Konstruktion

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.

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.

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), also im Prinzip 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.

Schüttguthandling

Ein Kunde, Spezialist für das Schleifen von Schienen, hatte ein neues Verfahren zur Herstellung von Schleifkörpern entwickelt, dass nun erprobt werden sollte. Die Schleifkörper wurden in Heizpressen aus einer Korund-Mischung hergestellt.

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.

Das System zum Schüttguthandling bestand in 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 befüllendenen Formen für die Schleifkörper.

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

Kühlförderstrecken

Für einen Kunden, der Systemanbieter von Anlagen zur Reifenherstellung ist, wurden mehrere Projekte zur Entwicklung und Konstruktion von Kühlförderstrecken abgewickelt.

Anlagen zur Reifenherstellung lassen sich grundsätzlich aufteilen in einen ersten Bereich, in dem Kautschukbahnen, die z.T. profiliert sind, durch einen Extruder hergestellt und auf Rollen gewickelt werden (Strangherstellung). Im eigentlichen Produktionsbereich für die Reifen werden die Kautschukbahnen durch Wickelmaschinen verarbeitet und die Reifen in Heizpressen gebacken.

Die Strangherstellung setzt sich zusammen aus dem Extruder, nachfolgenden Messstrecken zur Profilüberwachung und der anschließenden Kühlförderstrecke. Vor der Kühlförderstrecke kann noch eine Tauchstrecke und ein Aufwärtsförderer platziert werden, je nach Anordnung der Komponenten und verfahrenstechnischen Erfordernissen. Die Kühlförderstrecke ist im Wesentlichen ein Förderband mit mehreren Etagen, der Strang läuft dabei mäanderförmig durch die Anlage und wird währenddessen mit Wasser besprüht. Am Ende der Kühlförderstrecke wird das Material mit Luft trocken geblasen.

Für den Bereich der Strangherstellung sollten mehrere neue Kühlförderstrecken konstruiert werden. Grundlage für die neuen Kühlstrecken sollten Konstruktionsdaten aus vergangenen Projekten sein, es handelte sich also um eine Variantenkonstruktion. Neu war jedoch, dass zur effizienten Abwicklung der anstehenden Projekte eine Modularisierung vorgesehen war, d.h. die Kühlförderstrecken sollten sich aus Wiederholbaugruppen, die in einem bestimmten Rahmen konfiguriert werden konnten, zusammensetzen lassen. Innerhalb der Kühlförderstrecken konnte die Wegstrecke des Strangs z.T. angepasst werden, in dem schwenkbare Förderer eingesetzt wurden, so dass ein Bypass entstand.

Es wurde entsprechend modularisierte Baugruppen erzeugt, die bspw. ein Umschalten zwischen rollender und gleitender Abtragung für die Fördergurte ermöglichten, oder die Auswahl einer bestimmten Verrohrung. Zusätzlich wurden zu den einzelnen Projekten die jeweiligen Tragstrukturen, mit Begehungen, Leitern und Podesten, konstruiert und statisch nachgewiesen. Dabei waren z.T. auch Sonderfälle zu beachten, wie z.B. die Ausführung als an der Decke aufgehängte Tragstruktur, statt einer auf Portalen stehenden Struktur.