Ausgangslage
In dieser Arbeit soll eine automatisch nachstellbare Schutzklappennachführung konstruiert werden, welche auf der Produktreihe Universal-Aussenrundschleifmaschinen der Fritz Studer AG ihr Einsatzgebiet haben soll.
Die Klappennachführung hat zwei Hauptfunktionen. Einstellung des genormten maximalen Spaltmaßes zwischen Schleifscheibe und Schutzschieber (DIN EN ISO 16089). Dabei gilt, je kleiner das Spaltmaß desto besser. Der Grund, warum unsere Schleiftechnologen den genormten Abstand unterbieten, ist der Scheibenwind. Der entsteht durch die hohe Umdrehungsgeschwindigkeit der Schleifscheibe und führt zum Verwehen des Kühlmittelstrahls. Wobei wir bei der zweiten Hauptfunktion angekommen wären, dem Nachstellen der Kühlmitteleinrichtung. Damit ein optimales Schleifergebnis erzielt werden kann, ist es wichtig, dass das Kühlmittel nach dem Abrichtvorgang an gleicher Stelle wieder auf der Schleifscheibe auftrifft. Damit das auch bei einer vollautomatisierten Maschine mit externem Handling-System ohne menschliche Hilfe möglich ist, braucht es eine automatische Schutzklappennachführung.
Aufgabenstellung
Als Endergebnis soll eine ausdetaillierte Konstruktion einer automatisch nachstellbaren Schutzklappennachführung inklusive einer technischen Dokumentation vorliegen. Die entsprechenden Baugruppenzeichnungen für alle Schleifkopfvarianten sowie die Einzelteilzeichnungen einer Variante sind zu erstellen. Steuerungstechnische Aspekte, abgesehen von der Anschlussschnittstelle des Antriebs, können dabei ausgegrenzt werden.
Das erarbeitete Lösungskonzept, welches aus gut verfügbaren Einkaufskomponenten besteht und geringere Herstellungskosten aufweist, als die aktuelle Lösung der Maschine S41, soll für alle möglichen Schleifkopfvarianten der Maschinentypen S33/S31 sowie S41 kompatibel sein. Damit das gewährleistet wird, soll eine breitgefächerte Bauraumstudie zu den verschiedenen Schleifkopfvarianten durchgeführt werden. Die Schnittstellen zwischen den Schutzhaubentypen der unterschiedlichen Maschinentypen können danach definiert werden.
Ziele
Technische Ziele
• Bauraumstudie durchführen zu den Maschinen S33 & S31 / S41
• Es sollen gut verfügbare Standart-Komponenten verwendet werden
• Konstruktion muss für den Einsatz im Maschineninnenraum ausgelegt sein (Nassraum)
• Mechanismus und Antrieb sind entsprechend anliegenden Belastungen und nötiger Präzision rechnerisch nachgewiesen
• Definition der Schnittstelle zu den Schutzhaubentypen
• CAD-Modell und Zeichnung der Baugruppe für alle Schleifkopfvarianten
• Fertigungszeichnungen von allen Einzelteilen einer Variante
• Herstellkosten-Hochrechnung anhand der ausdetaillierten Variante in Absprache mit betriebsinterner Arbeitsvorbereitung (AVOR)
Persönliche Ziele
• Durchdachte Projektplanung erstellen
• Strukturiertes Zeitmanagement einhalten
• Knowhow bezüglich Schutzklappennachführung aufbauen
• Eine saubere, gut strukturierte Dokumentation erstellen
• Berufserfahrung einbringen
Die Lösung
Als Lösung ist eine automatische Schutzklappennachführung entstanden, welche ohne Einkaufkomponenten auskommt, die so nur explizit für Studer konzipiert werden. Ein intelligentes und kompaktes Positioniersystem leitet die Bewegung ein, über einen Zahnstangenantrieb wird die Lineare Bewegung ausgeführt und durch eine Profilschienenführung ist eine fast reibfreie Ausführung der Hubbewegung möglich. Dabei hat sich die Profilschienenführung bereits bei der manuellen Schutzklappennachführung bewährt.
Die Bauteile der Konstruktion sind nach Funktionalität und geringen Herstellungskosten ausgelegt worden. Alle Einzelteile sind einfach und funktional gestaltet und können bei der linken und rechten Schutzhauben Ausführung verwendet werden. Was sich am Ende dann auch positiv auf den Serienpreis der Lösung auswirken wird. Montagegerechte Gestaltung war von Anfang an ein stetiger Begleiter und konnte geschickt umgesetzt werden. So kann man die Vorrichtung mit nur einer Inbusschlüsselgröße und einem Sechskant-Steckschlüssel zusammenbauen und auf der Schutzhaube montieren.
Lessons learned
Ich musste lernen, dass bereits eine Kleinigkeit direkt nach Projektbeginn ausreichen kann um die Einhaltung des Terminplans und der gesetzten Meilensteine zu verunmöglichen. Dank dieser Verzögerung gab es für mich keine andere Alternative, als meine Informations- und Planungsphase zu verlängern und zu intensivieren. Da es ja sowieso ein Persönliches Ziel war eine durchdachte Projektplanung zu erstellen, hinderte mich diese Verzögerung sogar daran, dass ich mich zu früh an die konstruktiven Arbeiten begebe.
Durch eine breitgefächerte Variantenfindung mit dem Morphologischen Kasten, konnte ich eine Vielzahl von verschiedenen Lösungsvarianten für die einzelnen Teilfunktionen erarbeiten. Bei der Bewertung der Lösungsvarianten musste ich jedoch auf die harte Tour lernen, dass es nicht ratsam ist, wenn man die Sache zu voreingenommen angeht und Lösungsmöglichkeiten bevorzugt, die einem vielleicht etwas besser zusagen. Weil ich beim Bewerten der Teilfunktion “Lineare Bewegung“ zu voreingenommen war, blieb mir in der Entwurfsphase eine Konzeptänderung leider nicht erspart. Ich konzentrierte mich zu sehr auf eine Lineareinheit als Bewegungsapparat und schenkte dem Zahnstangenantrieb zu wenig Beachtung. Schlussendlich konnte ich dank der Entscheidung pro Zahnstangenantrieb mein Wissen über Zahnräder und Zahnstangen erneuern und weiter ausbauen.
Am Ende dieser Diplomarbeit angelangt, blicke ich auf eine sehr intensive und zugleich lehrreiche Zeit zurück, die mich mit Freude und Stolz erfüllt.
