Konstruktion

Eine Auflistung von Referenzprojekten im Hinblick auf die Projektphase „Konstruktion“ im Sinne des Produktentwicklungsprozesses. Es handelt sich dabei um Projekte, in denen Leistungen für Entwicklung und Konstruktion erbracht wurden. Bitte beachten Sie, dass sowohl die inhaltliche als auch bildhafte Darstellung hier stark vereinfacht ist.

Montagestationen

Für einen Kunden, der Produktionslinien im Automobilbereich entwickelt, wurden Montagestationen für eine Doppelkupplung 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 Stationen 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.

Formatverstellung für eine Wickelmaschine

Für einen Kunden, der Hersteller von Bandmaterialien ist, wurde an einer Maschine eine Formatverstellung für eine Wickelmaschine 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. Das Projekt beinhaltete sowohl den Entwurf der Formatverstellung für die Wickelmaschine als auch die Konstruktion und Erstellung von Fertigungsunterlagen.

Schienensystem

Für einen Montagevorgang im Flugzeugbau musste ein Schienensystem entworfen, ausgelegt und konstruiert werden.

In größeren Flugzeugen gibt es für die Flugzeugbesatzung sogenannte Cabin Crew Rest Compartments (CCRC), auch Cabin Crew Rest Areas genannt. Es handelt sich dabei im Prinzip um Schlafkabinen. Diese werden als vorgefertigte Einheiten im Flugzeug eingebaut. Ein CCRC ist zu groß und zu schwer, um im Flugzeug von Hand bewegt werden zu können, gleichzeitig ist der Einsatz bspw. eines Staplers nicht möglich, da es während es Montagevorgangs keinen ebenen Boden gibt.

Für die Montage des CCRC wurde ein Schienensystem entworfen. Das Schienensystem beinhaltet zwei Laufkatzen, an denen mit einer Traverse das CCRC befestigt ist. Das Schienensystem wird mit Spannelementen an den Spanten des Flugzeugs befestigt. Im Zuge des Entwurfs zeigte sich, dass das Finden geeigneter Positionen mit erheblichem Aufwand verbunden war, da viel Störgeometrie im Weg war und zusätzlich die Materialstärke der Flugzeugspante variierte. Es mussten daher mehr individuelle Klemmelemente entworfen werden.

Das CCRC wurde mit Kettenzügen angehoben und dann mit den Laufkatzen von Hand verfahren. Das gesamte Schienensystem war zerlegbar und konnte in Transportkisten verstaut werden.

Wasserstoffverteilsystem für eine APU

Wasserstoff-APU

Erarbeitung der technischen und normativen Anforderungen an ein Wasserstoffverteilsystem für eine APU (Auxiliary Power Unit) auf Basis einer Brennstoffzelle. Das System wurde mit den Hauptelementen vom Kunden definiert, so dass das Hauptaugenmerk auf den Schnittstellen zu den einzelnen Komponenten sowie der Leitungsführung im System lag.

Entwurf der notwendigen Leitungen, der Verteilerleiste sowie diverser Fittings und Anschlussadapter sowie anschließende Konstruktion und Erstellung der Fertigungsunterlagen. Begleitung der Prototypenfertigung.

Ausgeführt wurde die Konstruktion überwiegend mit metallisch dichtenden Verbindungen (Kugel-Kegel-Prinzip), eine Verbindung, die sich in Hochdruckanwendungen wie z.B. Common-Rail-Diesel, bewährt hat.

Entwicklung eines Wasserstoff-PFI-Rails (Port Fuel Injection)

PFI-Rails (Port Fuel Injection)

Entwicklung eines funktionsfähigen Prototypen (bis B-Muster) für ein Wasserstoffrail eines Heavy-Duty-Verbrennungsmotors. Die Bauform der Kraftstoffeinspritzung war Port Fuel Injection (PFI, hier beispielhaft nähere Informationen von Bosch).

  • Ermittlung der maßgeblichen Anforderungen, aus dem konkreten Anwendungsfall und regulatorisch
  • Bestimmung
    • einer geeigneten Anordnung/eines Entwurfs im Bauraum
    • der Fertigungsverfahren für Einzelteile und die Baugruppe unter Berücksichtigung spezieller Anforderungen durch den Einsatz in einer Wasserstoffanwendung
    • erreichbarer Toleranzen für Anschlussgeometrien und die Baugruppe insgesamt
    • der umsetzbaren Restschmutzanforderungen
  • Festlegung eines Entwurfs auf Basis von „Injektoraufnahmen“
  • Konstruktion und Erstellung der Fertigungsunterlagen für unterschiedliche Volumen- und Injektorvarianten
  • Durchführung von Lötversuchen zur Ermittlung der erforderlichen Parameter
  • Teilnahme an der D-FMEA und P-FMEA zur Absicherung des Designs und des Prozesses
  • Konstruktion und Erstellung von Fertigungsunterlagen für Versuchsanordnungen (Validierung), Werkzeugen und Vorrichtungen
  • Fortlaufende Abstimmung mit dem OEM, Musterbau und Lieferanten sowie weiteren Projektbeteiligten
  • Projektdokumentation gem. IATF bis in B-Muster-Reife

Die Projektbearbeitung erfolgte in enger Abstimmung mit dem Kunden unter Nutzung seiner Ressourcen, wie z.B. Validierung und Musterbau.

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 (hier beispielhaft Informationen zu einem Oily water separator), 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.

Schüttguthandling

Ein Kunde, ein Spezialist für das Schleifen von Schienen bzw. die damit in Verbindung stehende technische Ausrüstung, hatte ein neues Verfahren zur Herstellung von Schleifkörpern entwickelt, dass nun erprobt werden sollte. Die Schleifkörper wurden in sogenannten Schleifwagen eingesetzt. Die Schleifkörper wurden in Heizpressen aus einer Korund-Mischung hergestellt. Zur Befüllung der Heizpressen musste eine Lösung für das Schüttguthandling erarbeitet werden.

Die einzelnen Bestandteile der Korund-Mischung mussten jeweils aus Silos entnommen werden und in einen Mischer verbracht werden. Der Inhalt des Mischers war wiederum in ein Silo zu befüllen, der direkt an den Heizpressen angeordnet war. Aufgrund der räumlichen Gegebenheiten war es nicht möglich, die Silos soweit oberhalb der Heizpressen anzuordnen, dass das Schüttgut in den weiteren Verarbeitungsschritten ausschließlich durch Schwerkraft gefördert werden konnte. Daher musste ein Lift eingesetzt werden.

Das System zum Schüttguthandling bestand daher aus einem Kipplift, der die aufbereitete Korund-Mischung in den Silo abladen konnte. Vom Silo aus führte eine Schüttgutrutsche, die mit einer Dosierklappe versehen war, zu den Stationen mit den zu befüllenden Formen für die Schleifkörper.

Die Anlage wurde konzipiert und entworfen, zur Preisermittlung wurde Systemlieferanten für Lifte angefragt. Abschließend erfolgte die Konstruktion und Zeichnungserstellung.

Entwicklung eines Wasserstoff-DI-Rails (Funktionsmuster)

Ein DI-Rail mit Injektorleitungen

Entwicklung eines Wasserstoff-DI-Rails (Direct Injection, hier beispielhaft nähere Details von Bosch) bis zu funktionsfähigen Prototypen (Funktionsmuster) für einen Heavy-Duty-Verbrennungsmotors.

  • Ermittlung der maßgeblichen Anforderungen, aus dem konkreten Anwendungsfall sowie regulatorisch
  • Bestimmung einer geeigneten Anordnung/eines Entwurfs im Bauraum
  • Festlegung eines Entwurfs auf Basis eines Zielvolumens
  • Konstruktion und Erstellung der Fertigungsunterlagen für das Rail, Injektorleitungen und Feed-Leitung
  • Teilnahme an der D-FMEA und P-FMEA zur Absicherung des Designs und des Prozesses
  • Konstruktion und Erstellung von Fertigungsunterlagen für Versuchsanordnungen (Validierung), Werkzeugen und Vorrichtungen
  • Fortlaufende Abstimmung mit dem OEM, Musterbau und Lieferanten sowie weiteren Projektbeteiligten
  • Projektdokumentation in Anlehnung an IATF bis zu ersten Funktionsmustern

Die Projektbearbeitung erfolgte in enger Abstimmung mit dem Kunden unter Nutzung seiner Ressourcen, wie z.B. Validierung und Musterbau.

Dosieranlagen und Mischtechnik

Für einen Systemanbieter für Farbdosieranlagen (hier beispielhaft Informationen eines solchen Anbieters) wurden in verschiedenen Projekten (Dosieranlagen und Mischtechnik bezeichnen unterschiedliche Funktionseinheiten) z.T. auf Basis alter Auftragsdaten Variantenkonstruktionen für längs angeordnete und zirkuläre Dosieranlagen erstellt. Die Komponenten der Altanlage wurden, soweit möglich, übernommen und nur punktuell an den Stellen neue Bauteile verwendet, die sich auch funktional von der alten Anlage unterschieden haben. Zentrale Anforderungen dieser Projekte waren vorgegebene Ventilanzahlen und der gewünschte Platzbedarf der Anlagen.

Zusätzlich wurde eine Mischanlage komplett neu entworfen und konstruiert. Bei der Umsetzung der Mischanlage mussten u.a. die Wartbarkeit und der Wechsel des Rührers berücksichtigt werden, darüber hinaus musste eine Kinematik für eine Höhenverstellung umgesetzt werden.

Redesign Gewinderollkopf

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.