Studienabschlussarbeiten

Ziel dieser Diplomarbeit war die Entwicklung neuartiger gruppentauglicher Interaktionsgeräte, die in einer virtuellen Umgebung die Ausbildung und das Training mit Steilfeuergeschützen ermöglichen. Es wurden bestehende Originalsysteme hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer Nutzung untersucht und in Verbindung mit der Analyse bestehender Simulationssysteme die Anforderungen an die Interaktionsgeräte festgelegt. Schwerpunkte der Anforderungen waren dabei die modulare Gestaltung der Geräte, deren Skalierbarkeit hinsichtlich der verwendeten Funktionen und eine hohe Originaltreue in Geometrie und Masseverteilung. Weiterhin wurden besondere Anforderungen an die Entnahme der Trainingsgranaten sowie deren Sicherungsfunktion gestellt. Unter Anwendung des Konstruktiven Entwicklungsprozesses, kurz KEP, wurden die Interaktionsgeräte auf Prinzipebene variiert und danach durch gewählte Kriterien bewertet. Die optimale Variante wurde mittels eines 3D-CAD-Modells strukturell umgesetzt und ausgestaltet. Nach der Gestaltung erfolgte die Überprüfung der entwickelten Interaktionsgeräte auf ihre Tragfähigkeit. Dazu wurden mittels geeigneter Formalismen kritische Stellen der Konstruktion betrachtet. Die Ergebnisse dieser Analysen wurden mittels FEM-Analysen verifiziert. Als Resultat der Entwicklung liegt der mechatronische Entwurf der Geräte vor. Dabei besitzen alle Geräte die gleiche Funktionalität wie ihre originalen Pendants. Weiterhin wird die Trainingsgranate ohne menschliche Fremdeinwirkung über einen Mechanismus aus dem Geschütz befördert.

Die Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Sensorik für den Radhub eines semiaktiven Fahrwerkes in BMW-Motorrädern. Dazu wurden relevante Patente recherchiert und bewertet, da es noch keine vergleichbaren Konzepte im Bereich der Serienmotorräder und folglich in der Literatur gibt. Nach der Analyse der verschiedenen BMW-Motorrad-Radführungen sowie deren Funktionsprinzipe und darauf anwendbarer Messverfahren, wurden mehrere Sensorkonzepte erstellt. Aufgrund einer zuvor erstellten Anforderungsanalyse wurden diese nach funktionalen und technischen Kriterien bewertet. Zielführende Konzepte wurden mit real verfügbaren Sensoren detailliert untersucht. Dazu wurden sie in CATIA V5 modelliert und dargestellt und auf Integrationsfähigkeit bezüglich Bauraum und Funktion untersucht. Wirtschaftliche und technische Aspekte wurden zusätzlich geprüft. Ein Ausblick zeigt, welche Konzepte im Rahmen dieser Arbeit nicht weiter verfolgt werden konnten, aber Potential aufweisen.

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung einer Aufnahme für Werkzeuge zum Blechbiegen mit Gesenkbiegepressen und wurde bei der Firma Bystronic Maschinenbau GmbH in Gotha erstellt. Das Unternehmen entwickelt Abkantpressen und andere Werkzeugmaschinen. Bei den vorhandenen Werkzeugaufnahmen der Firma werden die Werkzeuge hydraulisch gespannt. Die Aufnahmen werden dabei vom Haupthydrauliksystem der Gesenkbiegepressen versorgt. Die neu zu entwickelnde Werkzeugaufnahme soll elektromechanisch angetrieben werden. Denn die Firma plant, ihr Produktangebot in nächster Zeit mit Elektropressen zu erweitern. Deshalb sollen auch die peripheren Teilfunktionen der Abkantpressen hydraulikunabhängig, möglichst elektromechanisch, erfüllt werden. Auf dem Markt ist generell ein Trend zu hydraulikfreien Werkzeugmaschinen erkennbar [1], [2]. Bisher allerdings können auch konkurrierende Pressen- und Werkzeughersteller noch keine elektromechanisch angetriebene Werkzeugaufnahme anbieten. Die Klemmsysteme bei Elektropressen anderer Hersteller sind mit eigenständigen Hydraulikkreisläufen ausgerüstet oder die Werkzeuge werden rein mechanisch gespannt. Mit der Entwicklung einer elektromechanisch angetriebenen Werkzeugaufnahme möchte die Firma Bystronic Maschinenbau gegenüber Konkurrenten einen technischen Vorsprung schaffen und einen großen Schritt auf dem Weg zu einer hydraulikfreien Abkantpresse gehen. Ein weiteres Ziel besteht darin, die Werkzeuge des Herstellers Wila B. V. mit dem neuen System aufnehmen zu können. Die niederländische Firma Wila ist rein auf Werkzeugklemmsysteme für Abkantpressen spezialisiert und besitzt einen enorm großen Marktanteil. Viele große Pressenhersteller rüsten ihre Maschinen mit Werkzeugklemmungen der Firma Wila aus. Auch einige Bystronic-Kunden lassen Abkantpressen direkt beim Kauf mit dem Werkzeugklemmsystem des Herstellers Wila ausrüsten, dies betrifft vor allem Maschinen für den nordamerikanischen Markt. Der wesentliche Nachteil für die Firma Bystronic besteht darin, dass diesen Kunden keine Bystroniceigenen Werkzeuge mehr verkauft werden können. Denn es gibt erhebliche technische Unterschiede zwischen den System der beiden Hersteller Bystronic und Wila. Deswegen ist es für Bystronic wirtschaftlich sehr reizvoll ein System zu entwickeln, dass sowohl den eigenen Werkzeugtyp, wie auch Wila-Werkzeuge sicher aufnehmen kann.

Die Arbeit dokumentiert eine systematische Kostenreduzierung einer optomechanischen Baugruppe eines ophthalmologischen Messgerätes. Es sollen Entwürfe generiert werden, die eine Halbierung der Herstellkosten des Untersuchungsgegenstandes bei gleichzeitiger Verbesserung des Montageablaufes erreichen. Daraus ergibt sich die Frage nach möglichen Ansatzpunkten mit aussichtsreichem Optimierungspotenzial. Vereinfachen lässt sich das zu der Kernfrage nach den Kostenursachen. Unter Zuhilfenahme der Erfahrungswerte aus der Serienproduktion werden die ursprünglichen Anforderungen hinterfragt und auf Basis von Analysen der Funktion, Konstruktion und Kostenstruktur aktualisiert und erweitert. Darauf aufbauend folgt die Entwicklung einer Reihe neuer Baugruppen, deren Bewertung und Selektion auf Grundlage von Angeboten erfolgt. Am Ende der Untersuchungen stehen zwei Entwürfe als CAD-Modell, die beide das Kostenziel unterbieten können. Auch die Optimierung eines elementaren Justierschrittes wird vorgestellt. Die endgültige Entscheidung zwischen beiden Varianten ist nur auf Grundlage von Versuchsmustern möglich. Aufbau, Analyse und Auswertung der Testgruppen ist nicht mehr Teil dieser Dokumentation. Die Systematik der Arbeit ist für ähnliche Problemstellungen adaptierbar. Zusätzlich kann eine Reihe der Vorschläge für den geplanten Nachfolger des ophthalmologischen Messgerätes, übernommen werden.

Die Diplomarbeit befasst sich mit dem Entwurf einer Positioniereinrichtung für die zur Durchführung der Optischen Tomografie (OT) erforderlichen Komponenten. Diese sollen entlang eines Kleintiers unterschiedlich zueinander positioniert werden und um dieses zu untersuchende Objekt gemeinsam rotieren. Der Aufbau soll darüber hinaus die Kombination der OT mit den anderen Modalitäten der Tomografie erlauben. Da diese Verfahren auf elektromagnetischer und Röntgenstrahlung basieren, müssen strenge Kompatibilitätsbedingungen hinsichtlich des Materials und der elektromagnetischen Emission beachtet werden. Außerdem darf ein definierter Bauraum nicht überschritten werden. Um diese Kompatibilitätsbedingungen zu ermitteln, werden die Verfahren der unterschiedlichen Modalitäten in der Arbeit einzeln untersucht und Einschränkungen für die Konstruktion abgeleitet. Diese reduzieren den Lösungsraum speziell für die Funktionselemente Aktor und optionaler Sensor (nur bei Regelung erforderlich). Deshalb wurden drei Funktionsstrukturen entwickelt, bei denen der Sensor immer am Abtrieb im Tomografen (aufgrund hoher Genauigkeit) und der Aktor an den drei Positionen: Tomografie-Gerät, Untersuchungsraum und abgeschirmter Nebenraum angeordnet ist. Die Arbeit dokumentiert eine Evaluation für jede dieser Strukturen hinsichtlich der Anforderungen an die Funktionselemente Aktor, Sensor, Getriebe und Führung. Darauf basierend wurde der Lösungsraum für diese determiniert und vier technische Prinzipe entworfen. Als Resultat einer Bewertung der ausgearbeiteten Prinzipe ist die Entscheidung für eine Variante mit einem Piezoantrieb im Untersuchungsraum gefallen. Für diese sind zwei Konstruktionen mit unterschiedlichen Führungen in der Arbeit dokumentiert. Aspekte hinsichtlich Fertigung und Montage führten zur Auswahl einer der Varianten, für die ein Zeichnungssatz als Teil dieser Arbeit angefertigt wurde.