Konzept

Eine Auflistung von Referenzprojekten im Hinblick auf die Projektphase „Konzept“ 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.

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.

Transfersystem Wickeltrommeln

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.

Antriebskonzept Spiralfroster

Ein existierender Spiralfroster (hier eine beispielhafte Abbildung), 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.

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.

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.

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.

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.

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.

Pontons mit Lastabsenk­einrichtung

Bei den Pontons mit Lastabsenkeinrichtung handelt es sich um schwere Ausrüstung zur Platzierung von Schwerkraftfundamenten.

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 Pontons mit Lastabsenkeinrichtung 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.

Im Rahmen des Projekts wurde abschließend die Konstruktion und die Zeichnungserstellung durchgeführt.