Die vorliegende Arbeit beschreibt den Produkentwicklungszyklus eines Prüfstands für Flügelzellenpumpen. Ziel ist die Entwicklung eines Prüfstands zur automatisierten Ermittlung einer Pumpenkennlinie. Der Produktentwicklungszyklus erfolgt nach der VDI 2221 und der DIN 16742 und ist ein examplarischer Leitfaden für diese Normen und Richtlinien.
In den Produktentwicklungsphasen stellten sich einige Probleme im Zusammenhang mit der rationalen Realisierung des Projektes dar. Rekapituliert man die einzelnen Schritte der Produktentwicklung (Planen, Konzipieren, Entwerfen und Ausarbeiten), so stellten sich erhebliche Schwächen in diesen Phasen heraus.
Inhaltsverzeichnis
1 Aufgabenbeschreibung
2 Grundlagen
2.1 Pumpentechnik
2.1.1 Die Flügelzellenpumpe
2.1.2 Die Flügelzellenpumpe Niehüser NP-800
2.2 Strömungsmechanik
2.2.1 Der Druck und Eigenschaften von Drücken
2.2.2 Strömungsformen
2.2.3 Energieerhaltung in inkompressiblen Fluidsystemen
3 Produktentwicklungszyklus
3.1 Planungsphase
3.1.1 Analyse der Umfeldsituation
3.1.2 Finden und Auswählen von Produktideen
3.1.3 Formulieren eines Produktvorschlags
3.1.4 Klären der Aufgabe
3.1.5 Erstellung der Anforderungsliste
3.2 Konzeptionsphase
3.2.1 Abstrahieren der Aufgabenstellung
3.2.2 Zerlegung der Gesamtfunktionen in Teilfunktion
3.2.3 Suche nach Wirkprinzipien zum Erfüllen der Teilfunktionen
3.2.4 Bewerten der Lösungen nach technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten
3.3 Entwurfsphase
3.3.1 Entwickeln der Baustruktur
3.3.2 Endgültiges Gestalten der Baustruktur
3.4 Ausarbeitungsphase
4 Produktbeschreibung
4.1 Beschreibung der Hauptfunktion
4.2 Beschreibung des Antriebsstrangs
4.3 Beschreibung der Regeleinrichtung
4.4 Beschreibung der Messtechnik
4.5 Beschreibung der Steuerungstechnologie
5 Weiterentwicklungen
5.1 Prüfstand mit automatisierter Pumpenaufnahme
6 Fazit
Zielsetzung & Themen
Das Hauptziel dieser Arbeit ist die Entwicklung und Fertigung eines automatisierten Pumpenprüfstands für die Flügelzellenpumpe vom Typ Niehüser NP-800, um eine automatisierte Ermittlung der Pumpenkennlinie zu ermöglichen.
- Methodische Produktentwicklung gemäß VDI 2221
- Konstruktion und Auslegung der mechanischen Komponenten und Gestellbauteile
- Integration von Mess- und Steuerungstechnik mittels Siemens Simatic S7
- Erstellung eines automatisierten Prüfablaufs für Fertigungsprüfungen
- Weiterentwicklungskonzepte zur Steigerung der Prozesseffizienz
Auszug aus dem Buch
3.3.1.2 Vorberechnung
In diesem Abschnitt werden die Baugruppen und Bauteile grob dimensioniert, um einen Überblick über die erforderlichen Baugrößen zu erhalten. Mit der Vorberechnung wird an der Wirkstelle Pumpe – Antriebsmotor begonnen, um die weiteren Berechnungen: Form und Baugröße des Gestells, Baugröße und Versteifung des Aufnahmewinkels, Auslegen der Schutzeinrichtungen sowie Berechnen des erforderlichen Rohrleitungsquerschnitts durchführen zu können.
Berechnung des Antriebs: Bei den errechneten Werten handelt es sich um maximale Grenzwerte. Die Leistung wurde bei der Auswahl des Motors auf 30 Kw beschränkt um die vorhandene Gelenkwelle nicht zu überlasten. Es ergab sich somit folgender Antriebsmotor: SEW Eurodrive DRS 180 LC4 FE/E67S mit einer Leistung von 30 Kw. Das Motorgewicht beträgt 250 kg und geht in die Auslegung der Gestellbauteile ein.
Berechnung des Aufnahmewinkels: Um zu gewährleisten, dass der Winkel das anliegende Moment von 300 Nm erträgt, ist zunächst zu beachten, wie groß die inneren Spannungen im Bauteil sind. Hierzu wird angenommen, dass der Winkel einen einseitig fest eingespannten Stab darstellt, der an seinem freien Ende mit einem Drehmoment von 300 Nm beaufschlagt wird. Um einen dauerfesten Betrieb bei schwellenden Beanspruchungen zu gewährleisten, wird eine doppelte Sicherheit angestrebt. Dies ist der ausdrückliche Wunsch der Niehüser Armaturenbau und Vertriebs GmbH.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Aufgabenbeschreibung: Definition der Zielsetzung zur Entwicklung eines Prüfstands für Flügelzellenpumpen und Beschreibung der technischen Rahmenbedingungen.
2 Grundlagen: Erläuterung der pumpentechnischen und strömungsmechanischen Prinzipien, die als Basis für die Konstruktion dienen.
3 Produktentwicklungszyklus: Detaillierte Darstellung des methodischen Vorgehens nach VDI 2221 von der Planung bis zur Ausarbeitung.
4 Produktbeschreibung: Detaillierte Spezifikation der Komponenten, der Steuerungs- und Messtechnik sowie der Hauptfunktionen des Prüfstands.
5 Weiterentwicklungen: Analyse von Schwachstellen und Darstellung von Optimierungsmöglichkeiten zur Steigerung des Automatisierungsgrades.
6 Fazit: Kritische Reflexion des Projektablaufs und der Herausforderungen bei der Umsetzung der Konstruktionsziele.
Schlüsselwörter
Pumpenprüfstand, Flügelzellenpumpe, Produktentwicklung, VDI 2221, Konstruktionstechnik, Automatisierung, Messwerterfassung, Strömungsmechanik, Hydraulik, SPS, Steuerungstechnik, Fertigungsprüfung, Kennlinienermittlung, Maschinenbau, Niehüser NP-800
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit im Wesentlichen?
Es geht um die Entwicklung und den Produktentwicklungszyklus eines automatisierten Prüfstands für Flügelzellenpumpen des Typs Niehüser NP-800.
Welche zentralen Themenfelder werden bearbeitet?
Die Arbeit behandelt die Bereiche Pumpentechnik, Strömungsmechanik, systematische Produktentwicklung, Konstruktion, Messtechnik und Steuerungstechnologie.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Ziel ist die Entwicklung eines Prüfstands, der eine automatisierte Ermittlung der Pumpenkennlinie ermöglicht.
Welche wissenschaftliche Methode kommt zum Einsatz?
Die Arbeit folgt dem methodischen Leitfaden der VDI-Richtlinie 2221 zur Konstruktion und Entwicklung technischer Systeme.
Was deckt der Hauptteil der Arbeit ab?
Der Hauptteil gliedert sich in die Phasen des Produktentwicklungszyklus (Planung, Konzeption, Entwurf, Ausarbeitung) und eine detaillierte technische Produktbeschreibung.
Durch welche Schlüsselwörter lässt sich die Arbeit beschreiben?
Wichtige Begriffe sind Pumpenprüfstand, Flügelzellenpumpe, Produktentwicklung, Automatisierung, Messtechnik und Steuerungstechnik.
Warum wurde eine Schutzkabine in das Design integriert?
Die Schutzkabine dient dem Schutz des Bedieners vor rotierenden Bauteilen und dem austretenden Prüfmedium Heizöl.
Wie wurde die Rüstzeit bei der Weiterentwicklung optimiert?
Durch den Einsatz eines hydraulischen Nullpunktspannsystems wurde die Rüstzeit signifikant von 20 Minuten auf 2 Minuten reduziert.
Welches Steuerungssystem findet Anwendung?
Die Steuerung des Prüfstands erfolgt über eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) vom Typ Siemens Simatic S7.
- Arbeit zitieren
- Florian Kamin (Autor:in), 2012, Entwicklung eines Pumpenprüfstands. Produktentwicklung nach VDI 2221, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/296236
