Projekthistorie
Konstruktion
09/2012 - heute
Die Entwicklung und Konstruktion im Bereich Maschinenbau ist ein wichtiger Bereich der Ingenieurwissenschaften, der sich mit der Konzeption, dem Entwurf und der Umsetzung von Maschinen und Anlagen beschäftigt. Maschinenbauingenieure müssen ein breites Wissen über Mechanik, Thermodynamik, Materialwissenschaften und Elektrotechnik haben, um innovative Lösungen für komplexe technische Probleme zu entwickeln.
Die Entwicklung und Konstruktion von Maschinen erfordert einen umfassenden Ansatz, der die Identifizierung von Kundenbedürfnissen, die Erstellung von Entwürfen und Spezifikationen, die Herstellung von Prototypen und die Durchführung von Tests und Evaluierungen umfasst. Maschinenbauingenieure müssen in der Lage sein, effektiv mit anderen Fachleuten wie Elektroingenieuren, Materialwissenschaftlern und anderen Spezialisten zusammenzuarbeiten, um innovative und effiziente Lösungen zu entwickeln.
Zu den Anwendungen der Entwicklung und Konstruktion im Maschinenbau gehören unter anderem die Herstellung von Automobilen, Flugzeugen, Schienenfahrzeugen, medizinischen Geräten, Haushaltsgeräten und Werkzeugmaschinen. Maschinenbauingenieure müssen dabei auch verschiedene Faktoren berücksichtigen, wie die Zuverlässigkeit und Sicherheit von Maschinen, die Einhaltung von Umwelt- und Sicherheitsstandards sowie die Kosteneffizienz und Wartungsfreundlichkeit von Maschinen und Anlagen.
Die Entwicklung und Konstruktion im Maschinenbau erfordert ein hohes Maß an technischem Wissen, Kreativität und Innovationsfähigkeit. Es ist ein wichtiger Bereich der Ingenieurwissenschaften, der zur Verbesserung der Lebensqualität und zur Förderung des wirtschaftlichen Wachstums beiträgt.
Grob-/Fein-Positionierung
12/2014 - 02/2015
Technische Universität Ilmenau
Für ein Messgerät zur Bestimmung der Kennlinie faseroptischer Sensoren soll eine Grab-Fein-Positionierung des Sensors gemäß einem vorgegebenen Schema erfolgen. Dabei soll das Bewegen des Schlittens spielfrei erfolgen. Wichtige Parameter wie Federkräfte, Verfahrwege, zulässige Positionierfehler müssen eingehalten werden. Konstruktive Maßnahmen, um bestimmte Größen einzuhalten (z. B. eingrenzen des Federweges oder Unterscheiten einer bestimmten Federlänge), sind vorzunehmen. Fein- und Grobtriebe sowie Klemmverbindungen müssen ausgelegt und gemäß den aufgestellten Anforderungen dimensioniert werden.
Die Entwicklung erfolgt nach dem KEP-Verfahren (VDI Richtlinie 2221).
Getriebedimensionierung
04/2014 - 07/2014
Technische Universität Ilmenau
Entwicklung eines zweistufigen Standgetriebes mit einer 90° Wellenanordnung. Diese soll als Antriebsbaugruppe für eine Montageanlage dienen. Für die Zahnräder ist Evolventenverzahnung mit Normalprofil nach DIN 867 (a=20°) zu verwenden. Beide Stufen sind schrägverzahnt auszulegen und die Baugröße soll so klein wie möglich gehalten werden. Dabei sind beide Drehrichtungen zu berücksichtigen und die Wellenzapfen am Getriebeeingang bzw. Getriebeausgang sind mit Passfedernuten zu versehen.
Alle Einzelteile werden entsprechend den festgelegten Anforderungen dimensioniert (Zahnräder, Wellen). Folgende Teilaufgaben werden abgearbeitet:
- Ermittlung aller Zahnraddaten
- Ermittlung und Darstellung aller erforderlichen Kräfte und Momente
- Dauerfestigkeitsnachweis für die Wellen
- Wellen-/ Lagerdimensionierung
- Zahnfuß- und Flankentragfähigkeit etc.
Mikroskop-Drehtisch
12/2014 - 02/2015
Technische Universität Ilmenau
Im Rahmen dieses Projektes soll mit Hilfe des KEP-Verfahrens soll ein spielfreier Mikroskopdrehtisch mit hoher Auflösung entwickelt werden. Der Drehtisch soll von verschiedenen Mikroskoptypen aufgenommen werden können und über einen Drehbereich von mehr als 360° verfügen. Des Weiteren sollen ein Grob- und Feintrieb vorhanden sein, um eine präzise Einstellung des Drehtisches zu ermöglichen. Ein Klemmmechanismus soll die eingestellte Lage des Drehtisches fixieren. Zusätzlich soll es möglich sein, Probenhalterungen auf dem Drehtisch anzubringen.
Für die Entwicklung des Mikroskopdrehtisches sollen mindestens drei verschiedene Prinzipien überlegt und gegenübergestellt werden. Dabei soll die Umsetzung der Anforderungen sowie die technische Umsetzbarkeit der verschiedenen Prinzipien berücksichtigt werden.
Nach der Auswahl des optimalen Prinzips erfolgt die Konstruktion des Drehtisches und die Erstellung eines Funktionsmusters. Hierbei sollen die spezifizierten Anforderungen berücksichtigt und die Funktionstüchtigkeit des Mikroskopdrehtisches überprüft werden.
Die Konstruktion des Drehtisches beinhaltet die Entwicklung eines geeigneten Klemmmechanismus sowie die Konzeption eines robusten Aufbaus, um die Stabilität des Drehtisches zu gewährleisten. Weiterhin ist eine präzise Auslegung der Antriebseinheit für den Feintrieb notwendig, um eine hochauflösende Drehlageneinstellung zu erreichen.
Die Dokumentation des Entwicklungsprozesses und der Ergebnisse ist ebenfalls Teil des Projekts. Durch die Entwicklung des Mikroskopdrehtisches wird eine verbesserte Arbeitsweise im Bereich der Mikroskopie ermöglicht und somit ein Beitrag zur Forschung geleistet.
Konstruktion eines Autokollimators (AKF)
09/2014 - 11/2014
Technische Universität Ilmenau
Das Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung eines sog. Autokollimators (AKF). Es wird nach dem konstruktiven Entwicklungsprozess vorgegangen und folgende Punkte werden abgearbeitet:
Phase 1: Aufbereitungsphase- Aufgabenpräzisierung: In dieser Phase wird das Ziel der Konstruktion festgelegt. Die Funktionen, die das Gerät erfüllen soll, sind ebenfalls festgelegt. Diese beinhalten die Messung von Winkeln und die Prüfung von Objekten auf Parallelität und Senkrechtigkeit.
- Informationsbeschaffung: In dieser Phase werden vorhandene technische Parameter und die Anforderungen an das Gerät überprüft, neu definiert und in Form einer Anforderungsliste aufgestellt. Zudem werden optische Bauelemente ausgewählt, die dem Optikschema und den Anforderungen entsprechen.
- Funktionsstruktur: Auf Basis der Anforderungsliste und der physikalischen Eigenschaften des Lichts wird die Funktionsstruktur des AKF erstellt. Hier wird die Funktion des Geräts in seine Teilfunktionen unterteilt.
- Prinzipsynthese: In dieser Phase wird eine umfassende Analyse von geeigneten Lösungsprinzipien durchgeführt, die auf den physiologischen Grundlagen des menschlichen Auges und des Stands der Technik basieren. Es werden verschiedene Lösungsmöglichkeiten erarbeitet und bewertet.
- Konzeptauswahl: Nach der Bewertung der verschiedenen Lösungsmöglichkeiten wird das optimale Konzept ausgewählt und zu einem konkretisierten Technischen Prinzip weiter verfeinert. Hier werden alle technischen Details des AKF festgelegt.
- Konstruktion: In dieser Phase wird das ausgewählte Konzept in die Konstruktion eines Funktionsmusters umgesetzt. Es erfolgt die Konstruktion der mechanischen Bauteile, der Optik und der Elektronik des zu entwickelnden Systems.
- Validierung und Test: Das Funktionsmuster wird getestet und validiert. Hier wird überprüft, ob das Gerät die Anforderungen erfüllt und ob es in der Praxis einwandfrei funktioniert.
- Technische Dokumentation
- Der Autokollimator (AKF) findet Anwendung in der Optikindustrie, beispielsweise bei der Justierung von Teleskopen oder der Ausrichtung von Linsen.
- In der Elektronikindustrie wird der AKF eingesetzt, um die Ausrichtung von Bauteilen, wie beispielsweise optischen Sensoren, zu prüfen.
- In der Mechanikindustrie wird der AKF genutzt, um die Parallelität von Oberflächen und die Senkrechtigkeit von Bohrungen zu messen.
- In der Luft- und Raumfahrt wird der AKF zur präzisen Ausrichtung von Satelliten und anderen Raumfahrzeugen verwendet.
Vorrichtung zum Bekleben von Kunststoffteilen mit Schaumstoffdichtstreifen
12/2014 - 07/2015
Technische Universität Ilmenau
Für die Vermeidung von Beschlagen oder Vereisen von Fahrzeugfrontscheiben werden Defroster verwendet. Im Audi A4 wird ein Defroster-Zwischenstück in der Klimaanlage eingesetzt, das mit Schaumstoffdichtstreifen beklebt werden soll. Um dies zu ermöglichen, muss eine Vorrichtung entworfen werden, die in der Lage ist, die Dichtstreifen aufzunehmen und automatisch in die erforderliche Länge zu schneiden. Der Schaumstoffdichtstreifen besteht aus Vinyl und hat einen Haftkleber aus Acrylat, der von einer Schutzabdeckung aus beschichtetem Papier geschützt wird. Die Vorrichtung muss in der Lage sein, die Kunststoffrollen mit den Dichtstreifen aufzunehmen und das Ende des Dichtstreifens auf der Rolle zu erkennen. Das Bekleben muss mit gleichbleibender Anpresskraft erfolgen, um eine spannungsfreie Verklebung zu gewährleisten. Die Schutzabdeckung aus Papier muss geeignet sein, abgeführt und aufgefangen zu werden. Die Vorrichtung muss in der Lage sein, die Arbeitssicherheit und Ergonomie des Bedienpersonals in einer Behindertenwerkstatt zu gewährleisten. Jährlich müssen 1.800 Defroster-Zwischenstücke über einen Zeitraum von 6 bis 7 Jahren beklebt werden.
Industrieroboter
04/2015 - 07/2015
Technische Universität Ilmenau
Im Rahmen des Projekts wurde eine Bewegungsbaugruppe für einen Industrieroboter konstruiert, die einen speziell entwickelten Greifer für ein Werkstück umfasst. Der Greifer ist in der Lage, in der vertikalen Richtung um eine festgelegte Strecke translatorisch bewegt zu werden, um alpha ° um seine vertikale Symmetrieachse gedreht und auf einem horizontal liegenden Kreisbogen mit einem Radius von L mm um +-alpha ° geschwenkt zu werden.
Die Greiferunterkante befindet sich in der Nullstellung L mm über der Tischfläche. Für den Anschluss an den Roboter besitzt der Greifer am oberen Ende eine zylindrische Bohrung (MX). Nach einer Drehung um seine Achse wird der Greifer mechanisch geklemmt. Die maximale Masse von Werkstück und Greifer beträgt 100 Gramm.
Die Bewegungsbaugruppe besteht aus mehreren Achsen, die von Schrittmotoren im Vollschrittbetrieb angetrieben werden. Um diese Bewegungen zu ermöglichen, wurden entsprechende Bauteile wie Getriebe, Lager, Führungselemente und Antriebskomponenten sorgfältig ausgewählt und verbaut.
Bei der Konstruktion wurde darauf geachtet, dass die Baugruppe robust und langlebig ist, um den Anforderungen einer industriellen Fertigungsumgebung gerecht zu werden. Zudem wurde sie so konzipiert, dass sie einfach und zuverlässig zu warten und zu reparieren ist.
Entwurf und Konstruktion einer Komponente für ein haptisches Eingabegerät
01/2016 - 03/2016
TETRA GmbH
Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines neuartigen haptischen Eingabegerätes unter Berücksichtigung ergonomischer Aspekte. Hierbei wird auf bereits bestehende Entwurfsarbeiten und Literaturrecherchen aufgebaut und das bisherige Konzept weiter verfeinert. Dabei werden die VDI Richtlinien VDI 2206 und VDI 2221 als Basis für die Vorgehensweise herangezogen.
Die Arbeit gliedert sich in zwei Phasen. In der ersten Phase werden die Aufgaben präzisiert und Informationen beschafft, um eine Anforderungsliste aufzustellen und eine Funktionsstruktur zu erstellen. In der zweiten Phase wird auf Basis der physiologischen Grundlagen der haptischen Wahrnehmung des Menschen sowie des aktuellen Stands der Technik eine umfassende Analyse von geeigneten Aktor- und Sensorprinzipien durchgeführt.
Anschließend werden verschiedene Lösungsmöglichkeiten erarbeitet und mittels Kombinationstabellen bewertet, um das optimale Konzept auszuwählen. Dabei werden auch nicht technisch determinierte Aspekte miteinbezogen. Das ausgewählte Konzept wird weiter verfeinert und in Form eines Technischen Prinzips konkretisiert.
Die Umsetzung des Konzepts erfolgt durch die Konstruktion eines Funktionsmusters und die Dokumentation der Ergebnisse.
Konstruktion eines Zentriermikroskops
04/2016 - 07/2016
Technische Universität Ilmenau
Bei modernen Fräsmaschinen wird die Einrichtung des Koordinatenursprungs an der Körperkante des Werkstücks und damit in der Werkzeugachse durch Verwendung eines Tastkopfes durchgeführt, der in der Werkzeugaufnahme der Maschine eingesetzt wird. Die Verwendung von Tastköpfen hat sich als zuverlässige Methode zur Gewährleistung einer präzisen Werkstückpositionierung bewährt. Für ältere Maschinen, die keinen Tastkopf verwenden können, wird ein Zentriermikroskop eingesetzt, um die Einrichtung des Werkstücks zu erleichtern.
Das zu entwickelnde Mikroskop soll in die Werkzeugaufnahme der Maschine eingesetzt werden und Werkstücke gegenüber der mechanischen Achse einer Bearbeitungsmaschine ausrichten. Eine Hülse für den Morsekegel 3 nach DIN 228 dient als Aufnahme. Das Mikroskop muss nach einem vorgegebenen Optikschema entworfen werden und bestimmte Anforderungen erfüllen, um eine präzise Positionierung des Werkstücks zu gewährleisten.
Weiterentwicklung einer Justiereinrichtung für einen AFM-Fokussensor
04/2015 - 05/2016
Technische Universität Ilmenau
Bei Messungen mit einem Atomic Force Microscope (AFM) wird ein Cantilever eingesetzt, der mit hoher Präzision in den Fokuspunkt des Autofokussensors positioniert werden muss, um genaue Messergebnisse zu erzielen. Da die Lage des Cantilevers aufgrund von Fertigungstoleranzen bei jedem Austausch angepasst werden muss, ist eine effektive und zeitsparende Justierungseinrichtung von entscheidender Bedeutung für den Einsatz eines solchen Messsystems.
Die aktuell vorhandene Einrichtung zur Justierung und Fixierung des Cantilevers weist jedoch Mängel auf und erfüllt nicht die geforderten Funktionen in ausreichendem Maße. Eine Optimierung der Justiereinrichtung ist daher erforderlich, um eine präzise Positionierung des Cantilevers zu gewährleisten und eine effiziente Nutzung des AFM-Systems zu ermöglichen. Die Optimierung erfolgt mithilfe des konstruktiven Entwicklungsprozesses (KEP) bzw. der VDI-Richtlinie VDI 2221, welche eine strukturierte Vorgehensweise bei der Entwicklung und Optimierung technischer Systeme bereitstellen.
Durch die Anwendung des KEP können die Anforderungen an die Justiereinrichtung präzise erfasst und in eine effektive Lösung umgesetzt werden. Eine erfolgreiche Optimierung der Justiereinrichtung wird dazu beitragen, die Genauigkeit und Zuverlässigkeit des AFM-Systems zu verbessern und somit zu besseren Ergebnissen bei der Analyse von Oberflächenstrukturen beizutragen.
Entwicklungsingenieur und Konstrukteur (wissenschaftlicher Mitarbeiter)
01/2020 - 03/2021
Technische Universität Ilmenau (40 - 50 Mitarbeiter)
Entwicklung und Konstruktion von Komponenten und Bauteilen für verschiedene Anwendungen, wie z. B.
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Die Entwicklung eines Gitterspektrometers war ein anspruchsvolles Projekt, das eine umfassende Expertise in der Konstruktion, Fertigung und Programmierung erforderte. Für den Aufbau wurden spezielle Komponenten wie Transmissionsgitter, Kamera und weitere Elemente erworben und sorgfältig in ein selbst entwickeltes Gehäuse integriert. Die Konstruktion des Gehäuses wurde sorgfältig durchdacht und mithilfe von 3D-Druck realisiert.
Das Herzstück des Gitterspektrometers ist die Datenaufnahme und -auswertung, die in MATLAB erfolgte. Hierbei wurde ein spezielles Tool (GUI) entwickelt, das in Echtzeit Kameradaten auswertet und ausgibt. Mehrere iterative Optimierungen wurden durchgeführt, um sowohl die Hard- als auch die Software zu optimieren und eine bestmögliche Leistung des Gitterspektrometers zu erzielen.
- Konzeption von Einzelteilen sowie auch Baugruppen für verschiedenste Anwendungen, wie für die Optik, die Feinwerktechnik, die Elektronik etc.
- Spezielle Klemmungen, Sensor-/ Probehalterungen etc. wurden auch entwickelt und konstruktiert.
Entwicklungsingenieur und Konstrukteur
04/2021 - 08/2022
GBS mbH Ilmenau (10 - 20 Mitarbeiter)
Neukonstruktion
Im Rahmen des Projekts soll eine spezielle Anlage zur Oberflächenuntersuchung von dünnen Glasscheiben entwickelt werden. Hierfür wurden in enger Zusammenarbeit mit dem Kunden spezielle Anforderungen definiert, welche in feste Anforderungen, Mindestanforderungen und Wünsche unterteilt wurden. Die Erfüllung dieser Anforderungen ist von höchster Wichtigkeit, um sicherzustellen, dass die Anlage die gewünschten Ergebnisse liefert und den Anforderungen des Kunden gerecht wird.
Eine der wichtigsten Komponenten der Anlage ist der Messkopf (3D-Sensor), welcher die Analyse der zu untersuchenden Oberflächen an verschiedenen Positionen durchführen soll. Hierfür wird ein hochpräziser 3D-Sensor der Firma GBS mbH eingesetzt, der in der Lage ist, 3D-Oberflächenmessungen mit einer Genauigkeit im subnanometer-Bereich durchzuführen. Der Sensor wird auf der Z-Achse positioniert und muss in allen 3 Raumrichtungen (x,y,z) präzise beweglich sein, um die gewünschten Messungen durchführen zu können.
Um die erforderliche Präzision zu erreichen, werden spezielle hochgenaue Führungen eingesetzt, die in der Lage sind, mikrometergenaue Positionierungen vorzunehmen. Diese Führungen stehen wiederum auf Granitblöcken, die dazu dienen, äußere Störeinflüsse wie Wärmeausdehnung oder Vibrationen zu minimieren und somit eine höhere Messgenauigkeit zu gewährleisten.
Um die Anlage vollständig zu verkabeln, müssen entsprechend auch Kabelkanäle vorgesehen werden, die die Verbindung der Sensoren, Achsen und des Messkopfes selbst mit der entsprechenden Auswerteelektronik bzw. Rechner herstellen. Dabei ist es wichtig, dass die Verkabelung sorgfältig geplant wird, um einen optimale Betrieb der Anlage sicherzustellen.
Letztendlich ist das Ziel dieser Neukonstruktion, eine robuste und zuverlässige Oberflächenuntersuchungsanlage bereitzustellen, die höchsten Ansprüchen an Präzision und Effizienz genügt. Durch die Verwendung hochwertiger Komponenten und die sorgfältige Planung der Systemintegration wird eine reibungslose Funktionalität gewährleistet.
AnpassungskonstruktionenIm Rahmen einer kontinuierlichen Verbesserung von 3D-Sensoren wurden mehrere Konstruktionen angepasst, um diese kompakter zu gestalten oder um neue Funktionselemente zu integrieren. Dabei wurden alle Anforderungen berücksichtigt und die Konstruktionen optimiert, um die bestmögliche Leistung und Funktionalität zu erreichen.
Um die gewünschte Kompaktheit zu erreichen, wurden verschiedene Techniken eingesetzt, wie beispielsweise das Versetzen von Bauteilen in ihrer Lage, die Reduzierung der Anzahl von Bauteilen und die Optimierung der Platznutzung. Durch die Integration neuer Funktionselemente konnten die Sensoren erweitert werden, um zusätzliche Anwendungen abzudecken oder um eine verbesserte Leistung zu erreichen.
Während des Anpassungsprozesses wurden alle Anforderungen des Kunden sorgfältig berücksichtigt und umgesetzt. Dazu gehörten sowohl feste Anforderungen, wie zum Beispiel die Einhaltung bestimmter Größenvorgaben, als auch Mindestanforderungen, die die Leistung und Funktionalität der Sensoren betrafen. Darüber hinaus wurden auch Wünsche des Kunden in Betracht gezogen und so weit wie möglich umgesetzt.
Die kompaktere Bauweise und die Integration neuer Funktionselemente verbesserten die Leistung und Funktionalität der Sensoren und trugen somit dazu bei, dass diese den Anforderungen der Kunden besser entsprechen.
Entwicklung und Konstruktion von Komponenten und Bauteilen für verschiedene Anwendungen, wie z. B.- Design und Engineering von Stativen für 3D-Sensoren, die auf spezifische Anforderungen und Herausforderungen zugeschnitten sind und eine effiziente und genaue Datenerfassung ermöglichen.
- Konzeption von Bauteilen und Teilen (wie z. B. Gehäuse für die 3D-Sensoren), die aufgrund ihrer Geometrie und Materialwahl besonders gut für den 3D-Druck geeignet sind und eine effiziente und präzise Fertigung ermöglichen. (siehe auch Projekte: 3D-Druck )
- Spezielle Klemmungen, Sensor-/ Probehalterungen etc.
Biegevorrichtung
09/2022 - 10/2022
H. Heinz Messwiderstaende GmbH (100 - 200 Mitarbeiter)
Es geht um die Optimierung einer Biegevorrichtung, die momentan Schwachstellen aufweist und zu Funktionsstörungen sowie Problemen bei der Fertigung von Teilen führt. Die Vorrichtung soll Metallrohre durch eine einzige Hebelbetätigung fest in eine bestimmte Form (r, alpha) biegen können. Die bisherigen Spieltoleranzen an den Gelenken des Hebels sowie ein unnötiger variabler Biegeradius haben jedoch zu Problemen geführt.
Um diese Schwachstellen zu beseitigen und die Vorrichtung zu optimieren, wird der konstruktive Entwicklungsprozess (KEP) nach der VDI-Richtlinie VDI 2221 angewendet. Dieser Prozess umfasst vier Phasen: die Aufbereitung der Aufgabenstellung, die Festlegung des technischen Prinzips, die Erarbeitung des Gesamtentwurfs und die Ausarbeitung der notwendigen Dokumentationen.
In der ersten Phase wird die Aufgabenstellung aufbereitet, eine genaue Analyse der vorhandenen Schwachstellen durchgeführt und die Anforderungen an die Biegevorrichtung definiert. Anschließend werden die notwendigen Funktionen definiert, die aus der Analyse abgeleitet und erstellt werden müssen. In der zweiten Phase wird das technische Prinzip festgelegt, welches die Grundlage für den Entwurf bildet. In der dritten Phase wird der Gesamtentwurf erarbeitet, der die technischen Lösungen und das Design der angepassten Vorrichtung beinhaltet. Hierbei werden auch die verschiedenen Komponenten der Vorrichtung berücksichtigt, um diese möglichst effizient und funktional zu gestalten. In der letzten Phase wird die notwendige Dokumentation erstellt, die die technischen Spezifikationen, die Konstruktionszeichnungen, die Materialauswahl etc. beinhaltet.
Ziel ist es, eine optimierte Biegevorrichtung zu schaffen, die keine Schwachstellen aufweist und einfach Metallrohre in die gewünschte Form biegen kann. Durch den Einsatz des konstruktiven Entwicklungsprozesses kann für jede Konstruktionsart eine effektive und effiziente Lösung erzielt werden.