Gerätekonstruktion und -fertigung in der Feinwerktechnik

Transkript

1 Gerätekonstruktion und -fertigung in der Feinwerktechnik Schinköthe/Burkard/Bobrowski Kompetenzfeld/Pflichtfach/Kernfach V 3/1 im WS Prof. Dr. - Ing. W. Schinköthe Einführung

2 Heute hieße Feinwerktechnik Mechatronik Schnittdisziplin Feinwerktechnik

3 Gerätekonstruktion und -fertigung Kompetenzfeld im Bachelor Pflichtfach oder Kernfach in Diplom- bzw. Masterstudiengängen Schinköthe/Burkard V 3/Ü1 im WS; mittwochs und donnerstags Uhr, V bzw. V Einführung Methodik der Geräteentwicklung, Denkweisen, Methoden 2. Genauigkeit und Fehlerverhalten in Geräten Grundlagen, Störgrößen, Ableitung von Fehlerfaktoren Maßnahmen zur Verbesserung des Fehlerverhaltens (invariante, innozente Anordnung, Justage, Kompensation) 3 DS Übungen zu Genauigkeit und Fehlerverhalten 3. Toleranzrechnung im Gerätebau Grundlagen, Einführung, Toleranzbegriff, Toleranzangaben in Zeichnungen Einführung in die Extremwertmethode, Statistische Toleranzrechnung, Statistische Toleranzrechnung am Beispiel, Erfassung statistischer Merkmale, Qualitätsregelkarten 2 DS Übungen zur Toleranzrechnung Gerätekonstruktion und -fertigung

4 4. Sicherheitstechnik im Gerätebau Allgemeine Sicherheitstechnik (Methoden, sicherheitsgerechte Gestaltung) Elektrische Sicherheit (Gefährdungspotentiale, Schutzgrade, Schutzklassen) Gesetzliche Regelungen (CE-Kennzeichnung; GS-Zeichen, Produkthaftung) 5. Zuverlässigkeit im Gerätebau Zuverlässigkeit, Definition, Verteilungen, Lebensdauer, Systemzuverlässigkeit 3 DS Übung zu Zuverlässigkeit im Gerätebau 6. Wechselwirkung Gerät und Umwelt Thermischer Schutz in Geräten Lärmminderung im Gerätebau, Schall und seine Kenngrößen, Schallwahrnehmung, -entstehung, -ausarbeitung, Mess- und Auswerteverfahren, Maßnahmen zur Lärmminderung 7. Zugehörige Praktika: Einführung in die 3D-Messtechnik Zuverlässigkeitsuntersuchungen und Lebensdauertests Geräusch-/Lärmmessung Gerätekonstruktion und -fertigung

5 V-Modell nach VDI 2206 Eigenschaftsabsicherung Systementwurf Systemintegration Domänenspezifischer Entwurf Mechanik Software Elektronik V-Modell nach VDI 2206

6 V-Modell nach VDI 2206 Planen und Klären der Aufgabe Systemkonzept Anforderungsliste Systemkonzept Eigenschaftsabsicherung Systemintegration 1. Abstraktion; wesentliche Probleme 2. Funktionsstruktur; Gesamtfunktion- Teilfunktion 3. Wirkprinzipien; Wirkstruktur- Baustruktur 4. Dom.übergreifende Lösungsvarianten 5. Bewertung und Entscheidung Domänenübergreifendes Konzept Domänenspezifischer Entwurf Mechanik Software Elektronik Lösungskonzept Domänenspezifischer Entwurf V-Modell nach VDI 2206 (modifiziert)

7 Maßnahmen zur Beeinflussung des Fehlerverhaltens Maßnahme σ 2 2 My y ' σ 2 1 % Mx 1 My Mx 2 2 n σ 2 x2 %... ' j i'1 My Mx i 2 σ 2 xi Wirkung auf welche Störgröße technisch ökonomischer Aufwand 1. Minimierung des Fehlerfaktors durch günstige Prinzipwahl bzw. Gestaltung - Wahl invarianter Anordnungen - Wahl innozenter Anordnungen - fehlerminimierte Anordnungen innere äußere gering (Einfall nötig) 2. Justageprozesse einfügen innere sehr hoch (meist manuell) 3. Kompensation von Fehlereinflüssen vorsehen (gegenläufige Wirkmechanismen) innere äußere mittel bis niedrig 4. geeignete Toleranzfestlegung innere u. U. hoch 5. rechnerische Fehlerkorrektur Eingangs - innere - äußere - soweit sensorisch zu erfassen hoch bis sehr hoch (Aufwand zur Erfassung) Fehlerverhalten

8 Statistische Toleranzrechnung - Vorlesungsbeispiel Simulation einer Statistischen Toleranzrechnung WS 2012/13 Ergebnisse Baugruppe M 1 15,36 15,30 15,30 15,33 15,33 15,36 15,27 15,27 15,33 15,27 15,40 15,30 15,20 15,27 15,33 15,24 15,27 15,24 15,30 15,24 15,40 15,30 + M 2 1,90 1,94 1,92 1,88 1,94 1,85 1,96 1,88 1,92 1,85 1,92 1,90 1,92 1,90 1,96 1,88 1,92 1,90 1,90 1,94 1,99 1,94 M 3 1,71 1,73 1,72 1,71 1,72 1,72 1,72 1,74 1,71 1,71 1,73 1,73 1,72 1,73 1,71 1,72 1,74 1,72 1,73 1,70 1,70 1,72 M 4 15,00 14,97 15,01 15,00 15,00 15,00 14,99 15,01 15,00 14,99 14,99 15,00 15,01 15,01 14,99 15,00 15,01 14,97 14,99 15,03 15,03 15,00 = Schließmaß M 0 0,55 0,54 0,49 0,50 0,55 0,49 0,52 0,40 0,54 0,42 0,60 0,47 0,39 0,43 0,59 0,40 0,44 0,45 0,48 0,45 0,66 0,52 Anzahl n Größtmaß M 0 0,66 Diagrammwertebereich Häufigkeitsverteilung max 12 s n Kleinstmaß M 0 0, ,25 0 min 10 0,3 0 Schließtoleranz T 0, M 0 max M 0 min 0, , , Mittelwert x 0, M 0 0,5 8 5 i i 5 0, , Standardabweichung s 0, M 0 0,65 1 i x i 2 0, , s = 0, ,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 Schließmaß M 0 Statistische Toleranzrechnung

9 Sicherheit und Zuverlässigkeit Sicherheitstechnik

10 Elektrische Sicherheit Fehlerstrom-Schutzschalter Elektrische Sicherheitstechnik

11 Produktsicherheit allgemein und gesetzliche Regelungen Quelle: Prof. Schmauder TU Dresden Produktsicherheit

12 Produktsicherheit und Zertifizierung Quelle: Prof. Schmauder TU Dresden Produktsicherheit und Zertifizierung

13 Gefährdungen Mechanische Faktoren Vibrationen Gefahrstoffe Elektrische Faktoren Schall Strahlungen Thermische Faktoren Brände, Explosionen Physische Belastung/ Arbeitsschwere Klima Farbe Beleuchtung Psychische Belastungen Was kann alles eine Wirkung auf den Menschen haben? Quelle: Prof. Schmauder TU Dresden Es gibt immer einen sicheren Weg! Produktsicherheit und Zertifizierung

14 Zulassungsverfahren für Medizinprodukte MPG, EU-Richtlinien Konformitätsbewertungsverfahren gemäß 98/79/EG, 90/385/EG Medizinprodukt Medizinprodukt Ja / Nein Ja Art des Medizinproduktes 90/385/EG 93/42/EWG 98/79/EG Klassifizierung Klinische Daten Prüfberichte, Zeichnungen, etc. Anhang I oder harmonisierte Normung Anhang IX Klinische Studien, Gebrauchstauglichkeit Produktprüfung, Konstruktionsdaten Erfüllung der Grundlegenden Anforderungen Module der Konformitätsbewertungsverfahren festlegen Klasse I, IIa. IIb, III Zertifikate 5 Jahre aufbewahren (nach Vertrieb des letztes Produktes) MPG, Verordnungen MPG, Verordnungen MPG, Verordnungen Werkstoffspezifikat. Risikoanalyse, Gebrauchsanweisung Technische Dokumentation Behördenmeldung, DIMDI Medizinprodukt +CE-Kennzeichnung +DIMDI Meldung Meldung von Vorkommnissen an die zuständige Behörde Quelle: nach Uni Duisburg, IPE, Prof. Fischer Produktsicherheit und Zertifizierung

15 Zuverlässigkeit Zuverlässigkeit- Interpretation der Katalogangaben

16 Geräuschentstehung und Weiterleitung in Geräten F (T) v h Eing(ω) ü (ω) v v1(ω) v v2 (ω) ZStr(ω) v p (T) v2(ω) = ü (ω) v1 (ω) Kraftanregung mit F(T) führt zu v1 (T) mit v1 (T)= heing F (T) bzw. direkte Geschwindigkeitsanregung v1 (T) Übertragung des Körperschalls durch das Gerät mit Übertragungsfunktion Ü (T) v2 (T) = ü v1 (T) Abstrahlung als Luftschall p (T) p (T) = ZStr (T) v2 (T) Geräuschentstehung und Weiterleitung

17 Praktikum Lärmmessung Praktikum Lärmmessung

18 Praktikum Einführung in die 3D-Messtechnik Praktikum Einführung in die 3D-Messtechnik

19 Praktikum Zuverlässigkeitsuntersuchungen und Lebensdauertests Testdaten i 1 M 1, n 1 M 2, n 2 Prüfstandsversuche M 3, n 3 i 2 M 1, n 1 M 2, n 2 M 3, n 3.. Praktikum Zuverlässigkeitsuntersuchungen und Lebensdauertests

20 Praktikum Zuverlässigkeitsuntersuchungen und Lebensdauertests Testdaten Prognosedaten* (nicht getestet) i 1 M 1, n 1 j 1 M x, n x M 2, n 2 j 2 M y, n y M 3, n 3 i 2 M 1, n 1 M 2, n M 3, n 3.. statistische Auswertung Praktikum Zuverlässigkeitsuntersuchungen und Lebensdauertests

21 Praktikum Zuverlässigkeitsuntersuchungen und Lebensdauertests Testdaten Prognosedaten* (nicht getestet) Prognose i 1 M 1, n 1 j 1 M x, n x M 2, n 2 j 2 M y, n y M 3, n 3 i 2 M 1, n 1 M 2, n M 3, n 3.. Praktikum Zuverlässigkeitsuntersuchungen und Lebensdauertests

22 Praktikum Zuverlässigkeitsuntersuchungen und Lebensdauertests Praktikum Zuverlässigkeitsuntersuchungen und Lebensdauertests

23 Ende Institutsvorstellung