Studienabschlussarbeiten

Im Mittelpunkt dieser Arbeit steht die Neukonstruktion einer Prüfstandsmotorpalette zur Erprobung von Diesel- und Ottomotoren der AUDI AG. Die zunehmende Komplexität moderner Motoren bei gleichzeitiger Verkürzung der Entwicklungszeiten stellt wachsende Anforderungen an die Prüfstandspalette zwischen Motor und Belastungsmaschine. Dies betrifft neben der mechanischen Befestigung auch alle notwendigen Versorgungsmedien, wie Kühlung, Ladeluft, Kraftstoff sowie die Unterbringung von Messgeräten und der Sensorik. - Im Vorfeld der Arbeit wird ein kurzer Überblick über den Stand der Technik gegeben und das Palettensystem der AUDI AG vorgestellt. Nach der Aufgabenpräzisierung folgt das Analysieren der vorhandenen Prüfstandspaletten auf Verbesserungspotential. Für die Durchführung dieser Untersuchungen wird ein V10 Mittelmotor mit einer Bertrandt-Wellenanbindung als Versuchsaufbau gewählt. - Zunächst wird eine ABC-Analyse durchgeführt, um Klarheit über betriebswirtschaftliches Einsparpotential zu erhalten. Im Anschluss folgen FE-Analysen mit dem Schwerpunkt Festigkeitsberechnung, Modalanalyse, Berechnungen zur Struktursteifigkeit sowie zur Beurteilung der Standsicherheit der Palette im Prüfstandsbetrieb. Zusätzlich werden Messungen durchgeführt, um eine abschließende Bewertung des Schwingungsverhaltens vornehmen zu können. - Im nächsten Schritt werden geeignete Lösungen für die konstruktive Umsetzung des Verbesserungspotentials erarbeitet und bewertet. Als Ergebnis dieser Arbeit liegen ein vollständiges CAD-Modell und ein technischer Entwurf der Prüfstandsmotorpalette vor.

Die Diplomarbeit wurde für Brose Fahrzeugteile GmbH & Co. Kg am Hauptstandort Coburg angefertigt. Brose ist Partner der internationalen Automobilindustrie und beliefert mehr als 40 Fahrzeugmarken und führende Sitzhersteller. An weltweit fast 40 Standorten in 19 Ländern entwickeln und fertigen rund 9100 Mitarbeiter mechatronische Komponenten und Systeme für Türen und Sitze von Automobilen. Für komfortables Einsteigen von Passagieren in den Fond eines 2- bzw. 3-Türigen PKW ist eine Mechanik erforderlich, die eine Lehnenklappung und eine Verschiebung des Vordersitzes nach vorne erlaubt. Diese Mechanik ist im Brose-Baukasten für Sitzsysteme bisher nicht vorhanden. Die benötigten Komponenten müssen bei Wettbewerberfirmen beschafft werden. Um die für den Wettbewerb ungünstige Situation zu verbessern, soll im Rahmen der Diplomarbeit eine Vorklappmechanik inklusive Ansteuerung der Längsverstellung in der Sitzschiene für die Firma Brose entwickelt werden. Ziel der Diplomarbeit ist die Entwicklung einer zentralen Lehnenfreischwenkung für Vordersitze von 2-türigen PKW's. Die Mechanik, die auch als "Easy-Entry" bezeichnet wird, soll als Adaption auf den bestehenden Brose-Drehbeschlag für die Lehnenneigungsverstellung eines Vordersitzes des AUDI A4 "Typ B8" konstruiert werden. Als Ergebnis der Diplomarbeit steht eine entwickelte Variante, die entscheidende Vorteile gegenüber der Konkurrenz-Lösung aufweist. Zur Lösungsfindung wurde eine Markt- und Wettbewerbsanalyse sowie eine Patentrecherche durchgeführt. Die Anforderungen an die Easy-Entry wurden aufgelistet, verschiedene Lösungskonzepte entwickelt und bewertet, die besten Lösungen auskonstruiert und auf ihre Funktionsfähigkeit nachgerechnet. Dazu kommt die FMEA-Analyse einer wichtigen Teilfunktion und eine FEM-Analyse der Easy-Entry im Crash. Zuletzt wurde ein technischer Entwurf der Vorzugsvariante erstellt und ein Rapid-Prototyping Muster aufgebaut, welches mit der Konkurrenz-Variante verglichen wurde. Aufgrund der Anforderungen an die Verriegelung der Sitzposition im Panik- und im Crashfall wird bei der entwickelten Lösung, ebenso wie bei den Wettbewerbs-Produkten, ein Zweiklinkensystem mit Reibdaumen und Riegel eingesetzt. Die Vor- bzw. Nachteile des Easy-Entry-Beschlags machen die bei der Verriegelung in Klappposition und bei der Ansteuerung der Bowdenzüge verwendeten Mechanismen aus. Die Entriegelungskräfte beim Lösen der Verriegelung in Klappposition wurden durch die entwickelte Verriegelungsmechanik auf ca. 20% der Entriegelungskräfte der Konkurrenz-Lösung gesenkt. Die Toleranz des Bowdenzugweges zur Entriegelung der Sitzlängsverstellung liegt bei ca. 45% der Konkurrenz-Lösung, wodurch der geforderte Bowdenzugweg eingehalten wird und eine Sitzmontage ohne Einstellung der Bowdenzuglänge ermöglicht ist. Bauraum, Masse und konstruierte Kosten der entwickelten Lösung liegt im Bereich der auf dem Markt etablierten Konkurrenz-Varianten. Einige Teilfunktionen der Easy-Entry wurden mit patentwürdigen Mechanismen realisiert. Um den Beschlag zur Serienreife zu bringen, ist es notwendig die theoretisch ermittelten Kennwerte hinsichtlich Festigkeit, Reibungsverhältnissen, Entriegelungskräften und Bowdenzugtoleranzen in der Praxis zu überprüfen. Zum Nachweiß der Crashfestigkeit der Verriegelung in Sitzposition ist es notwendig FEM-Berechnungen durchzuführen. Zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit der entwickelten Lösung ist es notwendig ein Stahl-Muster zu fertigen. Mit dem Muster werden unterschiedliche Funktions- und Dauertests durchgeführt. Je nach Ergebnis müssen Optimierungsmaßnahmen eingeführt werden. Aufgrund der Vorteile, die die entwickelte Lösung hinsichtlich Entriegelungskräften und Bowdenzugtoleranzen aufweisen kann, ist die Wahrscheinlichkeit hoch, daß sie in einem Vordersitz eines 2- bzw. 3-Türigen PKW's zum Einsatz kommt.

Zur Erweiterung der Produktreihe der Deckel Maho Seebach GmbH besteht das Ziel, ein HSC-Bearbeitungszentrum für den Werkzeug- und Formenbau mit erhöhten Genauigkeitsanforderungen zu entwickeln. Ausgehend von einer Marktanalyse und den geforderten Eigenschaften wird ein Anforderungsprofil erstellt, auf dessen Grundlage verschiedene Lösungskonzepte entwickelt werden. Die Auswahl der passenden Variante wird mit Hilfe einer mehrwertigen Bewertung durchgeführt. Den höchsten Erfüllungsgrad erzielt ein Portalmaschinenkonzept mit absolut symmetrischem Aufbau des Gestells und der Schlitteneinheiten. Die gewählte Variante unterscheidet sich durch eine Schwenkbrückenkonstruktion mit linearer Gantry-Achse von denen am Markt befindlichen Vertikal-Bearbeitungszentren. Anhand des gewählten Konzeptes wird ein Konkretisiertes Technisches Prinzip entwickelt und alle Vorschubantriebe, Führungen und Lagerungen berechnet. Aufgrund der Ergebnisse der ersten FEM-Berechnung der Gesamtmaschine werden Topologieoptimierungen zu den kritischen Schlitteneinheiten durchgeführt. Die Optimierung aller Baugruppen führt zu einer deutlichen Verbesserung der Gesamtsteifigkeit, welche anhand einer zweiten FEM-Berechnung nachgewiesen wird. - Nach Abschluss der Konzeptphase folgt die Detaillierung der Schlittenbaugruppen. Bei der Konstruktion wird insbesondere auf die Merkmale der Direktantriebe, die Reduzierung des Wärmeeintrags in die Maschine und auf wirtschaftliche Aspekte geachtet. Die Gestaltung der Baugruppen und die Umsetzung der Genauigkeitsanforderungen werden mit Entwurfszeichnungen veranschaulicht.

Ziel dieser Diplomarbeit war die Konzepterarbeitung einer nutzlastoptimierten Kippbrücke für Kippsattelauflieger. Dabei wurde Verwendung verschiedener Strukturen und Materialien untersucht. Ein besonderes Augenmerk galt der Erhöhung der Nutzlast sowie einer Alternative zu herkömmlichen Kippbrückenheizungen. Die Konzepterarbeitung beinhaltete die Herleitung der Berechnungsgrundlagen sowie eine Kostenanalyse. Anhand der Konstruktionsmethodik erfolgte eine Ausarbeitung bis hin zum technischen Entwurf.

Die Zahnbürste als einer der selbstverständlichsten Hygieneartikel unterliegt ständiger Weiterentwicklung, welche sich insbesondere auf spezielle Borstengeometrien beziehen. Diese veränderten Geometrien stellen die herkömmlichen Fertigungsmethoden für Zahnbürsten an ihre Grenzen, womit neue Verfahren entwickelt werden müssen. - 2. Stand der Technik - Das derzeitig angewendete Fertigungsverfahren beruht auf dem Einspritzverfahren der Filamente, wobei die Filamentbündel direkt in den Kunststoff des Handgriffes eingespritzt werden. Dazu sind Filamentstränge in großer Länge, auf Rollen, vorhanden, welche erst unmittelbar vor dem Einbinden in den Handgriff auf ihr entsprechendes Maß geschnitten werden. Dadurch müssen die Filamentstränge zur Weiterverarbeitung gefördert werden. Dies geschieht über ein spezielles Klemm- und Vorschubsystem. Die Klemmung basiert auf einem mechanischen Klemmsystem mit verschiebbaren Klemmplatten. - 3. Methoden und Konzepte - Durch eine Vorarbeit zur Betrachtung der benötigten optimalen Klemmkräfte, für die entsprechenden Filamentgeometrien, sind die optimale Klemmplattenbreite und Klemmkräfte bekannt. Dies ist Basis für die folgenden Betrachtungen. Durch neue Forderungen an die Konstruktion, wie beispielsweise die Integration eines Messsystems zur Messung der Klemmkraft an jeder Klemmplatte und die Erweiterung des Prinzips von derzeit vier auf acht Klemmplattenpaare, ist ein neuer Prinzipansatz, in Bezug auf Aktoren und das Messsystem nötig. Zusätzliche Forderungen, nach einem deutlich kleineren Aufbau, fordern dies ebenso. Nach Betrachtung und Bewertung geeigneter Elemente, ergab sich als optimale Lösung eine System mit hydraulischer Ansteuerung. Durch den Einsatz von, für die Lebensmittelindustrie zertifiziertem Hydrauliköl, werden alle Forderungen der Reinheit erfüllt. Die Messung der Klemmkraft erfolgt, getrennt für jede Klemmplatte, durch ein in die Klemmplatten integriertes System mit Verformungsmessung durch Dehnungsmessstreifen. Als Lagerung der beweglichen Klemmplatten ist eine Parallelfederführung optimal. - 4.Zusammenfassung - Durch diese Elemente und den modularen Aufbau des Klemmplattensystems, konnten die Abmessungen deutlich reduziert werden, die Gesamtmasse zudem auf etwa die Hälfte, womit das Handling und die Dynamik des Aufbaus deutlich verbessert werden. Durch den vereinfachten Aufbau werden Fertigungskosten deutlich reduziert. Zusätzlich wurden alle gestellten Forderungen in den neuen Aufbau integriert.