DIPLOMARBEITENHÖHERE FACHSCHULE

DiplomklasseHF-M2013

dipl. Techniker/in HF Mechatronik

DIPLOMANDENMÄRZ 2016

dipl. Techniker/in HF Mechatronik

6 Sasa Antonijevic

7 Fabian Isler

8 Fabian Iten9 Burim Kashtanjeva

10 Raphael Keller11 Marco Kummer12 Lukas Rotach13 Roman Städler14 Lukas Ulrich

NAME, VORNAMESEITE

3

EDITORIAL4

LEISTUNGSAUSWEISE

Studium und LeistungsausweiseDie Höhere Fachschule Dietikon wurde im Herbst 1987 mit dem Start des ersten Studienganges «MECHATRONIK-TS» gegründet. Im Jahr 1996 wurde der Studiengang «LOGISTIK-TS» entwickelt. Er trägt dem ungebrochenen Wachstum dieser Branche Rechnung.

Ausbildungspläne und AnforderungsprofileAusbildungspläne und Anforderungsprofile des MECHATRONIKERS und LOGISTIKERS wurden in enger Zusammenarbeit mit der Industrie erarbeitet.Diese intensiven Kontakte stellen bei der Durchführung der Diplom-arbeiten den wichtigen Praxisbezug sicher. Vertiefende Ausbildun-gen erfolgen in externen Industrielabors. Die Dozentinnen und Dozenten sind grösstenteils aktiv in der Industrie tätig.

AusbildungsinhalteAllgemeinbildung, naturwissenschaftliche Grundlagenbildung und Fachbildung sind die drei Säulen der Ausbildung. Die angehenden Technikerinnen und Techniker werden so befähigt, den sich stetig wandelnden Anforderungen in den Unternehmen gerecht zu werden. Semester-, Labor- und Diplomarbeiten bieten Gelegenheit, Kenntnisse praxisbezogen anzuwenden.

Ergänzende AusbildungenEin Nachdiplomstudium «Betriebsmanagement» und andere Lehrgänge bieten zusätzliche Bildungschancen.

BERUFSBILDUNGSZENTRUM DIETIKON 5

DiplomarbeitenDie Diplomarbeit schliesst das Studium ab. Mit einer selbstständigen theoretisch-praktischen Arbeit muss gezeigt werden, dass man alle theoretischen Kenntnisse und Erkenntnisse der Ausbildung vernetzen kann. Das Thema ist selbst zu wählen, wobei ein Diplomthema aus der eigenen Firma Vorteile bringt.Ergebnis- und zielorientiert sind alle Termine mit den betreuen-den Experten im Blick zu behalten. Am Ende soll ein unmittelbar nutzbares Ergebnis für die beauftragende Firma stehen. Jedes Jahr stellen so die Studentinnen und Studenten der Diplom klassen ihr Know-how, ihren Fleiss, ihre Kreativität und ihren Leistungswillen unter Beweis.

Auf den folgenden Seiten finden Sie jeweils eine kurze Beschreibung dieser Arbeiten, welche auch im Laufe der Diplom-feier zu besichtigen sind. Fragen und Nachforschen über das Wie und Was sind natürlich willkommen.

Jörg Marquardt Prorektor

MECHATRONIK6

Für die Auftraggeberin soll ein Mess- und Demonstrationsmo-dell für von elektrischem Strom erzeugte Lorenz-Magnetkräfte entwickelt und realisiert werden. Zwischen zwei parallelen und mit stromdurchflossenen Leitern entsteht eine Magnetkraft. Diese zu messende Kraft ist abhängig von der Stromstärke durch die Leiter. Die messtechnische Erfassung von Magnet-kraft und Strom wird über eine Datenerfassungskarte NI myDAQ von National Instruments realisiert. Die Daten werden mit LabView grafisch dargestellt und zur Weiterverarbeitung in an-deren Programmen gespeichert.Das Gerät wird zu Demonstrationszwecken im Unterricht der Höheren Fachschule eingesetzt. Hierzu ist es nötig, eine Anlei-tung für reproduzierbare Messungen zu verfassen. Der Vergleich Theorie zu Praxis muss rechnerisch belegt sein. Die zu erwartenden Abweichungen sind durch Kalibration zu berücksichtigen.Theoretischer Hintergrund der Magnetkräfte:Die Lorentzkraft ist seit 1948 Grundlage der bis heute inter-national gültigen Definition der SI-Basiseinheit Ampere. Ein Ampere ist «die Stärke eines zeitlich unbegrenzt unveränder-lichen elektrischen Stroms, der durch zwei parallel im Abstand von 1 m im Vakuum angeordnete geradlinige, unendlich lange Leiter mit vernachlässigbar kleinem, kreisförmigen Querschnitt 2·10 − 7 N je m Leiterlänge zwischen diesen Leitern hervor-rufen würde.»

AuftraggeberFachschule DietikonSchöneggstrasse 128953 Dietikon

Begleitpersonen HFDRolf Künzler, Dozent HFDJörg Marquardt, Dozent HFD

MAGNETKRAFT-DEMONSTRATIONS-ANLAGE

SASA ANTONIJEVICeidg. dipl. Techniker HF Mechatronik

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BERUFSBILDUNGSZENTRUM DIETIKON MECHATRONIK 7

Die Firma Nuovo AG ist ein kleiner Familienbetrieb, welcher sich auf das Bauen von Geräten für die Eierkennzeichnung spe-zialisiert hat. Alle Geräte werden ausschliesslich in der Schweiz entwickelt und produziert. Die Stärken des Betriebes sind die langlebige Bauart der Geräte und Anlagen, sowie die mehr als 30 jährige Erfahrung rund ums Ei. Neben der Standard-Produkte palette werden auf Kundenwunsch spezielle Anlagen für die Eierindustrie entwickelt und gebaut. In diesen Bereich gehören die Eierkoch- und Färbanlagen, worin die Aufgabe die-ser Diplomarbeit angesiedelt ist.Die Diplomarbeit wurde als Entwicklungsauftrag ausgeführt. Das Hauptziel bestand darin, ein Konzept für das industrielle Kochen von Hühnereiern zu erarbeiten. Dazu mussten verschie-dene Versuche durchgeführt werden, um heraus zu fi nden, mit welcher Kochmethode Eier am effi zientesten hartgekocht wer-den können. Zudem sollte geklärt werden, ob ein Ei so scho-nend gekocht werden kann, dass die Nährstoffe im Ei erhalten bleiben – das perfekt gekochte Ei!Auf dem Weg zum Ziel musste die Wärmeaufnahme der Eier im Kochprozess ermittelt werden. Es wurden Versuche mit ver-schiedenen Kochmethoden, Systemvergleiche und Gegenüber-stellungen durchgeführt. Um sicherzustellen dass alle Aspekte für das Kochen eines perfekten Eies eingehalten werden kön-nen, wurde die Zusammenarbeit mit einem Institut gesucht.Schlussendlich wurden anhand einer Kriterien-Liste verschie-dene Kochmethoden bewertet, um eine fi nale Lösungsvariante zu fi nden. Zentral waren dabei die generelle Machbarkeit, die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens und die Qualität der gekoch-ten Eier.

AuftraggeberNuovo AGBarzloostrasse 208330 Pfäffi kon ZH

Begleitpersonen HFDJohann WidmerDozent HFD

Begleitpersonen FirmaFischer + Sohn AGRoland FischerMaschinen- und Elektro-ingenieur HTLGeschäftsführer

EIERKOCHER

FABIAN ISLEReidg. dipl. Techniker HFMechatronik

MECHATRONIK8

AUTOMATISCHE BESTÜCKUNG HDCP 96

RIWISA AG produziert für einen bekannten Hersteller aus der Medizinalbranche einen Träger für die Stammzellenforschung.Das HDCP 96 wird bei RIWISA zurzeit manuell bestückt. Der Kunde beabsichtigt, die aktuelle Jahresliefermenge von 1000 auf 5000 Stück zu erhöhen. Dadurch würde der Bedienungsaufwand von 80 % unwirtschaftlich hohe Personalkosten verursachen. Deshalb möchte man die Bestückung automatisieren.Meine Diplomarbeit umfasst die Evaluation eines Bestückungs-handlings sowie die Konzeption und die komplette Konstruktion des Bestückungsautomaten. Nach Abschluss der Diplomarbeit wird bei der Geschäftsleitung der Firma RIWISA die Realisierung beantragt.Mittels einer Nutzwertanalyse wurde ermittelt, dass ein eingekauf-ter Roboter besser geeignet ist als ein Eigenbau. Die aufwändige Recherche nach einem passenden Bestückungshandling hatte 78 verschiedene Typen zum Ergebnis. Aufgrund der Kriterien schaff-ten es lediglich 25 davon in den nachfolgenden Vergleich. Mittels Nutzwertanalyse wurde der SCARA-Roboter RH-6SH5520 von Mitsubishi als Sieger gewählt. Es wurden die 3 Konzeptvarianten «funktionsoptimiert», «low cost» und «platzsparend» für den Bestückungsautomaten ausgearbeitet und bewertet. Die «funk-tionsoptimierte» Variante wurde mit den besten Bewertungen gewählt.Das Ergebnis ist eine mobile, völlig autarke Konstruktion mit separater Einspeisung, Verarbeitung und Ausgabe der Teile. Die Amortisationsdauer für den Bestückungsautomaten beträgt ledig-lich 1–1½ Jahre.

AuftraggeberRIWISA AGSonnhalde 15607 Hägglingen

Begleitpersonen HFDDaniel Maag, Dozent Höhere Fachschule

Begleitpersonen FirmaKristijan EberhardRIWISA AGProjektkoordinator

FABIAN ITENeidg. dipl. Techniker HF Mechatronik

BERUFSBILDUNGSZENTRUM DIETIKON MECHATRONIK 9

TESTEINRICHTUNG FÜRERMÜDUNGSVERSUCHE ANWEICHLÖTSTELLEN

ProjekthintergrundDie Forschungsabteilung in der Löttechnik bei der Empa erhält immer häufi ger Aufträge zum Prüfen und Kategorisieren neuer Lotlegierungen. Die jetzigen Prüfverfahren sind extrem zeitinten-siv und aufwändig. Am häufi gsten werden geometrieabhängige Prüfverfahren angewendet, wodurch teilweise gigantische Streu-ungen der Messwerte zu verzeichnen sind.

ProjektzieleFakt ist, die Weiterentwicklung der Lotlegierungen ist im vollen Gange. Deshalb müssen die Aussagen über die Zuverlässigkeit der Lotlegierungen schneller und exakter getroffen werden, während-dessen der wirtschaftliche Aspekt ein massgebender Faktor ist.Das Projekt umfasst die Entwicklung einer neuartigen Prüfme-thode inkl. Design und Herstellung der dazugehörigen Test-einrichtung. Die Testeinrichtung soll mit einer defi nierten und reproduzierbaren Geometrie an mehreren Proben gleichzeitig die Degradation bzw. Ermüdung von Lötstellen verursachen und den Ausfall der Lötstellen selbstständig festhalten.

ProjektumsetzungDie Degradation der Lötstellen erfolgt durch thermomechanische Wechselbelastung. Durch Temperaturhubzyklen werden die Test-proben sequenziell auf Scherung bis zum totalen Ausfall bean-sprucht. Die Anzahl der Zyklen bis zum Ausfall gilt als Zuverlässigkeitskri-terium. Der Zustand der Lötstellen wird nach jedem Zyklus mittels Software erfasst. Die Testeinrichtung ist modular mit Proben bestückbar, wobei jeweils drei feste Belastungsstufen gewählt werden können.

AuftraggeberEmpa Swiss Federal Labora-tories for Materials Scienceand TechnologyÜberlandstrasse 1298600 Dübendorf

Begleitpersonen HFDRolf Künzler BZD, Abt. WB, HF

Begleitpersonen FirmaGünter GrossmannScientist, Empa

BURIM KASHTANJEVAeidg. dipl. Techniker HFMechatronik

MECHATRONIK10

DIGITALES TESTGERÄT FÜR KABELKONFEKTIONIERUNG

Die Urdorfer Stiftung Solvita bietet in ihrem Service-Zentrum Menschen mit Behinderungen, Beeinträchtigungen oder er-schwerten Voraussetzungen geschützte Arbeitsplätze. Dabei wird eine Vielzahl von Dienstleistungen in verschiedenen Bereichen erbracht. Die Dienstleistungen im Bereich der elektronischen Fer-tigung sind u. a. die Konfektionierung von verschiedenen Kabeln, Litzen und Drähten. Bereits heute werden zur Kontrolle der Kundenaufträge im Rahmen der Qualitätssicherung verschiedene Prüf- und Mess-mittel eingesetzt. Einige der Messmittel sind dabei in die Jahre gekommen und allfällig notwendige Ersatzteilbeschaffungen werden je länger, je schwieriger. Zudem ist den veränderten An-forderungen an die Kontrollprozesse Rechnung zu tragen. Die Diplomarbeit setzt sich mit der Konzeptionierung und dem Bau eines Instruments auseinander, welches die Qualitätssiche-rung im Bereich der Kabelkonfektionierung bedarfsgerecht und gestützt auf aktuelle Technologien unterstützt. Dabei liegt ein hauptsächlicher Fokus auf der Anwendungsfreundlichkeit des Testgeräts: Es soll von den betreuten Mitarbeitenden effizient genutzt werden können.Im Rahmen der Konzeptionierung wurden mögliche Technologien identifiziert, bewertet und ausgewählt. Das Testgerät basiert dabei auf einem digitalen Ansatz: Betrieben wird es durch einen Singleboardrechner, der durch ein anwendungsfreundliches Touchscreen-Display ergänzt wird. Dadurch ist die Weiterentwick-lung des Instruments und dessen Nachhaltigkeit sichergestellt. Zudem wurde das Testgerät so ausgerichtet, dass es mehrere Artikel prüfen kann.Das Testgerät wurde planmässig gebaut sowie dokumentiert und kann im Betrieb eingesetzt werden.

RAPHAEL KELLEReidg. dipl. Techniker HF Mechatronik

AuftraggeberStiftung SolvitaService-ZentrumGrubenstrasse 38902 Urdorf

Begleitpersonen HFDMarkus Buntschu, Dozent Höhere Fachschule

Begleitpersonen FirmaMarcel WiedmerStiftung SolvitaGruppenleiter MbA

BERUFSBILDUNGSZENTRUM DIETIKON MECHATRONIK 11

MARCO KUMMEReidg. dipl. Techniker HF Mechatronik

AuftraggeberKatadyn Produkte AGPfäffikonerstrasse 378310 Kemptthal

Begleitpersonen HFDGregor MatterDozent Höhere Fachschule

Begleitpersonen FirmaStefan FriesKatadyn Produkte AGLeiter Produktion

OPTIMIERUNG DER KERAMIK-BEARBEITUNGSPROZESSE

EinleitungDie Firma Katadyn Produkte AG stellt Wasserfilter aus Keramik her. Der Nachbearbeitungsprozess der Keramikrohre ist aufwändig und zeitintensiv. Er umfasst aktuell vier Stationen, welche manu-ell bestückt werden. Das Keramikrohr wird dabei im Durchmesser und in der Länge mechanisch abgedreht.

AufgabenstellungMittels der Diplomarbeit soll dieser Prozess vereinfacht werden. Dafür muss ein geeignetes Spannsystem evaluiert und eine ent-sprechende Bearbeitungsmaschine gebaut werden.

LösungsansatzDas Spannen des Keramikrohres über den Innendurchmesser, er-weist sich dabei als grösste Hürde. Das spröde Material ist sehr brüchig und erlaubt nur kleine Krafteinwirkungen. Es wurde mit namhaften Schweizer Lieferanten nach Lösungen gesucht. Nur eine Handvoll widmete sich der Aufgabe und bot mir Unterstüt-zung oder eine Lösung an. Nach meiner Beurteilung der Lösungs-vorschläge entschied ich mich, selbst ein eigenes Spannprinzip zu entwickeln.

Evaluiertes Spannprinzip:• Dehnen eines Standard O-Rings

ResultateNach der Realisierung der Maschine wurden mehrere Keramik-filter auf der Anlage bearbeitet. Somit ist bewiesen, dass das entwickelte Spannprinzip für die Anwendung geeignet ist und die Prozessschritte kombiniert werden können. Die Maschine ist betriebsbereit und wird demnächst in der Produktion der Firma Katadyn integriert.

MECHATRONIK12

ELEKTRONENSTRAHLHEIZ-SYSTEM

Die Aufgabe dieser Diplomarbeit war es, eine vakuumkompatible Heizung herzustellen, welche Proben auf eine Temperatur von maximal 1200 °C bringen und diese exakt halten kann. Dafür musste eine Lösung auf Konstruktions-, Elektronik- sowie Softwareebene erarbeitet und ausgeführt werden.Im Vakuum lassen sich Temperaturen von über 800 °C nur noch mit einer Elektronenstahl-Heizung effizient erreichen. Bei dieser Technologie wird nicht über Strahlungswärme eines Heizkörpers die Probe erwärmt, sondern es wird die Bremsener-gie von beschleunigten Elektronen ausgenutzt. Die Elektronenstrahlheizung basiert auf der Bildröhrentechno-logie, bei welcher die dazu nötigen «freien» Elektronen durch eine Glühwendel erzeugt und mit Hilfe einer Hochspannung auf die Probe beschleunigt werden. Die Elektronenstrahlheizung kann nur effizient arbeiten, wenn alle von der Glühwendel produzierten Elektronen zur Probe beschleunigt werden können. Mit einem Wehneltzylinder, wel-cher um die Glühwendel platziert wird, können die Elektronen eingesammelt und anschliessend als fokussierter Strahl auf die Probe beschleunigt werden. Das Herzstück der Elektronik ist ein Minicomputer der Firma National Instruments, auf welchem sowohl Regelung als auch vordefinierte Temperaturprofile mit LabView programmiert wurden. Die Wahl der Programmier-sprache erlaubt eine spätere einfache Einbindung des Heizsys-tems in komplexere Anwendungen im Forschungsbereich. Dank des optimierten Wehneltzylinderdesigns und einer massge-schneiderten Regelungslösung kann das Endprodukt den gesamten Temperaturbereich effizient und mit einer Präzision von +/– 0,2 °C erreichen.

LUKAS ROTACHeidg. dipl. Techniker HF Mechatronik

AuftraggeberEmpaÜberlandstrasse 1298600 Dübendorf

Begleitpersonen HFDGregor Matter

Begleitpersonen FirmaPascal RuffieuxEmpaForschungsgruppenleiter

BERUFSBILDUNGSZENTRUM DIETIKON MECHATRONIK 13

ROMAN STÄDLEReidg. dipl. Techniker HF Mechatronik

AuftraggeberBruker BioSpin AGIndustriestrasse 268117 Fällanden

Begleitpersonen HFDRolf Künzler

Begleitpersonen FirmaEros De LazzerBruker BioSpin AGTest Engineering

AufgabenstellungDie Aufgabe bestand darin, eine Anlage zu entwickeln, wel-che Proben automatisch auf Anweisung eines bestehenden Testplatzes wechselt. Die Anlage musste als funktionierender Prototyp erstellt werden. Nachfolgend werden die wichtigsten Kriterien kurz erwähnt.– Kostendach von Fr. 6000.– für die Hardware – speicherprogrammierbare Steuerung – serielle Kommunikation – 24V Spannungsversorgung – Arbeitsschutz

Lösungsansätze, VariantenZwei Lösungsansätze wurden mit den Experten besprochen und ausführlich verglichen.Lösungsansatz Hub- und Drehtisch – Hub- und Drehachsen mit Zahnriementrieb– Drei Schrittmotoren, integrierte Steuerung– Serielle Kommunikation zwischen Testplatz und AnlageLösungsansatz mit zwei Linearachsen und einer Drehachse– Hub- und Querbewegung mit Linearachsen – Rotation mit Schrittmotor – Serielle Kommunikation zwischen Testplatz und Anlage– Linearachsen ohne integrierte Steuerung

Resultate, BeurteilungDie Entscheidung fiel auf die Variante mit dem Hub- und Drehtisch. Die Variantenwahl wurde anhand des Kostendaches und der direkt am Motor platzierten einheitlichen Steuerung getroffen.

ÜBERARBEITUNG DES «SAMPLECHANGER TESTPLATZ»

MECHATRONIK14

In Altenrhein ist das Doppelstockkompetenzzentrum des Schienenfahrzeugherstellers Stadler Rail. Darüber hinaus wer-den hier auch Strassenbahnen und Reisezugwagen gefertigt. In der Vormontage werden Kabel mit gleichen Start- und Endpunkten zu Kabelbunden und diese Bunde wiederum zu Kabelbäumen zusammengefasst. Das Bündeln eines Bundes soll automatisch erfolgen, während es zu einem Ring aufgewickelt wird. Zusätzlich sollen Markierungen gesetzt werden. Diese dienen sowohl als Referenz beim Zusammenfassen zur Baum-struktur, als auch bei der Verlegung im Fahrzeug.Der ursprüngliche Lösungsansatz bei der Auftragserteilung war ein Kabelringwickler und ein automatisches Kabelbindersystem, verknüpft mit einer Steuerung.Das Wickeln zum Ring sorgt für den Materialfluss, welcher auf-grund des zunehmenden Umfangs aber unstetig ist. Deshalb kann die Positionsbestimmung nicht am Antrieb erfolgen und das Bund muss über ein Messrad geführt werden. Der Vergleich von Bündellösungen hat ergeben, dass ein Bandagiersystem mit Klebeband die beste Variante darstellt. Mit einer anderen Farbe können mit dem gleichen Verfahren auch die Referenz-markierungen realisiert werden. Die Herausforderungen bei der Programmierung der SPS waren neben der Verarbeitung der Massvorgaben auch die Tatsache, dass es mit der Mess-, Bün-del- und Markiereinheit drei verschiedene Arbeitspunkte gibt.Im Zeitmanagement und für die technischen Lösungen konn-ten die im Studium erlernten Grundlagen vertieft werden. Das Ergebnis bietet den Auftraggebern eine solide Basis, auf der nun erste Erfahrungen in der Automation gesammelt werden können.

AuftraggeberStadler Altenrhein AGPark Altenrheinfür Industrie und Gewerbe9423 Altenrhein

Begleitpersonen HFDKarin Joss

Begleitpersonen FirmaChristian SuterStadler Altenrhein AGAbteilungsleiter Inbetrieb-setzung

LUKAS ULRICHeidg. dipl. Techniker HF Mechatronik

AUTOMATISCHE KABELBUND-KONFEKTION

BERUFSBILDUNGSZENTRUM DIETIKON MECHATRONIK 15

ZUM ERFOLG TRUGEN BEI: DOZENTINNEN UND DOZENTEN HÖHERE FACHSCHULE DIETIKON

NAME VORNAME LOGISTIK MECHATRONIK

Buntschu Markus � �

Groppo Giovanni �

Horn Gerhard �

Joss Karin � �

Künzler Rolf �

Layritz Eduard �

Lüdi Walter � �

Maag Daniel �

Matter Gregor �

Maier Rolf � �

Marquardt Jörg �

Meier Bruno �

Melchior Borer �

Miskuv Tatiana � �

Mühlebach Harry �

Rüegger Markus �

Santoro Nino �

Schiesser Fritz �

Schindler Werner � �

Spring Martin �

Sommerhalder Andrea � �

Trümpy Eveline � �

Utz Michael �

Waser Armin � �

Widmer Johann � �

Wüthrich Markus �

Höhere Fachschule DietikonSchöneggstrasse 128953 Dietikon

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