Der Kunde verfügte über einen Systembaukasten für Container, die miteinander verbunden (gekoppelt) in verschiedenen Umgebungen eingesetzt werden konnten. Diese Container wurden üblicherweise per LKW an ihren Bestimmungsort verbracht und anschließend mit einem im Fahrzeug integrierten Hubsystem so zueinander ausgerichtet, dass die Verbindungsstellen zueinander positioniert und die Kopplung vorgenommen werden konnte. Diese Kopplung konnte für mehrere nebeneinander angeordnete Container vorgenommen werden. Für einen speziellen Anwendungsfall wurde sowohl die Traglast des vorhandenen Systems erhöht und gleichzeitig das Gewicht reduziert sowie ein Positioniersystem konzipiert, dass das Anheben und Ausrichten von Containern mit Handbetätigung, also ohne externe Energiequelle, ermöglichte. D.h. anstelle eines vollständig mit Hubsystem ausgestatteten Transportfahrzeugs konnte der Container nun einfach an seiner ungefähren Position abgesetzt werden und die Positionierung unabhängig vom Fahrzeug vorgenommen werden.
Entwurf
Retrofit eines schiffbaulichen Aggregats
Für einen Systemanbieter für Filtrationsanlagen wurde die Planung für ein Retrofit-Projekt durchgeführt. Ein bestehendes schiffbauliches Aggregat, das sich im Schiffsmaschinenraum befand, sollte durch eine neue, leistungsfähigere Version ersetzt werden.
Dafür musste der Bauraum auf dem Schiff erfasst werden, was mithilfe eines 3D-Scans durchgeführt wurde. Der Scan wurde so durchgeführt, dass sämtliche Anschluss- und Störgeometrien für die Auslegung und Konstruktion des neuen Aggregats in einem CAD-Modell umgesetzt werden konnten. Da sich am geplanten Bauraum noch das bisherige Aggregat befand, musste der 3D-Scan von vielen verschiedenen Blickwinkeln ausgeführt werden. Diese individuelle Scandaten wurden dann in der Datenaufbereitung zu einer gemeinsamen Punktewolke aufbereitet.
Diese Daten haben im Projektverlauf zu einer erheblichen Beschleunigung geführt, da bis auf den 3D-Scan keine weiteren Vor-Ort-Aufnahmen notwendig waren. Auch die Einhaltung erforderlicher Mindestdurchgangsbreiten konnte durch das mitgescannte Umfeld sichergestellt werden.
Das neue Aggregat wurde nach verfahrenstechnischen Vorgaben und unter Berücksichtigung des erfassten Bauraums entworfen, konstruiert und in Fertigungsunterlagen umgesetzt.
Redesign eines Gewinderollkopfes
Ein existierender Gewinderollkopf (Tangential-Gewinderollen) sollte im Rahmen eines Redesigns optimiert werden. Die vorhandene Konstruktion zeigte eine Schwäche bei der Auslösung des Rollvorgangs – es konnte passieren, dass die Auslösung nicht stattfand und der Rollvorgang damit nicht durchgeführt wurde. Der Auslösevorgang erfolgte vollständig mechanisch über einen federnd gelagerten Stift, der durch das Werkstück eingedrückt werden sollte. Diese Fehlfunktion wurde im laufenden Betrieb nicht bemerkt, da der gesamte Fertigungsprozess automatisiert ablief.
Es wurde ein Konzept für einen neuen Gewinderollkopf erarbeitet, bei dem zwei grundlegende Änderungen vorgenommen wurden. Die Auslösemechanik, die die Anfangsenergie für die Bewegung der Rollkörper liefert, wurde stark vereinfacht und konnte so auf einem wesentlich kleineren Bauraum untergebracht werden.
Die Auslösung des Rollvorgangs wurde von der ursprünglichen Mechanik umgestellt auf einen Taster, der wiederum einen Haltemagneten angesteuert hat. Die Umstellung auf die elektronische Auslösung konnte gleichzeitig genutzt werden, um den Rollvorgang zu überwachen und eine Störung zu melden, wenn dieser nicht oder nur teilweise stattgefunden hat.
Im Rahmen des Projekts wurde ein Prototyp des neuen Gewinderollkopfes hergestellt, der über LEDs den erfolgreichen Rollvorgang signalisieren konnte.
Pontons mit Lastabsenkeinrichtung
Der Kunde hatte eine Anlegestelle für ein Fährschiff projektiert. Das Fährschiff sollte mit der Laderampe an eine befestigte Anlegestelle fahren und musste dann gegen seitliches Abdriften und Wegdrehen gesichert werden. Hierfür war vorgesehen, hinter dem Heck des Schiffs jeweils seitlich mit Abstand Bojen (Mooring Buoys) zu platzieren, an denen das Heck vertäut werden konnte.
Die Bojen sollten an einem Fundament (Schwerkraftfundament) befestigt werden, das aus mehreren gegossenen Betonblöcken bestand, die eine Kette bildeten. Diese Betonblöcke, bzw. diese Kette aus Betonblöcken mussten auf dem Seeweg vom mehrere Kilometer entfernten Produktionsstandort zu der geplanten Anlegestelle verbracht und dort in ihrer vorgesehenen Position abgesenkt werden.
Es wurde ein Konzept für einen Ponton erarbeitet. Mit dem Ponton konnte jeweils ein Betonblock transportiert und über eine einfache Hydraulik ohne zusätzliche Energiequelle abgesenkt werden. Es konnten mehrere Pontons miteinander gekoppelt werden, so dass diese einen Schleppverband bildeten. Die Kette aus Betonblöcken konnte so über den Seeweg geschleppt werden und die Betonblöcke wurden am Einsatzort abgesenkt.
Studie AKW-Schutzeinrichtung
Im Zuge der geplanten Laufzeitverlängerung für Kernkraftwerke sollten für diese verschiedene Ertüchtigungsmaßnahmen erarbeitet und umgesetzt werden.
Eine Studie zu den Folgewirkungen eines Flugzeugabsturzes auf ein spezifisches Atomkraftwerk hatte gezeigt, dass Teile des Reaktors größeren Kraftauswirkungen ausgesetzt sein könnten, so dass mit austretender Radioaktivität zu rechnen gewesen wäre. Insbesondere der Bereich des Reaktordeckels sollte geschützt werden.
Es wurden mehrere Lösungsansätze erarbeitet und hinsichtlich ihrer Eignung untersucht. Dabei wurde sowohl die technische Machbarkeit als auch die wirtschaftlichen Erfordernisse berücksichtigt. Eine zentrale Anforderung war, dass die zu entwerfende Schutzeinrichtung zum einen die sehr großen äußeren Belastungen aufnehmen muss, als auch der Zugang zum Reaktor, z.B. für den Brennstabwechsel, weiterhin möglich sein muss.
Favorisiert wurde eine Schutzkonstruktion (geschweißte Stahlstruktur), die die gesamte Energie durch plastische Formänderung aufnehmen konnte. Dies bedeutete, dass die Schutzeinrichtung mit Erfüllung ihres Zwecks zerstört wurde. Das war angesichts der sehr hohen äußeren Belastungen auch wirtschaftlich sinnvoll. Eine alternative Lösung, die aus einer starren Struktur bestand, die auf Dämpfern aufgesetzt war, wäre mit wesentlich höherem Aufwand verbunden gewesen.
Die Schutzeinrichtung wurde so weit entworfen, dass ein dynamischer FEM-Nachweis durchgeführt werden konnte und ein Abschlussbericht zum erarbeiteten Konzept erstellt werden konnte.
Unterflur-Deckelstanze
Ein Systemlieferant für Deckelstanzen, die üblicherweise aus einer Förderstrecke und einer oberhalb angeordneten Stanzeinheit bestehen, hat ein Konzept für eine neuartige, kleine Stanze erarbeitet und ein entsprechendes Lastenheft formuliert.
Das neue Konzept besteht aus einem Antrieb, der unterhalb der Förderstrecke angeordnet ist. Dieser treibt über Exzenterwellen zwei Wangen an, die wiederum am Werkzeug ziehen. Die Kinematik ist so ausgelegt, dass die Wangen eine rein translatorische Bewegung vollziehen und die Drehbewegung von der Exzenterwelle an die Wange über Kugelumlaufführungen übertragen wird.
Auf Basis der grundlegenden Systembeschreibungen und den Anforderungen hinsichtlich der Stanzleistung wurde die Antriebseinheit ausgelegt, entworfen und konstruiert, mit dem Ziel, eine Versuchsmaschine für erste Erprobungen des neuen Maschinentyps durchzuführen.
LUER-Adapter mit Druckausgleich
Bei der Erprobung eines Prototypen für eine Reinigungsmaschine für medizinische Operationsgeräte zeigte sich eine konzeptionelle Schwäche in der Maschinensteuerung.
Die in der Maschine zu reinigenden Geräte wiesen verschiedene Kanäle unterschiedlichen Durchmessers auf, die jeweils gereinigt und gespült werden mussten. Hierfür wurden maschinenseitig vorhandene Schlauchanschlüsse mit passenden Adaptern an das jeweilige Operationsgerät angeschlossen.
Die Reinigungsmaschine sollte anhand des Druckwiderstands einer Spül- und Reinigungsleitung erkennen, ob eine Leitung angeschlossen ist oder nicht. Dies hat auch bei der überwiegenden Zahl der Anschlüsse funktioniert, jedoch war ein Anschlusstyp der Operationsgeräte so gestaltet, dass die Anschlussgeometrie bereits maschinenseitig einen so hohen Druckwiderstand erzeugte, dass ein nicht angeschlossener Zustand nicht detektiert werden konnte.
Zur Lösung des Problems wurde ein Anschlussadapter entwickelt, der über eine Kinematik im nicht angeschlossenen Zustand zusätzliche Entlastungsbohrungen freigegeben hat (geringer Druckwiderstand = nicht angeschlossen). Diese Entlastungsbohrungen haben sich beim Anschluss an das Operationsgerät geschlossen, so dass beide Zustände, wie im Konzept der Maschinensteuerung vorgesehen, erkannt werden konnten.
Vertauschsicherung
Der Kunde war mit einer Reinigungsmaschine für medizinische Operationsgeräte auf dem Markt vertreten. Die Reinigungsmaschine hatte jedoch eine konzeptionelle Schwäche, so dass es zu einer unbemerkten Fehlbedienung kommen konnte.
Es gab in der Reinigungsmaschine unterschiedliche Medien für Spül- und Reinigungsvorgänge, die in Kanistern bevorratet wurden. Zur Entnahme durch die Reinigungsmaschine wurden die Kanister mit Entnahmelanzen bestückt. Beim Austauschen der Kanister konnte es jedoch zu einem Vertauschen der Kanister kommen, da sich diese sehr ähnlich sahen und auch dieselbe Anschlussgeometrie besaßen. D.h. im Worst Case konnte der gesamte Reinigungsprozess durchlaufen werden, allerdings mit einer falschen Abfolge der Reinigungs- und Spülmedien.
Kundenseitig wurde ein Anschlussadapter entworfen, der an den Maschinen nachgerüstet werden sollte. Dieser war jedoch aufwändig gestaltet und die Umsetzung mit einem hohen Aufwand verbunden.
Das kundenseitige Konzept wurde verworfen und stattdessen eine einfache, nachrüstbare mechanische Sperre entwickelt, die in Kombination mit einer angepassten Entnahmelanze ein Vertauschen verhindert hat. Die mechanische Sperre konnte als einfaches Spritzgussbauteil in der erforderlichen hohen Anzahl günstig gefertigt werden.
Redesign von Spüladaptern
Für den Reinigungsvorgang von Endoskopen waren kundenseitig eine Vielzahl unterschiedlicher Anschlussadapter vorhanden. Der Einkauf dieser Adapter war kostenintensiv und die Funktion der Adapter in einigen Fällen nicht zufriedenstellend.
Zur Kostensenkung wurde ein Reengineering durchgeführt. Die Adapter wurden maßlich aufgenommen und in CAD konstruiert. Das Dichtungskonzept der Adapter wurde grundlegend überarbeitet. Hierbei wurde auf minimale Kontaktflächen und geringe Reibung Wert gelegt.
Die Verbindungsschläuche, die in den Originaladaptern aus Silikonschläuchen mit separater, außenliegender Knickschutzfeder bestanden, wurden durch Schläuche mit entsprechender integrierter Knickschutzfeder ersetzt. Nach erfolgtem Redesign wurden Fertigungsunterlagen für alle Adaptersätze angefertigt.
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).
