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.

Vertausch­sicherung für Entnahmelanzen

Der Kunde war mit einer Reinigungsmaschine für medizinische Operationsgeräte (u.a. Endoskope) auf dem Markt vertreten. Die Reinigungsmaschine hatte jedoch eine konzeptionelle Schwäche, so dass es zu einer unbemerkten Fehlbedienung kommen konnte. Dies konnte durch die Entwicklung einer Vertauschsicherung für Entnahmelanzen verbessert werden.

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 die gleiche 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. Das Projekt „Vertauschsicherung für Entnahmelanzen“ war mit dem Entwurf des Bauteils beendet, der Kunde hat die weitere Umsetzung dieser Lösung vorgenommen.

LUER-Adapter mit Druckausgleich

Das Projekt „LUER-Adapter mit Druckausgleich“ begann kundenseitig mit der Feststellung, dass bei der Erprobung eines Prototypen für eine Reinigungsmaschine für medizinische Operationsgeräte eine konzeptionelle Schwäche in der Maschinensteuerung sichtbar wurde. Ein LUER-Anschluss ist eine in der Medizintechnik weit verbreitete Anschlussform.

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 bzw. die Steuerung war so konzipiert, dass sie anhand des Druckwiderstands einer Spül- und Reinigungsleitung erkennen sollte, 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.

Der Anschlussadapter wurde konstruiert und die Fertigungsunterlagen wurden erstellt. Kundenseitig erfolgte die erfolgreiche Erprobung der Prototypen.

Druckregler PUR-Kleber

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.

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. Die Anforderungen an die Genauigkeit der Ausrichtung zueinander war hoch, da nicht ausschließlich über die Containerecken (hier beispielhaft Informationen zu ISO-Gussecken) ausgerichtet wurde. Um eine höhere Genauigkeit, z.B. für die Abdichtungen der Module zueinander, zu erreichen, wurde daher ein Justiersystem zur Containerkopplung benötigt.

Für einen speziellen Anwendungsfall wurde sowohl die Traglast des vorhandenen Systems erhöht und gleichzeitig das Gewicht reduziert sowie zusätzlich 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.

Projektinhalt waren sowohl der Entwurf, die Konstruktion und die Erstellung der Fertigungsunterlagen. Dabei handelte es sich bei dem fahrzeuggebundenen System um eine Variantenkonstruktion, das Justiersystem zur Containerkopplung für den manuellen Betrieb war eine Neuentwicklung.

Tool für Anforderungsmanagement

Entwicklung eines onlinebasierten Tools zur Verwaltung und Verfolgung von Anforderungen in Projekten (ETRM Engineering Toolbox Requirement Management). 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 mit Tags kategorisiert bzw. klassifiziert. Es ist möglich Projektvorlagen anzulegen, um diese dann für Varianten von Projekten bzw. Produkten verwenden zu können.

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

Zu jedem Zeitpunkt ist der Rückgriff auf einen älteren Stand der Projektanforderungen möglich, da das Tool eine einfache Möglichkeit zur Erstellung zum Freeze eines erreichten Stands bietet (Snapshots bzw. Reports).

Befüll- und Entleerkonzepte

Ausgangsbasis für dieses Projekt war die Entwicklung eines neuartigen Speichersystems für einen Massenstrom von empfindlichen Produkten. Der Massenstrom wurde in dem Speichersystem nach dem FiFo-Prinzip gespeichert, die Kapazität des Speichers war variabel.

Da der Speicher an umliegende Maschinen angeschlossen werden sollte, die unterschiedliche Ein- und Ausgangshöhen aufweisen konnten, musste der Speicher über vertikale Förderstrecken verfügen. Sobald eine vertikale Förderstrecke im laufenden Betrieb gefüllt war, funktionierte die Förderung des Produktstroms auch fehlerfrei. Beim Anfahren bzw. Befüllen und Leerfahren ergaben sich jedoch Zustände, in denen der Produktstrom nicht mehr als kompakte „Endlosschlange“ bewegt werden konnte, sondern in denen sich die Produkte mangels fehlender Unterstützung chaotisch in dem Förderer verteilten.

Es wurden verschiedene Möglichkeiten erarbeitet und hinsichtlich ihrer Umsetzbarkeit bewertet. Die Lösungsbandbreite variierte dabei von einem einfachen Schwamm (oder Molch), den man entweder vor oder nach dem Produktstrom platzierte, bis zu verschiedenen zusätzlichen Klappen, die man in die Förderstrecken einplanen konnte.

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.

Reinigungsstation mit Induktionsheizung

Für einen Kunden, der Hersteller von u.a. Wellendichtringen ist, wurde ein innovatives Konzept für eine Reinigungsstation entwickelt.

Für die Herstellung von größeren Wellendichtringen sind geteilte Werkzeugformen erforderlich, die in einer Heizpresse eingesetzt werden. Die Werkzeugformen müssen in regelmäßigen Abständen gereinigt werden, was in der Praxis durch ein Strahlreinigungsverfahren geschieht. Um einen guten Reinigungseffekt zu erzielen, ist ein Aufheizen der Werkzeugform erforderlich.

Es wurde eine Reinigungsstation konzipiert, die Aufnahmemöglichkeiten für eine Werkzeugform bietet. Die Werkzeugform kann in die Lagen gebracht werden, die zur Reinigung erforderlich sind. Im Gegensatz zu einer Heizpresse, in der das Aufheizen der Werkzeugform über eine große Kontaktfläche erfolgt (und i.d.R. in den Heizkreisläufen der Heizpresse mit Dampf realisiert wird), wurde die Werkzeugform in der Reinigungsstation mittels Induktion erhitzt. Damit wurde der Gesamtaufbau stark vereinfacht.