorderrad. In Zusammenarbeit mit Studenten der ETH Zürich wurde ein Gesamtsystem entwickelt, mit dem einerseits Fahrten im Steer-by-Wire Modus auf Teststrecken und anderseits das Fahren im öffentlichen Verkehr mit Strassenzulassung erlaubt ist.

Die grösste Herausforderung war, alle Teilkomponenten so auszulegen, dass sie ihre Aufgabe erfüllen und gleichzeitig Platz im sehr eng bemessenen Lotus haben. Das System konnte wegen grossen Lieferverzögerungen nur auf dem Prüfstand realisiert werden. Die Prüfstandergebnisse stimmten jedoch zuversichtlich, dass das im Lotus eingebaute Steer-by-Wire System auch funktioniert. Diese Entwicklung bildet die Basis für mögliche künftige Ausbaustufen, die einen grossen, innovativen Schritt hinsichtlich Sicherheit und Komfort in der Automobiltechnik darstellen.

Studierende: TobiasGrob,CornelPfister,RetoZeberli

Dozenten: Prof. Dr. Josef Althaus, Roger Strässle


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Entwicklung und Aufbau einer elektromechanischen Kalibrierpresse zur Verdoppelung der Ausbringleistung

In jeder Lenkung werden jeweils zwei Kar-dangelenke eingebaut. Das darin enthalte-ne Lenkungskreuz benötigt in der Fertigung mehrere Prozessschritte, unter anderem das Kalibrieren. Es dient der Verbesserung der Mass-, Form- und Lagegenauigkeit. Das Ziel dieser Arbeit liegt darin, eine Kalibrierpresse für diese Lenkungskreuze mit elektrisch an-getriebenen Servoachsen zu konzipieren, konstruieren und aufzubauen, wobei ein be-sonderes Augenmerk auf die Zugänglichkeit für das Bedienpersonal gelegt wurde.

Die Herausforderung besteht darin, die Anfor-derungen bezüglich hohen Presskräften von maximal 80kN zu realisieren. Damit und mit Hilfe eines robusten Rundschalttisches und eine sehr dynamischen Wendestation konnte die Ausbringleistung auf 60 Teilen pro Minute verdoppelt werden. Für die Auslegung der Antriebskomponenten wurden Berechnungs-vorlagen erstellt. Der Arbeitsplatz ist nach den derzeitigen Bestimmungen bezüglich der Sicherheitstechnik geplant und realisiert worden.

Studierende: Nedvija Kuljici

Dozenten: Prof. Dr. Josef Althaus, Prof. Roland Egli

Industriepartner: ThyssenKrupp Presta , Eschen

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Analyse und Optimierung der Lagerklemmung von Kippsegment-Gleitlagern bei Turbogetrieben

Die Kippsegment-Gleitlager wer-den in Getrieben eingesetzt, die mit sehr hohen Drehzahlen betrieben werden. Bei der Montage der Lager verformen sich diese minimal, was aufgrund der hohen Drehzahlen je-doch nur bis zu einem gewissen Mass zulässig ist. Bei einer zu gros-sen Lagerverformung muss die Boh-rung in der Montage nachgearbeitet werden, bis die Lagerverformung innerhalb des zulässigen Bereichs liegt. In der Arbeit wird die momen-tane Klemmung der Lager analysiert und dargelegt, weshalb die Lager-verformung zum Teil ausserhalb des zulässigen Bereichs liegt.

Danach wurde eine neue Variante für die Lagerklemmung untersucht, bei der keine Nachbearbeitung mehr nötig sein wird. Die unterschiedlichen Varianten wurden mit FEM-SimulationenuntersuchtundmiteinemMessaufbauverifiziert.Dabeiwurdefest-gestellt, dass einige vorgesehene Lösungswege in der Simulation gut funktionieren, in der Praxis jedoch nicht umsetzbar sind. Das Vorgehen wurde deshalb angepasst, damit dennoch eine Lösung für die neue Variante gefunden werden konnte. Bis zur Serienreife müssen noch vereinzelte Untersuchungen durchgeführt werden.

Studierende: Dominik Ehgartner, Ruedi Vetsch

Dozenten: Prof. Dr. Josef Althaus, Kristian Murkovic

Industriepartner: Voith Turbo BHS Getriebe GmbH , Sonthofen

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Entwicklung eines Seil- und Rettungsgerätes

Im Bergsport und beim Arbeiten in der Höhe müssen Menschen gesi-chert werden. Immer wieder pas-sieren Abstürze. Fällt das Opfer in das Seil, kann es wohl den Absturz überleben, jedoch besteht bei zu langer Rettungsdauer die Gefahr, dass Gliedmassen absterben oder sonstige Verletzungen lebensgefähr-lich werden können. Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Seil- und Rettungsgerätes, welches zur persönlichen Ausrüstung von Perso-nen, die an Seilen gesichert arbeiten, gehören soll. Der Retter kann dann damit das Opfer von seinen Seilen entlasten und danach abseilen.

Die grosse Herausforderung dieser Arbeit ist das Einhalten der verschiedenen Anforde-rungen wie Grösse, Einhandbetrieb, Bedienerfreundlichkeit und vielem mehr. Mit dem Prototyp wurde bewiesen, dass das Konzept funktioniert und darauf aufgebaut werden kann, um später ein Serienprodukt zu realisieren. Durch die Entwicklung eines bisher in dieser Art noch nicht existierenden Funktionsprinzips kann von einer innovativen Lösung gesprochen werden.

Studierende: Marc Gehrig, Adrian Schläpfer

Dozenten: Prof. Josef Graf, Prof. Günter Nagel

Industriepartner: Schweizer Bergführerverband (SBV) , Hundwil

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Universeller Greifer für Laborgeräte

Der Auftraggeber Hamilton Bonaduz AG ist im Bereich der Laborautomation tätig. Ein Aufgabenfeld in der Laborautomation liegt darin, häufig flüssige Proben ausProbengefässen automatisiert zu prozes-sieren, wozu eine definierte Umpositio-nierung solcher Gefässe erforderlich ist. Ziel dieser Bachelorarbeit ist es, einen Greifer zu entwickeln, welcher eine sol-che Umpositionierung für in ihren Abmes-sungen unterschiedliche Probengefässe ermöglicht. Eine weitere Voraussetzung an den Greifer liegt darin, dass seine Zugriffsrichtung auf das Probengefäss möglichst flexibel gewählt werden kann. Eswar gewünscht, bei dieser Entwicklung vor allemneuartige Greiferkonzepte zu prüfen. Im Ergebnis wurde das Konzept eines Greifers mit verformbaren Bügeln weiterverfolgt. Schwerpunkt dieser Arbeit lag in der Entwicklung einer Mechanik zur kontrollierten Verformung der Bügel. Die Entwicklung einer Steue-relektronik hierzu steht noch aus. Anhand von FEM-Simulationen konnte gezeigt wer-den, dass ein solcher Greifer realisierbar ist.

Studierende: Martina Cavegn

Dozenten: Prof. Günter Nagel, Prof. Josef Graf

Industriepartner: Hamilton Bonaduz AG , Bonaduz

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LED-Positionierung für ein Beleuchtungsobjektiv

WolfVision ist ein weltweit führender Ent-wickler und Produzent von innovativen SystemenzureffizientenWissensvermitt-lung. Visualizer sind spezielle optoelekt-ronische Geräte, mit deren Hilfe Gegen-stände auf derArbeitsfläche in perfekterQualität schnell und einfach aufgenom-men werden können. Aufgabe war es ei-nen Verstellmechanismus für die LED des Beleuchtungsobjektives mit zugehörigem Kühlkörper zu entwickeln.

Die entwickelte Baugruppe wurde im Vergleich zur derzeitigen Lösung hinsichtlich Tei-leanzahl, Montage und Justagezeiten optimiert konnte mit leichten Kostenvorteilen aus-geführt werden. Es wurde ein integrales Bauteil entwickelt, welches Kühlfunktion für LED und Justage in einer Einheit ermöglicht. Die Lösung wurde über Festkörpergelenke ausgeführt, damit ein spielfreies Justieren der Einheit ermöglicht wird. Die Festkörper-gelenke sind direkt in den Kühlkörper eingebracht und reduzieren damit die Teileanzahl im Vergleich zur derzeitigen Serienlösung erheblich.

Studierende: Thomas Schwendinger

Dozenten: Prof. Roland Egli, Prof. Dr. Josef Althaus

Industriepartner: WolfVision GmbH , Klaus

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Hydraulische Kupplung

Ortlinghaus baut unter anderem hydrau-lische Kupplungen für Anwendungen in der Landtechnik. Dabei kommt es oft vor, dass die Kupplungen nicht mittels Öl aus der zentralen Welle geschaltet wer-den können. Ist dies der Fall, müssen die Kupplungen von aussen über nicht rotierende Ölanschlüsse betätigt werden können. Bis jetzt wurde in den stehenden Teilen ein Kolben betätigt, welcher die nötige Axialkraft über Wälzlager auf die drehenden Reibelemente geleitet hat. Ein Problem bei diesem Aufbau ergibt sich, sobald grosse Drehmomente bzw. Axialkräfte zu übertragen sind.

Die einsetzbaren Wälzlager sind nicht zur Übertragung hoher Axialkräfte ge-dacht und so kam es zu führen Ausfällen. Diese Arbeit zeigt zwei Lösungsansätze auf, welche gegenüber der bekannten Lösung die Kraft nicht mehr bzw. nur noch reduziert über die Wälzlager leitet. Auf diese Weise wurden die Lager unkritisch. Allerdings erga-ben sich durch die Neukonstruktion andere kritische Elemente. So müssen für die Lö-sung mit Radialdichtungen Dichtringe gefunden werden, welche die nötige Lebensdauer erreichen. Beim zweiten Lösungsansatz mit der Kraftverstärkung sind noch Lebensdau-ertests offen.

Studierende: Stefan Bucher, Ralph Kuster

Dozenten: Prof. Roland Egli, Prof. Dr. Josef Althaus

Industriepartner: Ortlinghaus , Gams

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Steuerkartusche für Sanitärarmaturen

Das Ziel dieser Arbeit war die Ent-wicklung einer Steuerkartusche für Sanitärarmaturen, die in Kom-bination mit einer elektronischen Mischeinheit verwendet wird. Die-se ist sowohl Bedienung als auch Wasserführung. Sie gibt Befehle an die Mischeinheit weiter, welche wie gewünscht das Wasser mischt, das durchdieKartuschefliesst.

Die grössten Herausforderungen waren: Baukastenkonzipierung, Diebstahlschutz, Lichtverteilung, Benutzerfeedbacks, Befestigung und Dichtung. Durch die eine der bei-den Zulaufbohrungen wird ein Kabel zur Mischeinheit gezogen und durchs andere das Mischwasser direkt zum Auslass geleitet. Die Einheit ist so abgedichtet das Sie alle Aus-führungsvarianten berücksichtigt. Eine Sicherungsfeder verhindert den Diebstahl des Drehknopfes. Eine andere Feder gibt dem Benutzer während der Drehung ein rastern-des Feedback. Eine lichtführende Schraube befestigt die Kartusche, über welche auch ein optisches Feedback der eingestellten Temperatur gegeben wird. Mit dieser Arbeit ist eine neue, einfache und kostengünstige Möglichkeit zur Umrüstung von herkömmlichen auf elektronische Armaturen entstanden.

Studierende: Daniel Knupfer

Dozenten: Prof. Roland Egli, Prof. Dr. Jürgen Kirchhof

Industriepartner: OBLAMATIK , Chur

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Entwicklung eines Funktionsmusters für einen Unterstüt-zungsantrieb

Blech von Hand zu schneiden ist anstrengend und kann sogar zu ge-sundheitlichen Problemen führen. Die Sparte Handgeräte der Firma TRUMPF hat aus diesem Grund di-verse Elektrowerkzeuge entwickelt, welche diese Arbeit erleichtern. Be-stimmte Aufgaben erfordern jedoch immer noch den Einsatz von klas-sischen Blechscheren. Bei diesem Vorgehen spürt der Anwender den Widerstand des zu schneidenden Materials. Dies ermöglicht sehr ge-naues Arbeiten. Allerdings muss der Bediener dafür viel Kraft aufwenden. Benötigt wird also ein Gerät, welches einen Teil dieser Kraft aufbringt und weiterhin das Gefühl bei der Bedie-nung gewährleistet.

DasprimäreZielderArbeitwarherauszufinden,mitwelchenKomponenteneinsolcherUnterstützungsantrieb realisiert werden kann. Dazu wurde die Mechanik, Elektronik und Regelung des Systems aufgebaut und in Betrieb genommen. Das Ergebnis der Inbe-triebnahme und der Tests wird von den Autoren als vielversprechend bewertet. Das be-deutet, dass das System wie im Bericht beschrieben realisiert werden kann. Zusätzlich werdeneinigeFaktorenidentifiziert,welchebeiderWeiterentwicklungdesProduktszuberücksichtigen sind.

Studierende: Markus Marugg, Lukas Probst

Dozenten: Prof. Roland Egli, Prof. Günter Nagel

Industriepartner: Trumpf , Grüsch

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SunCar: Elektronik für das Batteriemanagement eines Elektro-Baggers

Im Rahmen des SunCar Projekts, das seit mehreren Jahren von der ETH Zürich und dem NTB durchgeführt wird, sind bereits etliche konventio-nelle Automobile mit einem elektri-schen Antrieb ausgerüstet worden. Dieses Jahr wollte man einen Schritt weiter gehen und einen 14 Tonnenschweren Raupenbagger zu einem Elektrofahrzeug umbauen. Diese rie-sige Aufgabe wurde von einem Team aus 18 Studenten angepackt.

Wir haben dabei im Team Elektronik und Regelungstechnik mitgearbeitet und uns gröss-tenteils auf die Software konzentriert. Dabei wurde grossen Wert auf Stabilität und Si-cherheit gelegt. Neben der Ausarbeitung des Softwarekonzepts und der Implementati-on der Software war das Testen ein wichtiger Bestandteil um diese Ziele zu erreichen. Neben der Software haben wir uns ebenfalls um die Beschaltung und den Einbau des Batteriemanagementsystems (BMS) gekümmert. Da das geplante BMS bis zum Rollout nicht zur Verfügung stand, wurde ein eigenes, vereinfachtes BMS entwickelt und getes-tet.

Studierende: Jürg Horisberger, Tobias Ziegler

Dozenten: Prof. Guido Piai, René Grabher


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Sekundärseitig geregelter Sperrwandler für LED-Anwendungen

In den letzten Jahren hat sich in der Beleuchtungsindustrie die LED als neue Lichtquel-ledurchgesetztundersetztimmerstärkerAnwendungsgebietevonLeuchtstofflampenund Glühlampen. Ziel dieser Bachelorarbeit ist, mit dem Industriepartner: TRIDONIC einen kostengünstigen Konverter für LED-Lampen zu entwickeln. Der Konverter muss ein SELV-Konverter sein, was bedeutet, dass die Primärseite (Netzseite) von der Se-kundärseite (Ausgangsseite) getrennt sein muss und die Ausgangsspannung 60V nicht überschreiten darf.

Die Besonderheit des Konverters liegt darin, dass sich im Gegensatz zum heutigen Tech-nologiestandarddieganzeIntelligenzaufderSekundärseitebefindetundderKonverteralseinstufigerFlyback-Konverterrealisiertwird.DieIntelligenzsollmiteinemFPGArea-lisiert werden, damit später daraus ein ASIC entwickelt werden kann. Der große Vorteil dieses Konzeptes ist, dass direkt auf den gewünschten Ausgangsstrom zugegriffen und dieser geregelt werden kann. Somit muss kein intelligenter und aufwendiger Austausch zwischen Primärseite und Sekundärseite erfolgen. Wie der Trend zeigt, wandert immer mehr Intelligenz auf die LED-Module und somit kann die Information mit diesem Konzept sehr leicht ausgewertet und weiterverwendet werden.

Studierende: Lukas Saccavini, Stefan Stark

Dozenten: Prof. Guido Piai, Prof. Laszlo Arato

Industriepartner: Tridonic GmbH & Co. KG, Dornbirn

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7kW induktives Ladesystem für Elektrofahrzeuge

Die BRUSA Elektronik AG entwi-ckelt und produziert hocheffizienteLeistungselektronik und Antriebe für Elektro- und Hybridfahrzeuge. Sie bieten Einzelkomponenten und hochspezialisierte Gesamtlösungen an. Zu ihren Kunden zählen unter anderem führende Automobilher-steller. Ein bestehendes Produkt bei BRUSA ist ein kompaktes, indukti-ves Ladesystem für Elektrofahrzeu-ge mit einer Leistung von 3.5 kW. Aufbauend auf dem bestehenden System wird in dieser Bachelorarbeit ein induktives Ladesystem mit der doppelten Leistung entwickelt und aufgebaut.

Das System besteht aus dem Sender, der auf dem Boden installiert wird, sowie dem Empfänger, der am Unterboden des Autos montiert wird. Die Energie wird mit einem magnetischen Wechselfeld über einen Luftspalt von 118 mm übertragen. Der Versatz zwischen Sender und Empfänger darf in Fahrtrichtung ±75 mm und in Querrichtung ±150 mm betragen. Das aufgebaute System hat einen maximalen Wirkungsgrad von 91.5%. Der in dieser anspruchsvollen Bachelorarbeit entwickelte Prototyp demonstriert dieMachbarkeitundlegtdenGrundsteinfüreineffizientes,innovativesEndprodukt.

Studierende: Falk Kyburz, Tobias Weder

Dozenten: Prof. Kurt Schenk, PhD, Prof. Dr. Maximilian Stöck

Industriepartner: Brusa , Sennwald

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Motoransteuerung für Flachbettcutter

Die Zünd Systemtechnik AG ent-wickelt und produziert Hochleis-tungs-Flachbettcutter. Für die Opti-mierung der Antriebsachsen wurde diese Bachelorarbeit als Grundla-genprojekt durchgeführt. Es soll-ten alternative Technologien für die Endstufen und die Strommessung untersucht werden. Um einen Ver-gleich zur bestehenden Hardware zu ermöglichen, wurde ein Print entwi-ckelt und realisiert. Damit konnten die neuen Lösungen evaluiert und unter anderem Wirkungsgrade gemessen werden. Für die Endstufen wurden die neue eGaN FET Tech-nologie verwendet als Ersatz für die bislang eingesetzten MOSFETs.

Für die Bestimmung der Phasenströme wurde zusätzlich zur bestehenden Messung mittels Shunt-Widerstand eine verlustfreie Variante mit einem Hall-Effekt Stromwandler realisiert. Die Messungen zeigen vor allem im Bereich von tieferen Lastströmen eine Steigerung des Wirkungsgrads um etwa 2 - 13 %, je nach eingestellter Last und Betrieb-szustand. Die in dieser Bachelorarbeit realisierte Hardware zeigt das Potential und die möglichen Probleme der untersuchten Technologien im Vergleich zum konventionellen Lösungsansatz. Die Erkenntnisse können als Grundlage für zukünftige Produkte ver-wendet werden.

Studierende: Andreas Buschor

Dozenten: Prof. Kurt Schenk, PhD, Prof. Günter Nagel

Industriepartner: Zünd Systemtechnik AG, Altstätten

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Physics Game II: Wavemechanics

Wavemechanics ist ein Spiel, das als Physikapplikation auf mobilen, androidfähigen Geräten läuft. Im Zentrum des Spiels steht eine Simulation einer Wasserwanne, in welcher in Echtzeit Wellen interaktiv angeregt und überlagert werden können. So werden auf spielerische Weise Wellenphänomene wie Wellenausbreitung, In-terferenz und Beugung vermittelt. Die Applikation ver-eint Physikunterricht, Spiel und Spass. Das Spiel soll kreativ und innovativ sein. Daher wurde zusätzlich eine ansprechende Rahmenhandlung für das Spiel ausge-dacht und mit der JMonkeyEngine realisiert.

Der Anwender kann seine Denkweise und Geschick-lichkeit nach interaktivem Ansatz unter Beweis stellen. Die Kernergebnisse dieser Arbeit sind: • Eine Imple-mentierungderWellengleichungals flüssigeundsta-bile Darstellung von Wellen und deren Phänomene für Android in Java in Echtzeit • Die Einbindung einer in-novativen noch jungen 3D-Engine in das Spiel Die entwickelte Softwarearchitektur und Applikation bieten eine gute Grundlage für Weiterentwicklungen in den Bereichen der Simulation von elektromagnetischen Wellen oder im Bereich der Klangsynthese.

Studierende: Alexander Smelt, Fabio Trimarchi

Dozenten: Prof. Dr. Christoph Würsch, Prof. Dr. Michael Schreiner


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Automatisierung eines Metalllagers

Die Aufgabe der Bache-lorarbeit bestand dar-in, für die Firma Sepp Oberholzer AG ein Re-trofit für ihr Metalllagerdurchzuführen. Dazu gehörte es, ein Hard-ware-, ein Sicherheits-, ein Software- und ein Visualisierungskonzept zu erstellen und umzu-setzen. Für das Hard-warekonzept mussten die passenden Komponenten evaluiert und ein Elektroschema der Anlage erstellt wer-den. Die Sicherheit der Anlage war zugleich einer der grössten, wie auch der wichtigs-ten Punkte beim Umbau der Anlage, da die Personensicherheit bisher nur ungenügend gewährleistet war.

Dank eines durchdachten Sicherheitskonzepts konnte das Metalllager realisiert werden, ohne Einbussen bei der Bedienfreundlichkeit oder der Performance in Kauf nehmen zu müssen. Für die Umsetzung des Softwarekonzeptes wurde eine SPS eingesetzt, die mit der Hochsprache ST programmiert wurde. Über ein Touchpanel konnte die An-lagenbedienung sowie die Lagerverwaltung übersichtlich dargestellt werden. Bei der Inbetriebnahme zeigte sich, dass die erstellten Konzepte alle Anforderungen erfüllten. Das modernisierte Metalllager konnte der Firma in einwandfreiem Zustand terminge-recht übergeben werden.

Studierende: Marcel Bischof, Marius Meyer

Dozenten: Prof. Günter Nagel, Prof. Vincenzo Parisi

Industriepartner: Sepp Oberholzer AG, Hauptwil

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COMSOL Modell eines Invertierten Magnetrons

Ein invertiertes Magnetron ist eine Druckmesszelle, welche im Ul-trahochvakuum (UHV) eingesetzt wird. Bei einem Druck von ca. 10^-7 Pa tritt ein Knick in der Druck-Strom Kennlinie auf, welcher bis heute nicht genau erklärt werden kann. Diese Arbeit befasst sich mit der Modellierung des Plasmas und der Untersuchung dieses Knicks. Ein ausführliches Literaturreview wurde durchgeführt und zeigte, dass die Ursachen sehr wahrscheinlich bei auftretenden Turbulenzen im Plasma liegen, deren Entstehung stark von der Symmetrie des Magnetrons abhängt.

Mit Hilfe von Modellen aus Literatur, Messungen und mit diversen Methoden der nu-merischen wie der analytischen Mathematik wurde versucht, diesen Vorgängen auf die Spur zu kommen. Das numerische Zwei-Fluid-Plasmamodell lieferte für den Hochdruck-bereich angemessene Resultate, jedoch versagt es im UHV-Bereich. Durch einen Iso-morphismus zu den Euler-Gleichungen konnte eine erste Turbulenz-Modellierung als Grundgerüst gemacht werden. Mit weitergehenden Messungen an einer Messzelle und einem validierten MHDModell wird es möglich sein, das Magnetron in diesem Druckbe-reich gezielt zu optimieren.

Studierende: Nils Gantner, Andreas Michel

Dozenten: Prof. Dr. Christoph Würsch, Prof. Dr. Michael Schreiner

Industriepartner: INFICON , Balzers

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Automatische Testeinrichtung für Verkehrs-Warnleuchten

Das Ziel dieser interdisziplinären Bachelor-arbeit war es, ein Messsystem für die Cha-rakterisierung und Fertigungskontrolle von Verkehrsleuchten von Grund auf zu entwi-ckeln und anschliessend ein Gerät zu bau-en. Damit sollen die neuen, LED-basierten Verkehrs-Warnleuchten auf ihre Lichtfarbe und die Verteilung der Lichtstärke im Raum gemessen und auf die Erfüllung der Nor-men überprüft werden. Durch das schnelle Ausmessen von neuen Linsen und Lichter-zeugern mit diesem Messgerät verspricht sich der Industriepartner: Triopan AG seine Innovationskraft zu erhöhen.

In einem vollautomatischen Messvorgang können die Farbe und die Lichtstärke im Raum punktuell gemessen werden. Der Schwenkarm mit dem selbst entwickelten Sensorprint kann sich um 90° in der verti-kalen, derDrehtischmit der aufliegendenLeuchte um 180° in der horizontalen Ebe-ne bewegen. Somit kann für symmetrische Leuchten der ganze 3D-Raum erfasst wer-den. Die elektronischen Komponenten werden für die Motoransteuerung, die Daten-verarbeitung und das Messen durch die entwickelte Software gesteuert. Die Messwerte werdenübereineprogrammiertegraphischeBenutzeroberflächeausgegeben.

Studierende: Ramon Germann, Dejan Nedeljkovic

Dozenten: Prof. Laszlo Arato, Prof. Vincenzo Parisi

Industriepartner: Variosystems / Triopan , Rorschach

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Blumen und Wandern

Diese Arbeit befasst sich mit Smartpho-ne App-Entwicklung und Datenaustausch über verteilte Systeme. Ziel der App ist es,Pflanzen identifizierenzukönnen.Da-beiwirdeinFotoderPflanzegemachtunddieGPSKoordinaten ermittelt. Die Pflan-zekannmanuell identifiziertundaufeinerzentralen Datenbank abgelegt werden. Zur Entwicklung der Smartphone-App dienen plattformübergreifende Frameworks auf HTML5-Basis. Dies ermöglicht es, die App nur einmal zu entwickeln und auf verschie-denen Plattformen zu veröffentlichen.

Der Webservice ist in PHP geschrieben. Dabei kommt das REST Programmierpa-radigma zum Einsatz. Als Datenbank dient ein MySQL-Server. Die Verwendung des RESTful Webservices passt perfekt zur App. Durch das zustandslose Design ge-staltete sich die Implementierung der Kom-munikation als problemlos und einfach. Die Idee der plattformübergreifenden Entwicklung ist prinzipiell sehr gut. Leider gestalteten sich vor allem im Bereich Performance noch kleinere Probleme und die Entwicklung verlief komplizierter als erwartet.

Studierende: Pascal Guignard, Patrick Mazenauer

Dozenten: Prof. Dr. Norbert Frei, Prof. Rolf Grun

Industriepartner: Arnal , Herisau

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Verstärker für hohe Spannungen

Der Industriepartner: OMICRON elec-tronics stellt Testgeräte für die Prüfung von Schutz- und Messeinrichtungen in elektrischen Energiesystemen her. Um diese Messeinrichtungen zu überprüfen, wird eine präzise Referenzspannung benötigt. In einem bestehenden Prüf-gerät setzt OMICRON electronics einen Präzisions-Spannungsverstärker ein, der für eine Ausgangsspannung von 300 V ausgelegt ist. Ziel dieser Bachelorarbeit ist es, einen Spannungsverstärker zu entwickeln, der eine Ausgangsspannung von 600 V mit einer Bandbreite von 0 Hz bis 10 kHz liefert. Der THD der Ausgangsspannung soll dabei kleiner als 0.05 % sein. Die grosse Herausforderung dieser Arbeit bestand darin, den Regler des Verstärkers so auszulegen, dass sich der Verstärker für alle passiven Lasten stabil verhält. Messungen am Versuchsaufbau zeigten, dass die gegebenen An-forderungenerfülltwerden.BeieinerAusgangsspannungvon400VundeinerFrequenzvon 55 Hz, wurde ein THD von 0.03 % gemessen. Die Regelbandbreite im Leerlauf be-trug 192 kHz. Aufbauend auf den Erkenntnissen, die in dieser Arbeit gewonnen werden konnten, ist es möglich die Schaltung zu optimieren und zur Serienreife zu führen.

Studierende: Alexander Drexel

Dozenten: Prof. Kurt Schenk, PhD, Prof. Laszlo Arato

Industriepartner: Omicron electronics GmbH, Klaus

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Teslaspule mit Leistungsendstufe

Technisch – Elektrisierend – Spektaku-lär – Leistungsstark – Atemberaubend Für die Prüfung von Hochspannungska-beln zur Verteilung elektrischer Energie werden immer leistungsstärkere Geräte gefordert. Für den Aufbau dieser Ge-räte sind Endstufen notwendig, deren Funktion im Resonanzbetrieb mit einer Teslaspule getestet werden kann. Das Ziel dieser Arbeit ist es, eine Teslaspule mit einer fünf Kilowatt Leistungsend-stufe zu realisieren. Eine Teslaspule ist ein Transformator zur Erzeugung hochfrequenter Wechselströme mit sehr hoher Spannung. Sein Funktionsprinzip basiert auf der Resonanz magnetisch lose gekoppel-ter elektrischer Schwingkreise.

Mit einer Teslaspule lassen sich spektakuläre blitzförmige Koronaentladungen erzeu-gen. Verschiedene Umsetzungsvarianten wurden entworfen und mit Simulations- und Berechnungstools ausgewertet. Die Variante mit der grössten Sekundärspannung bei der kleinsten Eingangsleistung wurde konzipiert, realisiert und in Betrieb genommen. Spektakuläre Blitze wurden erzeugt.

Studierende: Jennifer Buschor, Dominik Mattle

Dozenten: Prof. Kurt Schenk, PhD, Prof. Adrian Weitnauer

Industriepartner: b2 electronic GmbH, Klaus

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Test Bench für Laser Module

Mit stetig steigenden Kundenanforde-rungen an Laserentfernungsmesser er-höhen sich auch die Ansprüche an den erforderlichen Lasermodulen und deren Testvorrichtungen. Daraus entstand bei Vectronix das Bedürfnis eine vor Jahren eingekaufte Test Bench zu überarbeiten. In dieser Arbeit wurde die bestehende Testvorrichtung hinsichtlich der Perfor-manz,Stabilität,Kompatibilität,Konfigu-rierbarkeit, Bedienbarkeit und Wartbar-keit verbessert.

Da die Schwachstellen der bestehenden Lösung hauptsächlich in der Computer Appli-kation und der Art der Laseransteuerung lagen, wurde eine neue Computer Applikation in C# .NET nach den bei Vectronix geltenden Standards erstellt. Dadurch wurden zum Beispieleinevöllig individuelleTestkonfigurationundeinezentralekonsistenteDaten-ablage ermöglicht. Weiter wurde eine komplett überarbeitete Ansteuerungselektronik für die Lasermodule realisiert, welche hinsichtlich der Versorgungsstabilität und Signalinte-grität optimiert wurde.

Erste Tests der neuen Lösung haben gezeigt, dass die angestrebten Verbesserungen in hohem Masse erreicht wurden. So konnte zum Beispiel die Bindung an eine bestimmte Computer-Hardware komplett entfernt, die Lasermodul Ansteuerung enorm stabilisiert und die Datenablage erheblich performanter realisiert werden.

Studierende: Marcel Kaufmann, Mirco Looser

Dozenten: Prof. Dr. Andreas Zogg, Prof. René Pawlitzek

Industriepartner: Vectronix AG, Heerbrugg

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Die Roboterfi gur Decoy erkennt Menschen und reagiert auf sie

Decoy ist ein Kunstprojekt von den internatio-nal bekannten Künstlern Aparna Rao und Søren Pors aus Bangalore (Indien). Der Zweck dieser comichaften Figur ist es, die Aufmerksamkeit der Personen in seiner Umgebung auf sich zu ziehen. Er ist wie ein kleiner Hund, der beim Heimkommen auf Sie wartet und Sie freudig empfängt. Durch seitliches Schaukeln, energisches Winken mit den Armen und Drehen des Oberkörpers kann er mit den anwesenden Personen interagieren.

Unsere Aufgabe war es, Decoy Leben einzu-hauchen. Das heisst ihm Augen, Muskeln und ein Gehirn zu geben. Dies wird mittels eines La-serscanners, 5 Motoren und einem Kleincomputer mit dazugehöriger Software realisiert. Neben der Komponentenwahl war die Hauptarbeit die Imple-mentierung der Software. Diese beruht auf dem von der NTB entwickelten EEROS Robotic Framework. Decoy’s Mechanik wurde von angehenden Konstrukteuren des bzb Buchs gezeichnet und gefertigt, an der NTB opti-miert und zum Leben erweckt.

Studierende: Fabian Mangott, David Mehr

Dozenten: Prof. Vincenzo Parisi, Prof. Einar Nielsen

Industriepartner: swissnex india

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SunCar-Bagger: Sicherheit von Hochstromrelais

In Elektro- und Hybridfahrzeugen werden Hochvolt-Batterien eingesetzt, die mit zwei Relais vom Stromkreis getrennt werden kön-nen. Die hohen Gleichspannungen erlauben derzeit wegen der Funkenbildung nur ein lastfreies Schalten. Unter Last können diese Relais nur wenige Zyklen schalten. Die ver-wendete Sicherung trennt bei Überstrom erst nach mehreren Sekunden und auch beim Kurzschluss erst nach ein bis zwei Sekun-den. Die Abschaltung der Hochvolt-Batterie soll mit wesentlich höherer Zuverlässigkeit und Sicherheit erfolgen.

Das vorgeschlagene Konzept schaltet beide Pole auch unter Last zuverlässig ab. Bei einem Unfall wird der Batteriekreis mit einer pyrotechnischen Lösung vom Hochvoltkreis getrennt. In allen Fällen wird die Funkenbil-dung beherrscht. Alle Komponenten sind zusammen mit einem Precharge-Relais in ei-nem einzigen Bauteil integriert. Das Konzept wurde erfolgreich vorgetestet. Das Prinzip wurde zum Patent angemeldet. Mit einem namhaften Automobilhersteller wird über eine Umsetzung für Elektrofahrzeuge verhandelt.

Studierende: Sebastian Spirig, Marcel Straub

Dozenten: Prof. Dr. Maximilian Stöck, Prof. Adrian Weitnauer

Industriepartner: KSS , Raunheim

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510 Institut für Mikro- und Nanotechnologie

Hochkonzentration-Photovoltaik-Thermischer-Empfänger (HCPVT)

In einem Projekt der IBM namens «High Concentration PhotoVoltaic Thermal Sys-tem» wird ein Energiesystem entwickelt, welches mit konzentriertem Sonnenlicht Energie erzeugt. Das Licht wird über ei-nen grossen Spiegel auf PV-Zellen kon-zentriert. Die 1 cm2 grossen PV-Zellen sindineinem5mal5ArrayangeordnetundbefindensichaufeinemwassergekühltenChip. Es soll sowohl die elektrische Energie der PV-Zellen, als auch die thermische Energie der Kühlung genutzt werden.

Diese Bachelorarbeit befasst sich mit der Optimierung der PV-Zellen-Anordnung. Es wurden Varianten für die Minimierung der photovoltaisch nicht genutzten Fläche erar-beitet und ihre Machbarkeit geprüft. Diese wurden durch einen morphologischen Kasten und eine Nutzwertanalyse bestimmt. Die erste Variante ist ein treppenförmiger Aufbau der PV-Zellen, die zweite nutzt spiegelnde Flächen in den Zwischenräumen der PV-Zel-le, um die auftreffende Strahlung auf die aktive Fläche zurückzuwerfen. Von beiden Va-rianten konnte erfolgreich ein Funktionsmuster erstellt werden. Beide Funktionsmuster zeigen grosses Potenzial und könnten als Prototypen realisiert werden.

Studierende: Patrick Loretz, Seraphin Vetter

Dozenten: Prof. Dr. Rudolf Buser, Prof. Dr. André Bernard

Industriepartner: IBM Reseach GmbH, Rüschlikon

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Erneuerung der Steuerung und Visualisierung des Lehrkraftwerks Churwalden

Das Lehr- und Demonstrationskraft-werk in Churwalden verfügt über eine veraltete Steuerung, für welche kaum Ersatzteile vorhanden sind. Daher entschied sich der betreiben-de Verein für eine komplette Erneu-erung der Steuerung und Visualisie-rung. Das Ziel der Bachelorarbeit war es, dieses Projekt zu leiten und mitzuarbeiten. Daraus soll eine mo-derne Steuerung mit einer anspre-chendenOberflächeentstehen.ImRahmendesFachmodulswurdederaktuelleStandder Anlage analysiert.

MitdemVorstanddesSVLDwurdeeinPflichtenheftausgearbeitet.ZuBeginnderBa-chelorarbeit wurde nach geeigneten Produkten auf dem Markt gesucht. Sowohl Treffen mit Unternehmen als auch das Einholen von Offerten ermöglichten eine gute Evaluation. Umgesetzt wurde das Projekt in Zusammenarbeit mit der Firma Rittmeyer aus Baar (ZG). In Churwalden wird eine RIFLEX M1 Steuerung zum Einsatz kommen. Die Visua-lisierung wurde mit einem JavaScript basierten Programm erstellt. Der Zugriff über ein Webinterface ermöglicht die bisher nicht vorhandene Fernwartung. Das Lehrkraftwerk profitiertzudemvoneinersauberenDokumentationderAnlage.

Studierende: Christian Hartmann, Dario Okolic

Dozenten: Toni Venzin, Stefan Kammermann

Industriepartner: Verein Lehrkraftwerk Churwalden

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Hochaufgelöste Echtzeitwetterdaten

In dieser Arbeit wurde ein Software-paket entwickelt, das aus Messda-ten von unterschiedlichen Wetter-messnetzen eine hochaufgelöste Wetterkarte generiert. Die Software ermöglicht es, über eine spezielle Datenbank (data-warehouse) sehr einfach unterschiedliche Datenquel-len (z.B. professionelle und private Messstationen) zu verwenden. An Orten ohne Wetterstation werden die Wetterparameter mittels eines geostatistischen Verfahrens - dem Regression-Kriging - interpoliert und so geschätzt.

Dieses Verfahren erlaubt zum einen deterministische Trends in den Daten (Abhängigkeit von der Meereshöhe, Hangausrichtung, etc.) und zum anderen räumliche Abhängigkei-ten zwischen den Messstationen zu modellieren. Die Ergebnisse werden in einem inter-aktiven, web-basierten Visualisierungs-Tool dargestellt. Als Zusatzinformationen werden ModellgütekriteriensowieKonfidenzintervallefürdiegeschätztenWetterparameteran-gezeigt. Es wird so ein professionelles Werkzeug zur aktuellen Wetterbeurteilung zur Verfügung gestellt.

Studierende: Severin Birrer

Dozenten: Dr. Klaus Frick, Prof. René Pawlitzek


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Hochaufgelöste Echtzeitwetterdaten

In dieser Arbeit wurde ein Software-paket entwickelt, das aus Messda-ten von unterschiedlichen Wetter-messnetzen eine hochaufgelöste Wetterkarte generiert. Die Software ermöglicht es, über eine spezielle Datenbank (data-warehouse) sehr einfach unterschiedliche Datenquel-len (z.B. professionelle und private Messstationen) zu verwenden. An Orten ohne Wetterstation werden die Wetterparameter mittels eines geostatistischen Verfahrens - dem Regression-Kriging - interpoliert und so geschätzt.

Dieses Verfahren erlaubt zum einen deterministische Trends in den Daten (Abhängigkeit von der Meereshöhe, Hangausrichtung, etc.) und zum anderen räumliche Abhängigkei-ten zwischen den Messstationen zu modellieren. Die Ergebnisse werden in einem inter-aktiven, web-basierten Visualisierungs-Tool dargestellt. Als Zusatzinformationen werden ModellgütekriteriensowieKonfidenzintervallefürdiegeschätztenWetterparameteran-gezeigt. Es wird so ein professionelles Werkzeug zur aktuellen Wetterbeurteilung zur Verfügung gestellt.

Studierende: Severin Birrer

Dozenten: Dr. Klaus Frick, Prof. René Pawlitzek



Entwicklung eines Motion-Controllers für EC-Motoren

Die InstaSPIN-Technologie von Texas In-struments dient zur Ansteuerung elektro-nisch kommutierter (EC-) Motoren. EC-Mo-toren sind wesentlich wartungsarmer als herkömmliche Gleichstrommotoren, doch erfordern sie zur Ansteuerung die Rotorpo-sition. Die Standardlösung bei EC-Motoren ist, dass über Hallsensoren die Rotorpositi-on erfasst wird. Um diese Sensoren zu ver-meiden, misst der Beobachter von InstaS-PIN die rotativ induzierte Spannung und berechnet daraus die Rotorposition. Um die Leistungsfähigkeit der InstaSPIN-Tech-nolgie zu demonstrieren, wurde ein Ei-nachsenroboter realisiert. Das dynamische Modell des Roboters entspricht dem eines inversen Pendels. Die zentrale System-steuerung wurde durch ein BeagleBone Black realisiert. Dieses ist mit den zwei In-staSPIN-Motorsteuerungen verbunden.

Das BeagleBone Black liest ausserdem die Daten eines Sensors für 6 Freiheitsgrade ein und errechnet daraus die momentane Lage des Roboters. Eine Zustandsregelung stabilisiert den Roboter. Die Funktionstüchtigkeit wurde sowohl per Simulation als auch Messung belegt.

Studierende: Daniel Alznauer, Lars Scherrer

Dozenten: Prof. Dr. Jürgen Kirchhof, Prof. Laszlo Arato

Industriepartner: Variosystems AG, Steinach

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Software-Leitstand für die effi ziente Produktionssteuerung

Eine softwaregestützte Fertigungs-überwachung spart Zeit und Geld. Mühevolles Zusammentragen von Produktionsdaten, Stundenrück-meldungen und Messwerten kann einen Mitarbeiter tagelang beschäf-tigen.DieTechnologiefirmaBRUSAAG war auf der Suche nach einer passenden Arbeitserleichterung. Im Projekt „Software-Leitstand“ ging es darum, ein kundenangepasstes Überwachungssystem aufzubauen. Ziel war es, ein kostengünstiges System zu entwickeln, welches fol-gende Aufgaben erfüllt: � Daten aus einer heterogenen Produktionsumgebung abfragen, sammeln und ziel-

gerichtet aufbereiten.

� Aufträge und berechnete Kennwerte, wie Qualitätsrate und Effektivität, pro Ferti-gungsanlage auf einer Webplattform darstellen.

� Ursachen für Produktivitätseinbussen über die einzelnen Produktionsschritte bis hin zu den Messwerten der eingesetzten Werkzeuge nachvollziehbar darstellen.

� Auswertungen einzelner Mess- und Fertigungsmittel kontrollieren und in diverse Formate exportieren können.

Dieses System wurde erfolgreich in der Sprache C# mit den Technologien ASP.NET, SQL Server Reporting Services (SSRS) und einer Oracle Datenbank umgesetzt.

Studierende: Patrik Flajs, Peter Freydl

Dozenten: Prof. Rolf Grun, Prof. Dr. Carlo Bach

Industriepartner: Brusa AG, Sennwald

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Software-Leitstand für die effi ziente Produktionssteuerung

Eine softwaregestützte Fertigungs-überwachung spart Zeit und Geld. Mühevolles Zusammentragen von Produktionsdaten, Stundenrück-meldungen und Messwerten kann einen Mitarbeiter tagelang beschäf-tigen.DieTechnologiefirmaBRUSAAG war auf der Suche nach einer passenden Arbeitserleichterung. Im Projekt „Software-Leitstand“ ging es darum, ein kundenangepasstes Überwachungssystem aufzubauen. Ziel war es, ein kostengünstiges System zu entwickeln, welches fol-gende Aufgaben erfüllt: � Daten aus einer heterogenen Produktionsumgebung abfragen, sammeln und ziel-

gerichtet aufbereiten.

� Aufträge und berechnete Kennwerte, wie Qualitätsrate und Effektivität, pro Ferti-gungsanlage auf einer Webplattform darstellen.

� Ursachen für Produktivitätseinbussen über die einzelnen Produktionsschritte bis hin zu den Messwerten der eingesetzten Werkzeuge nachvollziehbar darstellen.

� Auswertungen einzelner Mess- und Fertigungsmittel kontrollieren und in diverse Formate exportieren können.

Dieses System wurde erfolgreich in der Sprache C# mit den Technologien ASP.NET, SQL Server Reporting Services (SSRS) und einer Oracle Datenbank umgesetzt.

Studierende: Patrik Flajs, Peter Freydl

Dozenten: Prof. Rolf Grun, Prof. Dr. Carlo Bach

Industriepartner: Brusa AG, Sennwald


SunCar-Bagger: Intuitive bedienbare Steuerung eines E-Bag-gers

Die Bedienung eines Baggers ist schwierig und benötigt eine längere Einarbeitungszeit. Durch die vielen Freiheitsgrade und Zusatzfunktionen moderner Arbeitsgeräte werden die Baumaschinenführer sehr gefordert. Unter Zeitdruck sind vermehrt Fehl-manipulationen festzustellen, was nicht nur die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer der Maschine beein-trächtigt, sondern auch ein Sicher-heitsproblem darstellt. Darum soll das Potential einer intuitiv erlernba-ren Steuerung für Arbeitsmaschi-nen-Ausleger untersucht werden.

Als Alternative zum bestehenden Joystick wird ein neuer Manipulator untersucht, mit dem ein Bagger intuitiv gesteuert werden kann. Eine Regelung vermittelt dem Bedie-ner ein Gefühl für die Last an der Baggerschaufel. Dazu wurde ein Prototyp entwickelt, aufgebaut und erfolgreich getestet. Die intuitive Steuerung vereinfacht einerseits die Be-dienung des Auslegers und verbessert andererseits die Arbeitssicherheit. Das Ergebnis wird zum Patent angemeldet und soll zu einem neuen Produkt weiter entwickelt werden.

Studierende: Frederic Jörg, Nicolaus Salzgeber

Dozenten: Prof. Dr. Maximilian Stöck, Prof. Günter Nagel


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Bluetooth Interface und Android-App für Spirometer

Ein bestehendes Lungen-Kapazitätsmess-gerät der Firma ndd soll über die neue Bluetooth Low Energy Technologie mit einem Android Smartphone oder Tablet kommunizieren. Dieses Gerät ist unter dem Fachbegriff Spirometer bekannt. Es wurde mit einem kleinen, ansteckbaren Adapter ausgerüstet, welcher den Datenaustausch ermöglicht. Die Messwerte können auf der selbst entwickelten Android Demo App an-gezeigt werden.

Zur Funkübertragung wird ein Bluetooth Low Energy Modul eingesetzt, welches über einen Mikrokontroller angesteuert wird. Dieser kontrolliert auch die Kommunikation zum Spirometer. Die ermittelte Übertra-gungsgeschwindigkeit beträgt 1.1 kBytes/s, was für die geforderte Anwendung genügt. Um das batteriebetriebene Spirometer möglichst nicht zu belasten, ist Energieenzienz beim Kommunikations- und Funkmodul sehr wichtig. Durch den Einsatz von modernen, energiesparenden Komponenten konnte die Stromaufnahme bei aktiver Kommunikati-on auf ca. 3mA begrenzt werden. Mit dem entwickelten Adapter und Android App wird gezeigt, dass auch ein bestehendes Spirometer einfach mit der neuen Bluetooth Low Energy Technologie ausgerüstet werden kann.

Studierende: Marco Frei, Raphael Lauber

Dozenten: Prof. Rolf Grun, Prof. Laszlo Arato

Industriepartner: ndd Medizintechnik AG , Zürich

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Bluetooth Interface und Android-App für Spirometer

Ein bestehendes Lungen-Kapazitätsmess-gerät der Firma ndd soll über die neue Bluetooth Low Energy Technologie mit einem Android Smartphone oder Tablet kommunizieren. Dieses Gerät ist unter dem Fachbegriff Spirometer bekannt. Es wurde mit einem kleinen, ansteckbaren Adapter ausgerüstet, welcher den Datenaustausch ermöglicht. Die Messwerte können auf der selbst entwickelten Android Demo App an-gezeigt werden.

Zur Funkübertragung wird ein Bluetooth Low Energy Modul eingesetzt, welches über einen Mikrokontroller angesteuert wird. Dieser kontrolliert auch die Kommunikation zum Spirometer. Die ermittelte Übertra-gungsgeschwindigkeit beträgt 1.1 kBytes/s, was für die geforderte Anwendung genügt. Um das batteriebetriebene Spirometer möglichst nicht zu belasten, ist Energieenzienz beim Kommunikations- und Funkmodul sehr wichtig. Durch den Einsatz von modernen, energiesparenden Komponenten konnte die Stromaufnahme bei aktiver Kommunikati-on auf ca. 3mA begrenzt werden. Mit dem entwickelten Adapter und Android App wird gezeigt, dass auch ein bestehendes Spirometer einfach mit der neuen Bluetooth Low Energy Technologie ausgerüstet werden kann.

Studierende: Marco Frei, Raphael Lauber

Dozenten: Prof. Rolf Grun, Prof. Laszlo Arato

Industriepartner: ndd Medizintechnik AG , Zürich


Untersuchung von Position und Gestalt von Vortexgenerato-ren für Flugzeugfl ügel mit Hilfe von Strömungssimulationen

Das Ziel dieser Bachelorarbeit ist die Untersuchung der Auswirkun-gen von Vortexgeneratoren auf die Eigenschaften von Flugzeugflügelnmit Hilfe von Strömungssimulatio-nen. Vortexgeneratoren sind kleine einfache geometrische Erweiterun-gen,welcheaufdieOberflächevonFlugzeugflügelnangebrachtwerden,um die Flugeigenschaften bei ho-hen Anstellwinkeln des Flügels zu verbessern. Insbesondere soll bei diesen Anstellwinkeln der Auftriebs-beiwert verbessert werden.

IndieserArbeitwirdderEinflusseinesVortexgeneratorsaufeinenumströmtenFlug-zeugflügelgenauerbetrachtetundanalysiert.DesWeiterenwirdanhandvonSimulatio-nenaneinerflachenPlattedasTransitionsmodellvonANSYSuntersucht.Simulationenan einem durchströmten Rohr sollen zum weiteren Verständnis von Strömungen beitra-gen. Die von ANSYS bereitgestellten Wandfunktionen werden hierbei auch untersucht. Vor den Untersuchungen am 3D-Flügelabschnitt mit einem Vortexgenerator werden mit Hilfeeines2D-ProfilsdiewichtigstenCharakteristikaeinesFlügelsuntersucht.Dabeiwerden noch weitere wichtige Erkenntnisse zum Transitiosnmodell und bezüglich des Transitionspunktes beigefügt.

Studierende: Kyle Elford, Michael Schuler

Dozenten: Prof. Dr. Michael Schreiner, Prof. Dr. Christoph Würsch


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Design von künstlichen Zähnen

Die Firma Ivoclar Vivadent AG ist ei-ner der weltweit führenden Herstel-ler im Bereich Dentalprothesen, mit ihrem Hauptsitz in Schaan, Liech-tenstein. Im Rahmen der ständigen Weiterentwicklung der Produkte, werden Belastungstests an Zahn-prothesen durchgeführt und auf diese Weise Produktionsparameter angepasst. Ziel dieser Arbeit ist es, diese Belastungstests mittels FE-Si-mulation zu reproduzieren und somit eine virtuelle Produktenwicklung zu ermöglichen. Konkret soll ein sogenannter Chipping-Test für SR-Phonares II, eine geschichtete Den-talprothese aus nano-hybrid Polymerkompositen, nachgebildet werden.

Zu diesem Zweck wurden Zug- und Druckexperimente durchgeführt, daraus elasto-plas-tische Materialgesetze abgeleitet und anhand genormter Dentalprüfkörper verifiziert.Zudem wurden im Rahmen der Arbeit Spannungskriterien entwickelt, die das Versa-gen des Materials prognostizieren können. In dieser Arbeit hat sich gezeigt, dass der Chipping-Test mit den abgeleiteten Modellen nachgebildet werden kann. Auch sind die entwickelten Versagenskriterien sehr gut in der Lage, das Abplatzen des Zahnes zu beschreiben.

Studierende: Grigorios Liakopoulos

Dozenten: Dr. Klaus Frick, Prof. Dr. Nikolaus Herres

Industriepartner: Ivoclar Vivadent AG , Schaan

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Design von künstlichen Zähnen

Die Firma Ivoclar Vivadent AG ist ei-ner der weltweit führenden Herstel-ler im Bereich Dentalprothesen, mit ihrem Hauptsitz in Schaan, Liech-tenstein. Im Rahmen der ständigen Weiterentwicklung der Produkte, werden Belastungstests an Zahn-prothesen durchgeführt und auf diese Weise Produktionsparameter angepasst. Ziel dieser Arbeit ist es, diese Belastungstests mittels FE-Si-mulation zu reproduzieren und somit eine virtuelle Produktenwicklung zu ermöglichen. Konkret soll ein sogenannter Chipping-Test für SR-Phonares II, eine geschichtete Den-talprothese aus nano-hybrid Polymerkompositen, nachgebildet werden.

Zu diesem Zweck wurden Zug- und Druckexperimente durchgeführt, daraus elasto-plas-tische Materialgesetze abgeleitet und anhand genormter Dentalprüfkörper verifiziert.Zudem wurden im Rahmen der Arbeit Spannungskriterien entwickelt, die das Versa-gen des Materials prognostizieren können. In dieser Arbeit hat sich gezeigt, dass der Chipping-Test mit den abgeleiteten Modellen nachgebildet werden kann. Auch sind die entwickelten Versagenskriterien sehr gut in der Lage, das Abplatzen des Zahnes zu beschreiben.

Studierende: Grigorios Liakopoulos

Dozenten: Dr. Klaus Frick, Prof. Dr. Nikolaus Herres

Industriepartner: Ivoclar Vivadent AG , Schaan


Low-Cost-Kraft-Momentensensor

Ziel dieser Bachelorarbeit war die Entwicklung und Herstellung eines Low-Cost-Kraft-Momentensen-sors für das Projekt EEROS. Der Kraft-Momenten-Sensor soll in der Lage sein, den Kraft- und Beschleu-nigungsvektor sowie den Momen-ten- und Drehbeschleunigungsvek-tor räumlich zu messen. Mit dem Wissen aus dem Fachmodul wurde ein morphologischer Kasten mit den wichtigsten Funktionen und den erarbeiteten Lösungsansätzen erstellt.

Die ersten Modelle sind entstanden und mit ANSYS und otpiSLang optimiert worden. Im weiteren Verlauf wurden Mechanik und Elektronik detailliert ausgearbeitet und in Pro-duktion gegeben. Während-dessen wurde an Dokumentation und Auswertungssoftware, sowie Adapter für den SCARA-Roboter gearbeitet. Als Produkt entstand ein KMS-Pro-totyp, welcher den Funktionsumfang der am Markt erhältlichen KMS übertrifft. Mit dem Fokus „Low-Cost“ wurde ein Lösungsansatz realisiert, welcher Kostenziel von höchs-tens CHF 1‘000 erfüllt. Beim KMS besteht noch Optimierungspotential an Mechanik und Elektronik, das dazu beitragen soll, die Kosten weiter zu senken.

Studierende: Christian DiRonza, Stefan Federspiel

Dozenten: Prof. Einar Nielsen, Prof. Josef Graf

Industriepartner: EEROS , Buchs

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Bachelor-Abschluss - und dann?

Oft ist die Bachelor-Arbeit der Einstieg ins Berufsleben. Sie kann jedoch auch der Wegweiser für ein Master-Studium sein.

Master of Science FHO in Engineering (MSE)

Das Master-Studium dauert drei Se-mester, wenn es in Vollzeit absol-viert wird oder entsprechend länger als berufsbegleitender Studiengang. Es richtet sich an hoch motivierte Bachelor-Absol venten mit einem sehr guten Abschluss.

Parallel zu den allgemeinen Theorie-modulen, die zentral in Zürich, Bern oder Lausanne gehalten werden, arbeiten die Masterstudierenden an Projekten im Bereich der angewand-ten Forschung und Entwicklung inner-halb einer sogenannten Master Re-search Unit (MRU) mit.

Die NTB bietet das MSE-Studium mit einem breiten Themengebiet an:

Forschungsschwerpunkte Mikro- und Nanotechnologie � Mikrosysteme � Photonische Systeme � Biomedizinische

Systeme � Simulation von

Systemen � Prozesse und Werkstoffe

Forschungssschwerpunkte Systemtechnik, Automation und Produktion � Mechanik � Automation � Robotik � Elektronik � Informatik � Eingebettete Systeme � Bildverarbeitung � Leistungselektronik � Wärme- und Kältetechnik

Internationale Masterangebote

In Zusammenarbeit mit deutschen und österreichischen Hochschulen bietet die NTB auch Masterstudien-gänge nach internationalem Recht an:

Master of Science in Micro- und Nanotechnology Kooperationsstudiengang von NTB, ZHAW, EMPA und der Fachhoch-schule Vorarlberg

Master of Engineering in Mechatronik Kooperationsstudiengang der NTB und der Hochschule Konstanz

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A lznauer Daniel 47

Bärtsch Peter 9

Birrer Severin 46

Bischof Marcel 35

Brunold Luca 11

Büchel Elias 10

Bucher Stefan 27

Buschor Andreas 33

Buschor Jennifer 40

Cavegn Martina 25

Deane Jason 12

DiRonza Christian 53

Drexel Alexander 39

Ehgartner Dominik 23

E lford Kyle 51

Federspiel Stefan 53

Flajs Patrik 48

Frehner Deny 15

Frehner, Silvan 12

Frei Stefan 6

Frei Marco 50

Freydl Peter 48

Alphabetische Liste der Bachelorarbeiten-Verfasser/innen

Fürer Mario 20

Gantner Nils 36

Gehrig Marc 24

Germann Ramon 37

Grob Tobias 22

Guignard Pascal 38

Hartmann Christian 45

Hasler Karin 6

Hefti Christian 15

Horisberger Jürg 30

Hötzl Michael 18

Ignjatovic Sladjan 14

Jörg Frederic 49

Kägi Thomas 17

Kaufmann Marcel 41

Klaus Michael 16

Knupfer Daniel 28

Kramm Joel 11

Kuljici Nedvija 21

Kunz Andreas 8

Kuster Ralph 27

Kyburz Falk 32

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Lauber Raphael 50

Lenherr Nicola 8

Liakopoulos Grigorios 52

Lintschinger Patric 13

Löhrer Raffael 12

Looser Mirco 41

Loretz Patrick 44

Lutz Mattias 9

Mangott Fabian 42

Marugg Markus 29

Mattle Dominik 40

Mazenauer Patrick 38

Mehr David 42

Meyer Marius 35

Michel Andreas 36

Nedeljkovic Dejan 37

Niedermann Christof 14

Okolic Dario 45

Pfister Cornel 21

Poma Valeria 7

Probst Lukas 29

Saccavini Lukas 31

Salzgeber Nicolaus 49

Scherrer Lars 47

Schläpfer Mathias 7

Schläpfer Adrian 24

Schuler Michael 51

Schwendinger Thomas 26

Smelt Alexander 34

Spirig Sebastian 43

Stadelmann Daniel 18

Stark Stefan 31

Straub Marcel 43

Trimarchi Fabio 34

Vetsch Ruedi 23

Vetter Seraphin 44

Weder Tobias 32

Weimer Franco 19

Zeberli Reto 21

Zellweger Christian 13

Ziegler Tobias 30

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Besondere Werte

Die NTB ist eine kleine und feine Hochschule in der Region Boden-see, Rheintal und Graubünden. Das Studium schliesst mit dem Diplom Bachelor of Science FHO in Sys-tem-technik mit Vertiefung in (ge- wählten Studienrichtung) ab.

Die NTB liegt im Herzen des Rhein-tals und bietet ihren Absolventinnnen und Absolventen mit einem Aus- und Weiterbildugsangebot, welches auf „Technik“ spezialisiert ist – und über einen anerkannt hohen Praxisbezug besitzt – beste Berufschancen.

Die NTB, mitten im Chancental Rheintal

Die Interstaatliche Hochschule für Technik Buchs NTB wurde 1970 eröff-net. Sie ist heute ein Mitglied der FHO Fachhochschule Ostschweiz. Die Trägerschaft bilden die Kantone St. Gallen und Graubünden sowie das Fürstentum Liechtenstein. Über 3‘400 Absolventen haben bis heute die Hochschule mit einem Ingenieur-Diplom verlassen.

) Panoramabild „Rheintal“?

Alle Studierenden profitieren von fol-genden Vorzügen:

� Der Studienbetrieb an allen drei NTB-Standorten Buchs, Chur und St. Gallen ist überschaubar und familiär.

� NTB-Dozenten kennen ihre Studierenden persönlich und pflegen eine «Open Door-Philosophie».

� Die Nähe und der Kontakt zu inter-national tätigen Firmen sind nicht nur geographisch bedingt. Die engen Beziehungen basieren auf jahrelan-ger erfolgreicher Zusammenarbeit im Bereich Forschung und Entwicklung.

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NTB Campus Buchs

Mitten im Rheintal: die zentrale Stät-te von Forschung und Lehre. Bes-tens vernetzt mit Topunternehmen der Region.

NTB Campus St. Gallen

Diese Stadt ist nicht nur eine Hoch-burg im Bereich Wirtschaftsausbil-dung,inihremUmfeldbefindensichebenfalls viele grosse Firmen und Organisationen mit Hightech-Bezug.

Studienstandort Chur

SystemtechnikNTB in Kooperation mit der Hochschule HTW Chur.

Bild: Thomas Baumgartner, macbaumi.ch

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Studienrichtungen des Bachelorstudiums Systemtechnik

Darauf kann man aufbauen: die Systemtechnik-Studierenden vertiefen ihre Generalistenkenntnisse mit spezialisierenden Studienrichtungen . Der Unterricht ist praxisnah, und die Bacheloarbeiten werden meist mit einem Industriepartner realisiert.

Die Arbeiten zeigen ein breites Spektrum von Anwendungsschwerpunk-ten auf: Mikro- und Nanotechnologie, Medizintechnik, technische Optik, Produktionsmesstechnik, Mechatronik, Embedded Systems, um nur eini-ge zu nennen.

Systemtechnik Maschinenbau

Maschinenbauer/innen mit dieser Stu-dienrichtung kennen auch die Grund-lagen der Elektronik und Informatik. Sie sind damit begehrte Generalisten mit Spezialwissen im modernen Ma-schinenbau.

SystemtechnikMikrotechnik

Das Studium der kleinsten Teile bie-tet grosse Möglichkeiten: innovative Komponenten, Systeme und Prozes-se in den Bereichen Mikro- und Nano-technologie, Werkstofftechnik, Vaku-um- und Beschichtungstechnik sowie auf den Gebieten der Optik und der optischen Messtechnik.

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SystemtechnikElektronik und Regelungstechnik

Ein spannendes Gebiet: Ideal für Studierende, die sich für die Gebiete Elektronik, Automatisierungs-, Elekt-ro- oder Kommunikationstechnik so-wie Mess-, Steuer- und Regelungs-technik interessieren.

SystemtechnikIngenieurinformatik

Die Absolventinnen und Absolventen entwerfen und realisieren komplexe eingebettete Systeme mit parallelen Abläufen, harten Echtzeitanforderun-gen und spezifischer Hardwareent-wicklung bis hin zum Design und der Implementation verteilter, objekt- und komponentenorientierter Software-Applikationen.

SystemtechnikInformations- und Kommunikati-onssysteme

Die Studierenden werden zu Inter-net-Ingenieurinnen und -Ingenieuren ausgebildet. Denn Computer, Internet und Smartphone sind die Informa-tions- und Kommunikationsmittel der Gegenwart und der Zukunft!

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Preisspender/Sponsoren

Ein herzliches Dankeschön für die zur Verfügung gestellten Förderpreise:

Eine Initiative innovativerUnternehmen zusammen mit Hochschulpartnerin NTB.

– Super! Sie erhalten einen Lohn während des Praktikumsjahres– Fünf renommierte Firmen bieten die Chance auf Praktikumsplätze– Sie gehören bereits zum Team der Hochschule NTB– Sehr grosse Nähe zur berufl ichen Praxis– Das Praktikumsjahr ist Voraussetzung für die Zulassung zum Ingenieur-Studium an der NTB

Partnerfi rmen

Hochschulpartnerin

Ein Flair für die Technik? Nach der Matura einsteigen.

www.praktikumsjahr.ch

ntb_praktikumsjahr_A3.indd 1 07.05.13 15:17

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NTB Interstaatliche Hochschule für Technik Buchs Campus Buchs Campus St. Gallen Studienstandort ChurWerdenbergstrasse 4 Schönauweg 4 HTW Chur (Kooperationspartner) 9471 Buchs 9013 St. Gallen 7004 [email protected] www.ntb.ch www.htwchur.ch

Mitglied der FHO Fachhochschule Ostschweiz

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Verzeichnis Bachelorarbeiten Ingenieurstudium NTB Systemtechnik 2014