Der MSE in Mechanical Engineering umfasst alle Aktivitäten im Zusammenhang mit der Entwicklung, Herstellung, Nutzung und Optimierung von Maschinen, Materialien, Geräten und Produkten im industriellen, forschungstechnischen und regulatorischen Umfeld. Das IPP bietet hierzu Vertiefungsarbeiten in den Bereichen Produkt-, Maschinen und Geräteentwicklung, Fertigungsprozesse bis hin zur additiven Fertigung (3 D Druck) inklusive Simulationen.

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Der MSE in Business Engineering bereitet Studierende auf eine Zukunft in Industrie oder Dienstleistungsunternehmen oder in der Beratung vor. Dort erwarten sie Aufgaben aus den Bereichen Business Development und Business Engineering sowie Qualitäts-, Risiko-, Technologie- und Innovationsmanagement. Das IPP bietet hierzu Vertiefungsarbeiten in den Bereichen Design Thinking, Business Modelling und Innovation Playground sehr anwendungsbezogen.

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Beispiel einer Vertiefungsarbeit - Mechanical Engineering

Die Schraubendruckfeder mit zylindrischem Drahtquerschnitt und zylindrischer Wicklungsform ist weit verbreitet und wohl einer der am meisten eingesetzten Federtypen. Es ist schon lange bekannt, dass die Schraubendruckfeder aufgrund ihrer Geometrie eine inhomogene Belastung erfahrt, welche dazu fuhrt, dass der Drahtquerschnitt im Regelfall nur zu maximal 50% ausgelastet wird. Dies ergibt sich zwangslau g aus der Helixform in Verbindung mit einem zylindrischen Drahtquerschnitt, wie er weit verbreitet ist.
Ein Abweichen von einem zylindrischen Drahtquerschnitt ist mit dem bekannten und ansonsten bewahrten Wickelprozess zur Herstellung von Schraubendruckfedern nur schwer moglich. Mit den zahlreichen Moglichkeiten des additiven Fertigungsverfahrens Selective Laser Melting (SLM) ergeben sich neue Freiheiten, Bauteile anforderungsgerecht zu gestalten und anschliessend herzustellen.

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In Zusammenarbeit mit der Firma Bühler AG aus Uzwil wurde anhand eines bestehenden Druckgusswerkzeugdesigns analysiert, wie durch die Methoden der Topologieoptimierung ein gewichtsoptimiertes Design entwickelt werden kann und inwiefern sich dies in wirtschaftlicher Hinsicht lohnt.

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Beispiel einer Vertiefungsarbeit - Mechanical Engineering

Der FDM (Fused Deposition Modeling) 3D-Drucker, mit dem aus Kunststofffilamenten Bauteile sehr einfach aufgebaut werden können, ist der wohl bekannteste 3D-Drucker für die additive Fertigung. Während Kunststoff hierbei vergleichsweise einfach zu verarbeiten ist, ist die additive Fertigung von Metallteilen auf Basis des „Selektiven Laserschmelzens“ sehr viel anspruchsvoller. Im Rahmen dieser Vertiefungsarbeit am Zentrum für Produkt- und Prozessentwicklung (IPP) wurde nach Lösungen gesucht, um Maschinen für das selektive Laserschmelzen weiter zu verbessern.

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Beispiel einer Vertiefungsarbeit - Business Engineering

Der Radsport entwickelt sich ständig weiter und stösst jedes Jahr an die Grenzen von Technologie und Leistung. Gravel ist eine der neuen und beliebten Disziplinen, die mit zunehmendem Erfolg, ein grosses Kundensegment anspricht. Es zeichnet sich durch geländetaugliche Rennräder aus, die ein komfortables Fahren auf Schotterstrassen ermöglichen, ohne das Gewicht des Fahrrads zu steigern. Um beim Fahren auf einem Schotterweg Komfort zu erreichen, müssen die induzierten Vibrationen und Belastungen mithilfe von Dämpfungssystemen reduziert werden. Effiziente Dämpfungssysteme sind jedoch schwer und beeinträchtigen so die Leistung der Fahrräder erheblich. Daher müssen Mikrodämpfungssysteme entworfen und in Rahmen und Komponenten integriert werden. Da eine beträchtliche Anzahl von Belastungen durch den Sattel zum Fahrer weitergeleitet werden, ist die Sattelstütze mit einem integriertem Dämpfungssystem eine vielversprechende Lösung. Das Ziel dieser Masterarbeit war die Entwicklung einer komfortoptimierten Sattelstütze für Gravel-Bikes. Dies geschieht in Zusammenarbeit mit der SCOTT Sports AG, einem Sportartikelunternehmen mit Sitz in Freiburg (CH). Der erste Schritt des Produktentwicklungsprozesses bestand darin, einen Benchmark durchzuführen, um den Markt zu bewerten und die Spezifikationen festzulegen. Nach dem Test von vier der weltweit beliebtesten Komfort-Sattelstützen, hat keine der Modelle die perfekte Kombination aus progressiver Steifigkeit, vertikaler Durchbiegung und geringem Gewicht. Die vielversprechendste Lösung nach mehreren Skizzen und 3DModellen ist eine Sattelstütze mit integriertem Polyurethan Schaum. Mithilfe eines Proof of Concept werden Vibrationstests durchgeführt, um die spektrale Leistungsdichte und die Übertragungsfunktion zu messen. Die Ergebnisse zeigen, dass das neue Design die Amplitude und Energie von Vibrationen um über 73% reduziert, was 10% mehr ist als der nächste Konkurrent, die CaneCreek eeSILK. Darüber hinaus verschiebt sich der Sattel entlang der Sitzrohrachse, was die Position des Fahrers nicht beeinflusst und zu einem angenehmen Fahrerlebnis führt.

Beispiel einer Masterarbeit - Bereich Mechanical Engineering

Die additive Fertigung, insbesondere das selektive Laserschmelzverfahren (kurz SLM) und die damit erreichbare Gestaltungsfreiheit ermöglichen es, bestehende Grenzen der Herstellbarkeit zu überwinden. Die Funktionsintegration von innenliegenden Strukturen, zählt zu den entstehenden Optimierungsansätzen. Wird nun die Einbringung von funktionalen Kanälen auf klassische Maschinenelemente transferiert, entstehen vielversprechende Möglichkeiten und bildet den Ursprung dieses Entwicklungsprojektes. In der Antriebstechnik wird fortlaufend nach Technologien gesucht, welche die Verluste der Kraft- und Bewegungsübertragung minimieren. Die Optimierung von Zahnrädern gelingt entweder durch eine leichte und kraftflussgerechte Gestaltung oder durch eine Schmiermittelreduktion. Da ein Großteil des Schmiermittels nur zur Wärmeabfuhr benötigt wird, kann durch eine integrierte Kühlung die Einsatzmenge reduziert und auf diese Weise die Effizienz der Verzahnung gesteigert werden. Die additive Herstellung von funktionsintegrierten Verzahnungen zur Effizienzsteigerung, stellt ein bisher wenig untersuchtes und interdisziplinares Fachgebiet dar. Das Zusammenspiel aus strömungs-technischen und strukturmechanischen Verhalten sowie die herstellbare Qualität bilden dabei den Entwicklungshorizont. Ziel dieser Arbeit ist es, ein Zahnrad mit optimierter innenliegender Kühlung zu entwickeln. Nach der additiven Fertigung soll auch eine Überprüfung auf Funktionalität erfolgen. Für eine genormte Prüfverzahnung „FZG Typ A“ werden basierend auf FEM-Parameterstudien und SLM-Geometrieproben unterschiedliche, innenliegende Kühlkonzepte erarbeitet. Anhand von CFD-Simulationen werden vier Konzepte untereinander hinsichtlich Temperaturverteilung und Strömungsverhalten verglichen. Zwei Konzepte, welche die intensivste Kühlwirkung und eine homogene Temperaturverteilung erreichen, sollen mit dem SLM-Verfahren hergestellt werden. Die erzeugte Qualität der bauteilintegrierten Kanalverläufe und eine restlose Pulverentfernung werden durch eine Computertomografie-Untersuchung überprüft. Abschließend wird die innenliegende Kühlung mittels Funktionsprüfstand erprobt und Abkühlverläufe erfasst. In diesem Rahmen entstehen zwei Kühlkonzepte, mit optimalen Eigenschaften bezüglich Herstellungsverfahren, Strukturmechanik sowie Strömungs- und Temperaturverhalten. Das Optimierungspotenzial der Konzepte und die faktische Schmiermittelreduzierung können erst durch anwendungsnahe Laufprüfstandversuche ermittelt werden. Es werden allerdings auf diesem aussichtsreichen Fachgebiet grundlegende und übertragbare Erkenntnisse erarbeitet. Durch Übertrag und Anpassung können diese Resultate die Entwicklung eines anwendungsreifen Produktes unterstützen.