Benützer:
CIDOS und Qualicon
Storyboard
Nach meiner Rückkehr nach Chile gründete ich CIDOS (Santiago Research and Development Center), ein Unternehmen, das sich über die Schweizer Firma Qualicon der Entwicklung von Lösungen und Beratung für europäische Organisationen widmet.
Der Erfolg dieser Zusammenarbeit führte dazu, dass Qualicon versuchte, eine größere Kontrolle über den CIDOS-Betrieb zu erlangen. Aus diesem Grund haben wir beschlossen, unsere Aktivitäten auf den chilenischen Markt auszurichten. Anschließend begannen wir durch eine strategische Allianz mit der Firma ProQualitas, gemeinsam mit Price Waterhouse Chile Projekte zu entwickeln, eine Beziehung, die schließlich mit meiner persönlichen Eingliederung in diese Firma ihren Höhepunkt fand.
ID:('ky', 1782)
Lösung eines Lärmproblems durch physikalische Strömungsanalyse
Storyboard
Das Schweizer Unternehmen Biral AG, ein Hersteller von Kreiselpumpen, bat um technische Unterstützung, nachdem es bei einem seiner neuen Designs ein unerwartetes Problem festgestellt hatte. Um die hydraulische Leistung zu verbessern, wurde die Geometrie des Laufrads durch Reduzierung des Austrittsquerschnitts der Schaufeln geändert. Dadurch verließ das Wasser das Laufrad mit deutlich höherer Geschwindigkeit. Als jedoch die ersten Prototypen gebaut wurden, begannen die Pumpen ein starkes Betriebsgeräusch von sich zu geben, das die Ingenieure selbst als regelrechtes Heulen bezeichneten, was ihre Kommerzialisierung unmöglich machte.
Die Studie konzentrierte sich auf das Verständnis des physikalischen Ursprungs des Phänomens und die Analyse der Beziehung zwischen der neuen Geometrie des Laufrads und dem Verhalten des Wasserflusses. Die Analyse zeigte, dass die Geschwindigkeitserhöhung die Bildung von Wirbeln und turbulenten Strukturen am Laufradaustritt begünstigte. Diese Strömungsinstabilitäten erzeugten periodische Druckschwankungen, die die Pumpe mechanisch anregten und den charakteristischen Geräuschpegel erzeugten, der während ihres Betriebs beobachtet wurde.
Noch wichtiger ist, dass die Studie den Schluss zuließ, dass dieses Verhalten nicht nur das akustische Problem erklärt. Die mit den Wirbeln verbundenen hohen Geschwindigkeiten und niedrigen Drücke deuteten darauf hin, dass unter bestimmten Betriebsbedingungen Kavitationsphänomene auftreten könnten, die zu einer fortschreitenden Erosion des Laufrads führen und die Lebensdauer der Pumpe erheblich verkürzen könnten.
Die vorgeschlagene Lösung bestand darin, die hydraulische Geometrie erneut zu modifizieren und den Auslassquerschnitt des Laufrads zu vergrößern, um die Strömungsgeschwindigkeit vor dem Austritt aus dem Laufrad zu verringern. Diese Modifikation verringerte die Intensität der Wirbel, stabilisierte die Strömung und reduzierte die für den Lärm verantwortlichen Druckschwankungen. Dadurch sank der Schallpegel wieder auf akzeptable Werte und gleichzeitig verringerte sich das Kavitationsrisiko und die damit verbundenen Schäden bei längerem Betrieb der Pumpe.
Dieses Projekt war ein klares Beispiel dafür, wie eine auf physikalischen Prinzipien basierende Analyse es uns ermöglicht, die wahre Ursache eines technischen Problems zu identifizieren und Lösungen zu entwickeln, die nicht nur das sichtbare Symptom in diesem Fall Rauschen beseitigen, sondern auch die Mechanismen, die die Zuverlässigkeit und Haltbarkeit des Systems in Zukunft beeinträchtigen könnten.
ID:('gp', 686)
Identifizieren der Ursache für zeitweise auftretende Wasserventilausfälle
Storyboard
Das Schweizer Unternehmen KWC, international bekannt für die Herstellung hochwertiger Wasserhähne, bat um Unterstützung bei der Untersuchung eines Problems, das eines seiner Wasserhahnmodelle betraf. Obwohl das Produkt beim Verlassen des Werks ordnungsgemäß funktionierte, berichteten etwa 10 % der Kunden, dass der Mechanismus nach einigen Monaten der Nutzung zu blockieren begann, bis er nicht mehr normal funktionierte, was den Austausch des gesamten Schlüssels erforderlich machte.
Die Hauptschwierigkeit der Studie bestand darin, dass das Problem nicht bei allen Geräten auftrat, sondern nur bei einem Bruchteil davon und nach einer relativ langen Nutzungsdauer. Diese Eigenschaft machte es sehr schwierig, den Fehler durch herkömmliche Labortests zu reproduzieren. Daher war es notwendig, das Design des Mechanismus, die Betriebsbedingungen und die möglichen Schwankungen während der Herstellung und des täglichen Gebrauchs des Produkts im Detail zu analysieren.
Die Arbeit konzentrierte sich darauf, herauszufinden, welche Kombination von Faktoren erklären könnte, warum sich ein scheinbar korrektes Design im Laufe der Zeit zu einem Zustand entwickelte, in dem der Mechanismus seine Reibung zunehmend erhöhte, bis er blockierte. Dazu wurden die mechanischen Toleranzen, das Verhalten der Materialien, die Kontaktkräfte zwischen den beweglichen Teilen und die hydraulischen Bedingungen untersucht, denen das Ventil während tausender Öffnungs- und Schließzyklen ausgesetzt war.
Das Ziel bestand nicht nur darin, die unmittelbare Ursache des Fehlers zu finden, sondern auch den physikalischen Mechanismus zu verstehen, der dazu führte, dass der Fehler nur bei bestimmten Einheiten und nach einer gewissen Betriebszeit auftrat. Dieser Ansatz ermöglichte es, die Analyse auf die wahren Ursachen des Problems auszurichten und dem Unternehmen eine technische Grundlage für die Neugestaltung des Produkts zu liefern, wodurch seine Zuverlässigkeit erhöht und die Wahrscheinlichkeit von Betriebsausfällen deutlich verringert wurde.
ID:('gp', 687)
Entdecken Sie den physischen Ursprung eines zeitweiligen Fehlers
Storyboard
Durch die Analyse des Schließmechanismus konnte festgestellt werden, dass die ausgefallenen Wasserhähne ein gemeinsames Merkmal hatten: Sie hatten den Schmierfilm zwischen den beiden Keramikoberflächen verloren, der für die Regulierung des Wasserflusses verantwortlich war. Ohne diese Schmierung nahm die Reibung zwischen beiden Teilen zunehmend zu, bis der Mechanismus schließlich blockierte und der gesamte Schlüssel ausgetauscht werden musste. Die grundsätzliche Frage war, warum dieser Schmierstoffverlust nur bei einem Bruchteil der installierten Einheiten auftrat.
Die Untersuchung des Mechanismus ergab, dass die Komponente, die für die Bewegung einer der Keramiken verantwortlich ist (in der Abbildung umgekehrt dargestellt), die Kraft in einer Position anwendete, die nicht mit der Gleitebene übereinstimmte. Anstatt nur eine Kraft parallel zur Keramikoberfläche zu erzeugen, erzeugte es auch ein kleines Moment oder Drehmoment, das dazu neigte, die obere Keramik während ihrer Bewegung zu drehen. Obwohl diese Drehung sehr gering war, reichte sie aus, um das Schmiermittel allmählich von der Kontaktfläche wegzubewegen.
Die Analyse ergab außerdem, dass dieses Phänomen bei normaler Verwendung des Schlüssels nicht auftrat. Das Drehmoment erreichte nur dann nennenswerte Werte, wenn die aufgebrachte Kraft hoch war, was dann der Fall war, wenn der Schlüssel abrupt geschlossen wurde und der Mechanismus gegen seinen Anschlag schlug. Diese Beobachtung erklärte, warum das Problem nur bei einem Teil der Kunden auftrat: Der Verschleiß hing nicht von Herstellungsunterschieden ab, sondern von Betriebsgewohnheiten. Ungefähr zehn Prozent der Benutzer schlossen den Schlüssel mit genügend Kraft, um das erforderliche Drehmoment zu erzeugen, um das Schmiermittel nach und nach zu verdrängen und mit der Zeit zum Verriegeln des Mechanismus zu führen.
Die Lösung bestand darin, die Geometrie des Antriebssystems durch Verschieben des Auflagepunktes des mobilen Elements zu verändern. Durch die Verringerung des Abstands zwischen der Wirkungslinie der Kraft und dem Drehpunkt wurde der Hebelarm und damit das auf die Keramik ausgeübte Drehmoment erheblich reduziert. Dadurch wurde die Bewegung praktisch wieder zu einer reinen Gleitbewegung, die Verdrängung des Schmiermittels wurde vermieden und das Problem verschwand, ohne dass die Materialien oder die Grundkonstruktion des Mechanismus geändert werden mussten.
Dieses Projekt zeigte, wie ein scheinbar zufälliges Phänomen durch eine physikalische Analyse des Systems vollständig erklärt werden kann, sodass eine einfache und robuste Lösung basierend auf der Mechanik des Mechanismus entwickelt werden kann, anstatt auf Materialänderungen oder unnötigen Komponentenaustausch zurückzugreifen.
ID:('gp', 688)
Palos Verdes, Costa de Corral, Región de los Rios, Chile