Studienabschlussarbeiten

Obwohl die Zahnbürste als alltäglicher Gebrauchsgegenstand bereits in nahezu jedem Haushalt anzutreffen ist, unterliegt sie, sowie ihre Produktion, ständigen Veränderungen und Weiterentwicklungen. - Der derzeitige Produktionsprozess zur Fertigung von Handzahnbürsten der Marke Oral B erzeugt eine deutlich messbare Menge Ausschuss. - Die vorliegende Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Optimierung dieses Produktionsprozesses unter Beachtung technischer und ökonomischer Aspekte der Fertigung. - Ziel der Arbeit ist eine deutliche Steigerung der Prozesssicherheit sowie die Erhöhnung der Flexibilität der Anlage. - Die Bearbeitung der Aufgabe erfolgt nach konstruktionsmethodischen Richtlinien. Dazu ist zunächst der Produktionsprozess zu analysieren. Für den Transport einzelner Borstenbüschel durch Schläuche, eine Hauptursache für die auftretenden Fehler, sind im Verlauf der Arbeit neue Konzepte zu entwickeln. Im Anschluss an die Fehleranalyse folgen die Präzisierung der Aufgabe sowie die Zerlegung der Gesamtaufgabe in mehrere Teilaufgaben (Funktionsstruktur). Der zu ermittelnde grafische Forderungsplan legt die Grenzen des zu Verfügung stehenden Bauraums fest, was für die spätere Integration der Lösung in die laufende Produktionsanlage von größter Bedeutung ist. Abschließend werden alle Anforderungen an die neue Lösung in einer Forderungsliste zusammengefasst. Basierend auf der Funktionsstruktur werden verschiedene unabhängige Lösungen für die einzelnen Teilfunktionen erarbeitet und zu Gesamtlösungen kombiniert. Danach erfolgt die Auswahl der geeignetsten Gesamtlösung anhand einer mehrkriteriellen Bewertung. Besonderer Wert wird dabei auf die Möglichkeit der Integration in die bestehende Prozesskette, die Steigerung der Prozesssicherheit und die Erhöhung der Flexibilität gelegt. Die Prozessfähigkeit sowie technische Realisierung der Lösung wird mit Hilfe einer FMEA und Risikoanalyse überprüft. Abschließend werden die Auswirkungen der neuen Lösungen auf den gesamten Produktionsprozess mit Hilfe einer Materialflusssimulation untersucht. - Ergebnis der Arbeit ist ein Konzept, welches momentan auftretende Fehler vermeidet und sowohl zur Steigerung der Prozesssicherheit als auch zur Steigerung der Flexibilität beiträgt. Zudem konnte die Taktzeit der einzelnen Beborstungsmodule deutlich reduziert werden, was sich positiv auf die Ausbringung der Produktionsanlage auswirkt. Es ist möglich, das neue Konzept in die bestehenden Produktionsanlagen zu integrieren.

Die Wettbewerbssituation in der Automobilindustrie hat sich in den letzten Jahren durch die zunehmende Globalisierung der Märkte und aufgrund steigender Innovationsdynamik grundlegend verändert. - Angesichts der riesigen Modellvielfalt und der immer kürzeren Entwicklungszeit, werden die Autohersteller aufgefordert ihre Aktivitäten mehr und mehr zu parallelisieren, zu standardisieren und anschließend zu integrieren (Simultaneous Engineering). - Perfekte Produkte bezogen auf Qualität, Kosten und Terminen setzen neben dem erforderlichen Produkt-Know-how vor allem beherrschte Prozesse voraus, bzw. ein geeigneter strukturierter Produktentstehungsprozess wird angefordert. - Der Fahrzeugsitz gilt als die Hauptschnittstelle zwischen dem Fahrzeug und dem Insassen und ist ein großer Bestandteil des Auto-Interieurs. Der Sitz muss viele Funktionen und Merkmale erfüllen, die zum Teil widersprüchlich sein können. Aus diesem Gründ ist im Bereich Sitzentwicklung die koordinierte Zusammenarbeit aller Fachbereiche einer der zentralen Schlüsselaufgaben. - Die Erkenntnisse dieser Diplomarbeit können Ausgangspunkt und Motivation für weitere Forschungstätigkeiten in der Sitzentwicklung sein, sowie möglicherweise übertragbar auf andere Produktentwicklungen sein, deren Ergebnisse den wissenschaftlichen Erfahrungsstand erweitern und bisher unausgeschöpfte Verbesserungspotenziale für die Gestaltung der Produktentstehungsprozesse eröffnen.

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.