V5 - Funktionsgerechte Prozessauswahl (Grobplanung) Flashcards
Funktionalität und Fertigungsverfahren
Produkteigenschaften werden durch Fertigungsprozesse gezielt, prozesssicher und quantitativ reproduzierbar
eingestellt.
Chancen durch eine gezielte Einstellung von Produkteigenschaften durch Fertigungstechnologien nutzen!
Neue / verbesserte Produkte sowie Kopierschutz …
– führen zu einer Erhöhung der Sicherheit technischer Systeme
– führen zu erhöhtem Kundennutzen (Alleinstellungsmerkmal)
– führen zu einer Erhöhung der Wettbewerbsfähigkeit
Energie- und Ressourceneffizienz in Produkt und Prozess
– Erhöhung der Bauteilleistungsdichte / Materialreduktion
– Steigerung der Bauteillebensdauer
– Steigerung der Funktionsvielfalt der Bauteile
– Energie- und Ressourcenschonung durch intelligente Prozesse und Prozessketten
Funktionalität
tritt in der Kette auf (gefettet): Bauteil, Komponente, Baugruppe, System
ist die Fähigkeit eines Bauteils zur sicheren Erfüllung der
- vorgesehenen Funktionen
- über einen definierten Zeitraum
- unter gegebenen Randbedingungen
Technologieplanung im Produktlebenszyklus
Produktentwicklung – Fertigungsplanung / Technologieplanung
Integrierte Technologieplanung
Technologiegrob- und feinplanung
Wichtig!
Bauteilfunktionalitäten
Funktionaltät benötigt Eigenschaft
Eigenschaft bestimmt Funktionaltät
Mechanisch (Leistungsfähigkeit bei mechanischer Beanspruchung),
Thermisch (Warmfestigkeit oder Temperaturleitfähigkeit)
Optisch (Reflexionseigenschaften, äußeres Erscheinungsbild)
Tribologisch (Interaktion der Oberfläche mit anderen Medien)
Strömungstechnisch ((Beeinflussung des Strömungsverhaltens)
Biobasiert (Realisierung von diversen Funktionalitäten durch Aufbringung biobasierter Bausteine)
Funktionsgerechte Prozessauswahl: Informationsquellen für die Technologiesuche
- Normen
- Universitäten / Forschungsinstitute
- Industriepartner und Technologieanbieter
- Publikationen / Fachliteratur
RDWR
- Durch das Zusammenspiel von Geometrie und Werkstoff sowie einer geeigneten Auswahl der Fertigungsverfahren entsteht an der Dichtkante eine „Mikropumpe“.
- Die „Mikropumpe“ ist in der Lage Flüssigkeiten, Gase aber auch Schmutzpartikel unter der Dichtkante hindurch zu transportieren.
- Außerdem kann die „Mikropumpe“ mikroskopisch kleine Leckagen in den abzudichtenden Raum zurückfördern.
Funktionsgerechte Prozessauswahl: Auszug DIN 3761 Teil 2-5. Ausführung der Welle
Ziel: Auswahl eines geeigneten Fertigungsverfahrens zur Hartfeinbearbeitung der Gegenlaufstelle
Funktionsgerechte Prozessauswahl: Eignungsanalyse (Auszug)
Funktionsgerechte Prozessauswahl: Zusammenhang Fertigungsprozess - Produkteigenschaften
Technologiealternativen zur Feinbearbeitung
Grundsätzlich geeignete Fertigungsverfahren: Schleifen, Hartdrehen, Walzen
Kugelstrahlen nicht geeignet: Oberflächentopografie beschädigt Dichtlippe, geforderte Rundheitstoleranz und Maßtoleranz nicht erreichbar
Oberflächentopografie Schleifen
Vorteile Schleifen:
* Hohe Fertigungsgenauigkeit
* Hoher Traganteil der Oberfläche
Nachteile Schleifen:
* Randzonenschädigung
* Meist Einsatz von KSS erforderlich
Hartgedrehte Oberfläche
Vorteile Hartdrehen:
* Hohe Flexibilität
* Trockenbearbeitung
Nachteile Hartdrehen:
* Drall
* Eine Schneide, Verschleiß, kein quasistationärer Zustand möglich
Funktionsgerechte Prozessauswahl: Abgleich der Anforderungen mit den Fertigungsverfahren
Funktionsgerechte Prozessauswahl: Anforderungen und Belastungen
Funktionsgerechte Prozessauswahl: Anforderungen und Belastungen
Funktionsgerechte Prozessauswahl zur Vermeidung von Schaufelbrüchen
- Fremdkörpereinschläge und die dynamische Belastung eines Einschlagkraters führen zu einer Rissinitiierung.
- Im Anschluss kommt es durch die dynamische Belastung der Verdichterschaufel zu einem Wachstum des Risses und schließlich zu einem Schaufelbruch.
- Das Risswachstum lässt sich durch das Einbringen von Kaltverfestigungen und Druckeigenspannungen reduzieren.
- Das Ziel ist es daher, ein Fertigungsverfahren auszuwählen, das die oben genannte Belastungen berücksichtigt.
Vergleich von Fertigungsverfahren zur Induzierung von Druckeigenspannung und Kaltverfestigung
Vorteile Festwalzen
* Es lassen sich hohe und tiefreichende Druckeigenspannungen (quer > längs) in die Randzone induzieren.
* Das Festwalzen ermöglicht eine Verbesserung der Oberflächenqualität, wodurch es sich vor allem vom Kugelstrahlen abhebt.
* Mittels Festwalzen lassen sich in tief liegenden Randzonenbereichen Kaltverfestigungen hervorrufen.
–> Erhöhung der Biegewechselsteifigkeit
Festwalzen - Simulation und Eigenspannungswerte
Fertigungstechnologisches Potential der Fräs- und der elektrochemischen Metallbearbeitung (ECM)
Fertigungstechnologisches Potential der Fräs- und der elektrochemischen Metallbearbeitung (ECM)
Bearbeitung Schaufel- und Bliskgeometrie
Vorbearbeitung –> Schlichten –> Polieren
ECM für alles nutzbar
Vorgehen bei der Gestaltung von Wertschöpfungsketten
Planung von Technologieketten
– Unternehmensneutrale Wertschöpfungsbetrachtung
– Produktionsmittelunabhängige Technologieanalyse
Planung von Fertigungsfolgen
– Berücksichtigung von unternehmensspezifischen Randbedingungen
– Betrachtung von konkreten Maschinen, Werkzeugen etc.
Technologieketten, Fertigungsfolgen, Einzelprozesse: Grafik
Planung von Technologieketten
– Unternehmensneutrale Wertschöpfungsbetrachtung
– Produktionsmittelunabhängige Technologieanalyse
Planung von Fertigungsfolgen
– Berücksichtigung von unternehmensspezifischen Randbedingungen
– Betrachtung von konkreten Maschinen, Werkzeugen etc.
Aufbau einer konventionellen Technologiekette
- Ausschließliche Betrachtung der wertschöpfenden Fertigungsschritte
- Grundsätzliche Eignung von Fertigungstechnologien
- Schwerpunkt auf Technologie und Produktfunktionalität
- Ohne Maschinenund Unternehmensbindung
Aufbau einer konventionellen Technologiekette - Grafik
Fertigungshistorie
- Der Fertigungsfortschritt erfolgt in einer Fertigungskette bzw. Technologiekette oder Fertigungsfolge.
- Jeder Fertigungsschritt hinterlässt am Bauteil (Geometrie, Oberfläche, Randzone) charakteristische Veränderungen.
- Es entsteht eine Fertigungshistorie.
Fertigungshistorie - Grafik
Verkettung von Fertigungstechnologien - Relationsmatrix
- Zur Ermittlung einer geeigneten Technologiekette müssen die Relationen zwischen den Technologien systematisch ermittelt werden.
- Hierzu werden die Technologien mit Hilfe einer Matrix durch Vorgänger- bzw. Nachfolgerrelationen verknüpft.
- Es ergeben sich Sequenzbeziehungen, die eine Generierung produktionstechnisch sinnvoller Technologieketten ermöglicht.
Relationsmatrix - Grafik
Relationsmatrix - Vorgehen
“Zeile” braucht “Spalte”
Ergebnisse der Grobplanung
- Es wurden alternative Fertigungstechnologien funktionsgerecht ausgewählt.
- Die Auswahl erfolgte produktionsmittelunabhängig und ohne Berücksichtigung der unternehmensspezifischen Randbedingungen.
- Die ausgewählten Technologien wurden zu alternativen Technologieketten kombiniert.
Anwendungsbeispiel: Deformation einer nicht geeigneten Schleifscheibe im Einsatz
Ursache: Das Vergüten des Grundkörpers aus Ck45 wurde bei der Herstellung der Schleifscheibe vergessen, sodass im Einsatz die Fließgrenze überschritten wurde. (150 m/s)
Technologieanforderungen Zahnrad
Anwendungsbeispiel - Zahnrad
Anforderungen - Getriebe
Anforderungen - Hartfeinbearbeiteter Zahnflanken
Anforderungen - Riblet
Der Begriff Technologie
Strategische und Operative Technologieplanung
Mechanische Funktionalität
Thermische Funktionalität
Optische Funktionalitäten (1/3)
Optische Funktionalitäten (2/3)
Tribologische Funktionalitäten
Strömungsmechanische Funktionalitäten
Haptische Funktionalitäten
Ermittlung alternativer Technologien – DIN 8580
Was kann mit einer Schleifscheibe passieren?
Inkubator Technologiekette
Inkubator Technologiekette - übergeordnete Themenfelder
