Studierendenprojekte Von der Energiesparanalyse bis zum Produkt-Prototypen

Bei industriellen Prozessen wie der Stahlherstellung oder der Holztrocknung entstehen energiereiche Abgasströme. Eine technische und wirtschaftliche Lösung zur Wärmerückgewinnung konnte bis dato noch nicht realisiert werden, da Schmutzpartikel des Abgasstroms die Wärmeübertrager verschmutzen oder korrodieren. 

Der Student Simon Maranda entwickelte im Rahmen seiner Bachelor-Diplomarbeit «Untersuchung des Betriebsverhaltens eines Thermosiphons» und in Kooperation mit der Swiss Energy Engineering GmbH einen Thermosiphon-Wärmeübertrager, mit welchem eine Wärmerückgewinnung aus solchen Abgasströmen realisiert werden kann. 

In theoretischen und experimentellen Untersuchungen konnte Maranda nachweisen, dass eine Energierückgewinnung möglich ist, da sich diese modular aufgebauten Wärmeübertrager leichter reinigen lassen. 

Für seine innovative Arbeit erhielt er den Zuger Wissenschaftspreis 2014, der mit 25‘000 Franken dotiert ist.

Durch den Einsatz von Tragflügeln, sogenannten Hydrofoils, kann ein Boot bei einer darauf ausgelegten Geschwindigkeit aus dem Wasser gehoben werden. Wenn dabei der Strömungswiderstand der Hydrofoils kleiner als der des Bootrumpfes ist, wird eine Geschwindigkeitssteigerung bei gleicher Leistung möglich. 

In ihrer Bachelor-Diplomarbeit «Doppelvierer auf Hydrofoils» in der Vertiefung Produktentwicklung & Industriedesign klärten die beiden Studenten Christian Fröhlicher und Marcel Lipp im Rahmen einer Vorstudie, ob und wie das Prinzip Hydrofoils auf ein Doppelvierer Ruderboot anzuwenden ist.

Die Herstellung von Steinwolle-Dämmstoffen ist ein energieintensiver Prozess, bei welchem Gestein bei 1500°C in einem Kupolofen geschmolzen und das entstehende Gichtgas zur Reduktion des CO-Gehalts nachverbrennt wird. Die Firma Flumroc AG verfügt in ihrer Steinwolleproduktion über diverse Wärmerückgewinnungsanlagen und betreibt damit ein zukunftsorientiertes Energiemanagement. 

In ihrer Bachelor-Diplomarbeit «Integration einer Organic Rankine Cycle-Anlage in einen Dämmmaterial-Produktionsprozess» in der Vertiefung Erneuerbare Energien & Verfahrenstechnik ermittelte die Studentin Barbara Estermann mit Hilfe einer Pinch-Analyse das Energieeinsparpotenzial. Diese Analyse lieferte die Grundlagen zur Erarbeitung von konkreten Massnahmen zur Effizienzsteigerung und somit zur Optimierung des Anlagendesigns.

In seiner Bachelor-Diplomarbeit «Entwicklung, Konstruktion und Berechnung eines CleanAnt Juniors Prototyp 2» in der Vertiefung Produktentwicklung & Industriedesign beschäftigte sich der Student Nils Hartmann mit der Entwicklung, Neukonstruktion und Berechnung eines CleanAnt Junior Prototyp 2. 

Der CleanAnt Junior ist ein mobiler Reinigungsroboter, welcher konkave und konvexe Flächen, wie zum Beispiel Kuppeln, belaufen und reinigen kann. Zudem ist er auch in der Lage, um Fassadenecken herum zu steigen. 

Beim Prototyp 1 sind Festigkeitsprobleme bei den Getrieben aufgetreten, welche durch eine Überarbeitung der ganzen Konstruktion im Rahmen der Diplomarbeit beseitigt werden konnten. Der Prototyp 2 ist damit genug ausgereift für die industrielle Fertigung.

Das Leichtflugzeug Light Wing AC4 ist ein zweisitziger Hochdecker, wobei die Platzverhältnisse im Cockpit aussergewöhnlich grosszügig sind. Mit diesem Flugzeug-Typus möchte ein potentieller Kunde verletzte Personen aus schwer zugänglichen Gebieten in Spitäler transportieren. Dazu soll eine Person liegend neben dem Piloten in der AC4 Platz finden.

Für den erforderlichen Umbau erarbeitete  der Student Silvio Naon in seiner Bachelor-Diplomarbeit «Umrüstung des Leichtflugzeuges AC4 zum Patiententransportflugzeug» in der Vertiefung Produktentwicklung & Industriedesign ein detailliertes Lösungskonzept mit Hilfe von Detailanalysen und Modellierungen.

Ein Retraktor ist ein Operationshilfsmittel, um Weichteile wie Muskeln, Bänder oder Fettgewebe zu spreizen und dem Chirurgen einen sicheren Zugang zur Operationsstelle, z.B. Wirbelsäule, zu gewährleisten. Diese Instrumente generieren einen grob invasiven Zugang, was längere Heilungsphasen, grössere Narben und Hautirritationen auslöst und sind sehr kostenintensiv für Hersteller und Anwender. Zudem sind sie nicht mehr auf dem neusten Stand der Technik. 

Im Rahmen seiner Bachelor-Diplomarbeit «Entwicklung eines Hilfsmittels für Bandscheibenchirurgie» in der Vertiefung Produktentwicklung & Industriedesign erarbeitete der Student Silas Zurschmiede ein Lasten- und Pflichtenheft für ein verbessertes Eröffnungsinstrument . In Rücksprache mit Wirbelsäulen-Fachexperten entwickelte er neue Lösungsentwürfe und einen designoptimierten finalen Prototypen.

Zur Überwachung der Wasserversorgung ist die Messung des Durchflusses eine wichtige Grösse. In ihrer Bachelor-Diplomarbeit «Entwicklung eines Durchflussmessgerätes für die Wasserversorgung» in der Vertiefung Fluidmechanik & Hydromaschinen beschäftige sich die Studentin Nicole Müller mit der Frage, wie das Design eines Durchflussmessgerätes auszusehen hat, damit es mit minimalem Energieaufwand betrieben werden kann. 

Für den Prototyp wurde der Messflügel aus Kunststoff in einem Rapid-Prototyping-Verfahren hergestellt und mit Kunststofflagern gelagert. Diese Ergebnisse sind die Grundlage für die Entwicklung eines Serienproduktes.

In Zukunft haben Industrieroboter ein grosses Potenzial, eine wichtige Rolle in der spanabhebenden Bearbeitung einzunehmen. Aufgrund ihres grossen Arbeitsraumes und ihrer Flexibilität bilden Industrieroboter konzeptionell eine gute Basis für die spanabhebende Bearbeitung. Dies insbesondere für die Bearbeitung von grossen Bauteilen. Die üblichen CAD-CAM-Systeme sind in der Regel nicht in der Lage, als Output ein Roboterprogramm zu generieren.

Der Student Fabian Stoop beschäftigte sich in seiner Bachelor-Diplomarbeit «CAD/CAM for Industrial Robots» in der Vertiefung Produktentwicklung & Industriedesign mit der Frage, wie aus der vorhandenen CAD/CAM Software der notwendige Code für die Robotersteuerung generiert werden kann. Ziel seiner Arbeit war es, Kompetenzen auf dem Gebiet der Umwandlung von ISO-Code in ein Roboterprogramm mittels der Software IRBCAM aufzubauen.

Es besteht ein wachsendes energiepolitisches Interesse an einer Förderung der Stromerzeugung aus erneuerbarer Energie. Neben der Erschliessung und dem Aufbau neuer Energieprojekte ist eine effiziente Nutzung bestehender Anlagen genau so wichtig. Bei Kleinwasserkraftwerken wird in der Regel auf eine Überprüfung der Effizienz verzichtet, da das Kosten-Nutzen-Verhältnis einer solchen Überprüfung für Kraftwerksbetreiber meist unattraktiv ist. 

Der Student Mathias Burch entwickelte dazu in seiner Bachelor-Diplomarbeit «Thermodynamische Wirkungsgradmessung bei Kleinwasserkraftwerken» in der Vertiefung Fluidmechanik & Hydromaschinen ein vereinfachtes Verfahren. Dieses ermöglicht einen verringerten Mess– und Berechnungsaufwand und steigert damit den Anreiz einer Effizienzmessung für Kleinwasserkraftwerke.

Der Verband der stadtzürcherischen evangelisch-reformierten Kirchgemeinden (VSERK) verwendet für den Betrieb ihrer Kirchen und Kirchgemeindehäuser hauptsächlich Heizöl, Erdgas und Strom. Der VSERK strebt einen gewissenhaften Umgang mit natürlichen Ressourcen an und möchte mit Hilfe von solaren Energien nicht erneuerbare Energie einsparen und fossiles CO2 reduzieren. Anhand der St. Paulus Kirche sollen Möglichkeiten mit Photovoltaik und Solarthermie aufgezeigt werden.

In ihrer Bachelor-Diplomarbeit «Vergleich von Solarenergie und Effizienzmassnahmen» in der Vertiefung Erneuerbare Energien & Verfahrenstechnik untersuchten und verglichen die Studenten Rudolf Brunner und Andreas Koch die Varianten Heizungsunterstützung, Warmwasseraufbereitung und Photovoltaik aus wirtschaftlicher und ökologischer Sicht.