Labor für Konstruktion und CAE-Anwendungen

Labor für Konstruktion und CAE-Anwendungen

Konzept

In diesem Labor werden Themenstellungen der Konstruktion, speziell Maschinenelemente und CAE-Anwendungen im allgemeinen Maschinenbau, bearbeitet. Auf dem Gebiet der Verbrennungsmotoren werden innovative Lösungen von mechatronischen variablen Ventilsteuerungssystemen erforscht.

Erforschung neuer Lehrmethoden für Augmented und Virtual Reality

Mit Head Mounted Displays gelingt ein einfacher Einstieg in die Welt der virtuellen Realität. Dreidimensionale CAD Modelle werden je nach eingesetzter VR Software transformiert. Die Visualisierung von komplexen Geometrien im bewegten 3D Raum stellt innovative Perspektiven dar, neuartige Methoden in der Wissensvermittlung zu entwickeln.
Im Jahr 2022 wird am Standort der Fachhochschule in Iserlohn die Investition einer „Cave“, eines Visualisierungslabors umgesetzt. Hierbei können mehrere Personen gleichzeitig vor einer Projektionsfläche mit ca. 10,5 m Breite und 2,5 m Höhe in die VR-Welt abtauchen.

Konstruktion / Produktentwicklung

Im Rahmen der Konstruktion können komplette Projekte von der ersten Idee bis hin zum Prototypenbau bearbeitet werden. Die verschiedensten Methoden der Produktentwicklung werden eingesetzt, um die gesamte Entwicklung bis zur Nullserie darzustellen oder zu begleiten. Die wesentlich angewandten Schritte der Produktentwicklung sind:

• Problemanalyse und Formulierung
• Festlegung der Aufgabenstellung und Zielsetzung
• Erstellung von Anforderungslisten
• Entwurf und Konzeptentwicklung
• Integration der technischen Berechnung von Lösungsvarianten
• Erarbeitung von Lösungskonzepten
• Konzeptbewertung und Auswahl der geeigneten Lösungen
• Anmeldung von Schutzrechten
• Prototypenfertigung

Technische Berechnungen, Simulationen

Mit den modernen Rechnern können die verschiedensten Auslegungen, wie Freiganguntersuchungen, Festigkeitsanalysen, Auslegungen von Maschinenelementen oder z.B. Kunststoffspritzsimulationen, durchgeführt werden.

Prototypenbau

• Modelbau auf Basis von 3D-CAD-Daten
• Aufbau von Prototypen
• Schnittmodellerstellung von Verbrennungsmotoren
• Überblick über verschiedene Verfahren für Rapid Prototyping
• Darstellung eines Prototypen für ein neues Kinderrückhaltesystems in Pkw
• Konstruktion und Fertigung von Gußkokillen auf Basis von 3D-Daten
• Sandkern 3D-Konstruktion von Gußteilen
• Fräsen von Bauteilen, die durch Freiformflächen beschrieben sind
• komplette CAD-Prozesskette für "Reverse Engineering"

Erpobung

Die Erprobung der Konstruktionen und Prototypen wird versuchsbegleitend durchgeführt.

Laborausstattung

• diverse CAD-Arbeitsplätze mit Windows 10

• Volumenmodellierung mit CATIA V5, Creo 8.0 oder NX
• Flächenrückführung mit Surfacer oder Geomagic DesignX
• CAM-Softwarepakete Cimatron und Creo 8.0

• FDM Plotter der Fa. Alpha-CAM
• 3D-Printer der Fa. Z-Corp.
• Stereolithographie-Drucker der Fa. Objet
• Vakuumgiessanlage auf Basis von Silikon (Eigenbau)

• 3D-Koordinatenmessmaschine der Firma Mitutoyo
• 2D-Profilprojektor mit Rechnerinterface der Firma Mitutoyo
• ATOS 3D-Laserscanner der Firma GOM
• 3D-Scanner der Firma Conrad für Lehrbetrieb
• 3-Achsen CNC-Fräsmaschine der Firma Isel zum CNC-Fräsen innerhalb des CAD-Laborbetriebs

• Firmenkataloge für Konstruktionselemente
• EDV-gestützte Datenbank über mechatronische Systeme: Ventilsteuerungen für Verbrennungsmotoren
• Komplettes Softwarepaket "Hexagon" für die Auslegung von Maschinenelementen
• seperater Pool mit 10 dezentrale PC´s und Workstation für freies Arbeiten von Studierenden der Studienrichtung Produktentwicklung/Konstruktion (Raum ZE11b).

Konstruktionsdatenbank

In der Datenbank für Konstruktionsunterlagen werden die für den Bereich der Konstruktion benötigten fachspezifischen Unterlagen gesammelt und mittels EDV verwaltet. Diese Unterlagen beziehen sich auf die verschiedensten Themenschwerpunkte der Konstruktion (wie z.B. Konstruktionselemente, Hard- und Softwareunterlagen etc.)

• Verwaltung von Konstruktionsunterlagen
• Firmenkataloge für Konstruktionselemente
• Unterlagen über Verbrennungsmotoren
• CAD-Literatur
• Unterlagen zu verschiedenen Softwarepaketen zur Auslegung von Konstruktionselementen
• CAD-Normteilbibliothek

Projekte

Entwicklung der vollvariablen Ventilsteuerung UniValve
In Kooperation mit der Technischen Universität Kaiserslautern wird die vollvariable mechanische Ventilsteuerung UniValve entwickelt. Hierzu existieren verschiedene Prüfstandskapazitäten, mit denen diese mechatronische System zur Serienreife entwickelt werden.

Prozesskette Reverse Engineering
Die komplette Prozesskette des Reverse Engineering (incl. Flächenrückführung) wurde anhand eines Außenspiegels durchgeführt. Die Ergebnisse sind in der Zeitschrift CAD/CAM-Report veröffentlicht worden (siehe Veröffentlichungen).

Scannen eines PKW-Außenspiegels bei der Firma GOM in Braunschweig
Die komplette Außenhaut eines PKW-Spiegels wurde digitalisiert. Die Daten sind über eine Flächenrückführung bis hin zu dem Bau eines Prototypen weiterverarbeitet worden.

CAD-systemintegrierte Flächenrückführung - Der All In One Ansatz
Dieses Projekt wurde als Diplomarbeit zusammen mit der Firma PTC in Frankfurt durchgeführt. Hierbei ist es erstmalig gelungen, innerhalb der Softwarelösung ProEngineer eine Flächenrückführung eines Außenspiegels durchzuführen.

Konstruktive Untersuchungen an einem V8-Sportmotor
Konzeptuntersuchungen an einem V8-Sportmotor als Diplomarbeit bei der Firma Audi.

Optimierung eines Biegewerkzeuges in der Fertigung
In einer Fertigunglinie zum Herstellen von gerollten Buchsen wurde ein Werkzeug optimiert.

Konzeptentwicklung variabler Verdichtung mit variabler Ventilsteuerung an einem Ottomotor
Dieses Projekt wird in Zusammenarbeit mit der TU Kaiserslautern durchgeführt. Die Grundsatzarbeiten werden durch eine separat finanzierte Doktorarbeit fortgeführt.
Zylinderkopfkonstruktion mit variabler Ventilsteuerung - pdf - (180,8 kB)

Weiterentwicklung einer Reinigungsstation für einen Rasierapparat
Dieses Projekt wurde als Diplomarbeit zusammen mit der Firma Braun in Frankfurt durchgeführt.
Weiterentwicklung einer Reinigungsstation für einen Rasierapparat (pdf) (118,4 kB)