Referenzprojekte

Kompetenz/Anwendungsbereich: Produktentwicklung, Automatisierung, Prototyping 

Ziel des Projekts: Entwicklung eines neuartigen Antriebskonzeptes für Webmaschinen 

Kurzbeschrieb dieses Projekts: Die Stäubli Sargans AG produziert und vertreibt Webereivorbereitungssysteme für die Textilindustrie. Für die Vorbereitung des Webvorganges werden die einzelnen Kettfäden in die Lamellen, die Litzen und das Webblatt eingezogen. Der Garneinzug des Kettfadens erfolgt dynamisch und in einer hohen Frequenz.

Zusammen mit Stäubli wurden alternative Antriebslösungen für den Garneinzug untersucht, welche die erhöhte Leistungsanforderung der neuen Maschinengeneration erreicht. Der Garneinzug erfolgt durch einen Einziehhaken, welcher an einem Band befestigt wird. Das Band und der Haken werden durch ein Antriebsrad zyklisch hin- und her bewegt.

Durch die neuartige Konzeption konnte die Lebensdauer signifikant erhöht werden.

Schwerpunkt IPP: Product Development 
In Zusammenarbeit: Förderung: Innosuisse / Kunde: Stäubli Sargans AG

Kompetenz/Anwendungsbereich: Verpackungsindustrie, Produktentwicklung, Akustik 

Ziel des Projekts: Analyse von Geräuschemissionen und Entwicklung von Massnahmen zu deren Reduktion bei Schlauchbeutelmaschinen 

Kurzbeschrieb dieses Projekts: Die Syntegon Packaging Systems AG ist auf schnelllaufende und hochautomatisierte Verpackungsmaschinen für die Lebensmittel- und Pharmaindustrie spezialisiert. In dieser Arbeit ging es um eine Verpackungsmaschine, welche Lebensmittel (z.B. Schokolade, Kekse,

Riegel), Non-Food-Produkte (z.B. Waschmitteltabs) oder Medizinalprodukte in einen Schlauchbeutel verpackt. Maschinen und Anlagen müssen nach der Maschinenrichtlinie so konzipiert werden, dass die Schallemissionen minimiert sind.

In einer studentischen Arbeit wurden die Treiber der Lärmentwicklung an der Schlauchbeutelmaschine analysiert. Dafür mussten die Grundlagen der Technischen-Akustik erarbeitet werden. Die Frequenz und der Schalldruckpegel der Hauptlärmquellen konnten durch Messungen mit einem Mikrofon und einer Akustikkamera bestimmt werden. 

Es wurde festgestellt, dass das Produkttransportsystem die Hauptlärmquelle der Schlauchbeutelmaschine ist. Der Schalldruckpegel ist abhängig von der Dynamik und der Geschwindigkeit des Produkttransportsystems. Die Analyse des Frequenzspektrums zeigte, dass die grössten Schalldruckpegelamplituden im selben Frequenzbereich liegen und zeitlich konstant sind. 

Anhand der durchgeführten Messungen konnte eine schalloptimierte Verschalung konzipiert und getestet werden. Durch den gezielten Einsatz von Absorptionsmatten konnte der Schalldruckpegel an der Schlauchbeutelmaschine um etwa 10 dB(A) verringert werden. Durch die Reduktion des Schalldruckpegel können die Arbeitsbedingungen an der Schlauchbeutelmaschine leiser und angenehmer gestalten werden.

Schwerpunkt IPP: Product Development 
In Zusammenarbeit: Förderung: Studentische Arbeit / Kunde: Syntegon Packaging System AG

Kompetenz/Anwendungsbereich: Verpackungsindustrie, Produktentwicklung, Automation 

Ziel des Projekts: Machbarkeitsstudie zur Produktionssteigerung beim Aufbringen von Etiketten in der Verpackungsindustrie 

Kurzbeschrieb dieses Projekts: Die Machbarkeitsstudie prüfte die Fragestellung: Wie wirken sich hohe Prozessgeschwindigkeiten eines Papierbandes auf die Applikationsgenauigkeit beim Etikettieren aus? Das Ziel war es herauszufinden, welche Parameter in welchem Masse Einfluss auf die Genauigkeit nehmen und welche Genauigkeit im besten Fall erreicht werden kann. Es wurde ein Testaufbau konzipiert, aufgebaut und für die Untersuchungen der Applikationsgenauigkeit verwendet. Die Versuche wurden am IPP durchgeführt.

Zusammenfassend kann folgende Schlussfolgerung gezogen werden: Den grössten Einfluss auf die Genauigkeit haben Einstellung bzw. Ausrichtung der Spendekante (auch Ablösekante) des Dispensers. Als sensibelste Prozessparameter konnten hierbei der Winkel mit welchem das Etikett auf das Band auftrifft und die Länge des zu diesem Zeitpunkt vom Trägerband abstehenden Etikettenteils, ermittelt werden. 

Parallel zum Testen wurde ein Konzept für die gesamte Anlage erarbeitet und im CAD visualisiert.

Schwerpunkt IPP: Product Development

In Zusammenarbeit mit: Förderung: HTZ Aargau / Kunde: KAPAG Karton und Papier AG

Kompetenz/Anwendungsbereich: Prüfstandentwicklung, Lebensdauertest, Strukturdynamik

Ziel des Projekts: Realitätsnahe Simulation und Analyse von Belastungen zur gezielten Optimierung und Validierung der Chassiskomponenten hinsichtlich Lebensdauer und Betriebssicherheit. 

Kurzbeschrieb dieses Projekts: Im Rahmen eines Forschungsprojekts wurde ein massgeschneiderter Prüfstand entwickelt, um die mechanische Belastbarkeit und Lebensdauer des dreirädrigen Zustellfahrzeugs der Firma Kyburz systematisch zu analysieren und zu verbessern. Ziel war es, sowohl einzelne Komponenten als auch das Gesamtsystem unter realitätsnahen Bedingungen zu testen und zu optimieren.

Der Prüfstand basiert auf einer hydraulischen Prüfmaschine und ermöglicht die gezielte Simulation von Maximal- und Dauerbelastungen an Front- und Hinterachse. Mithilfe eines Wippenmechanismus werden die im täglichen Betrieb auftretenden Kräfte von 5 bis 15 kN bei Frequenzen von 2 Hz und mehr übertragen – dies entspricht mehreren Millionen Lastzyklen und erlaubt eine realitätsnahe Lebensdauersimulation.

Besonders hervorzuheben ist die kontinuierliche Überwachung der Prüfparameter: Kraft, Auslenkung und kritische Bauteile werden nicht nur messtechnisch erfasst, sondern auch per Zeitraffer dokumentiert. So lassen sich Schadensmechanismen und deren Ausbreitung präzise analysieren.

Die gewonnenen Erkenntnisse fliessen direkt in konstruktive Anpassungen am Chassis ein, die im Anschluss erneut validiert werden können – ein iterativer Entwicklungsprozess, der Effizienz und Innovationskraft vereint.

Schwerpunkt IPP: Product Development 
In Zusammenarbeit mit: Kunde: Kyburz AG 
mehr Infos: Chassis Prüfung Dauertest / Kyburz Stresstest Hinterradaufhängung

Kompetenz/Anwendungsbereich: Elektromobilität, Fahrzeugtechnik, Produktdesign 

Ziel des Projekts: Die ZHAW demonstriert mit BICAR eine neue innovative Mobilitäslösung für den Innerstädtischen Kurzdistanzverkehr.

Kurzbeschrieb dieses Projekts: Entwickelt im Rahmen eines interdisziplinären Forschungsprojekt mit Experten aus Verkehrstechnik, Nachhaltigkeit und Produktentwicklung ist BICAR ein Wegweisendes Leuchtturmprojekt der Mobilität. Der daraus entstanden Spin-off entwickelte BICAR zur Marktreife weiter und brachte des Fahrzeug mit dem Namen «roo» auf den Markt. Das Fahrzeug weckt international grosses Interesse und Städteplaner, Mobilitätsverantwortliche und Pendler können dank dem Fahrzeug BICAR eine neue Form der Mobilität erfahren. Wettergeschützt, sicher dank einem Dreipunktgurt und stabilem Stand mit 3 Räder fährt sich BICAR leicht von A nach B. Mit den integrierten Solarzellen auf dem Dach wird die Batterie von BICAR automatisch aufgeladen und das kompakte Design ermöglicht das Parken auf gewöhnlichen Motorradabstellplätzen.

Die Idee von BICAR wurde von zahlreichen Firmen aufgenommen und das Ziel, mit dem Leuchtturmprojekt die Mobilität zu verändern, wurde erreicht.

Schwerpunkt IPP: Product Development, Circular Economy Design
In Zusammenarbeit: Kunde: Share your Bicar AG
weiter Informationen: YoutTube-Video

Kompetenz/Anwendungsbereich: Getriebeprüfstand, Kunststoffzahnräder, Materialprüfung nach VDI 2736

Ziel des Projekts: Ziel ist es, durch normgerechte Prüfverfahren die materialabhängige Lebensdauer und Genauigkeit von Kunststoffzahnrädern unter realen Einsatzbedingungen zu ermitteln.

Kurzbeschrieb dieses Projekts: Die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer von Kunststoffzahnrädern hängen massgeblich von der Zusammensetzung der eingesetzten Materialien ab – und diese variiert je nach Hersteller. Hinzu kommt die temperaturabhängige Veränderung des Elastizitätsmoduls, die das Verhalten der Zahnräder im Betrieb wesentlich beeinflusst.

Für eine zuverlässige Auslegung müssen Ingenieurinnen und Ingenieure über umfassende Materialdaten verfügen, die den realen Einsatzbedingungen entsprechen. Am IPP können diese Daten normgerecht nach VDI 2736 ermittelt werden.

Im Rahmen der Prüfungen wird zunächst die Zahnradgenauigkeit bestimmt. Anschliessend erfolgt eine Lebensdaueranalyse auf dem Prüfstand, bei der die Zahnräder gezielt auf typische Versagensarten wie Zahnbruch, Verschleiss und Grübchenbildung getestet werden.

Diese praxisnahe Methodik ermöglicht eine fundierte Bewertung der Materialqualität und liefert wertvolle Erkenntnisse für die Entwicklung langlebiger und belastbarer Kunststoffzahnräder – ein entscheidender Beitrag zur Effizienzsteigerung in modernen Antriebssystemen.

Schwerpunkt IPP: Product Development
In Zusammenarbeit mit: Kunde: Kyburz AG
weitere Infos: Zahnradtests IGUS I3 VDI 2736 / TOP GEAR - Industrielle Herstellung von Zahnrädern auf Basis von thermoplastischen Hochleistungsfaserverbundwerkstoffen

Kompetenz/Anwendungsbereich: Product Development, Gesundheitswesen, Robotik

Ziel des Projekts: Entwicklung eines neuartigen Gangtrainers für die neurologische Therapie.

Kurzbeschrieb dieses Projekts: Patienten mit einer neurologischen Erkrankung (z. B. Schlaganfall) müssen über aufwändige Therapien das natürliche Gangmuster wieder neu erlernen. Dank dem von Ability auf den Markt gebrachten Gangtrainer können Patienten selbstständig und ohne Therapeuten wieder Gehen lernen.

Das IPP hat die erste Produktidee von Ability aufgegriffen. In einem Forschungsprojekt wurde die technische und physiologische Machbarkeit erforscht. Das Produkt wurde bis zum serienreifen Prototyp «Lyra» entwickelt, konstruiert und teilweise gefertigt.

Schwerpunkt IPP: Product Development
In Zusammenarbeit mit: Förderung: Innosuisse / Kunde: Ability Switzerland AG / 
THERA - Trainer

Kompetenz/Anwendungsbereich: Mechanische Entwicklung, Automatisation, Prüf- und Messtechnik

Ziel des Projekts: Die manuelle Prüfung von Permanentmagneten für Abbott-Herzpumpen wurde automatisiert, um Effizienz und Zuverlässigkeit zu steigern.

Kurzbeschrieb dieses Projekts: Im Rahmen eines interdisziplinären Forschungsprojekts wurde eine vollautomatisierte Prüfanlage für Permanentmagnete entwickelt, die in Herzpumpen der Firma Abbott zum Einsatz kommen. Ziel war es, einen bislang manuellen und aufwändigen Prozess effizienter und zuverlässiger umzusetzen.

Die Anlage übernimmt sämtliche Prüfschritte selbstständig: Sie vereinzelt die angelieferten Magnete, kontrolliert Masshaltigkeit, erkennt Oberflächenfehler und bewertet die magnetischen Eigenschaften – ganz ohne menschliches Eingreifen. Anschliessend werden die geprüften Magnete in eigens entwickelte Trays verpackt.

Neben der technischen Entwicklung spielte auch das Industriedesign eine zentrale Rolle: Die Maschine wurde nicht nur funktional, sondern auch ergonomisch und visuell ansprechend gestaltet – mit Fokus auf intuitive Bedienung, klare Formensprache und Integration in moderne Laborumgebungen.

Für die Umsetzung wurden mechanische Komponenten konstruiert, gefertigt und montiert sowie die Steuerung über eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) realisiert. Dabei kamen moderne Fertigungsverfahren wie Drehen, Fräsen, Lasern und Tiefziehen zum Einsatz.

Das Ergebnis: Eine funktionsfähige Prüfanlage, die die Anforderungen erfüllt und zuverlässig arbeitet. Der automatisierte Prüfprozess erkennt eine Vielzahl möglicher Fehlerbilder und legt damit den Grundstein für eine zukunftsweisende Qualitätssicherung in der Medizintechnik – technisch präzise und gestalterisch durchdacht.

Schwerpunkt IPP: Product Development
In Zusammenarbeit: Abbott - Thoratec Switzerland GmbH

Kompetenz/Anwendungsbereich: Circular Design Strategies, Nachhaltigkeitsbewertung, Cradle to Cradle

Ziel des Projekts: Kompetenzaufbau im Bereich Produktentwicklung für den biologischen Kreislauf

Kurzbeschrieb dieses Projekts: Ist es möglich einen kreislauffähigen Fahrradhelm, welcher am Ende seines Lebens der Natur zurückgegeben werden kann, zu entwickeln? Bietet er den erforderlichen Schutz? Welche biobasierten Materialien eigenen sich? 

Diesen Fragen wollten wir uns stellen, um unsere Kompetenzen im Bereich Produktentwicklung für den biologischen Kreislauf des Cradle to Cradel Prinzipes zu erweitern und die daraus resultierenden Herausforderungen aufzeigen.
Unsere Materialwahl zur Dämpfung von Schlägen ist Myzelium. Myzelium ist ein wurzelähnliches Geflecht aus Pilzfäden und ein schnellwachsender, organischer Rohstoff. Durch das Verwachsen des Myzeliums mit einem Substrat, meist Nebenströme aus der Agrarindustrie wie Hanf- oder Sägespäne, wird ein formbarer Werkstoff gebildet.
Bei der Verwendung des Materials in einem Consumer Produkt mit technisch und optisch hohen Anforderungen lagen die Hauptherausforderungen im serientauglichen Herstellungsverfahren und dem Schutz gegen äussere Einflüsse.
In Zusammenarbeit mit den Instituten INE und IMPE ist es uns gelungen, das Material für die anspruchsvolle Form eines Helmes zu nutzen. Mit dem vorliegenden Prototyp, diversen Falltests und Life Cycle Assessment Analysen konnte das Proof of Concept eines kreislauffähigen Fahrradhelmes erbracht werden.

Schwerpunkt IPP: Circular Economy Design
In Zusammenarbeit: INE und IMPE der ZHAW