Automatisierungstechnik-Wirtschaft
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Magnetic angle position sensors have proved popular over the last decade. Because of their robustness they have prevailed as standard in a large variety of applications in the automotive, industry, consumer and medical area. Application examples in these areas include: throttle pedals, sewing machines, smartwatches and special surgery tools. Magnetic angle position sensors consist of an integrated circuit and a permanent magnet which serves as signal source and is attached to an object whose position needs to be sensed. The optimization of magnetic angle position sensors, in order to achieve high performance at low cost is complex. This thesis aims to solve these issues with a simulation-based approach. In general, the simulation of magnetic position sensors is complicated by several factors, therefore it requires expensive tools which are difficult to master and to use. These difficulties are overcome by a software called POS-Simulator. One part of the software is installed on the user's PC, which connects to a webserver where the other parts of the software are installed. All simulations are performed on the webserver. The simulation results are sent back to the user after the simulation has been completed. The simplicity of the POS-Simulator is attained by its high degree of specialization to the customer's needs. The POS-Simulator enables customers to design and verify the operation of position sensor systems within hours instead of several weeks. The simulation results have been verified by measurements where correlation with simulations was remarkably good. The accuracy of the simulation results is high enough to enable the optimization of applications and to predict their expected errors.
The active part of a transformer consists primarily of the core and the winding blocks. By definition, the active part includes all of the components that lead a current or are energized by an electromagnetic field and are required to transform the voltage from a higher level to a lower level or vice versa. A winding block consists of the winding itself, insulation materials and the clamping ring. Clamping rings that are located at the top of winding blocks consist of cellulose fibers. These rings are necessary in order to sustain the clamping force on the windings during operation so that a transformer can withstand high forces in case of short circuits or power line faults. Due to recent changes in the supplier’s production process, these clamping rings sometimes break during the transformers’ manufacturing process. Such breakages result in high costs. The aim of this study is to therefore identify the reasons behind the mechanical failure of clamping rings during the manufacturing process – when the clamping force is applied – in order to avoid future failure of these elements. For this purpose, a material model was developed to analyze the stress states which cause the clamping rings to fail. Furthermore, strength tests were conducted on the clamping ring material itself in order to establish the mechanical strengths. Numerous effects had to be considered since the material consisting of cellulose fibers exhibits a complex material behavior. The result of this study is an orthotropic material model which can be used to analyze stress states in clamping rings when the clamping force is applied. By comparing the simulated stress states to the established strengths, the limitations could be identified. As a result of identifying the critical stress states inside the clamping rings during the manufacturing process, measures can be derived and analyzed in order to generate a safe design for these components. In order to reduce mechanical stresses inside of the clamping rings during the clamping process, it is recommended that clamping base plates be designed and the alignment of the hydraulic jacks be modified.
Durch immer strengere Regulierungen von Schadstoffemissionen, vor allem unter realen Betriebsbedingungen von Fahrzeugen, wird die Abbildung von realen Fahrzyklen auf verschiedensten Motoren - und Fahrzeugprüfständen immer essentieller. Reale Fahrzyklen bedingen jedoch eine dynamische Anpassung der Parameter und Testgrößen. Dabei ist die Temperatur des Motors ein wesentlicher Parameter, welcher mit konventionellen, am Markt verfügbaren Anlagen, nicht dynamisch geregelt werden kann und somit keine realitätsnahen Bedingungen bereitet werden können. Ziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung eines Konditioniersystems, welches eine dynamische Regelung der Testtemperatur ermöglicht, wodurch realitätsnahe Betriebszustände geschaffen werden können. Dieses soll so ausgelegt sein, dass verschiedene Leistungsstufen skalierbar sind, ohne große Änderungen an der Konstruktion vornehmen zu müssen. Ein weiteres Ziel war es, durch einen Prototyp, wesentliche Parameter erfassen zu können, welche in weiterer Folge als Grundlage für ein Regelungsmodell herangezogen werden können. Im ersten Schritt wurden die wichtigsten Grundlagen erarbeitet, gefolgt von der Entwicklung möglicher Konzepte. Nach der Definition von Bewertungskriterien wurde ein Konzept weiterverfolgt. Um einen Prototyp realisieren zu können, wurden mögliche Komponenten analysiert und berechnet, ein 3D Model konstruiert und anschließend gefertigt. Das Ergebnis der Arbeit ist das Konzept einer dynamischen, kostengünstigen und skalierbaren Konditionieranlage, woraus in weiterer Folge ein Prototyp entstanden ist. Dieser Prototyp dient den Regelungsexperten als reales Modell, um optimale Regelungsstrategien und eine Auto-Tune Funktion erproben zu können sowie als Basis für die Weiterentwicklung zur Kleinserie.
Die vorliegende wissenschaftliche Arbeit beschäftigt sich mit der Umsetzbarkeit der derzeitigen Entwicklung von Produktionsanlagen im Kontext von Industrie 4.0 und der einhergehenden Digitalisierung der Maschinen. Es wird ein Bezug zu den Produktionsanlagen der Firma Rosendahl Nextrom GmbH gezogen, um mögliche Use-Cases für die spezifische Branche, in der sich Rosendahl Nextrom bewegt, zu ermitteln. Der theoretische Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der grundlegenden Idee von Industrie 4.0 und warum die wertschöpfende Industrie Bedarf an Veränderung hat. Desweiteren wird auf technologische Weiterentwicklungen in der Automatisierungstechnik eingegangen, welche einen erheblichen Einfluss auf die Produktionsanlagen von morgen haben werden. Dabei werden sowohl Kommunikationsstandards und Sicherheitskonzepte, als auch cloudbasierte Datenerfassung betrachtet. Aufgrund der Anwendungsgebiete der cloudbasierten Datenerfassung wurde im praktischen Teil der Extruder, eine Anlage zur Verflüssigung von Kunststoffgranulat, so erweitert, dass diese mittels standardisierter Kommunikation Messdaten an einen Cloudspeicher übermittelt. Hierbei wurde sehr großer Wert auf Datensicherheit und einfache Implementierung der Kommunikation gelegt. Die Erkenntnis durch das theoretische Wissen und die praktische Anwendung eines Industrie 4.0 Projektes mündete in ein Anwendungsszenarium für Rosendahl Nextrom. Die digitale Anbindung und Speicherung der Messdaten ermöglicht viele verschiedene Auswertungsmöglichkeiten. Durch die Analyse mittels Machine Learning Algorithmen sollen Verschleißerscheinungen der Maschine frühzeitig erkannt und entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet werden.
Durch die Entscheidung zur Spezialisierung auf Nischenprodukte mit höheren Scheinleistungen ergeben sich neue Anforderungen an das Design der Transformatoren. Zur Sicherung der Marktposition soll die wirtschaftliche und einfache Bauform von Verteiltransformatoren aber bestmöglich beibehalten werden. Daher ist die Realisierung der Wicklung, welche eine essenzielle Baugruppe des Transformators darstellt, von zentraler Bedeutung. Mit steigender Scheinleistung sowie zunehmenden Überlasten stoßt das Design von Verteiltransformatoren früher oder später an die Grenzen der Betriebssicherheit. Dadurch ist es von hohem Interesse, die relevanten Kriterien zu eruieren und einen erzwungenen Wechsel auf das aufwändigere Design von Leistungstransformatoren hinauszuschieben. Der Fokus liegt daher bei den, für Verteiltransformatoren üblichen, Wicklungsarten Band- und Lagenwicklung sowie bei der Wendel- und Scheibenwicklung aus dem Bereich Leistungstransformatoren. Die Erarbeitung des jeweiligen Aufbaus und der individuellen Eigenschaften bildet dabei die Grundlage für die weiteren Untersuchungen. Im Zuge dieser Untersuchungen werden die Schwerpunkte thermische Beanspruchung, mechanische Beanspruchung, Spannungsfestigkeit und Herstellkosten behandelt und die Vor- und Nachteile der jeweiligen Wicklungsarten im Detail betrachtet. Die Untersuchungsergebnisse geben zum einen Aufschluss über die Eignung sowie Schwachstellen und ermöglichen zum anderen die Gegenüberstellung der Wicklungsarten. Dadurch ist die abschließende Empfehlung für die optimale Anwendung der jeweiligen Wicklungsart möglich.
Die Röntgenstrukturanalyse ist ein Messverfahren, welches zur Charakterisierung von Materialparametern, wie zum Beispiel Kristallstruktur und Kristallgröße, eingesetzt wird. Derzeit bietet die Anton Paar GmbH, mit Sitz in Graz Straßgang, verschiedene Geräte und Zusätze für die Röntgenstrukturanalyse an. Um das Produktportfolio zu erweitern, soll ein neues Gerät entwickelt werden. Das Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines Konzepts für den Antrieb des neuen Röntgenstrukturanalysegeräts. Des Weiteren sollte sie als Basis für den Aufbau eines Prototyps dienen. Zusätzlich erfolgte noch eine Analyse von bereits am Markt etablierten Geräten der Mitbewerber, um damit die Anforderungen an den Antrieb, wie auch an das Gesamtgerät, definieren zu können. Nach einigen theoretischen Grundlagen der Röntgenstrukturanalyse erfolgte der Vergleich von Geräten der Mitbewerber. Aus den Ergebnissen der Analyse wurden die Anforderungen an das Gerät und den Antrieb abgeleitet. Im Anschluss daran wurde ein Konzept für den Antrieb erarbeitet. Dabei wurden mehrere mögliche Varianten aufgezeigt und miteinander verglichen, um die beste Variante zu ermitteln. Danach wurden die einzelnen Komponenten der ausgewählten Variante bestimmt und entsprechend der angreifenden Kräfte und Momente ausgelegt. Am Schluss erfolgte auf Basis der vorangegangenen Erkenntnisse die Konstruktion eines 3D-Modells. Die Zielvorgaben an den Antrieb im Bereich der Genauigkeit und Auflösung konnten erfüllt werden. Auch wurde eine kompakte Bauweise mit niedrigen Herstellkosten realisiert. Es wurden bereits zwei Prototypen in Fertigung gegeben, welche auf den 3D-Modellen dieser Arbeit basieren. Abschließend lässt sich sagen, dass die in dieser Arbeit gestellten Anforderungen erfüllt werden konnten und ein umsetzungsfähiges Konzept entstanden ist. Dieses zeigt, dass auch mit geringen Herstellkosten die hohen Anforderungen an den Antrieb realisiert werden konnten.
In den meisten österreichischen Haushalten wird ein sogenannter Ferraris-Zähler zur Messung der verbrauchten elektrischen Energie eingesetzt. Aufgrund der gesetzlichen Lage sind die österreichischen Netzbetreiber verpflichtet, 95 % der Ferraris-Zähler bis zum Ende des Jahres 2019 durch moderne Smart Meter zu ersetzen. Die Hauptaufgabe der Netzbetreiber ist die Versorgung seiner Kunden mit elektrischer Energie. Der bevorstehende Rollout stellt eine große Herausforderung an den Netzbetreiber im Bereich der Logistik dar. Das Ziel dieser Masterarbeit ist es, ein Logistikkonzept zu erstellen, welches den Rollout von fast 200 000 Smart Meter im Netzgebiet der Stromnetz Graz GmbH & Co KG in einem Zeitraum von dreieinhalb Jahren sicherstellt. Zu Beginn werden die Rahmenbedingungen im Rollout definiert und drei mögliche Konzepte erstellt. Im theoretischen Teil der Arbeit werden relevante logistische Größen bestimmt und Planungsmethoden beschrieben. Im nächsten Schritt werden die Warenflüsse in den drei betrachteten Szenarien analysiert und quantifiziert. Darüber hinaus werden die logistischen Prozesse untersucht um die notwendigen Ressourcen bestimmen zu können. Am Ende erfolgt der Vergleich der gewonnen Ergebnisse. Diese werden anhand einer Nutzwertanalyse bewertet, um das beste Konzept hinsichtlich der Ressourcen, der Nachverfolgbarkeit der Zähler während des Rollouts sowie der strategischen Nutzung des Konzepts über den Rollout hinaus, zu bestimmen. Die Bewertung der drei Konzepte zeigt, dass das Konzept mit einem Zentrallager und zwei externen Servicestellen das am besten geeignetste Konzept darstellt, obwohl es sich dabei um jenes mit der größten Dezentralisierung handelt. Die gewonnen Ergebnisse werden in der weiteren Planung des Rollouts berücksichtigt.
Die Firma Knapp mit Sitz in Hart bei Graz ist einer der führenden Anbieter für intralogistische Komplettlösungen im Bereich der Lagerautomation. Die Firma befindet sich gerade in der Einführungsphase eines neuen ERP-Systems (Enterprise Resource Planning System) um für die zukünftigen Herausforderungen gerüstet zu sein. In diesem Prozess werden auch das Produktionsplanungssystem und die Fertigungssteuerungsstrategie angepasst. Das Ziel dieser Anpassung ist es, die Durchlaufzeit im Produktionsprozess deutlich zu verkürzen. Eine gesicherte Aussage wie groß diese Verkürzung der Durchlaufzeit ausfallen wird, kann jedoch nicht getroffen werden. Das Ziel dieser Arbeit ist es, die Unterschiede in der Durchlaufzeit in der Produktion anhand eines Beispiels auf beiden Systemen (bestehendes und neues System) aufzuzeigen und zu bewerten. Die Fokussierung der Arbeit liegt im Bereich der Fertigungssteuerungsstrategie und den dazugehörigen Grobplanungswerkzeugen in der Teilefertigung. Zu Beginn werden die beiden unterschiedlichen Produktionsplanungssysteme näher beschrieben um einen Überblick zu liefern. Anschließend wird eine Simulation mit einem repräsentativen Beispiel auf beiden Systemen durchgeführt und die Unterschiede ausgewertet. Der Vergleich der Planungsergebnisse ergab eine um mindestens 10% kürzere Durchlaufzeit, wenn der Prozess mit dem neuen System geplant wird. Die zukünftigen Schritte bestehen darin, die kürzere Durchlaufzeit über ein ganzes Jahr konstant zu halten und danach noch weiter zu verkürzen, um ein höheres Volumen durch den Produktionsprozess durchzubringen.
Das Transformatorenwerk in Weiz ist eines von 19 Fertigungsstandorten von Siemens, das Verteil- und Leistungstransformatoren entwickelt, produziert und prüft. Aufgrund einer Portfolioumstellung im Bereich Verteiltransformatoren kam es zur Spezialisierung auf Sonder- und Industrietransformatoren. In diesen Portfoliobereich fallen auch Transformatoren, die in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt werden sollen. Das Ziel dieser Masterarbeit war es, ein entsprechendes Konzept für den Explosionsschutz bei Verteiltransformatoren für die Zone 2 nach der europäischen Richtlinie ATEX 2014/34/EU zu entwickeln. Mittels einer Risikoanalyse wurden alle Gefahren eines Transformators in einer explosionsgefährdeten Umgebung identifiziert. Anhand einer Risikoabschätzung und -bewertung wurden danach alle Zündquellen aufgrund der Häufigkeit ihres Auftretens kategorisiert. Abschließend wurden alle vorhandenen Risiken mittels entsprechender Maßnahmen minimiert bzw. beseitigt, um den Anforderungen der Richtlinie bzw. Normen zu entsprechen. Als Ergebnis wurden 32 potentielle Gefährdungen für den Transformator identifiziert und entsprechende Maßnahmen (technische Schutzmaßnahmen und Benutzerinformation) erarbeitet, um das Risiko auf ein gefordertes Minimum zu reduzieren. Alle Ergebnisse dieser Arbeit sollen als Grundlage dienen, um ein Konformitätsbewertungsverfahren nach genannter Richtlinie zu bestehen und somit die Freigabe eines Transformators für den freien Warenverkehr zu erhalten. Um dieses Ziel zu erreichen, muss das erarbeitete Konzept im Unternehmen umgesetzt werden. Das bedeutet, dass alle erarbeiteten Maßnahmen am Transformator angewendet werden und die dafür notwendige Dokumentation erstellt wird.
Im Zuge von baulichen Erweiterungen des Firmenstandorts der Geislinger GmbH wurde die Idee zur Entwicklung einer innovativen, die Produkte widerspiegelnden Beleuchtungslösung geboren. Ein außergewöhnliches Flächenmodell des Architekten (Dipl.-Ing. Dr. Volkmar Burgstaller) liefert hierbei das Design und somit die Basis für die Entwicklung der Verbundbauteile. Die besondere Form und Größe des Modells sind hier gemeinsam mit den gewünschten Materialien die herausfordernden Kriterien. Die vorliegende Masterarbeit beschäftigt sich zur Realisierung dieses Projekts mit den Grundlagen der Faserverbundtechnik, beginnend bei den Materialien, über die Bauteildimensionierung, bis hin zu den in Frage kommenden Fertigungsverfahren. Die Ergebnisse werden hierbei auf die vorhandenen Ressourcen und Möglichkeiten angepasst. Der Wiedererkennungswert der bestehenden Produkte ist durch den richtigen Einsatz von Kohlenstoff- und Glasfasern gegeben. Die Straßenbeleuchtung wird dabei in zwei Hauptteile aus Verbundmaterialien, den Mast und Laternenkopf, aufgeteilt. Zur Herstellung dieser Bauteile wird das Wickelverfahren und Handlaminierverfahren eingesetzt. Die Entwicklung der Vorrichtungen für diese Verfahren ist mitunter Thema dieser Arbeit. Durch die praktische Umsetzung wird dabei auf Probleme und Lösungsvarianten eingegangen. Die Arbeit liefert somit kein mögliches Konzept, sondern vielmehr das Ergebnis des realisierten Projektes. Mit der erfolgreichen Montage und Inbetriebnahme der innovativen Straßenbeleuchtung findet das Projekt einen positiven Abschluss. Das Resultat wird zurzeit firmenintern an einigen Standorten eingesetzt. Einer Vermarktung der im Rahmen dieser Arbeit realisierten außergewöhnlichen Straßenbeleuchtung und dadurch die Erschließung einer neuen Produktsparte steht aber nichts im Wege. Durch die modulare zweiteilige Ausführung sind zudem Freiheiten bezüglich Gestaltung von anderen Kopfdesigns gegeben und auf Kundenwünsche könnte eingegangen werden.