Institut für Konstruktion und Fertigungin der FeinwerktechnikProf. Dr.-Ing. W. Schinköthe

Gerätekonstruktion und -fertigung in der Feinwerktechnik

Schinköthe/Burkard/BobrowskiKompetenzfeld/Pflichtfach/Kernfach

V 3/1 im WS

Prof. Dr. - Ing. W. Schinköthe

Einführung

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Schnittdisziplin Feinwerktechnik

Heute hieße Feinwerktechnik Mechatronik

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Gerätekonstruktion und -fertigung in der Feinwerktechnik

Kompetenzfeld im BachelorPflichtfach oder Kernfach in Diplom- bzw. Masterstudiengängen

Schinköthe/Burkard V 3/Ü1 im WS; mittwochs und donnerstags 11.30 – 13.00 Uhr, V. 9.41 bzw. V. 7.31

1. EinführungMethodik der Geräteentwicklung, Denkweisen, Methoden

2. Genauigkeit und Fehlerverhalten in GerätenGrundlagen, Störgrößen, Ableitung von FehlerfaktorenMaßnahmen zur Verbesserung des Fehlerverhaltens (invariante, innozente Anordnung, Justage, Kompensation)3 DS Übungen zu Genauigkeit und Fehlerverhalten

3. Toleranzrechnung im GerätebauGrundlagen, Einführung, Toleranzbegriff, Toleranzangaben in ZeichnungenEinführung in die Extremwertmethode, Statistische Toleranzrechnung, Statistische Toleranzrechnung am Beispiel, Erfassung statistischer Merkmale, Qualitätsregelkarten2 DS Übungen zur Toleranzrechnung

Gerätekonstruktion und -fertigung in der Feinwerktechnik

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4. Sicherheitstechnik im GerätebauAllgemeine Sicherheitstechnik (Methoden, sicherheitsgerechte Gestaltung)Elektrische Sicherheit (Gefährdungspotentiale, Schutzgrade, Schutzklassen)Gesetzliche Regelungen (CE-Kennzeichnung; GS-Zeichen, Produkthaftung)

5. Zuverlässigkeit im GerätebauZuverlässigkeit, Definition, Verteilungen, Lebensdauer, Systemzuverlässigkeit3 DS Übung zu Zuverlässigkeit im Gerätebau

6. Wechselwirkung Gerät und UmweltThermischer Schutz in GerätenLärmminderung im Gerätebau, Schall und seine Kenngrößen, Schallwahrnehmung, -entstehung, -ausarbeitung, Mess- und Auswerteverfahren, Maßnahmen zur Lärmminderung

7. Zugehörige Praktika: Einführung in die 3D-MesstechnikZuverlässigkeitsuntersuchungen und LebensdauertestsGeräusch-/Lärmmessung

Gerätekonstruktion und -fertigung in der Feinwerktechnik

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V-Modell nach VDI 2206

Systemintegration

Systementw

urf

DomänenspezifischerEntwurf

Mechanik

Software

Elektronik

Eigenschaftsabsicherung

V-Modell nach VDI 2206

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V-Modell nach VDI 2206 (modifiziert)

Systemintegration

Systemkonzept

DomänenspezifischerEntwurf

MechanikSoftwareElektronik

Eigenschaftsabsicherung

1. Abstraktion; wesentliche Probleme2. Funktionsstruktur; Gesamtfunktion-

Teilfunktion3. Wirkprinzipien; Wirkstruktur-

Baustruktur4. Dom.übergreifende Lösungsvarianten5. Bewertung und Entscheidung

Domänenübergreifendes Konzept

Systemkonzept

Planen und Klären derAufgabe

DomänenspezifischerEntwurf

Anforderungsliste

Lösungskonzept

V-Modell nach VDI 2206

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Fehlerverhalten

Maßnahmen zur Beeinflussung des Fehlerverhaltens

Maßnahme Wirkungauf welcheStörgröße

technisch ökonomischer Aufwand

1. Minimierung des Fehlerfaktors durch günstige Prinzipwahl bzw. Gestaltung - Wahl invarianter Anordnungen- Wahl innozenter Anordnungen - fehlerminimierte Anordnungen

innereäußere

gering (Einfall nötig)

2. Justageprozesse einfügen innere sehr hoch (meist manuell)

3. Kompensation von Fehlereinflüssen vorsehen (gegenläufige Wirkmechanismen)

innereäußere

mittelbis niedrig

4. geeignete Toleranzfestlegung innere u. U. hoch

5. rechnerische Fehlerkorrektur Eingangs -innere -äußere -soweit sensorisch zu erfassen

hochbis sehr hoch(Aufwand zur Erfassung)

σ2y '

MyMx1

2σ2

1 %MyMx2

2σ2

x2 % ... ' jn

i'1

MyMxi

2σ2

xiσ2y '

MyMx1

2σ2

1 %MyMx2

2σ2

x2 % ... ' jn

i'1

MyMxi

2σ2

xi

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Simulation einer Statistischen Toleranzrechnung WS 2012/13

Ergebnisse

Baugruppe 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

+ M1 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

+ M2 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

− M3 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

− M4 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 M0 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

Größtmaß 0,66 Diagrammwertebereichs n

Kleinstmaß 0,39 0,25 00,3 0

Schließtoleranz 0,27 0,35 00,4 5

0,45 7Mittelwert 0,5000 0,5 8

0,55 80,6 3

Standardabweichung 0,0668 0,65 10,7 0

0,75 0 3 s = 0,2003

Häufigkeitsverteilung

0 0 0

5

78 8

3

10 0

0123456789

101112

0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75Schließmaß M0

Anzahl n

min0max00 MMT

i0Mi1x

2i0 xM

i1s

max0M

min0M

Statistische Toleranzrechnung

Statistische Toleranzrechnung - Vorlesungsbeispiel

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Sicherheitstechnik

Sicherheit und Zuverlässigkeit

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Elektrische Sicherheitstechnik

Fehlerstrom-Schutzschalter

Elektrische Sicherheit

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Produktsicherheit

Quelle: Prof. Schmauder TU Dresden

Produktsicherheit allgemein und gesetzliche Regelungen

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Produktsicherheit und Zertifizierung

Quelle: Prof. Schmauder TU Dresden

Produktsicherheit und Zertifizierung

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Produktsicherheit und Zertifizierung

MechanischeFaktoren

ElektrischeFaktoren

ThermischeFaktoren

Klima BeleuchtungFarbe

Vibrationen

Schall Strahlungen

Brände, Explosionen

Gefahrstoffe

Physische Belastung/Arbeitsschwere

Psychische Belastungen

Was kann alles eine Wirkung auf den Menschen haben?

Gefährdungen

Es gibt immer einen sicheren Weg!Quelle: Prof. Schmauder TU Dresden

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Zulassungsverfahren für Medizinprodukte

Medizinprodukt Medizinprodukt Ja / Nein

Art des Medizinproduktes

MPG, EU-Richtlinien

90/385/EG93/42/EWG98/79/EG

Klassifizierung

Klasse I, IIa. IIb, III

Konformitätsbewertungs-verfahren gemäß

98/79/EG, 90/385/EG

Anhang IX

Module der Kon-formitätsbewertungs-

verfahren festlegen

Erfüllung der „Grundlegenden Anforderungen“

Produktprüfung, Konstruktions-

daten

Klinische Studien, Gebrauchs-tauglichkeit

Werkstoffspezifikat. Risikoanalyse,

Gebrauchsanweisung

Behördenmeldung, DIMDI

Meldung von „Vor-kommnissen“ an die zuständige Behörde

Medizinprodukt+CE-Kennzeichnung

+DIMDI Meldung

Anhang I oder harmonisierte

Normung

Prüfberichte, Zeichnungen, etc.Klinische Daten

Zertifikate

Technische Dokumentation

MPG, Verordnungen MPG, Verordnungen MPG, Verordnungen5 Jahre aufbewahren

(nach Vertrieb des letztes Produktes)

Ja

Quelle: nach Uni Duisburg, IPE, Prof. Fischer

Produktsicherheit und Zertifizierung

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Zuverlässigkeit- Interpretation der Katalogangaben

Zuverlässigkeit

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F (T) v

v p (T)

Kraftanregung mit F(T)führt zu v1 (T) mitv1 (T)= hEing (T) @ F (T) bzw. direkteGeschwindigkeits-anregung v1 (T)

Übertragung des Körperschalls durchdas Gerät mit Übertragungsfunktion Ü (T)

v2 (T) = ü (T) @ v1 (T)

Abstrahlung als Luft-schall p (T)

p (T) = ZStr (T) v2 (T)

F (T) v v p (T)

h Eing(ω ) ZStr(ω )

ü (ω)v v1(ω ) v v2 (ω )

v2(ω ) = ü (ω ) v1 (ω )

v v1(ω ) v v2 (ω )

Geräuschentstehung und Weiterleitung

Geräuschentstehung und Weiterleitung in Geräten

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Praktikum Lärmmessung

Praktikum Lärmmessung

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Praktikum Einführung in die 3D-Messtechnik

Praktikum Einführung in die 3D-Messtechnik

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i1 M1, n1

M2, n2

M3, n3

i2 M1, n1

M2, n2

M3, n3

. .

Testdaten

Prüfstandsversuche

Praktikum Zuverlässigkeitsuntersuchungen und Lebensdauertests

Praktikum Zuverlässigkeitsuntersuchungen und Lebensdauertests

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j1 Mx, nx

j2 My, ny

. .

. .

. .

Prognosedaten*(nicht getestet)

i1 M1, n1

M2, n2

M3, n3

i2 M1, n1

M2, n2

M3, n3

. .

Testdaten

statistische Auswertung

Praktikum Zuverlässigkeitsuntersuchungen und Lebensdauertests

Praktikum Zuverlässigkeitsuntersuchungen und Lebensdauertests

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i1 M1, n1

M2, n2

M3, n3

i2 M1, n1

M2, n2

M3, n3

. .

Testdaten

j1 Mx, nx

j2 My, ny

. .

. .

. .

Prognosedaten*(nicht getestet)

Prognose

Praktikum Zuverlässigkeitsuntersuchungen und Lebensdauertests

Praktikum Zuverlässigkeitsuntersuchungen und Lebensdauertests

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Praktikum Zuverlässigkeitsuntersuchungen und Lebensdauertests

Praktikum Zuverlässigkeitsuntersuchungen und Lebensdauertests

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Institutsvorstellung

Ende