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In dieser Masterarbeit wird ein Fertigungskonzept für eine Großserienfertigung von MIM-Bauteilen erarbeitet. Dazu wird zuerst theoretisch dargestellt, welche Fertigungs- und Qualitätsstrategien es gibt. Anschließend wird eine Ist-Aufnahme der Fertigung des GP 10 Planetenträgers durchgeführt. Die Fertigungsstrategie wird dargestellt und anhand einer Wertstromanalyse können Schwachstellen der Produktion identifiziert werden. Aus den Schwachstellen werden Ideen generiert, die eine schnellere und kostengünstigere Fertigung ermöglichen. Diese werden in Produkteinführung, Produktion und Qualitätssicherung unterteilt. Ergänzt werden sie durch Konzepte und Optimierungen, die bereits bei anderen Firmen umgesetzt werden. So ergibt sich eine Sammlung an Ideen, durch deren Kombination ein Fertigungskonzept angepasst auf eine Großserienfertigung mit 350.000 Teilen im Jahr entsteht. Als Qualitätsstrategie eignet sich eine gemischte Variante aus Validierung und 100 % Kontrolle. Die optischen Merkmale werden zu 100 % optisch gemessen und für die maßlichen Merkmale wird eine statistische Prozesskontrolle durchgeführt. Damit garantiert werden kann, dass maßlich keine schlechten Teile ausgeliefert werden, muss im Vorgang eine abgeschwächte Validierung durchgeführt werden. Zusätzlich wird bei der Produkteinführung eine Design of Experiments Studie durchgeführt, um den Einfluss der Produktionsparameter definieren zu können. Dadurch können während der Produktion maßliche Schwankungen der Bauteile ausgeglichen werden. Durch Produktionsoptimierungen, wie automatisierte 100 % Kontrolle, automatisierte Sinterplattenbelegung, Zykluszeitreduzierung und die Optimierung der Hubwägen für die Ofenhalle ergibt sich eine Kosten- und Zeitersparnis im Vergleich zur aktuellen Produktion von 190 Stunden. Die automatisierte 100 % Kontrolle sorgt für eine 11,5-fach schnellere Prüfung als bei der aktuellen manuellen Kontrolle. Die festgelegten Standards sind einzuhalten und umzusetzen, da es sonst zu einer Abweichung des Sollprozesses und einer Steigerung der Kosten kommt. Die Anwendung des gemischten Konzepts ist nur dann sinnvoll, wenn eine Realisierung der Optimierungen und Automatisierungen umgesetzt werden kann. Bei starken Abweichungen des Fertigungsplans von dem eines Planetenträgers, oder anderen jährlichen Stückzahlen muss individuell entschieden werden, ob eine andere Qualitätsstrategie in Form von Validierung oder 100 % Kontrolle für die Produktion kostengünstiger ist und dennoch dieselbe Qualität liefert. Mit dem Konzept können Planetenträger mit einer jährlichen Stückzahl von 350.000 Teilen am kostengünstigsten und qualitativ hochwertigsten gefertigt werden.

Die vorliegende Arbeit, welche im Rahmen des Team Schluckspecht an der Hochschule Offenburg angefertigt wurde, beschäftigt sich mit der Analyse des Wissensmanagements im Projekt und der Implementierung von Maßnahmen zur Effizienzsteigerung des Wissensmanagements sowie der allgemeinen Arbeitsweise. Zur Erreichung dieses Ziels werden verschiedene Methoden eingesetzt. Die beiden Hauptmethoden sind ein Fragebogen sowie die Analyse der bisherigen schriftlichen Ausarbeitungen. Nach einer Erläuterung der notwendigen Methoden, insbesondere der wissenschaftlichen Fragebogenmethode, werden ein Fragebogen und Bewertungskriterien zur Bewertung der schriftlichen Ausarbeitungen konzipiert bzw. erarbeitet. Durch diese Methoden konnte ein großes Potenzial im Wissensmanagement und der Arbeitsweise des Teams gefunden werden. Vor allem die Informationsweitergabe zu Beginn der jeweiligen Projekte weist großes Potenzial auf. Auf Grundlage dieser Probleme sowie deren Ursachen werden Gegenmaßnahmen entwickelt, um den Workflow und das Wissensmanagement zu verbessern. So konnten unter anderem bereits Besprechungsregeln, einheitliche Dokumentenvorlagen und eine Berichtsvorlage erstellt und veröffentlicht werden. Durch diese Maßnahmen kann bereits ein Wechsel im Mindset der Studierenden im Hinblick auf die Arbeitsweise und auf das Wissensmanagement festgestellt werden.

Die Anforderungen an die Akustik sind bei Elektromotoren sehr hoch, da deren Betrieb wenig Geräusche erzeugt. Bei Akustik-Simulationen von Baugruppen mit einem angeregten Elektromotor werden Vereinfachungen angenommen, um den Zeit- und Speicherplatzbedarf zu kompensieren. Eine mögliche Vereinfachung ist die Vernachlässigung des gyroskopischen Effekts, der durch mindestens zwei Rotationen oder Kippungen entsteht und dadurch ein weiteres Moment erzeugt. Die Eigenfrequenzen werden durch den gyroskopischen Effekt drehzahlabhängig. Im Rahmen dieser Arbeit soll der Einfluss des gyroskopischen Effekts auf die Akustik-Simulation eines Elektromotors, der eine Pumpe antreibt, bewertet werden. Zum Abgleich des FEM-Kontinuumsmodells der gesamten Baugruppe wurde ein analytisches Minimalmodell der rotierenden Strukturen aufgebaut. Der gyroskopische Effekt wurde durch die Erweiterung des Kontinuumsmodells mit rotordynamischen Lasten implementiert. Durch die drehzahlabhängigen Eigenfrequenzen sind mehrere Simulationen mit verschiedenen Drehzahlen notwendig, zwischen denen anschließend die zu bewertenden Größen, die Schallleistung und die übertragenen Kräfte am Gehäuse, interpoliert wurden. Aus dem gyroskopischen Effekt resultieren nichtlinear an- und absteigende Eigenfrequenzen der rotierenden Strukturen über der Drehzahl, woraus eine Verschiebung der kritischen Drehzahlen erfolgt. Aus der Betrachtung bis zur 20. Drehzahlordnung ergeben sich Änderungen in der Amplitude kleiner 1 % mit den Ausnahmen der 8. und 18. Drehzahlordnung bei der Schallleistung. Insgesamt ist der Einfluss immer kleiner 10 %. Durch die Überlagerung mit den konstanten Eigenfrequenzen der weiteren Bauteile und durch das Übertragungsverhalten der Schwingungen von den rotierenden Teilen über die nichtrotierenden Komponenten bis zum Gehäuse ist der gyroskopische Effekt nicht eindeutig den kritischen Drehzahlen der rotierenden Strukturen zuzuordnen. Der Einfluss des gyroskopischen Effekts auf die Schallleistung und die übertragenen Kräfte dieser Baugruppe ist, bis auf die 8. und 18. Drehzahlordnung der Schallleistung, gering. Dort kann der gyroskopische Effekt nicht vernachlässigt werden. Weiterführend können Baugruppen untersucht werden, bei denen der gyroskopische Effekt durch schwere rotierende Teile oder durch ein größeres polares Trägheitsmoment, wie bei einem Außenläufer, größer ist.

Das hocheffiziente Konzeptfahrzeug Schluckspecht VI (S6) hat im Sommer 2022 am Shell Eco Marathon als bestes Neufahrzeug abgeschlossen. Dennoch war die Reichweite von 560km/kWh nicht ausreichend, um sich gegen die anderen teilnehmenden Teams zu behaupten. Daher werden am Fahrzeug die Komponenten und Systeme ermittelt, welche das meiste Optimierungspotential bergen. Hierbei stechen besonders die Aerodynamik, die Motoransteuerung und die Rollreibung hervor. Die hier vorliegende Arbeit befasst sich mit der aerodynamischen Optimierung. Zunächst gilt es herauszufinden, welche Bauteile explizit für die Aerodynamik ausschlaggebend sind. Die drei Komponenten, die maßgeblichen Einfluss haben sind: der Grundkörper, die Radkästen und die Fahrwerksflügel. Einen weiteren Einflussfaktor bergen die sich drehenden Räder, da diese jedoch weitestgehend umhaust sind, ist in dieser Hinsicht keine weitere Optimierung erforderlich. Zu Ermittlung der derzeitigen aerodynamischen Werte, vor allem cW, cWA und Geschwindigkeits- und Druckverteilung um das Fahrzeug, wird ein digitales Modell des S6 aufgebaut. An diesem Modell werden Simulationen durchgeführt, die idealisierte Kennwerte liefern. Parallel zur Simulation liefern Versuche am Fahrzeug reale Messdaten. Speziell dafür wird eine neue Versuchsmethode entwickelt: die Konstantfahrtuntersuchung. Bei dieser Untersuchung wird die Vortriebskraft des Fahrzeugs anhand des Motorstroms ermittelt, um so auf die Fahrtwiderstandswerte zu schließen. Zur Erhebung der Messdaten am Fahrzeug wird zudem ein für die Untersuchung angepasster Sensor entwickelt. Diese Untersuchungen liefern plausible Ergebnisse, die jedoch mit denen der Simulation schwer vergleichbar sind. Dies ist bedingt durch die erschwerten Randbedingungen bei der Durchführung der Versuche und beim Aufzeichnen der Messdaten auf der Teststrecke.

Der Eignungsnachweis von Prüfprozessen ist sowohl für die Industrie, als auch für Forschungszwecke ausschlaggebend. Dabei sind die Genauigkeit, Präzision sowie die Messbeständigkeit der Messergebnisse von der zu untersuchenden Messeinrichtung mit statistischen Methoden auszuwerten. Mit Leitfäden wird unter einer sog. Messsystemanalyse die Fähigkeit einer Messeinrichtung mit den dazugehörigen statistischen Kennwerten beurteilt. Die Messsystemanalyse unterteilt sich in zwei Typen, wobei die Konsistenz bzw. Messdatenstreuung mit den entsprechenden Kennwerten beurteilt werden können. Unter MSA Typ 1 wird anhand Mittelwerte und Standardabweichungen von Wiederholmessungen die Konsistenz und Genauigkeit mit den Cg- bzw. Cgk-Indizes bewertet, die höher als 1,33 sein müssen, um die Messeinrichtung als fähig zu klassifizieren. Durch MSA Typ 2 wird die Präzision mit dem % R&R-Kennwert (Wiederholbarkeit & Reproduzierbarkeit) bewertet. Messeinrichtungen mit einem % R&R-Kennwert unterhalb 20 % liefern Messdaten mit einer ausreichenden Präzision, d.h. dass die Mittelwerte der Messdaten nicht signifikant voneinander unterscheiden. Die im Rahmen dieser Arbeit untersuchte akustische Messeinrichtung weist einen Cg-Index von 1, 58, einen Cgk-Index von 2, 13 und einen % R&R-Wert von 6, 56 % auf, weshalb die Messdaten mit einer hohen Konsistenz und Präzision erfasst werden.