Open Access

Diese Arbeit befasst sich mit dem Vergleich zentraler und dezentraler Lüftungskonzepte bei unterschiedlicher Art der Gebäudenutzung. Durch das Ziel immer weniger Energie zur Beheizung von Gebäuden zu benötigen, wird die nötige Belüftung dieser bei modernen Gebäuden durch eine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung gewährleistet. Das bietet den Vorteil, dass die bereits erwärmte Raumluft nicht gegen kalte Außenluft getauscht wird, sondern die Wärmeenergie der Raumluft an die frische Außenluft übertragen werden kann, was den Energiebedarf zur Wiedererwärmung der Raumluft reduziert. Für jeweils ein Referenzgebäude des Gewerbes, der Industrie und des Wohnungsbaus wird zunächst eine Lüftungsanlage mit Zentralgerät ausgelegt. Danach erfolgt anhand eines konkreten Lüftungsgeräts die Bestimmung der jährlichen Energiebedarfe der Raumlufttechnischen Anlage, die auch in die darauffolgenden Wirtschaftlichkeitsberechnung einfließen. Diese Berechnungen der Wirtschaftlichkeit werden nach der Annuitätsmethode der VDI 2067 Blatt 1 durchgeführt und umfassen die Kosten für den Bau und Betrieb einer solchen Anlage. Damit die Anlagen der jeweiligen Gebäude miteinander verglichen werden können, werden für diese, neben den zentralen Anlagen, auch dezentrale Anlage ausgelegt. Auch für diese Anlagenvarianten wird der Energiebedarf pro Jahr über Wetterdaten und einem Nutzungsprofil der Gebäude berechnet. Die Wirtschaftlichkeit einer jeden dezentralen Anlage wird dabei nach demselben Verfahren wie die der zentralen Anlagen berechnet. Diese Ergebnisse werden für jeden Gebäudetyp hinsichtlich des Energiebedarfs und der Wirtschaftlichkeit gegenübergestellt und analysiert. Als Ergebnis der Berechnungen lässt sich zusammengefasst sagen, dass die zentralen Anlagen bei den untersuchten Gebäuden zwar stets die wirtschaftlichere Variante darstellen, doch der Energiebedarf der dezentralen Anlagen bei allen drei Vergleichen zugunsten der dezentralen Anlage ausfällt.

Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem pneumatischen Antrieb der Radwechselheber der Compact-Serie. Im Laufe des Produktlebenszyklus wurden bereits kleinere Anpassungen vorgenommen. Diese wurden jedoch nicht vollständig auf das Produktportfolio übertragen. Daher unterscheiden sich die Luftantriebe. Eine Konsolidierung ist im Produktentwicklungsplan für 2023 vorgesehen. Der Fokus liegt dabei auf einer Vereinheitlichung der Antriebe und einer Verbesserung hinsichtlich Fertigung und Produktionskosten. Ziel des Projekts ist es, einen einheitlichen Luftantrieb über die gesamte Serie zu haben. Außerdem sollen die Herstellkosten um zehn Prozent und die Montagezeit um 30 Prozent reduziert werden. Weitere Ziele wurden in der Compliance Matrix festgehalten. Um zu überprüfen, ob alle Ziele erreicht wurden, wird am Ende des Projekts ein Prototyp des Antriebs gebaut und getestet. In dieser Arbeit wird nicht nur das Ergebnis und die Umsetzung beschrieben, sondern auch die Vorgehensweise und Umsetzung im Produktentwicklungsprozess. Besonderes Augenmerk wurde dabei auf die Kostenreduktion und die Modularität der Baugruppen gelegt. Denn diese beiden Parameter beeinflussen die spätere Zielerreichung maßgeblich.

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.

Um den sicheren Betrieb eines Fluggerätes zu gewährleisten, muss es nach einer bestimmten Anzahl von Flugstunden, Tagen oder auch Zyklen gewartet werden. Während dieser Wartungsmaßnahme kann es erforderlich sein, dass das Luftfahrzeug mit Hilfe einer Hubvorrichtung angehoben wird. Die Firma HYDRO Systems KG, im Folgendem nur noch HYDRO genannt, bietet für diese Fälle unterschiedliche Lösungen, in Form von sogenannten Drei-bockhebern, an. Diese unterscheiden sich in ihren Abmessungen und zulässigen Belastungen, gemäß den Anforderungen der Handbücher der Luftfahrzeughersteller. Im Bereich der Hubschrauberheber besitzt die Firma HYDRO bisher nur Modelle, die auf eine ältere Bauweise zurückgreifen und nicht alle gängigen Hubschrauber abdecken. Seit Anfang 2021 vertreibt HYDRO jedoch die Serie Tripod Jack Business (TJB). Diese Serie ist für den preissensiblen Markt der Businessjets ausgelegt und zeichnet sich durch eine Konstruktion aus, die eine kostenoptimierte Fertigung ermöglicht. Es soll daher geprüft werden, welche Hubschrauber, im zivilen als auch im militärischen Gebrauch, für die Entwicklung von neuen Hebern in Frage kommen und inwieweit die Konstruktion des TJBs an die Bedürfnisse von Hubschraubern angepasst werden muss. Auf diesen Daten aufbauend wird dann ein Konzept erarbeitet, um ein umfangreiches Portfolio für Hubschrauberheber anbieten zu können.

Diese wissenschaftliche Arbeit befasst sich mit der Entwicklung und Konstruktion des Anodenpfads eines modularen, skalierbaren Prüfstands für Brennstoffzellensysteme mit Polymerelektrolytmembran (PEM-FC). Besagter Prüfstand ist darauf abgerichtet, das gesamte vorliegende System, wie es zur Energiebereitstellung in Fahrzeugen vorkommt, zu testen. Das Ziel sind dabei die Funktionsprüfung sowie die Validierung der Auslegungen und Berechnungen, bevor das System in Prototypenfahrzeugen getestet wird. Dieser Aspekt ist für die Umsetzung von großer Bedeutung, da Brennstoffzellensysteme, je nach Anwendungsbereich, unterschiedliche Komponenten, Leistungen sowie Anforderungen aufzeigen. Außerdem soll der Prüfstand, von den Gegebenheiten her, denen einer Fahrzeuganwendung stark ähneln, um vergleichbare Ergebnisse zu erzielen. Modular bedeutet dabei, dass ohne einen aufwändigen Umbau des Prüfstands viele verschiedene Systeme, auch Mehr-Stack-Systeme, getestet werden können. Es werden also Anschlussmöglichkeiten und Vorrichtungen für diverse, nicht bei jedem Brennstoffzellensystem vorkommende Komponenten wie z.B. eine aktive Rezirkulation mithilfe eines Rezirkulationsgebläses oder einen Vorwärmer, vorgesehen. Skalierbar bedeutet in diesem Anwendungsfall, mit verschiedenen Systemen und unterschiedlichen Leistungen gleichermaßen zu funktionieren, um Umbaumaßnahmen und den Fertigungsaufwand für verschiedene FC-Systeme möglichst geringzuhalten. Im Entwicklungsprozess wird aus Zeitgründen lediglich der Wasserstoffpfad an der Anode des/der Stacks betrachtet sowie umgesetzt. Außerdem setzt ein gasdichter Bereich mit Absaugung zum Explosionsschutz um die wasserstoffführenden Komponenten eine Grenze, sodass z.B. die Gasversorgung nicht berücksichtigt wird. Um die Effizienz der Brennstoffzellensysteme zu steigern, eine Vielzahl von Brennstoffzellensystemen umsetzen und testen zu können, sowie eine lange Einsatzzeit in der Zukunft des Prüfstands zu gewährleisten, müssen außerdem innovative Konzepte oder Komponenten aus der Fahrzeugindustrie betrachtet werden.