Konzept

Entwicklung eines Wasserstoff-DI-Rails (Funktionsmuster)

Ein DI-Rail mit Injektorleitungen

Entwicklung eines funktionsfähigen Prototypen für ein DI-Wasserstoffrail (Direct Injection) eines Heavy-Duty-Verbrennungsmotors.

  • Ermittlung der maßgeblichen Anforderungen, aus dem konkreten Anwendungsfall und 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

Entwicklung PFI-Rail (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).

  • 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

Justiersystem zur Containerkopplung

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.

Antriebskonzept Spiralfroster

Ein existierender Spiralfroster, der in der lebensmittelverarbeitenden Industrie eingesetzt wurde, zeigte im Betrieb mehrere konzeptionelle Schwächen. Der vorhandene Aufbau war durch einen zentralen Antrieb charakterisiert, der mit einem großen Untersetzungsgetriebe das Antriebsmoment auf die Tragstruktur des wendelförmig umlaufendenen Fördergurts übertrug. Durch die extremen klimatischen Anforderungen ist das Getriebe nach kurzer Zeit ausgefallen und ein Austausch war mit einer kompletten Demontage des Spiralfrosters verbunden.

Im Rahmen einer Konzeptstudie zur Produktverbesserung wurden verschiedene alternative Möglichkeiten des Antriebs erarbeitet und hinsichtlich ihrer Eignung untersucht. Dabei wurde u.a. die Verlegung der wartungsrelevanten Antriebskomponenten außerhalb der Kühlzone als auch der Einsatz von mehreren, voneinander unabhängigen Antrieben untersucht. Gemeinsam mit dem Kunden wurden Workshops zur Ideenfindung und Ideenbewertung durchgeführt und eine abschließende Empfehlung für den anzuschließenden Entwurf und die Erprobung erarbeitet.

Tool für Anforderungsmanagement

Entwicklung eines onlinebasierten Tools zur Verwaltung und Verfolgung von Anforderungen in Projekten. Das System bietet die Möglichkeit, sich als Nutzer zu registrieren und Projekte anzulegen. Andere Nutzer können in das eigene Projekt eingeladen werden und verschiedenen Rollen zugeordnet werden.

Die mit dem Tool verwalteten Anforderungen werden grundsätzlich Kategorien zugeordnet. Hierzu gibt es für unterschiedliche Projektarten Templates, die auch als Checkliste verwendet werden können.

In Abhängigkeit von der Nutzerrolle können neue Anforderungen angelegt oder bestehende verändert werden, ebenfalls möglich ist das Kommentieren von Anforderungen.

Die Verwaltung der Anforderungen erfolgt listenbasiert und ist hierarchisch aufgebaut. D.h. eine Anforderung kann aus einer übergeordneten Anforderung abgeleitet werden. Das System kann diese Abhängigkeiten als Diagramm visualisieren.

Jede Anforderung kann mit verschiedenen Attributen versehen werden, die zur Klassifizierung und Auswertung der Anforderungen genutzt werden können.

Zu jedem Zeitpunkt ist der Rückgriff auf einen älteren Stand der Projektanforderungen möglich, das Tool bietet hierzu eine 1:1 Gegenüberstellung von zwei unterschiedlichen Versionen mit jeweiliger Kennzeichnung der Änderungen.

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.

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.