Projekte

Die Ausbildung im Bereich Entwicklung und Konstruktion ist auf einen hohen Praxisbezug ausgerichtet. Die Studierende haben die Möglichkeit in Projektarbeiten Ideen zu entwickeln und praktisch umzusetzen.

Nachfolgend sind exemplarische Projekte von Studierenden aufgelistet.

Cocktailmaschine

Teilnehmer: Daniel, Sonntag; Sebastian Kiechle;

Unterstützung:  Adrian Huwer, Prof. Gollmer, Christian Seibert

Im Zuge einer interdisziplinären Zusammenarbeit zwischen Informatik und Maschinenbau konstruierten Daniel Sonntag und Sebastian Kiechle eine sprachgesteuerte Cocktailmaschine.

Die Maschine wurde mit Hilfe von 3D-CAD konstruiert. Anforderungen waren das Mischen und Dosieren verschiedener Flüssigkeiten Zitrusfrüchte wie Limetten zu schneiden und das Ganze umzurühren.

Ein Großteil der Bauteilewurde mit Hilfe Additiver Fertigung hergestellt.

Übersicht der Cocktailmaschine
Abb 1: Übersicht Cocktailmaschine

Die Ansteuerung der einzelnen Motoren wurde mit Hilfe der Informatikkollegen durchgeführt.

Nachdem Aufbau kann der Nutzer nun sein Glas auf den dafür vorgesehenen Glashalter stellen und über einen Sprachbefehl "Alexa ich möchte einen Mojito" einen Cocktail bestellen. Das Glas mit dem Halter wird dann über eine Linearführung zu den verschiedenen Positionen bewegt und der Cocktail wird gemischt. Wird das Glas unter eine Flasche gehalten, kann mit Hilfe eines Hebels Flüssigkeit in das Glas abgegeben werden. Der am Glashalter angebrachte Hebel bewegt sich nach oben und drückt auf eine am Boden der Flasche angebrachte Dosierstation. Die eingestellte Flüssigkeitsmenge läuft in das Glas und der Hebel bewegt sich zurück. Wird mehr Flüssigkeit benötigt (z.B. Wasser), wird der Schritt erneut ausgeführt. Andernfalls kann sich der Glashalter in die nächste Position bewegen.

An der Schneidestation für Zitrusfrüchte bewegen zwei Motoren einen Stempel durch einen Messerblock und schneiden die eingelegten Früchte. Am Ende kann die Mischung mit Hilfe eines Rührwerks gerührt werden. Der Rührer taucht in das Glas und mischt den Cocktail. Dann fährt er wieder aus dem Glas und der Cocktail wird gemischt!

Weitere Informationen zur Programmierung  finden sich hier.

Eigenbau eines 3D-Druckers

Teilnehmer: Carsten Sartorius, Jan Sprenger, Unterstützung:  Adrian Huwer

3D-Druck ist in aller Munde. Heutzutage ist es kein Problem, sich aus einem Bausatz einen kostengünstigen 3D-Drucker selbst zu bauen. Beim 3D-Druck wird in einer speziellen Software (Slicer) ein Modell (aus einem CAD Programm oder einem 3D-Scan) virtuell in Schichten (Layer) zerlegt. Während des Druckprozesses wird dann z.B. Kunststoff in einer Düse aufgeschmolzen, und die einzelnen Schichten gedruckt. Hierzu wird im gebauten Drucker der  Druckkopf in der x- und y- Achse bewegt. Nach Fertigstellung des Layers wird die Druckplatte in z-Richtung abgesenkt und die nächste Schicht gedruckt. So entsteht Schicht für Schicht das 3D-Modell aus Kunststoff. Limitierend bei den kostengünstigen Druckern - ob als Bausatz oder Desktopgerät – ist die Größe des Bauraums.

Zum Druck größerer Objekte bis zu einer Größe von 400x400x330 mm haben deshalb Carsten Sartorius und Jan Sprenger ein 3D Drucker nach dem FDM Verfahren konstruiert, entworfen und gebaut. Unterstützt wurde das Projekt durch Adrian Huwer und Prof. Wahl (vgl. Abb. 1).

Gruppenfoto neben dem Eigenbau 3D-Drucker
Abb. 1: Das Projektteam am 3D-Drucker: Von links Adrian Huwer, Prof. Wahl, Jan Sprenger und Carsten Sartorius
3D-Modell des 3D-Drucker
Abb. 2 & 3: 3D-Modell des 3D-Drucker
3D-Modell des 3D-Drucker

Der Drucker wurde aus einzelnen Komponenten zusammengebaut (vgl. Abb. 2), wobei eine Vielzahl an Teilen bereits additiv mit Hilfe anderer Drucker hergestellt wurde. Dazu zählen die bewegten Teile auf den Achsen, als auch einige Halter und Schutzvorrichtungen.

Der Drucker kann zwei Filamente (vgl. Abb. 4) verarbeiten und ist damit u. a. für Mehrfarbendruck präziser Modelle oder dem Druck mit einer löslichen Stützstruktur geeignet (Abb. 5). Zudem besteht die Möglichkeit das beheizbare Druckbett bis ca. 150°C und den Druckkopf auf über 300°C zu erhitzten, was Druckversuche mit hochwertigen Kunststoffen ermöglicht. Um den Bauraum aufheizen zu können, kann der Drucker über eine Tür verschlossen werden. Die Bedienung kann über das Interface an der Vorderseite vorgenommen werden.

Bei der Inbetriebnahme des Druckers wurden die Software sowie die verbauten Komponenten optimiert.

Bild des Inneren des 3D Druckers
Abb. 4: Blick in den 3D-Drucker mit 2 Filamentspulen und einem Layer eines Rollgabelschlüssels
Bild eines Referenzobjekt - im Zweifarbendruck
Abb. 5: Referenzobjekt - im Zweifarbendruck

Durch den Bau des Druckers konnten die Druckkapazitäten am Umwelt-Campus weiter ausgebaut und auf Objekte bis ca. 400mm Länge erweitert werden. Durch dieses Projekt wurde eine tolle Grundlage für weitere studentische Projektarbeiten bzgl. Materialversuche und Umbauten am Drucker geschaffen.

Über interessante Fragestellungen aus der Industrie würde sich das Team um Prof. Wahl ebenfalls freuen.

Entwicklung und Konstruktion von ferngesteuerten Autos

Teilnehmer: Hauptfachseminar Entwicklung und Konstruktion WS 2017/18

Im Rahmen des Hauptfachseminars Entwicklung und Konstruktion des Studiengangs Maschinenbau wurde  im Wintersemester 2017/18 in zwei Gruppen je ein ferngesteuertes Auto konstruiert und gebaut. Hierbei bearbeiteten die 19 Studierenden in Teams Teilprojekte. Zu Beginn des Projektes stand die Entwicklung einer Grundidee, wie ein solches Auto aufgebaut und in wie fern die geforderten Kriterien erfüllt werden können. Bei der Entwicklung wurden die Themen Recycling und Nachhaltigkeit berücksichtigt. Entgegen den ersten Erwartungen, entstanden zwei in Konstruktion und Design völlig unterschiedliche Fahrzeuge. So wurde ein Auto hauptsächlich aus Recyclingmaterialien gefertigt, das zweite Auto bekam ein Holz

Chassis. Die Stromversorgung beider Autos wird durch ein gemeinsam ausgelegtes Solarmodul sichergestellt. Eine Besonderheit stellt die Steuerung eines Autos dar, welches über eine durch Bluetooth verbundene App-Steuerung realisiert wurde. Die App erlaubt es mit jedem Mobiltelefon mit Android System das Autos zu steuern.

Die Fertigung beider Autos erfolgte größtenteils am Campus wobei ein Chassis mit Hilfe eines 3D Druckers hergestellt wurde. Andere Teile wurden im Technikum Maschinenbau gefertigt.

Durch das Projekt konnten die Schritte von der Entwicklung und Konstruktion über Fertigung Test und Vermarkung einer Projektidee erfolgreich durchlaufen werden.

Bild vom Projektteam mit Fahrzeugen
Abb. 1: Projektteam mit Fahrzeugen
Bild vom Auto mit Holz Chassis und App-Steuerung
Abb. 2: Auto mit Holz Chassis und App-Steuerung
Bild vom Auto mit 3D-gedrucktem Chassis
Abb. 3: Auto mit 3D-gedrucktem Chassis
3D Druck eines Kegel-Stirnradgetriebes

Teilnehmer: Dominik Kutz, Matthias Zang; Unterstützung Hr. Messemer, Prof. te Heesen

Ein Kegel-Stirnradgetriebe wurde als Prototyp gedruckt.

Hierzu wurden das Getriebe im Rahmen des Hauptfachseminars Entwicklung und Konstruktion im Sommersemester 2017 ausgelegt und konstruiert.

Für den 3D Druck wurde das Modell angepasst und z.B. das Gehäuse zur Anpassung an den verfügbaren Bauraum des 3D Druckers angepasst.

Bild von Gehäuseteilen mit Stützstruktur
Abb. 1: Gehäuseteile mit Stützstruktur
Bild von Einzelteilen vor dem Zusammenbau
Abb. 2: Einzelteile vor Zusammenbau
Bilde des fertig montierten Getriebes
Abb. 3: Fertig montiertes Getriebe
Erstellung eines Sammelgetriebes unter Verwendung eines 3D-Druckers

Teilnehmer: Dennis Gelzleichter;  David Backes

Im Sommersemester 2015 wurde im Rahmen der Maschinenbauveranstaltung „Hauptfachseminar Entwicklung & Konstruktion I“ ein Sammelgetriebe konstruiert und berechnet.

Zur Veranschaulichung der Konstruktion wurde das Getriebe nachfolgend mit Hilfe eines 3D Druckes in eine reale, greifbare und voll funktionsfähige Baugruppe umgesetzt.

Das Projekt veranschaulicht die vielfältigen Aufgabenstellungen des Maschinenbaus, welche neben den Prozessschritten Entwicklung, Berechnung und Konstruktion auch die Anfertigung funktionsfähiger Prototypen beinhalten.

Das Gebiet des Rapid Prototypings (schneller Modellbau) ermöglicht z.B. mit Hilfe eines 3D Druckers die Erzeugung eines Kunststoffmodells. Bereits in der Planungsphase eines Projekts kann so, schnell und unkompliziert, ein reales Bauteil erstellt werden.

In diesem Projekt kommt ein Drucker zum Einsatz, der mit dem Schichtschmelzverfahren arbeitet.

Da es sich bei dem 3D Druck um ein Anschauungsmodell handelt, wird die ursprüngliche Konstruktion im Maßstab verkleinert und leicht vereinfacht. Die Konstruktion für das Hauptfachseminar ist beispielsweise für den Betrieb mit Öl ausgelegt und weist neben den Öleinfüllschrauben auch Ölablassschrauben und ein Schauglas zur Kontrolle des Ölstandes auf. Auf diese Einzelheiten wird im 3D-Modell verzichtet. Die nachfolgende Abbildung (Explosionsansicht) zeigt die große Teilezahl des Ursprungsgetriebes.

Damit das Modell voll funktionsfähig ist, werden Normteile wie Kugellager und Schrauben nicht ausgedruckt, sondern realitätsnah Kaufteile verwendet. Die Abdeckungen an den Wellenenden wurden in das Gehäuse bzw. in den Deckel integriert.

Beim schichtweisen Druck eines Bauteils sind teilweise Stützkonstruktionen notwendig, damit später gedruckte Schichten auf dieser Stützstruktur aufsetzen können. Nach Beendigung des Druckes werden diese Stützstellen händisch entfernt.

Zum Drucken wird das 3D-Modell in 42 Einzelteile zerlegt, um den Druckraum optimal ausnutzen zu können. Die Gesamtdruckzeit betrug dabei ca. 280 Stunden.

Nach der Fertigstellung der einzelnen 3D-Teile werden die Einzelteile des Gehäuses bzw. des Deckels mittels Klebstoff miteinander verbunden. Alle weiteren Teile werden zum fertigen Getriebe-Modell zusammengebaut.

Bild von den Projektbeteiligten mit ausgedrucktem Sammelgetriebe
Abb. 1: Projektbeteiligte mit ausgedrucktem Sammelgetriebe