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Auslegung eines neuen Produkts mit Phasenwechselmaterial und Optimierung des Handlingprozesses

Stefan Hochuli

Titel

Auslegung eines neuen Produkts mit Phasenwechselmaterial und Optimierung des Handlingprozesses

Autor/in

Datierung

07.06.2019

Beschreibung

Die vorliegende Arbeit entstand im Rahmen des Moduls Bachelorthesis an der Hochschule Luzern - Technik
& Architektur. Sie befasst sich mit der thermodynamischen Auslegung von doppelwandigen Trinkgläsern mit
Kühleffekt der Firma SCALORIC GmbH. Ausserdem wird der Aufbau eines Prototyps zur Befüllung der
Trinkgläser mit Phasenwechselmaterial (PCM) behandelt. In den Hohlraum der Gläser wird ein
Phasenwechselmaterial gefüllt. Nach dem Laden der Trinkgläser, kühlen diese das eingefüllte Getränk, in
dem der Phasenübergang des PCM von fest zu flüssig ausgenutzt wird. In dieser Arbeit wurde ein Modell
entwickelt, welches den Temperaturverlauf des Getränks beim Abkühlen berechnet. Dadurch, dass es sich
dabei um ein hochkomplexes, instationäres Problem handelt, kann das entwickelte Modell für qualitative
Untersuchungen eingesetzt werden, für quantitative Aussagen ist allerdings eine genauere Betrachtung des
vorliegenden Systems notwendig.
Im zweiten Teil dieser Arbeit wird der Aufbau, die Implementation und die Funktionsvalidierung der
entwickelten Befüll Anlage behandelt. Die Herausforderung dabei besteht darin, dass die mundgeblasenen
Gläser in Form und Grösse geringfügig voneinander abweichen und deshalb ist auch die Position des Lochs
zum Befüllen des Glases mit PCM und die Füllmenge nicht konstant. Dies macht ein System nötig, dass
diese zwei Komponenten automatisch erkennt und entsprechend reagiert. Die Position der Einfüllöffnung
wird mittels Bilderkennung lokalisiert, die Erkennung der Füllmenge wurde durch eine Lichtschranke
realisiert, die auf Höhe der gewünschten Füllmenge positioniert wird. Der Prototyp wurde so aufgebaut, dass
auch die neu entwickelten Gläser der Firma darauf befüllt werden können. Der entwickelte Prototyp
funktioniert zuverlässig und befüllt die Gläser nach Knopfdruck automatisch mit dem
Phasenwechselmaterial.

The following paper was written in the scope of the module 'Bachelorthesis' at the Lucerne University of
Applied Sciences and Arts. It deals with the thermodynamic dimensioning of double-walled drinking glasses
that provide a cooling effect. Furthermore, the construction of a prototype to automatically fill the glasses
with a phase-change material (PCM) is discussed. The PCM is filled into the cavity of the glasses. After
charging the glasses, it cools the drink inside it, by using the phase change from solid to liquid. In this paper,
a model was developed, which calculates the Temperature of the drink while cooling down. Since this is a
highly complex and transient problem, the developed model can only be used for qualitive analysis. To
provide quantitative results, a more detailed view of the system is required.
In the second part of the paper, the development, implementation and functional validation of the devised
prototype. The challenge consisted of the fact, that the handblown glasses vary from one another slightly and
therefore the position of the hole to fill the glasses with the PCM and the filling capacity is not constant. This
requires a system, that can detect the position of the hole and the required amount of PCM to fill the glass and
can react properly. Image detection is used to localize the position of the filling hole and the filling capacity
is detected with a light barrier, which is mounted at the height of the desired filling height. The prototype was
designed to be able to fill the new products of the company, which are currently under development, as well.
The built prototype works reliable and can automatically fill the glasses with the PCM after the press of a
button.

Urheberrechtshinweis