9 research outputs found

    Leichtbau am Beispiel eines Kleinteile-Regalbediengerätes - Untersuchungen zur Wirtschaftlichkeit durch Einsatz neuer Materialien

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    Heutige Bestrebungen zur Verbesserung der ökonomischen Ziele der Logistik schließen auch den Energieverbrauch mit ein. Bisherige Ansätze der Energieeffizienzsteigerung bei fördertechnischen Anlagen haben den Fokus auf der Energierückgewinnung bzw. auf dem konstruktiven Leichtbau. In Zukunft wird es durch Einsatz alternativer Materialien möglich sein, fördertechnische Anlagen noch deutlicher bzgl. ihres Gewichts zu optimieren. In der vorliegenden Arbeit wird ein Regalbediengerät bezüglich der Möglichkeit zur Gewichtsreduzierung untersucht. Nach Identifizierung des Mastes als Bauteil mit dem größten Potential wird dieser durch Einsatz fasververstärkter Kunststoffe in seinem Gewicht reduziert. Da jedoch die Herstellung durch Einsatz faserverstärkter Kunststoffe im Vergleich zu den bisher üblichen Werkstoffen Stahl bzw Aluminium teuerer ist, schließt eine wirtschaftliche Betrachtung an. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass der Einsatz leichterer Materialien bei einem Regalbediengerät möglich ist, jedoch die Wirtschaftlichkeit im Vergleich zu heutigen Regalbediengeräten nur unter bestimmten Einsatzbedingungen gegeben ist

    Thermodynamik der fest-flüssig Phasengrenze beim Schmelzen von metallischen Legierungen

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    Die klassische Sichtweise - die Erstarrung allein definiert das entstehende Gefüge - ist heute nicht mehr zeitgemäß. Trotz global stattfindender Erstarrung kann in großen Gussstücken lokal Schmelzen auftreten und das entstehende Gefüge verändern. Die theoretische Betrachtung des Schmelzens wurde trotzdem bisher weitgehend vernachlässigt, ist aber essentiell für die richtige Modellierung der Gefügebildung realer Bauteile. In der vorliegenden Arbeit wird für die theoretische Beschreibung des Schmelzens ein Modell aufgestellt, welches die treibenden Kräfte des Schmelzens und die auftretenden Teilchenflüsse berechnet und konsistent verknüpft. Quantitative Untersuchungen der Relaxation von thermodynamischem Ungleichgewicht an der fest-flüssig Phasengrenze sind so möglich. Für zwei Aluminiumlegierungen wird das solutale Schmelzen in einem weiten Bereich von Prozessparametern berechnet. Der rein quantitative Einfluss der Mobilität M auf die zeitliche Entwicklung der Konzentrationen an der Phasengrenze wird herausgestellt, während die durch den kinetischen Koeffizienten L zusätzliche qualitative Änderung nachgewiesen wird. Das thermische Schmelzen wird für verschiedene Aufheizraten berechnet und die Erweiterbarkeit des Modells anhand der Berechnung wachsender Schmelztröpfchen in einem überhitzten Festkörper gezeigt. Im zweiten Teil dieser Arbeit sind der Aufbau und die Durchführung von Experimenten zur Untersuchung des solutalen Schmelzens von Indium im Kontakt mit einer Übersättigten In-Sn-Schmelze beschrieben. Die gleichzeitige Berechnung des Experiments über das Modell erlaubt einen Vergleich der theoretischen und experimentellen Geschwindigkeit des Schmelzens. Diese stimmen gut überein. Es wird dadurch offensichtlich, dass nur das aufgestellte Modell in der Lage ist, die in allen durchgeführten Berechnungen gefundenen kurzen Zeiträume starker Abweichung vom thermodynamischen Gleichgewicht, zugänglich zu machen

    Leichtbau im Grenzbereich

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    Technischer und wirtschaftlicher Vergleich von Herstellungsverfahren bei der Entwicklung von Kunststoffhohlkörpern in Automobilanwendungen

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    Kraftstofftanks sind heute nicht mehr einfache Behälter, sondern ein komplexes, hochintegriertes System in der Kraftstoffversorgungsanlage mit zahlreichen und hohen Anforderungen – auch wenn der Endkunde davon nur den Tankeinfüllstutzen und die Tankanzeige im Fahrzeug wahrnimmt. Die Anforderungen an Kraftstoffbehälter steigen z. B. hinsichtlich der Umweltanforderungen und aufgrund neuer Fahrzeugarchitekturen und Antriebskonzepte, wie z. B. im Rahmen der Elektrifizierung. Der Tank ist somit Veränderungen unterworfen. Dies erfordert laufend die Optimierung und Neugestaltung von Herstellungsprozessen und Technologien. Heute steht eine Vielzahl von alternativen Fertigungsverfahren für Kunststoffkraftstoffbehälter zur Verfügung. Tankhersteller müssen das für den jeweiligen Kraftstoffbehälter unter technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten optimale Herstellungsverfahren auswählen, um die hohen technischen Anforderungen zu erfüllen und die Komponente wirtschaftlich zu produzieren. Bei der Neuanschaffung von Anlagen sind große Investitionen zu tätigen und damit weitreichende Entscheidungen zu treffen. Dabei sind zahleiche und unterschiedlichste Kriterien zu berücksichtigen, was zu entsprechender Komplexität führt. Diese Arbeit widmet sich diesen Themen und liefert einen umfassenden Überblick über die aktuellen Herstellungsverfahren und deren Leistungsspektrum sowie die Anforderungen an moderne Tanksysteme und die Verfahren zur Produktion von Kraftstoffbehältern. Die Methoden in der Produktentwicklung und bei der Entscheidung, welches Verfahren für welchen Tank am besten geeignet ist, stehen im Mittelpunkt dieser Arbeit. Für die Produktentwicklung in der Automobilindustrie existieren viele verschiedenartige Methoden und Prozessmodelle. Für die wirtschaftliche Bewertung von Produkten, Projekten und Investitionsvorhaben gibt es ebenso zahlreiche Werkzeuge und Rechenschemata. Somit entsteht bei Herstellern von Fahrzeugkomponenten und Systemen eine Vielfalt und Heterogenität von Werkzeugen im Produktentstehungsprozess. Es ist nicht möglich, ein wirtschaftlich und technisch vollständiges Bild bei der Auswahl von Herstellungsverfahren zu gewinnen, was negative Einflüsse auf die Anwenderakzeptanz, Vergleichbarkeit von Projekten und die Effizienz hat. Die vorliegende Dissertation löst dieses Problem mit einer neuen, vollständigen Methodik zur reproduzierbaren Bewertung und Auswahl von Konzepten, Herstellungsverfahren und Handlungsalternativen, insbesondere für Kunststoffkraftstoffbehälter im Zuge der Produktentwicklung. Dabei wird auch auf bekannte Methoden zurückgegriffen. Kern der Bewertung ist die Nutzwertanalyse. Die Methodik unterstützt die Integration aller relevanten Fachbereiche (z. B. strategische Planung, Entwicklung, Prozessplanung, Einkauf, Logistik, Produktion, etc.) in einem flexibel nutzbaren Tool, mit einem einheitlichen, nachvollziehbaren Vorgehen und einem vollständigen Kriterienkatalog. Die Komplexität von Produktvarianten und -konzepten und den unterschiedlichen Herstellungsverfahren sowie die Abhängigkeiten zwischen Produktausführung und Herstellungsverfahren sind damit beherrschbar. Ein zentrales Thema ist die Generierung vollumfänglicher Anforderungslisten, die neben den produkt- und verfahrensspezifischen Kriterien um ergänzende Anforderungen erweitert wer-den. Diese Anforderungslisten wurden hier zusammengeführt und nach verschiedenen Gruppen strukturiert, um handhabbare und damit bewertbare Hierarchieebenen und Cluster zu erarbeiten. So entstand ein strukturierter und gewichteter Bewertungskatalog mit technischen und wirtschaftlichen Kriterien für Produkt und Herstellungsverfahren. Die Cluster wurden gewichtet, ebenso die Kriterien. Alle relevanten Bewertungskriterien sind in eine Entscheidungssystematik eingebettet. Mit der durchgeführten Bedatung konnte eine Bewertung und Auswahl des am besten geeigneten Herstellungsverfahrens durchgeführt und das Vorgehensmodell anhand von zwei fiktiven Beispielen erprobt werden. Die entwickelten Werkzeuge bieten Hilfestellung bei der Vorauswahl und anschließenden Detailbewertung der Herstellungsverfahren anhand objektiver Kriterien, auch bei veränderlichen Anforderungen in neuen Projekten. Theoretische Ansätze lassen sich auf weitere praktische Anwendungen übertragen. Die Methodik ist auf neu hinzukommende Verfahren und andere Produkte übertragbar, ebenso ist sie herstellerspezifisch anpassbar, führt jedoch unter Umständen zu anderen gültigen Ergebnissen. Die Erstbewertung führt bei der Erprobung der Methode zu einem Ergebnis, das durch die Detailbewertung bestätigt und verfeinert wird. Die Detailbewertung liefert eine realistische Beurteilung, da das Tool im Ergebnis erwartungsgemäß jeweils das optimale Herstellungs-verfahren auswählt, mit dem vergleichbare, reale Kraftstoffbehälter in Serie gefertigt werden. Technische und wirtschaftliche Vor- und Nachteile der Herstellungsverfahren und Varianten sind transparent gegenübergestellt.Modern fuel tanks are no longer mere containers but a complex system highly integrated in the fuel supply system with various high requirements beyond consumer perception. Fuel tank specifications have changed to meet increasing environmental requirements, modern vehicle architecture and new drive concepts, e.g., in the course of electrification. Being subject to change, fuel tanks are constantly optimized in terms of production processes and technologies. Today, there is a wide range of alternative manufacturing processes for plastic fuel tanks. To meet high technical requirements and efficiently produce high quality components, manufacturers face the task to select and/or to develop the technically and economically optimized production process for each part. Plant acquisition requires both major investments and far reaching strategic decisions, taking into account various criteria and thus increasing the complexity of the entire process. This paper deals with the above issues, giving a comprehensive overview of the current pro-duction processes and their performance and elaborates on the requirements for modern fuelling systems and fuel tank production processes, specifically focusing on methods of product development and determination of the optimized process for each tank type. The range of tools and process models for product development within automotive is com-prehensive, as is the scope of calculation schemes and economic evaluation methods for products, projects and planned investments. Gaining a technically and financially complete picture of the range of production methods in the supplier market seems a mission impossible, thus having a negative impact on customer acceptance, project comparability and efficiency. This study presents a new comprehensive and reproducible approach for evaluation and determination of processes, concepts, production methods, specifically applicable to plastic fuel tank development, considering previously published data and tested methods. The central focus of this study is on the implementation of a reliable costutility analysis for all business units involved (e.g., strategic planning, R&D, process planning, procurement, logistics, production, etc.), providing a flexible tool and a consistent, transparent procedure as well as a complete set of criteria, thus allowing controllability of the complex product and production process interdependency. Generating comprehensive requirement lists including process and product specific criteria and continuously adding further requirements is a key issue. To generate rateable and manageable hierarchy levels and clusters, requirement specifications were merged and grouped, resulting in a structured and weighted reference guide based on technical and economical product and production process criteria. The clusters and criteria were weighted; all relevant criteria are considered within the deci-sion-making method. Based on test data supplied, an optimized production process was determined and evaluated and the process model was tested with two fictitious examples. The tools developed provide a means of preselecting and fine-graining production processes based on quantifiably criteria; they are flexibly applicable to new projects and changing requirements. All related theoretical approaches are transferable to practical application; the described methodology can be applied to new processes and/or be customized to meet manufacturers’ specifications, yet, possibly with different valid results. Initial evaluation results, based on testing of principles and tools, using typical examples were verified by detailed assessments. Since the production process ultimately selected by the tool is in line with manufacturing methods used in series production of comparable fuel tank types, the tool has proven effective

    Überwachung von Faserverbundwerkstoffen mit miniaturisierten flexiblen Interdigital Sensoren

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    The focus of this work is the monitoring of fibre composites and adhesives with a miniaturized flexible Sensor. Monitoring of the curing process is one of the relevant parameters to optimize the production process and ensure the quality of the composite. The presented sensor measures the curing process locally in the material based on impedance spectroscopy. This enables the monitoring of specific critical points in a part. With this method it is also possible to distinguish between the curing process of different adhesives and resins of fibre composites. Using different mechanical test it can be shown that the sensor does not influence the mechanical properties of the material significantly. An inlay of polyimide with 5 I m thickness and holes in the substrate has the smallest influence on the mechanical properties. It has a net-shaped structure with all the dimensions in the range of the fibres diameter. The sensors are fabricated on this substrate and can therefore stay in the fibre composite without downgrading the mechanical stability. Hence the sensors can also be used for lifetime monitoring of the fibre composite. Here it is shown that measuring the moisture diffusion inside the composite is possible with the interdigital sensor. The changes of the impedance can be correlated to the mass change which is created by moisture uptake. Using multiple sensors the distribution of the moisture in the composite can be determined due to the local measurement of the sensors. In addition it is shown that the presented sensors can be used to analyse the internal configurations of shape memory polymers. These materials are a combination of thermoset and thermoplastic which should be covalent bonded to have a shape memory behaviour. Measuring the impedance with the interdigital sensor covalent bonded mixtures can be distinguished from those which are not covalent bonded. An external stimuli, here temperature, is used to be able to deform the material. This change in internal structure can also be measured with the sensor. Furthermore the curing process of adhesives can be monitored with interdigital structures. In many cases an adhesive is used to bond to parts together. Therefore one of these parts can be used to screenprint the interdigital structure on top, which is quite fast and cost effective. This is the reason why also printed sensors are investigated. With the printed sensors it is possible to monitor influence of the environmental conditions on the curing process of adhesives

    Prozess-Struktur-Eigenschafts-Beziehung integral im Hochdruckverfahren gefertigter, langglasfaserverstärkter Polymerschaumsandwichbauteile

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    Im Rahmen dieser wissenschaftlichen Arbeit wird das Themenfeld der (langglasfaserverstärkten), thermoplastischen Integralsandwichbauteile betrachtet, die durch Schaumspritzgießen mit Präzisionsöffnungshub („De-kompressionshub“) hergestellt werden. Neben den unverstärkt geschäumten Polymersandwichbauteilen werden das erzielbare Leichtbaupotential der beiden Prozessvarianten „MuCell“ und „D-LFT-TSG“ zur Fertigung von langglasfaserverstärkten Integralschaumbauteilen aus PP und PA6 untersucht. Das „MuCell“ Verfahren basiert dabei auf kommerziell verfügbaren, langglasfaserverstärkten Stäbchengranulaten, die plastifiziert und mit Gas beladen werden. Bei dem Direkt-Langglasfaser-Thermoplastschaumspritzgießen (D-LFT-TSG) werden im Gegensatz dazu Endlosglasfasern, Polymer und Gas in einem Extruder compoundiert und direkt an eine Spritzeinheit überführt. So kann die Zusammensetzung individuell eingestellt werden und es kann so auch auf weniger kommerziell übliche Polymersysteme (rPP/GF und PPS/GF) zur Betrachtung des Leichtbaupotential zurückgegriffen werden. Durch diesen Prozessvergleich, die Variation der Prozessparameter in einem weiten Prozessfenster für PA6 und PP und einer Untersuchung der rheologi-schen Eigenschaften von PP/LGF gewährt diese Arbeit einen umfangreichen wissenschftlichen Einblick in die unterschiedlichen Prozesstechniken. Mittels intensiver Strukturanalyse durch REM-/Schliffaufnahmen, Faserlängenana-lyse und CT Bildern werden für die Materialklasse der integral gefertigten, langglasfaserverstärkten Polymersandwichbauteil ein tiefgehendes Verständnis der Auswirkungen der Prozessführung auf die Strukturausbildung erarbeitet. Abschließend werden mechanische Untersuchungen gezeigt, um ein komplet-tes, durchgehendes und tiefgreifendes Verständnis vom Prozess - über die Struktur - hin zu den Eigenschaften von langglasfaserverstärkter, thermoplastischen Integralschaumbauteilen zu erhalten
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