Maschinenbau

Eine Auflistung von Referenzprojekten aus dem Bereich Maschinenbau. Es handelt sich dabei um Projekte, in denen überwiegend 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.

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.

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.

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.

Modularisierung Verholwinden

Für einen Kunden, der Systemlieferant für schiffbauliche Ausrüstung, u.a. für Verholwinden, ist, wurde ein Konzept für eine Modularisierung umgesetzt. Ziel der Modularisierung war es, die Aufwände für die auftragsbezogene Konstruktion (engineering to order) zu reduzieren und dem technischen Vertrieb die Möglichkeit zu geben, aus einem Konfigurator bereits vordefinierte Varianten von Winden verwenden zu können.

Es wurde kundenseitig ein Prototyp für eine Verholwinde entworfen und erprobt, die als Ausgangsbasis für alle weiteren Varianten verwendet wurde. Die marktseitig geforderten Baugrößen und Varianten wurden eruiert und die Grenzen des „Systembaukastens“ festgelegt.

Zur Umsetzung des Variantenbaukastens in CAD musste die Machbarkeit des Modellaufbaus im gewünschten System Solidworks untersucht werden. Hierfür wurden verschiedene Bauteile angelegt und so parametrisiert, dass sie alle erforderlichen Zustände annehmen konnten, die für die Umsetzung der gewünschten Konfigurationen erforderlich waren.

Die Produktstruktur wurde entworfen und die Schnittstellen festgelegt. Auslegung, Entwurf und Konstruktion erfolgten, ausgehend von der größten Baugröße (größte Zugkraft) hin zu den kleiner werdenden Varianten. Dabei mussten auch baugrößenbedingte Sprünge im Design berücksichtigt werden. Zeitgleich zur Konstruktion der einzelnen Varianten wurden zwei unterschiedliche Windendesigns, die aus unterschiedlichen Produktgruppen stammten, harmonisiert.

Abschließend erfolgte die technische Dokumentation (technische Zeichnungen, Stücklisten, Auslegungsdokumente).

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.