Studienabschlussarbeiten

Die vorliegende Arbeit behandelt die Änderungskonstruktion der Ofenflansche eines Sinterofens. Die Ofenflansche müssen neben mechanischen und thermischen, vor allem chemischen Belastungen standhalten. In dem Ofen findet der finale Sinterungsprozess eines Sol-Gel-Verfahrens zur Herstellung von Kieselglas statt. - Es erfolgt eine Analyse des Aufbaus und der Funktionsweise des Ofens, beginnend mit der Beschreibung der chemischen Abläufe des Sinterprozesses. Daran anschließend erfolgen die Darstellung des mechanischen Aufbaus der Ofenkonstruktion und eine Schilderung der prozessbedingt auf die Ofenflansche wirkenden Belastungen. Bei dieser Schilderung werden die Schwachstellen der Konstruktion beschrieben und die Ziele der Änderungen festgelegt. - Im letzten Kapitel wird die Konstruktion der neuen, aus dem Werkstoff Quarzglas bestehenden Ofenflansche beschrieben. Dafür werden Vorbetrachtungen zur Konstruktion, grundlegende Auslegungs-Rechnungen, die Darlegung verschiedener Konstruktionsvarianten und die Auswahl einer optimalen Konstruktionslösung durchgeführt.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde untersucht, welchen Einfluss verschiedene Konstruktionsmerkmale auf die Wärmeleiter der Kühlstrecke ausüben. Dabei wurde eine möglichst hohe Effektivität der Wärmeübertragung angestrebt. Ein eigens konstruierter Messaufbau zur Ermittlung der Wärmeübertragung wurde für die Untersuchungen benutzt. In der Kühlstrecke sollten so wenig wie möglich Schnittstellen integriert sein, da diese thermische Widerstände verursachen. Sie müssen vor störenden Schmutzschichten geschützt und zur Verringerung des thermischen Widerstandes mit Wärmeleitpaste versehen werden. Die Einflüsse von Querschnittsveränderungen am Wärmeleiter müssen experimentell überprüft werden, da nicht alle praktischen Einflüsse in die Theorie überführbar sind.

Bei Projektionsbildern, die von mehr als einem Projektor erzeugt werden, spielt die Ausrichtung der Bilder der einzelnen Projektoren zueinander eine wesentliche Rolle hinsichtlich der Qualität des Simulators. Die Bilder müssen sich im Randbereich überlappen, damit keine Schattenbereiche gebildet werden. Zur Gewährleistung der Qualität müssen die Pixel der einzelnen Bilder in dem Überlappungsbereich genau aufeinander liegen. Wird diese Anforderung nicht erfüllt, kommt es zu Bildverzerrungen an diesen Stellen, die in ungünstigen Fällen die Qualität des Gesamtgebildes beeinträchtigen können. Zielstellung der vorliegenden Arbeit ist die Konstruktion einer Justiereinrichtung, die die geforderte Genauigkeitsanforderungen bei der Einstellung der einzelne Bilder erfüllt. Weiterhin wird zwecks Bedienerfreundlichkeit eine bestimmte Justierung gewährleistet. Für eine flexible Anwendung in verschiedenen Simulationsanlagen weist die Justiereinrichtung eine universelle Projektoraufnahme auf. Für eine optimale Justierung der erzeugten Bilder von schwer zugänglichen Projektoren wird die Justiereinrichtung mit einem motorischen Antrieb versehen. Die Funktion der Vorrichtung ist durch die Analyse der Bildverformungen bei dem Justiervorgang untersucht worden. Die optimale Gestalt der tragenden Baugruppen wurde durch verschiedene Belastungsanalysen festgestellt. Zur Minimierung des Herstellaufwandes und zur Steigerung der Bedienerfreundlichkeit, strebte man eine modulare und universelle Lösung mit minimaler Anzahl an Justierachsen an. Die aus den gründlichen Untersuchungen der Bildverformungen und Justierachsenanalyse gewonnenen Erkenntnisse wurden genutzt, um eine modulare in drei Achsen bestimmt justierbare Projektoraufnahme zu konstruieren. Zur Erfüllung aller Anforderung werden fünf justierbare Freiheitsgrade benötigt.

Untersuchungsgegenstand der Arbeit ist ein mobiler Roboter für den Industrieeinsatz, zur Automatisierung bzw. Verkettung von automatischen Bearbeitungs- und Montageautomaten, der aus einem Industrieroboterarm und einer Fahrplattform zusammengesetzt ist. Auf der Basis dieses hochflexiblen Verkettungssystems wird eine praxisnahe Applikation entworfen, die auf einem Messestand vorgeführt werden kann. Die Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Auswahl, Auslegung, Konstruktion und Inbetriebnahme der für die industrielle Anwendung nötigen Peripherie. Dabei handelt es sich zum einen um mechanische Komponenten wie beispielsweise das Greifsystem und zum anderen elektrotechnische bzw. informationstechnische Komponenten, die die Signalübertragung zur Kommunikation des Roboters mit den zu verkettenden Automaten und den Arbeitsschutz gewährleisten. - Weiterhin werden verschiedene Untersuchungen am gegebenen mobilen Roboter durchgeführt, durch die sich eine Aussage über die Positionier- und Wiederholgenauigkeit, sowie Geschwindigkeit und Dynamik präzisieren lässt. Abschließend erfolgt die Einschätzung der Eignung verschiedener Einsatzfälle für den mobilen Roboter, die durch Messeanfragen von Interessenten entstanden sind, anhand der Untersuchungsergebnisse und die Benennung von Ausgangspunkten für die künftige Forschung und Optimierung auf diesem Gebiet.

Das Thema der vorliegenden Diplomarbeit wurde von der Fa. Gasser Kunststofftechnik GmbH & Co.KG gestellt. Sie stellt neben Formen für den Kunststoffspritzguss auch eigene Heisskanalsysteme her. Dem Werkzeugbau steht oft nur eine Spritzgussmaschine zur Abmusterung zur Verfügung, welche die Vielzahl an Varianten der einzelnen Kunden abdecken sollte. Da die Schnittstellen der Prozessmedien zwischen Werkzeug und Spritzgussmaschine (SGM) nicht einheitlich sind wurde eine multifunktionale Aufspannplatte entwickelt werden, welche es unter geringem Rüstaufwand ermöglicht, möglichst viele verschieden genormte Werkzeuge auf einer SGM abmustern zu können. Dazu wurden zunächst sämtliche Anforderungen und Bedingungen zusammengetragen, die die Auslegung, Gestaltung, Umsetzung und spätere Funktion der Platte und ihrer Peripherie betreffen. Auf dieser Grundlage wurde durch methodisches Vorgehen eine Prinzipstruktur gefunden werden, die im weiteren Verlauf bis zum technischen Entwurf ausgearbeitet wurde. Die Dimensionierung der hauseigenen Bauteile basierte bisher auf theoretischen Berechnungen, FEM-Simulationen und langjähriger betrieblicher Erfahrung. Durch die teilweise sehr engen Prozessfenster der Kunststoffe und die bei der Auslegung getroffenen Vereinfachungen waren die theoretisch bestimmten Werte nicht immer aussagekräftig genug. Zur optimierten Auslegung der einzelnen Komponenten wurde ein Prüf- und Versuchswerkzeug entwickelt, welches die praktische Untersuchung der Grenzbereiche der Prozessmedien ermöglicht und gleichzeitig als Versuchsträger für verschiedene Sensor- und Überwachungssysteme dient. Dazu wurde zusammengetragen, welche Test- und Prüffunktionalitäten umgesetzt werden sollten und welche Prozesssituationen zu simulieren sind. Auf Grundlage dessen musste eine geeignete Gestalt des Spritzgussteiles gefunden werden, mit der die Forderungen umgesetzt werden können. Dieses Teil soll auch als Werbeträger und Musterteil genutzt werden, was zu berücksichtigen war. Des Weiteren wurde geprüft, welche technischen Gegebenheiten zum Betrieb des Werkzeuges auf der hauseigenen Spritzgussmaschine vorhanden sind. Es erfolgte eine Konstruktionsmethodik, deren Ergebnis bis zum technischen Entwurf detailliert wurde.