05 Funktionsgerechte Prozessauswahl (Grobplanung)

Question 1

Chancen durch eine gezielte Einstellung von Produkteigenschaften durch Fertigungstechnologien - Potenziale neuer/verbesserter Produkte und Kopierschutz (3)

Answer 1

o Erhöhung der Sicherheit technischer Systeme
o Erhöhter Kundennutzen (Alleinstellungsmerkmal)
o Erhöhung der Wettbewerbsfähigkeit

Question 2

Chancen durch eine gezielte Einstellung von Produkteigenschaften durch Fertigungstechnologien - Potenziale von Energie- und Ressourceneffizienz in Produkt und Prozess (4)

Answer 2

o Erhöhung der Bauteilleistungsdichte / Materialreduktion
o Steigerung der Bauteillebensdauer
o Steigerung der Funktionsvielfalt der Bauteile
o Energie- und Ressourcenschonung durch intelligente Prozesse und Prozessketten

Question 3

Funktionalität - Definition

Answer 3

Fähigkeit eines Bauteils zur sicheren Erfüllung der vorgesehenen Funktionen über einen definierten Zeitraum unter gegebenen Randbedingungen

Question 4

Technologie - 3 Arten

Answer 4

Produkttechnologie
Technische Realisierung von Produktfunktionen

Materialtechnologie
Technische Eigenschaften von Materialien

Produktionstechnologie
Technische Realisierung von Prozessfunktionen

Question 5

Technologieplanung

Answer 5

Strategische Technologieplanung
Potenziale schaffen, um Produkt- und Prozessinnovationen zu ermöglichen

Operative Technologieplanung
Technologien für konkrete Produktionsaufgabe festlegen

Question 6

Technologieplanung - Planungshorizonte

Answer 6

Langfristiger Planungshorizont
Effektivität
- Vorgabe von Zielkosten, Materialarten, groben Dimensionen und Toleranzen des Produkts
- Am Markt verfügbare Technologien

Kurzfristiger Planungshorizont
Effizienz
- Detaillierte Kostenstruktur
- Definiertes Material und festgelegte Produktgeometrien
- Für das Unternehmen verfügbare Technologien

Question 7

Phasen der Technologieplanung im Produktlebenszyklus (7)
(Phasen der operativen Technologieplanung fett)

Answer 7

• Produktplanung
• Entwicklung, Konstruktion
• Arbeitsvorbereitung
• Produktherstellung
• Vertrieb Beratung, Verkauf
• Gebrauch, Instandsetzung
• Entsorgung, Recycling

Question 8

Integrierte Technologieplanung - Produktanforderungen (4)

Answer 8

1. Geometrie
2. Werkstoff und Werkstoffeigenschaften
3. Maß- und Formtoleranzen
4. Oberflächenqualität

Question 9

Technologieplanung - Grobplanung (3)

Answer 9

1. Analyse der Produktfunktionalitäten und Bestimmung des Produktanforderungsprofils
2. Funktionsgerechte Auswahl von Fertigungstechnologien
3. Verkettung der einzelnen Fertigungstechnologien zu einer Technologiekette

Question 10

Produktfunktionalitäten - Bauteilfunktionalitäten (6)

Answer 10

Mechanische Funktionalitäten
Leistungsfähigkeit bei mechanischer Beanspruchung

Thermische Funktionalitäten Warmfestigkeit oder Temperaturleitfähigkeit

Optische Funktionalitäten Reflexionseigenschaften, äußeres Erscheinungsbild

Biobasierte Funktionalitäten Funktionalitäten durch biobasierte Bausteine

Tribologische Funktionalitäten Interaktion der Oberfläche mit anderen Medien

Strömungstechnische Funktionalitäten Beeinflussung des Strömungsverhaltens

Question 11

Tribologie

Answer 11

 Wissenschaft und Technik von aufeinander wirkenden Oberflächen in Relativbewegung
 Umfasst das Gesamtgebiet von Reibung und Verschleiß

Question 12

Haptische Funktionalitäten

Answer 12

Oberfläche
 Kaufkriterium Nr. 1
 Symbiose aus Design und Funktionaliät

Trends
 Komplexe synthetische & natürliche Strukturen
 Hohe Ausbildungstreue
 Partiell angepasstes Design

Branchen
 Automobilbau
 Telekommunikation
 Konsumgüterindustrie
 Medizinische Hilfsmittel

Question 13

Funktionsgerechte Auswahl von Fertigungsverfahren - Informationsquellen für die Technologiesuche (4)

Answer 13

o Normen
o Universitäten/Forschungsinstitute
o Industriepartner und Technologieanbieter
o Publikationen/Fachliteratur

Question 14

Methodische Generierung von Technologieketten - Planung von Technologieketten

Answer 14

o Unternehmensneutrale Wertschöpfungsbetrachtung
o Produktionsmittelunabhängige Technologieanalyse

Question 15

Methodische Generierung von Technologieketten - Planung von Fertigungsfolgen

Answer 15

o Berücksichtigung von unternehmensspezifischen Randbedingungen
o Betrachtung von konkreten Maschinen, Werkzeugen etc.

Question 16

Aufbau einer konventionellen Technologiekette (4)

Answer 16

o Ausschließliche Betrachtung der wertschöpfenden Fertigungsschritte
o Grundsätzliche Eignung von Fertigungstechnologien
o Schwerpunkt auf Technologie und Produktfunktionalität
o Ohne Maschinen- und Unternehmensbindung

Question 17

Fertigungshistorie

Answer 17

o Der Fertigungsfortschritt erfolgt in einer Fertigungskette bzw. Technologiekette oder Fertigungsfolge
o Jeder Fertigungsschritt hinterlässt am Bauteil (Geometrie, Oberfläche, Randzone) charakteristische Veränderungen.

-> Es entsteht eine Fertigungshistorie

Question 18

Verkettung von Fertigungstechnologien

Answer 18

o Zur Ermittlung einer geeigneten Technologiekette müssen die Relationen zwischen den Technologien systematisch ermittelt werden.
o Hierzu werden die Technologien mit Hilfe einer Matrix durch Vorgänger- bzw. Nachfolgerrelationen verknüpft.
o Es ergeben sich Sequenzbeziehungen, die eine Generierung produktionstechnisch sinnvoller Technologieketten ermöglicht.

Question 19

Inkubator Technologiekette - Fokus

Answer 19

Vollständige datenbasierte Bewertung und Optimierung der Zielgrößen Wirtschaftlichkeit, ökologische Nachhaltigkeit und Qualität entlang einer Fertigungsprozesskette

Question 20

Inkubator Technologiekette - Entwicklung in übergeordneten Themenfeldern

Answer 20

• Datengetriebene Optimierung
• Ökologische Nachhaltigkeit
• Digitaler Zwilling

Question 21

Inkubator Technologiekette - Datengetriebene Optimierung (2)

Answer 21

 Entwicklung von Methoden zur Optimierung von Prozessfolgen durch Nutzung von Fertigungsdaten
 Umgang mit umfangreichen, heterogenen Datensätzen

Question 22

Inkubator Technologiekette - Ökologische Nachhaltigkeit (3)

Answer 22

 Ökologische Fertigungsbewertung
 LCA-Prognosemodelle
 Verknüpfung mit weiteren Themen der Nachhaltigkeit, bspw. Circular Economy

Question 23

Digitaler Zwilling (4)

Answer 23

 Entwlickung einer bzw. Anbindung an eine digital Infrastruktur
 Forschungsdatenmanagement
 Konzepte zur digitalen Vernetzung
 Proof of Concept

Question 24

Verkettung von Fertigungstechnologien - Relations-Matrix

Answer 24

• Verknüpft Technologien durch Vorgänger- bzw. Nachfogerrelationen
• Es ergeben sich Sequenzbeziehungen, die eine
  Generierung produktionstechnisch sinnvoller
  Technologieketten ermöglicht.

Question 25

Ergebnisse der Grobplanung (2)

Answer 25

- **Funktionsgerechte Auswahl alternativer Fertigungstechnologien** (produktionsmittelunabhängig, ohne Berücksichtigung der unternehmensspezifischen Randbedingungen) - Die ausgewählten Technologien wurden zu **alternativen Technologieketten** kombiniert.

Question 26

Aktuelle Defizite in der Betrachtung von Prozessketten (3)

Answer 26

- **Fehlende Datendurchgängigkeit und Vernetzung, heterogene Daten** - Datenbasierte **ökonomische und ökologische Bewertung** von Bauteilen entlang der gesamten Prozesskette - **Korrelationsanalysen** innerhalb der Prozesskette und über den Lebenszyklus

Question 27

Einsatzstahl

Answer 27

- Unlegierte Buastähle, Qualitäts- und Edelstähle sowie legierte Edelstähle - Kohlenstoffgehalt überschreitet die 0,2% Grenze nicht wesentlich - Fast ausschließlich spanabhebend bearbeitet - Verschleißangriff auf das Werkzeug gering - Eignen sich für Anwendung mit hoher dynamischer Beanspruchung (harte Oberfläche, zäher Kern)

Question 28

Einsatzhärten - 2 Prozessschritte

Answer 28

**Austenitisieren und Aufholen** Anreichern der Oberfläche mit Kohlenstoff **Abeschrecken** Martensitisieren --> Batchprozess (Mehrere Fertigungsschritte hintereinander) --> Verlängerte DLZ

Question 29

Aufkohlen

Answer 29

– Heranbringen des Aufkohlungsmittels an die Werkstückoberfläche – Kohlenstoff wird von der Oberfläche adsorbiert und im Gitter gelöst – Kohlenstoffatome wandern im Eisen, bevorzugt an Korngrenzen, in das Werkstückinnere

Question 30

Randschichthärten

Answer 30

**Gefügeumwandelndes Wärmebehandlungsverfahren** Die chemische Zusammensetzung des zu härtenden Werkstoffes wird dabei nicht verändert

Question 31

Randschichthärteverfahren (3)

Answer 31

- Flammhärten - Induktionshärten - Laserhärten ->Nicht möglich für Einsatzstahl! -> Möglich für Vergütungsstahl, Wälzlagerstahl

Question 32

Technologiealternativen zur Fertigung der Grundform einer Tellerfeder (5)

Answer 32

- Laserstrahlschneiden - Feinschneiden - Stanzen - Plasmaschneiden - Wasserstrahlschneiden

Question 33

Technologiealternativen zur Bearbeitung der Kantenradien

Answer 33

- Drehen - Gleitschleifen - Schleifen

Question 34

Technologiealternativen für die Biegung

Answer 34

- Kaltumformung - Warmumformung

Question 35

Technologiealternativen für die Wärmebehandlung

Answer 35

- Härten & Anlassen (Marterst) - Zwischenstufenvergüten (Beint)

Question 36

Technologiealternativen für oberflächennahe Druckeigenspannung (4)

Answer 36

- Festwalzen - Wasserstrahlen - Kugelstrahlen - Laserschockverfestigen

Question 37

Kugelstrahlen

Answer 37

- Durch das Kugelstrahlen werden hohe lokale Druckeigenspannungen in der Bauteilrandzone nahe der Oberfläche erzeugt - Oberflächenrauheit ist im Gegensatz zum Festwalzen und Laserschockverfestigen nach dem Kugelstrahlen höher - Wesentliche Einflussfaktoren auf die Oberflächenrauheit: -> Werkstückhärte -> Strahlgutdurchmesser -> Strahldruck

Question 38

Laserschockverfestigung

Answer 38

- Durch explosionsartige Verdampfung des Wassers oder durch Umwandlung der Oberfläche in Plasma hoher Temperatur entsteht eine Druckwelle - Durch die Druckwelle werden Versetzungswanderungen ausgelöst, die uniaxiale Dehnungen erzeugen - Diese Dehnungen erzeugen Druckeigenspannungen und Kaltverfestigung in der Bauteilrandzone

Question 39

Festwalzen

Answer 39

Erzeugt hohe und tiefreichende Druckeigenspannungen in der Bauteilrandzone