Projektbeispiele

Modularisierung Verholwinden

Für einen Kunden, der Systemlieferant für schiffbauliche Ausrüstung, u.a. für Verholwinden, ist, wurde ein Konzept für eine Modularisierung umgesetzt. Ziel der Modularisierung war es, die Aufwände für die auftragsbezogene Konstruktion (engineering to order) zu reduzieren und dem technischen Vertrieb die Möglichkeit zu geben, aus einem Konfigurator bereits vordefinierte Varianten von Winden verwenden zu können.

Es wurde kundenseitig ein Prototyp für eine Verholwinde entworfen und erprobt, die als Ausgangsbasis für alle weiteren Varianten verwendet wurde. Die marktseitig geforderten Baugrößen und Varianten wurden eruiert und die Grenzen des „Systembaukastens“ festgelegt.

Zur Umsetzung des Variantenbaukastens in CAD musste die Machbarkeit des Modellaufbaus im gewünschten System Solidworks untersucht werden. Hierfür wurden verschiedene Bauteile angelegt und so parametrisiert, dass sie alle erforderlichen Zustände annehmen konnten, die für die Umsetzung der gewünschten Konfigurationen erforderlich waren.

Die Produktstruktur wurde entworfen und die Schnittstellen festgelegt. Auslegung, Entwurf und Konstruktion erfolgten, ausgehend von der größten Baugröße (größte Zugkraft) hin zu den kleiner werdenden Varianten. Dabei mussten auch baugrößenbedingte Sprünge im Design berücksichtigt werden. Zeitgleich zur Konstruktion der einzelnen Varianten wurden zwei unterschiedliche Windendesigns, die aus unterschiedlichen Produktgruppen stammten, harmonisiert.

Abschließend erfolgte die technische Dokumentation (technische Zeichnungen, Stücklisten, Auslegungsdokumente).

Kratzförderer

Im Kundenunternehmen zeigten sich bei einem kürzlich entwickelten Kratzförderer einige konzeptionelle Schwächen. So war z.B. der Antrieb zu schwach ausgelegt, um einen kontinuierlichen Förderbetrieb zu gewährleisten. Darüber hinaus gab es Bereiche, in denen sich Teile des geförderten Materials ansammelten und zu weiteren Reibungsverlusten im Förderer führten.

Der Förderer war so gestaltete, dass er auf Rollen verfahren werden konnte. Jedoch zeigte sich, dass, sobald er von seiner Arbeitsposition weggefahren wurde, eine starke Kopflastigkeit. Es bestand also die Gefahr, dass der gesamte Förderer bei Wartungsarbeiten umfallen und das Personal gefährden könnte.

Auf Basis der bisherigen Unterlagen wurde ein Redesign aufgenommen, dass u.a. darin bestand, die Antriebe größer zu dimensionieren. Darüber hinaus wurden an mehreren Stellen Abweisebleche vorgesehen, die Materialreste des Förderguts gezielt in eine Auffangwanne lenken. Die Kopflastigkeit konnte durch verschiedene konstruktive Änderungen, u.a. eine Verbreiterung des Achsabstands der Transportrollen, behoben werden.

Speicher für Produkt­strom

Ein Systemanbieter für Produktionsmaschinen wollte sein Produktportfolion um einen neuen Maschinentyp erweitern. Es sollte sich dabei um ein Speichersystem handeln. Das letzte, vergleichbare Entwicklungsprojekt lag bereits einige Jahre zurück und das in dem Rahmen entstandene Produkt war technisch aufwändig und kostenintensiv sowohl in der Anschaffung als auch im Betrieb. Darüber hinaus war die für das aktuelle Projekt geplante Speicherkapazität deutlich kleiner, so dass das bisherige Maschinenkonzept dafür zu aufwändig war.

Die grundlegende intralogistische Problemstellung bestand daraus, dass sowohl der eingehende Produktstrom als auch der ausgehende Produktstrom variabel waren und gleichzeitig nach dem First-in-First-Out-Prinzip (FiFo) gespeichert werden sollte. Vor der Ideenfindung wurde eine Patentrecherche und eine Recherche zu am Markt verfügbaren Maschinen durchgeführt, die vergleichbare Einsatzzwecke hatten.

In verschiedenen Kreativ-Sessions, unter anderem in Form von Workshops, gemeinsam mit dem Kunden, wurden verschiedene Lösungsansätze für das Gesamtsystem und bereits für Teilsysteme entworfen. Die Lösungsmenge wurde stark eingeschränkt, da der Produktstrom empfindlich gegen Beschleunigungen, Vibrationen, Umlenkungen und generellen Kontakt war.

Es wurde ein Lösungsansatz ausgewählt, der in ein detailliertes Konzept überführt wurde. Anschließend wurde der Entwurf erarbeitet und ein Prototyp des Speichersystems entwickelt.

Behälterspeicher

Für eine intralogistische Problemstellung sollte ein Speichersystem entwickelt werden, das in der Lage ist, Behälter einer bestimmten Größe nach dem FiFo-Prinzip mit variabler Speicherkapazität aufzunehmen. Die Behälter enthielten Produkte, die empfindlich gegenüber Lageänderungen, Vibrationen, Stöße und Beschleunigungen waren.

Es wurden geeignete Entwicklungsmethoden ausgewählt und Lösungsprinzipien entwickelt. Während des gesamten Entwicklungsprozesses wurde eine ausführliche Entwicklungsdokumentation geführt, um im Bedarfsfall an vorherige Stände anknüpfen zu können.

Die Entwicklung des Systems begann mit der Aufstellung der grundlegenden Funktionsstruktur. Nachdem die mindestens erforderlichen Funktionen definiert waren, konnte das System entworfen werden. Trotz verschiedener innovativer Lösungsansätze stellte sich heraus, dass ein klassischer Regalspeicher mit Regalbediengerät den anderen Lösungen hinsichtlich Performance und Bauraum überlegen war. Es zeigte sich auch, dass die Bewegungsabläufe innerhalb des Speichersystems ohne Ablaufsimulationen nicht zu überblicken waren. Die dann durchgeführten Simulationen lieferten Vorgaben für die notwendige Performance der Unterbaugruppen und Antriebe. Das entwickelte System verfügte über ein Leerbehältermanagement (also im Prinzip zwei Behälterkreisläufe, einmal gefüllte und einmal entleerte) inkl. einer Reinigungseinrichtung.

Im weiteren Auswahlprozess wurden für die jeweiligen Unterbaugruppen Lösungen entwickelt, ausgewählt und zu einem Gesamtsystem zusammengestellt. Es wurde eine Versuchsmaschine entwickelt, an der die Kinematik des Systems und das Verhalten im Dauereinsatz getestet werden konnte.

Formatverstellung für eine Wickelmaschine

Für einen Kunden, der Anlagenbetreiber von Wickelmaschinen ist, wurde an einer Maschine ein Mechanismus zur Formatverstellung entwickelt.

Die Wickelmaschine wird mit einer breiten Rolle von Bandmaterial beladen, dass mit mehreren Messern auf kleinere Bandbreiten geschnitten und an einzelnen Stationen aufgewickelt wird. Je nach Breite der einzelnen Bänder ändern sich an der Maschine die Bandverläufe, so dass auch die Führungsrollen bei einem Formatwechsel nachgestellt werden müssen. Dies wurde bislang durch seitlich verschiebliche Führungsrollen gelöst, die in ihrer jeweiligen Position arretiert wurden. Die Zielpositionen mussten jeweils ausgemessen und eingestellt werden.

Zur Vereinfachung dieses Vorgangs wurde eine Mechanik entwickelt, die in mehreren Lagen übereinander Führungsrollen auf verstellbaren Hebelarmen tragen konnte. Die Anordnung wurde so gewählt, dass der Winkel der Hebelarme zum Bandverlauf geändert werden konnte. Der relevante Abstand der Führungsrollen war der projizierte Abstand der Führungsrollen in Richtung des Bandverlaufs.

Der Mechanismus wurde so aufgebaut, dass eine Verstellung per Handrad und ein Ablesen der gewünschten Zielposition möglich war. Für einzelne Sonderfälle ließ sich der Mechanismus noch um weitere, ansteckbare Elemente erweitern.

Besenantrieb

Der Kunde, ein Systemanbieter für Reinigungsgeräte und kommunale Reinigungsfahrzeuge, hatte ein Entwicklungsprojekt für ein hybridbetriebenes Fahrzeug gestartet. Im Zuge der Entwicklung sollten auf Basis vorhandener Fahrzeugkonstruktionen, die auf Verbrennungsmotoren basierten, angepasste Lösungen für einzelne Funktionsträger erarbeitet werden. Dazu gehörte auch das Antriebssystem des Frontbesens.

Eine der Herausforderungen bestand darin, dass die bislang verwendete Hydraulik ersetzt werden sollte durch elektrische Antriebe. Es zeigte sich schnell, dass die hydraulische Lösung aufgrund ihrer Leistungsdichte und Unempfindlichkeit gegenüber Witterungseinflüssen nur mit erheblichem Aufwand durch eine elektrische Lösung zu ersetzen war. Die neue Lösung führte u.a. dazu, dass tragende Strukturelemente verstärkt werden mussten und zusätzliche Abschirmungen gegenüber Spritzwasser und Schmutz vorgesehen werden musste.

Neben dem Frontbesen wurden verschiedene weitere Antriebe überarbeitet, so z.B. auch der Antrieb des Hauptgebläses und für den Kühlwasserkreislauf.

Druckregler

Ein Kunde, Anbieter von Maschinen für die Drucktechnik, hatte Probleme mit der Standzeit eines Druckreglers. Der Druckregler wurde in einer Auftragseinheit für PUR-Kleber eingesetzt. Es zeigten sich im Betrieb bereits nach kurzer Zeit Probleme mit defekten Dichtungen, so dass das Konzept des Druckreglers einem Review unterzogen werden sollte.

Es wurden Informationen zu den einzelnen Störungen und Fehlfunktionen gesammelt und die CAD-Konstruktion des Druckreglers untersucht. Wichtig war in diesem Kontext auch das Erfassen der Betriebsparameter in verschiedenen Zuständen. Es konnten mehrere Ursachen für die Fehlfunktionen ausfindig gemacht werden, die einfach zu beheben waren.

So war z.B. der Einsatz einer elektrischen Zuheizung sinnvoll, um den PUR-Kleber bei Inbetriebnahme nicht im Druckregler abzukühlen. Eine weitere konzeptionelle Änderung bestand darin, den mechanischen Verstellbereich des Druckreglers zu erweitern. So konnten Wartungshübe umgesetzt werden, die in der Leerlaufphase des Reglers vorgenommen wurden und Ablagerungen in den Endlagen des Regelbereichs regelmäßig beseitigten.

Die Überarbeitung des Druckreglers wurde parallel zu einem neuen Reglerkonzept vorgenommen und beide Varianten erfolgreich erprobt.

Transfersystem

Für eine Reifenwickelmaschine sollte ein Transfersystem entworfen werden, dass die Wickeltrommeln zwischen verschiedenen Arbeitspositionen verfährt. Es wurde eine Konzeptstudie erstellt, in der die grundlegenden Anforderungen und die wesentlichen Herausforderungen herausgearbeitet wurden.

Die Energieversorgung des Systems sollte kontaktlos erfolgen, da durch die Beweglichkeit der Transporteinheiten keine feste Kabelverbindung möglich war. Die umsetzbare Leistung einer induktiven Energieübertragung war jedoch zu gering, um die Leistungsspitzen beim Anfahren der Transporteinheiten abzudecken. Daher musste die Energie auf den Transporteinheiten zwischengespeichert werden, wozu Ultracaps eingesetzt werden sollten.

Die Arbeitspositionen waren entlang zweier Schienensysteme angeordnet, die Transporteinheiten konnten durch ein quer transportierendes Shuttle ihre Schiene wechseln. Zusätzlich musste eine Art „Abstellgleis“ eingeplant werden, um Transporteinheiten in Reserve vorhalten zu können. Diese konnten im Bedarfsfall dem Arbeitszyklus zugeführt werden, während andere gewartet wurden.

Zum Konzept wurde ein erstes Mengengerüst erstellt, um die Kosten für das Gesamtsystem abschätzen zu können.

Reinigungsstation mit Induktionsheizung

Für einen Kunden, der Hersteller von u.a. Wellendichtringen ist, wurde ein innovatives Konzept für eine Reinigungsstation entwickelt.

Für die Herstellung von größeren Wellendichtringen sind geteilte Werkzeugformen erforderlich, die in einer Heizpresse eingesetzt werden. Die Werkzeugformen müssen in regelmäßigen Abständen gereinigt werden, was in der Praxis durch ein Strahlreinigungsverfahren geschieht. Um einen guten Reinigungseffekt zu erzielen, ist ein Aufheizen der Werkzeugform erforderlich.

Es wurde eine Reinigungsstation konzipiert, die Aufnahmemöglichkeiten für eine Werkzeugform bietet. Die Werkzeugform kann in die Lagen gebracht werden, die zur Reinigung erforderlich sind. Im Gegensatz zu einer Heizpresse, in der das Aufheizen der Werkzeugform über eine große Kontaktfläche erfolgt (und i.d.R. in den Heizkreisläufen der Heizpresse mit Dampf realisiert wird), wurde die Werkzeugform in der Reinigungsstation mittels Induktion erhitzt. Damit wurde der Gesamtaufbau stark vereinfacht.

Montagestationen

Für einen Kunden, der Produktionslinien im Automobilbereich entwickelt, wurden Montagestationen für eine Doppelscheibenkupplung entworfen und konstruiert.

Die Doppelscheibenkupplung sollte in mehreren Prozessschritten an verschiedenen Stationen montiert werden. Die Montagevorgänge waren dabei im Wesentlichen Füge- bzw. Pressvorgänge, die entweder manuell oder teilautomatisch ausgeführt werden sollten. An den zu erstellenden Montagestationen sollten die notwendigen Bauteile bevorratet werden und zwischen den Stationen sollten die teilfertigen Baugruppen auf einem Transfersystem verfahren werden. An den einzelnen Stationen sollte jeweils die ID des empfangenen Werkstückträgers ausgelesen und die absolvierten Fertigungsschritte gespeichert werden.

Der Entwurf und die Konstruktion wurden auf mehrere Teams aufgeteilt, die jeweilige Montagestationen vollständig übernommen haben. Nach anfänglicher Abstimmung zu einheitlicher Datenhandhabung, Konstruktionsrichtlinie und den Schnittstellen wurde die Montagestationen entworfen und konstruiert. Für mehrere Stationen konnten Wiederholbaugruppen entworfen werden, da sich bestimmte Merkmale an den einzelnen Stationen wiederholten.