Bereits zum neunten Mal hat der TÜV AUSTRIA Absolvent_innen von technisch-naturwissenschaftlichen Studien an Universitäten und Fachhochschulen, HTL-Maturant_innen sowie technisch-innovative Unternehmen zur Bewerbung zum TÜV AUSTRIA Wissenschaftspreis eingeladen. Das Ergebnis kann sich auch in diesem Jahr sehen lassen: Insgesamt erreichten den TÜV AUSTRIA bis Einreichschluss Ende Juli 80 Bewerbungen mit einem inhaltlich breiten Bogen rund um die Themen Sicherheit, Technik, Qualität und Nachhaltigkeit. Und das, trotz coronabedingter Behinderungen des Studien- und Schulbetriebs sowie massiver Beeinträchtigungen für Unternehmen.

Eine erste Entscheidung im Rennen um den diesjährigen TÜV AUSTRIA Wissenschaftspreis ist gefallen. Die Jury hat in den letzten Wochen sämtliche Einreichungen geprüft und bewertet und nunmehr eine Short-List mit den Kandidaten präsentiert.

Der TÜV AUSTRIA Wissenschaftspreis ist sehr attraktiv dotiert: 8.000 Euro für die beste Diplomarbeit, Masterarbeit oder Dissertation, 5.000 Euro für die beste HTL-Abschlussarbeit, 2.000 Euro für ein technisch-innovatives Unternehmensprojekt.

DI Lara Bettinelli, TU Wien

Einfluss des Triebwagens auf die dynamische Tragwerksantwort von einfeldrigen Eisenbahnbrücken bei Hochgeschwindigkeitsverkehr

Die Arbeit ist im Bereich der Brückendynamik angesiedelt und konzentriert sich auf die bislang nur gering beachtete Thematik der Triebwagen. In diesem Rahmen konnten mit Hilfe einer umfangreichen qualitativ und quantitativ ausgewerteten numerischen Parameterstudie sowohl grundlegende mechanische Zusammenhänge erkannt und analysiert, als auch das Potenzial verschiedener Ansatzpunkte für zukünftige Forschungsarbeiten identifiziert werden. Die Erkenntnisse der Arbeit können Anwendung in thematisch verwandten Forschungsprojekten aber auch in der Planung und Optimierung des Zugbetriebs für Bestandsbrücken im Hochgeschwindigkeitsnetz finden.

DI Dr. Daniel Cornel, TU Wien

Interactive Visualization of Simulation Data for Geospatial Decision Support

Hochwasserereignisse zählen zu den häufigsten auftretenden Naturkatastrophen in Österreich. Laut Prognosen steigt die Gefahr für Menschen und Infrastruktur durch Flusshochwasser und Starkregenereignisse aufgrund des Klimawandels zukünftig sogar noch weiter. Zur Planung von Schutzmaßnahmen werden seit längerem Computersimulationen verwendet, die jedoch wegen der enormen Datenmengen zur neuen Herausforderung wurden. Die Dissertation setzt genau an diesem Problem an. Ziel der Arbeit ist eine neue Strategie, um aus zeitabhängigen und mit Unsicherheit behafteten Simulationsdaten die relevanten Informationen zu extrahieren und diese visuell derart aufzubereiten, dass sie den Benutzer bei der Erfüllung eines konkreten Arbeitsschrittes im Bereich des Hochwasserschutzes unterstützen. Der Benutzer kann dabei eine Privatperson sein, eine Einsatzkraft eines Rettungsdienstes, aber auch ein Fachexperte der Hydrologie oder des Ingenieurwesens. Das Ergebnis ist ein interaktives Entscheidungshilfesystem mit integrierter Hochwassersimulation, welches ein wirksames Werkzeug im Kampf gegen zunehmende Flutkatastrophen geworden ist.

Dr. Ramin Hasani, TU Wien

Interpretable Recurrent Neural Networks in Continuous-time Control Environments

In der Dissertation wird eine neuartige Methodik vorgestellt, mit der interpretierbare maschinelle Lernsysteme in mehreren Anwendungsbereichen mit hoher Entscheidungsfindungsrate entworfen werden können und gleichzeitig eine bessere Leistung im Vergleich zu bekannten Black-Box-Modellen des maschinellen Lernens erzielt wird. Darüber hinaus stellt die Dissertation Methoden vor, die sich mit der Interpretation, der Stabilität und den übersehenen Eigenschaften einer Klasse von intelligenten Algorithmen, nämlich rekurrenten neuronalen Netzen (RNNs), in Umgebungen mit kontinuierlicher Laufzeit befassen. Die Ergebnisse dieser Dissertation verbessern das Verständnis von neuronaler Information und Verarbeitungssysteme in zeitkontinuierlichen Umgebungen erheblich. Angesichts des substanziellen multidisziplinären Charakters der Arbeit können deren Ergebnisse auf ein breites Spektrum wissenschaftlicher Bereiche von maschinellem Lernen und Mathematik bis hin zu Disziplinen der Computational Neuroscience und Soziologie angewendet werden.

DI Antonia Dimas, BOKU Wien

Composting and vermicomposting of biodigradable and non-biodigradable plastics

Viele Bioabfälle im innerstädtischen Bereich Wiens werden nicht getrennt erfasst und landen im Restmüll. Der Restmüll wird in Verbrennungsanlagen verbrannt, womit für die Landwirtschaft und den Gartenbau wertvolle Nährstoffe, wie Stickstoff, Phosphor und Kohlenstoff verloren gehen. Bioabfälle aus den Grüngebieten Wiens hingegen werden oft getrennt gesammelt und in Kompostieranlagen kontrolliert kompostiert. Dabei gelten sowohl bioabbaubare wie auch nicht-bioabbaubare Kunststoffe als Störstoffe und werden vor der Kompostierung entfernt. Jedoch können Kunststoffe von Sortieranlagen oft nur unzureichend entfernt werden. Die Wurmkompostierung stellt eine mögliche Alternative zur Kompostierung dar und kann sowohl in Einzelhaushalten, wie auch auf industrieller Ebene durchgeführt werden. Die getrennte Erfassung biogener Abfälle und konsequente Kompostierung bzw. Wurmkompostierung zur Rückführung von Kohlenstoffen und wichtiger Nährstoffe hat enormes Potenzial zur Anreicherung von Böden im Bereich der Landwirtschaft und im Gartenbau. Allerdings werden Bioabfälle oft in bioabbaubaren und nicht- bioabbaubaren Kunststofftaschen entsorgt. Der Einfluss und Abbaubarkeit beider Kunststoffarten auf die Kompostierung und Wurmkompostierung wurde bisher kaum erfasst. Daher wurden die Auswirkungen dieser Kunststoffe auf Wurmkompostierung und Kompostierung, sowie deren Abbaubarkeit im Zuge dieser Diplomarbeit genauer beleuchtet. Zur Evaluierung dieser Fragestellung wurden Abbau- und Desintegrationsrate der Kunststoffe, wie auch Kompostparameter (TOC, EC, pH etc.) des resultierenden Komposts und Wurmkomposts erfasst und miteinander verglichen.

DI Dr. Lisa Mitterhuber, Montanuniversität Leoben

Scale-bridging methodology for thermal transport characterization of microelectronic devices

Unsere Welt wird immer mehr digitalisiert. Ein gutes Beispiel hierfür ist das Auto. War vor 25 Jahren der Motor das Entscheidende, sind es heute viele Kleinigkeiten, wie Rückfahrkamera, Park-Sensoren oder intelligente Lichtsysteme, die ein Auto interessant machen. Dieser Trend geht nun natürlich weiter in Richtung intelligente selbstfahrende Autos. Die Automobilbranche ist natürlich nur ein Beispiel, es betrifft alle Bereiche des Lebens, angefangen beim intelligenten Zuhause bis hin zur Automatisierung der Industrie. Die Problematik heutzutage ist, dass die verbauten mikroelektronischen Bauteile immer kleiner und leistungsfähiger werden. Das wiederum bedeutet, dass die Leistungsdichte und damit einhergehend die Temperatur dieser Bauteile immer größer wird. Jedoch nimmt die Lebensdauer der Bauteile exponentiell mit der Temperatur ab. Damit diese verlässlicher (langlebiger) und effizienter, ist deren Wärmemanagement von entscheidender Bedeutung. Die Dissertation befasst sich genau mit dieser Thematik. Im Rahmen der Arbeit wurden thermische Analysen des gesamten mikroelektronischen Bauteils und deren nanometerdünnen Schichten durchgeführt und eine neuartige Wärmepfadanalyse entwickelt, die den thermischen Transport der Längenskalen, angefangen mit den Nanometer-dünnen Schichten im Chip bis hin zum gesamten Package inklusive Kühlkörper, miteinander verknüpft. Diese entwickelte Methode verbessert das Verständnis des Wärmetransports mikroelektronischer Bauteile und ermöglicht maßgeschneiderte Kühlkonzepte zu erarbeiten. Somit können nicht nur effizientere sondern auch zuverlässigere und langlebigere mikroelektronische Bauteile entwickelt werden. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse haben bereits Impulse für zukünftige Forschungsaktivitäten gesetzt.

Jakob Buchsteiner, Thomas Eibl, Sebastian Neuhofer, Moritz Taferner, HTBLuVA Salzburg

Entwicklung eines mobilen, gestengesteuerten Robotergreifsystems mit haptischem Feedback

Ziel des Projektes war, ein funktionsfähiges mobiles Robotersystem mit Greifer zu entwickeln. Das System kann mithilfe eines Fernsteuergeräts in Form eines Handschuhs durch Gesten gesteuert werden, um eine intuitive Fernsteuerung zu ermöglichen. Dazu wurde für den Roboter ein Antriebssystem und ein Akkusystem sowie ein Fernsteuergerät inklusive Sensorik zur Aufnahme der Bewegungsdaten entwickelt. Um eine möglichst benutzerfreundliche Steuerung zur ermöglichen, werden die tatsächlichen Bewegungen der Hand in Echtzeit vom Roboterarm imitiert – heißt, dass zum Beispiel eine Bewegung der Hand nach oben oder nach vorne auch genauso vom Roboter ausgeführt wird. Am vorderen Ende des Roboterarms ist ein Greifer in Form einer menschlichen Hand (bionischer Greifer) befestigt, dessen fünf Finger unabhängig voneinander über Bewegungen der eigenen Finger gesteuert werden können. Weiters wird dem Benutzer ein haptisches Feedback gegeben, sobald der Greifer ein Objekt umschließt, wodurch ihm vermittelt wird, dass er seine Hand nicht mehr weiter schließen muss bzw. soll.

Bernhard Gantner, Raphael Ott, Ralf Pfefferkorn, HTBLuVA Rankweil

Sodex – ein autonomer Bagger

Ziel dieser Diplomarbeit ist, einen bestehenden Bagger so umzurüsten, dass dieser ein rechteckiges Loch vollautomatisch ausheben kann. Das bedeutet, dass nur durch die Übergabe von Größe und Position die Maschine den Aushub ohne menschliches Zutun erledigt. Daher muss die Maschine um einige Komponenten erweitert werden, damit die Steuerung diese Aufgaben meistern kann. Ein weiterer wichtiger Punkt dabei ist, dass das Konzept möglichst modular aufgebaut sein soll, damit das Nachrüsten einer solchen Maschine in einer kurzen Zeit möglich ist. Dieser Aspekt ist vor allem in der Hardware zu beachten, damit die Komponenten möglichst modular und stabil zu gleich sind. In der Software werden zusätzlich Komponenten aus der Robotik verwendet und eine eigene Strategie für das Graben entwickelt. Das Hardware-Konzept stammt vollständig aus eigener Hand und weicht stark vom Vorgehen vieler großer Baumaschinenhersteller ab. Der Grund hierfür ist die Modularität sowie persönliche Ideen, die gewisse Vorteile gegenüber anderen Varianten bringen. Die Programmierung der Steuerung stammt ebenfalls vom Projektteam. Für dieses Projekt stand ein 2.5t Bagger des Unternehmens Huppenkothen GmbH als Prototyp und die Steuerung von Beckhoff Automation GmbH & Co. KG zur Verfügung. Sensoren stammen von den Unternehmen TR-Electronic GmbH, Leotec Technische Handels- und Produktionsges.m.b.H und Leica Geosystems.

Leonhard Hofbauer, Daniel Pöchhacker, Jakob Steiner, Matthias Teufel, HTL Waidhofen/Ybbs

Design, Berechnung und Optimierung eines automatisierten Erntegerätes

Zum autonomen Durchführen von landwirtschaftlichen Tätigkeiten wurde im Rahmen der Diplomarbeit in Kooperation mit der Firma S-A-M (Smart Agriculture Mobility) ein Fahrgestell entwickelt. Dadurch können Aufgaben wie Ernten, Düngen etc. ohne menschliche Beihilfe am Feld oder Acker erledigt werden. Die „Königsklasse“ dieser Aufgaben – das Ringelblumenernten – kann damit vom Fahrgestell aus mittels Roboterarm übernommen werden, da dies viel effizienter ist, als die Ringelblumen per Hand zu pflücken. Die Konstruktion ist in verschiedene Teilbereiche unterteilt. Das Grundgestell besteht aus einem horizontalen T, in dem das Hauptsteuergerat bzw. der Schaltschrank befestigt ist. An den Enden des T sind vertikal ausfahrbare Räder befestigt. Die Maschine kann einfach in vier Einzelteile zerlegt werden, wodurch diese kompakt transportiert werden kann. Die Räder sind mittels Linearantrieb höhenverstellbar und können Bodenunebenheiten ausgleichen. In allen Radgabeln ist eine energieeffiziente Felgenbremse integriert, welche nur Energie verbraucht, wenn sie zwischen Bremsung und Freilauf wechselt. Zusätzlich ist die Gabel auf der hinteren Linearführung drehbar gelagert, wobei die Lagerung einen Drehwinkelgeber enthalt. Anwendungsspezifische Funktionen wie der Roboterarm oder die Kamera sind mittels der Montageplatten, welche am T befestigt sind, einfach zu montieren. Weiters sind ein Behälter zum Aufbewahren der Blüten während des Erntevorgangs sowie die Befestigung dafür entworfen worden. Kritische Bauteile wie das T, die Radgabeln und die Bremsteile sind mittels FE Berechnung berechnet worden. Um den Bewegungsbereich des Roboterarms optimal zu visualisieren, ist ein Modell mit allen beweglichen Gelenken erstellt worden.

Johanna Regl, Johannes Lindhorn, HTL Braunau

IsoBrick – Isoliermaterial aus Abfallstoffen

Ein immer größerer Anteil an Konsumprodukten wird mittlerweile online vermarktet und geliefert. Das bedeutet ein Mehr an Karton, um diese Produkte zu verpacken. Viele der Verpackungen werden nach dem einmaligen Gebrauch entsorgt. So entstehen Unmengen an Altkarton, welche zum Glück recycelt werden können. Mit einem Haken: Karton besteht zum Großteil aus pflanzlichen Fasern, der Cellulose. Bei jedem Recycling-Vorgang werden diese Faserstrukturen kürzer und je öfter recycliert wird, desto schlechter werden die Eigenschaften des Kartons. Teilweise wird dieser Reststoff dann einfach verbrannt. Doch man kann so viel mehr aus diesem Altstoff machen. Ziel war, einen Baustein herzustellen, mit welchem Häuser kostengünstig und einfach errichtet werden können. Um das isolierende Innenmaterial herum wurde daher – aus Karton und Wasserglas –, eine stabile, feuer- und wasserfeste Hülle gebaut. Um die Stabilität und die Druckfestigkeit zu erhöhen und das Schrumpfverhalten beim Trocknen zu reduzieren, wird zum IsoBrick etwas Sand beigegeben. Ungenutzte Kartonabfälle werden modifiziert, gepresst und zu stabilen Blöcken verarbeitet. Mit dieser Möglichkeit der Wiederverwendung von Altstoffen konnte ein Baustein gefertigt werden, der stabil genug ist, um Häuser daraus zu bauen und gleichzeitig noch die unglaublichen Isoliereigenschaften der Faserstruktur mit sich bringt. Dieser IsoBrick ist nicht nur stabil, sondern auch extrem feuerfest. Verschiedene Brandtests zeigten, dass der Baustein 120 Minuten direkter Feuereinstrahlung problemlos standhält und somit auch vor Feuer schützt. Außerdem zeigten verschiedene Tests, dass der Baustein über eine sehr gute Druckfestigkeit verfügt, somit können mit dem aktuellen Entwicklungsstand bereits kleine Häuser gebaut werden. Das Endprodukt ist also ein ressourcensparender Baustein, der einerseits neue Möglichkeiten des Hausbaus aufzeigt und andererseits das momentane Müllproblem auf intelligente und umweltschonende Weise reduziert. Im Vergleich zu konventionellen Ziegeln braucht die Herstellung des IsoBrick um ein Vielfaches weniger Energie, das Transportgewicht ist ebenfalls deutlich geringer und in der Verwendung kann der IsoBrick Ziegel – ähnlich wie ein Lego-Baustein – schneller und ohne großen Kraftaufwand verarbeitet werden. Eine weiterer Entwicklungsschritt ist, die Produktion mobil zu machen, per Lkw zur Baustelle zu fahren und die Bricks vor Ort zu produzieren. Somit fallen keine Transportkosten an und die IsoBricks können direkt verbaut werden.

Vinzenz Geiger. Kilian Gross, Jakob Merz, HTL Bregenz

Automatisierung und Sicherheitskonzept für Rundholz Kappanlage

In einem Frastanzer Sägewerk werden die angelieferten Baumstämme auf dem Firmengelände zunächst eingelagert. Bei der Anlieferung beträgt die Länge der Baumstämme zwischen 4 m und 11 m, der Durchmesser beträgt maximal 1 m. Werden die eingelagerten Baumstämme weiterverarbeitet, müssen diese im ersten Arbeitsschritt auf die gewünschte Länge gebracht werden. Derzeit erfolgt das Ablängen händisch, mittels Motorsäge. Da das Abkappen von Hand sehr zeitaufwändig ist wurde eine sogenannte Rundholzkappanlage, mit welcher die Baumstämme auf die eingestellte Länge abkappt werden können, entwickelt. Die Schnittlänge kann stufenlos im Bereich zwischen 2,5 m und 6 m eingestellt werden. Durch den Einsatz einer Rundholzkappanlage wird der Zeitaufwand pro Baumstamm verringert und im selben Zug die Arbeitssicherheit erhöht. Das Diplomarbeitsteam hat eine solche Rundholzkappanlage konstruiert und in weiterer Folge automatisiert.

eguana GmbH

Eguana SCALES – Digitales Baudatenmanagement

Ob Tunnelvortrieb, Drainagebohrungen, U-Bahnbau, Unterfangung von Gebäuden – wird untertage gearbeitet, fallen in jedem Fall eine große Menge Messdaten an, die zur Qualitätssicherung unerlässlich sind. Durch unterschiedliche Maschinen und Messsysteme ist eine gemeinsame Betrachtung und Auswertung in der Regel jedoch nicht, bzw. nicht automatisch möglich. Die Daten müssen manuell zusammengeführt werden und in ein Tabellenkalkulationsprogramm wie Excel zur Bearbeitung überspielt werden. Verarbeitungsaufwand und Fehlerpotenzial sind enorm. Eguana SCALES ist eine Plattform, auf der sämtliche Maschinendaten in Echtzeit auf jedem browserfähigen Endgerät abrufbar sind. Der Analyse- und Auswertungsaufwand kann dadurch um bis zu 70 Prozent reduziert, die Abrechnungsgenauigkeit erhöht, sowie die gesamte Qualitätssicherung und Kommunikation konnten wesentlich verbessert werden. Prozesse konnten analysiert und optimiert werden, mehr Transparenz wurde geschaffen. Daten unterschiedlichster Quellen werden gesammelt, ausgewertet, analysiert – und können im entsprechenden Format an übergeordnete Systeme (z.B. Kalkulationsprogramme, BIM) weitergegeben werden. Wo die Daten gebraucht werden, können Schnittstellen genknüpft und Daten im benötigten Format (wie IFC, für ERP, …) und Umfang geliefert werden. Das innovative Tool hilft dabei, die Datenberge zu organisieren, zu komprimieren und auszuwerten. Das erleichtert den Arbeitsalltag und ermöglicht es, die Dokumentation zu optimieren.

Wiener Linien GmbH & Co KG

Brake Energy

U-Bahnen können beim Bremsen die Bewegungsenergie in elektrische Energie umwandeln und ins Gleichstromnetz speisen. Befindet sich kein anfahrendes Fahrzeug im Umfeld des bremsenden Fahrzeugs, wird diese Energie in den Bremswiderständen am bremsenden Zug in Wärme umgesetzt und bleibt in Folge ungenutzt. Ziel des Projektes ist es, die überschüssige Bremsenergie in das Wechselstromnetz einzuspeisen und zum Beispiel für die Energieversorgung in der Station zu nutzen. Der verringerte Einsatz der Bremswiderstände am Zug, als Folge der Einspeisung, hat positive Auswirkung auf die Lebensdauer der Fahrzeugtechnik und die freigesetzte Wärme der Bremswiderstände wird verringert. Mit der U1-Verlängerung nach Leopoldau wurde die Errichtung eines speziellen Netzes zur Licht-Kraft Versorgung der Wiener Linien beschlossen, welches den Großteil der Stationen versorgt. Dieses Netz gilt als stabiles und aufnahmefähiges Netz und gewährleistet, dass die gewonnene Energie durch die Wiener Linien genutzt werden kann. Die Installation der Pilotanlage im Unterwerk Hardeggasse erfolgte im September 2016. Es wurden umfangreiche Tests durchgeführt, um die Kompatibilität mit dem Energieversorgungssystem und der Zugsicherungstechnik sicherzustellen. Seit Februar 2017 ist die Anlage regulär im Betrieb. Die Wiener Linien bereiten gerade den Ausbau dieser Technologie vor, womit im Endausbau sechs Anlagen im Bestandsnetz und eine Anlage im Zuge des U2/U5 Ausbaus errichtet werden sollen. Das Projekt reduziert den Energieverbrauch des U-Bahnbetriebs und leistet damit einen positiven Beitrag zur Klimaneutralität der öffentlichen Verkehrsmittel in Wien. Die Berechnungen zeigen: Die beiden derzeit bestehenden Anlagen können im Jahr rund 3 Gigawattstunden Strom „Erbremsen“. Das entspricht dem Stromverbrauch von durchschnittlich 720 Haushalten und spart rund 400 Tonnen CO2. Eine Verbesserung der Energienutzung trägt nicht nur zur Energieeinsparung, CO2 Einsparung und Kosteneinsparung bei, sondern ist auch eine Vorrausetzung für nachhaltig leistbaren öffentlichen Verkehr.

Die Siegerprojekte werden am 18. November 2020 – diesmal im Rahmen eines virtuellen Events – präsentiert.

TÜV AUSTRIA Wissenschaftspreis 2021 – jetzt einreichen!

Der TÜV AUSTRIA Wissenschaftspreis findet natürlich auch im kommenden Jahr statt. Dann sogar in seiner mittlerweile 10. Auflage! Bewerbungen zu Österreichs attraktivsten Next-Generation-Projekt sind bereits ab jetzt möglich. Die Einreichfrist läuft bis 9. Juli 2021.

TÜV AUSTRIA wünscht allen Einreicherinnen, Einreichern und Freunden des TÜV AUSTRIA Wissenschaftspreises angenehme und vor allem gesunde Sommerwochen!

8000 Euro für die beste Diplomarbeit, Masterarbeit oder Dissertation, 5.000 Euro für die beste HTL-Abschlussarbeit, 2.000 Euro für ein technisch-innovatives Unternehmensprojekt.