{"id":603,"date":"2024-04-15T07:58:10","date_gmt":"2024-04-15T05:58:10","guid":{"rendered":"https:\/\/blog.zhaw.ch\/industrie4null\/?p=603"},"modified":"2024-04-15T07:58:10","modified_gmt":"2024-04-15T05:58:10","slug":"reverse-engineering-aufwaendiger-als-gedacht","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blog.zhaw.ch\/industrie4null\/2024\/04\/15\/reverse-engineering-aufwaendiger-als-gedacht\/","title":{"rendered":"Reverse-Engineering \u2013 Aufw\u00e4ndiger als gedacht"},"content":{"rendered":"\n

[Autor: Daniel Schmid]<\/p>\n\n\n\n

3D-Scanning stand am Anfang, um die Grundlage f\u00fcr eine universelle Stattelst\u00fctzenklemme zu schaffen. Dabei arbeiteten drei Partner zusammen, so dass 26 Punktewolken von St\u00fctzen im CAD die Basis f\u00fcr die eigentliche Konstruktion bildeten. Die nun erh\u00e4ltliche Klemme DROP BEST UC sorgt mit ihrem grossen Einstellbereich daf\u00fcr, dass auf dem Fahrrad eine ergonomische und die Leistung optimierende Position eingenommen werden kann.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Motivation<\/h2>\n\n\n\n

Im Sportbereich wird gr\u00f6ssten Wert darauf gelegt, dass Mensch und Maschine optimal aufeinander abgestimmt sind, um die gr\u00f6sstm\u00f6gliche Leistungsentfaltung zu erm\u00f6glichen. Dies ist beim Fahrrad, insbesondere Mountainbike und Rennrad, nicht anders. Die Ausr\u00fcstung \u00e4ndert sich, w\u00e4hrend Fahrerin und Fahrer dieselben bleiben. Dies bewirkt, dass bei jedem neuen Rad die Abstimmung neu vorgenommen werden muss. Was nun, wenn die Sattelposition nicht in gen\u00fcgend grossem Masse nach vorn oder hinten angepasst werden kann? Dies kann auch geschehen, weil die liebgewonnene absenkbare Sattelst\u00fctze auf einen anderen Rahmen montiert wird, d.h. weiterverwendet wird (Wiederverwenden statt Rezyklieren).<\/p>\n\n\n\n

In einem Projekt hat man sich diesem Problem angenommen. FAIR bicycle hat in einer Kooperation mit Denkraum und ZHAW eine universelle Sattelklemme, also dem verbindenden Element zwischen Sattelst\u00fctze und Sattel, mit grosser Einstellm\u00f6glichkeit entwickelt. Herausfordernd war, dass diese Klemme auf alle handels\u00fcblichen absenkbaren Sattelst\u00fctzen mit vertikalen Befestigungsschrauben passt.<\/p>\n\n\n\n

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DROP BEST UC in den zwei m\u00f6glichen Montagepositionen<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Reverse-Engineering<\/h2>\n\n\n\n

3D-Scannen<\/h3>\n\n\n\n

Der erste Schritt war das Reverse-Engineering, welches am IPP (www.zhaw.ch\/ipp<\/a>) der ZHAW mit dem Scannen von 26 g\u00e4ngigen absenkbare Sattelst\u00fctzen mit einem 3D-Scanner digital erfasst. Die Genauigkeit des Scans liegt nominell bei \u00b10.06 mm. Dies gew\u00e4hrleistet, dass danach auf diese Daten aufgebaut und die Sattelst\u00fctzenklemme konstruiert werden kann. Nach dem Import der Scandaten ins CAD wurden diese \u00fcbereinander gelegt und evaluiert (Martin Sch\u00fctz, Denkraum). So hat FAIR bicycle schliesslich einen einzigen Grundk\u00f6rper f\u00fcr Mountainbikes und Rennr\u00e4der geschaffen, erh\u00e4ltlich als DROP BEST UC, der mit vier unterschiedlichen Verbindungskits auskommt (M5, M6, F21 und Road).<\/p>\n\n\n\n

F\u00fcr das IPP der ZHAW war die Methodik und der Aufwand beim Reverse-Engineering von Interesse. Glaubt man den Produktbeschreibungen, so geht das 3D-Scannen leicht von der Hand und schnell ist man im CAD. Dies ist leider mitnichten der Fall. Bereits das Scannen (hier ein Rotlicht-Laser-Scanner) der absenkbaren Sattelst\u00fctzen, mit Fokus auf die Klemmenschnittstelle, nimmt pro St\u00fcck zirka eine halbe Stunde in Anspruch. Bei den 26 St\u00fctzen ergeben sich so rund eineinhalb Arbeitstage, ohne Erstversuche, Festlegung des Dateiformats und \u00dcberpr\u00fcfung, ob das Konzept des Erfassens auch taugt.<\/p>\n\n\n

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Vom Scannen ins CAD: Scannen, Import und Positionierung im dreidimensionalen Raum<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Daten-Handling im CAD<\/h3>\n\n\n\n

Das Data-Handling im CAD ben\u00f6tigt entsprechende Aufmerksamkeit, um die Sattelst\u00fctzen aufeinander auszurichten. Die Punktewolken liegen gewissermassen zuf\u00e4llig im raum und eine entsprechende Referenzierung st\u00fctzt sich auf wenige Fl\u00e4chen ab. Der springende Punkt ist, die hohe Genauigkeit des Scans zu nutzen und durch die \u00dcberlagerung die geeignete Ausgangslage f\u00fcr die Konstruktion zu schaffen. Dies bedingt den Import der Scandaten, die definierte Positionierung im dreidimensionalen Raum und die R\u00fcckf\u00fchrung von geeigneten geometrischen Zonen zu Fl\u00e4chen oder Ebenen. Daf\u00fcr geht bei der Anzahl St\u00fctzen ohne weiteres ein bis eineinhalb Arbeitstag(e), wenn es sich um ein neues Objekt, also die Sattelst\u00fctze, handelt. Im Wiederholungsfall ist es m\u00f6glich, den Aufwand durch die gewonnene Erfahrung zu reduzieren.<\/p>\n\n\n\n

Wird die Erarbeitung der Daten als Service eingekauft, z.B. f\u00fcr einen angenommenen Stundensatz von CHF 150, ist f\u00fcr das Erfassen der Sattelst\u00fctzen und die Schaffung der Konstruktionsbasis mit mehr als CHF 3’800 zu rechnen. Dazu sind auch noch die Infrastrukturkosten, 3D-Scanner, die CAD-Lizenzkosten und ein ausreichend Leistungsstarker Rechner, dazu zu rechnen. Wie es auch immer gedreht wird, unter viertausend Schweizerfranken wird man in diesem Beispiel nicht zu liegen kommen. Reverse-Engineering ist also gut zu \u00fcberlegen und wird lohnend, wenn dahinter entsprechend komplexe oder teure Produkte stehen oder keine CAD-Daten vorhanden sind oder die Produktionsquantit\u00e4t entsprechend hoch ist.<\/p>\n\n\n\n

Die universelle Sattelst\u00fctzenklemme<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

Auf den Entwicklungsaufwand der DROP BEST UC zur Serienreife und Produktion in der Schweiz wird hier nicht eingegangen. Wie FAIR bicycle mitteilt, waren dies viele N\u00e4chte, in denen Herzblut in diese Herausforderung investiert wurde. Unter anderem auch, weil Punktewolken (Scandaten) schwierig zu handhaben sind und sich aktuell eher f\u00fcr einfache Objekte eignen. Software-Entwickler sind daran, Tools zu schaffen, um diese Wolken deutlich einfacher in Modelle zu \u00fcberf\u00fchren.<\/p>\n\n\n\n

Das Resultat l\u00e4sst sich sehen und kann entsprechend gekauft werden. Es steht somit nichts mehr im Wege, sein Mountainbike oder Rennvelo, den eigenen Bed\u00fcrfnissen hinsichtlich Sitzposition anzupassen oder die Sattelst\u00fctze auf einen neuen Rahmen zu montieren. So ist das aktuelle Velo weiterhin attraktiv oder bestehende und funktionierende Teile k\u00f6nnen auf ein Neues \u00fcbertragen werden. Dies verl\u00e4ngert den Produktlebenszyklus und tr\u00e4gt somit zur Nachhaltigkeit bei.<\/p>\n\n\n\n

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Konstruktion (CAD) und Produkt<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Reverse-Engineering ist ein guter Ansatz, um bestehende Schnittstellen zu erfassen, jedoch ist darauf zu Achten, dass diese mit einem gewissen Preisschild einher geht. Es wird sich nicht in jedem Fall lohnen und nicht alle Bauteile sind geeignet (Stichwort Positionierung im dreidimensionalen Raum). Bei Interesse kontaktieren Sie z.B. den Autor dieses Beitrags (scdd@zhaw.ch<\/a>). Wir helfen Ihnen gerne weiter, wenn es um 3D-Scannen, Reverse-Engineering und Digitalisierung geht.<\/p>\n\n\n\n

Projektmitwirkende<\/h2>\n\n\n\n