Kreativität ist eine Haltung, die darauf abzielt, Neues zu entdecken und zu erschaffen, experimentierfreudig zu sein und sich in unbekanntes Terrain zu wagen.

• Kreativität ist die Fähigkeit, etwas zu erschaffen, was neu oder originell und dabei nützlich oder brauchbar ist

• Das Wort Kreativität bezeichnet die Eigenschaft eines Menschen, schöpferisch oder gestalterisch tätig zu sein.

• Kreative Denkhaltung ist Schlüsselressource für die Entwicklung von Innovationen.

• Beide entwickeln sich in einem Zusammenspiel von Begabungen, Wissen, Können, intrinsischer Motivation, Persönlichkeitseigenschaften und unterstützenden Umgebungsbedingungen.

• Innovation = „Neuerung“ oder „Erneuerung“.

• neue Idee und Erfindungen und für deren wirtschaftliche Umsetzung verwendet.

• Innovationen resultieren aus Ideen, wenn diese in neue Produkte, Dienstleistungen oder Verfahren umgesetzt werden, die tatsächlich erfolgreiche Anwendung finden und den Markt durchdringen.

1.    Produkt

2.    Organisation

3.    Technologie, Verfahren, Anwendungsfeld

Es gibt zwei unterschiedliche Lösungswege.

1.    Bekannte Wege neu vernetzen: Lösungswege auf Grundlage bekannter Methoden und Routinen

2.    Neue Wege aus neuen Ideen: Kreativität erzeugt neue Ideen

Lässt sich optimal in Design Thinking eingliedern

Die Bezeichnung der 6-3-5 Methode ergab sich aus den optimal sechs Teilnehmern, die je drei ersten Ideen produzieren und dann fünfmal jeweils drei erste beziehungsweise daraus abgeleitete Ideen weiterentwickeln (6 Teilnehmer, je 3 Ideen, 5mal Weitergeben).

• Schritt 1: Jeder Teilnehmer erhält ein vorbereitetes Arbeitsblatt. Das Arbeitsblatt enthält im Kopf die Fragestellung zum Target, sowie die Felder für die Ideen. Das Arbeitsblatt besteht aus sechs Zeilen zu je drei Spalten.

• Schritt 2: Je nach Schwierigkeitsgrad der Fragestellung legt der Moderator nun eine Zeitspanne für die Weitergabe der Arbeitsblätter fest (zum Beispiel 3 bis 5 Minuten)

• Schritt 3: Jeder der 6 Teilnehmer verfasst nun 3 Ideen und trägt diese in die Felder der ersten Zeile ein.

• Schritt 4: Nach Ablauf der Zeitspanne werden die Arbeitsblätter im Uhrzeigersinn an den nächsten Nachbarn weitergegeben.

• Schritt 5: Jeder Teilnehmer soll nun versuchen, die bereits genannten Ideen aufzugreifen, zu ergänzen oder weiterzuentwickeln. Seine drei neuen Ideen trägt er in die nächste freie Zeile ein.

• Schritt 6: Nun wird der Weitergabezyklus wiederholt bis zur letzten Zeile des Arbeitsblattes.

Der Morphologische Kasten ist eine Kreativitätsmethode zur systematischen Analyse komplexer Aufgabenstellungen. Der betrachtete Gegenstand (z.B. Produkt, Problemstellung) wird strukturiert in seine Elemente / Parameter zerlegt, für die mögliche Varianten aufgelistet werden. Durch das vielfältige Kombinieren dieser Varianten können innovative, zielführende Ansätze identifiziert werden.

Design Thinking ist ein Ansatz und ein Mindset, mit dem man in gemischten Teams innovative Lösungen für komplexe Probleme entwickeln kann. Dabei steht immer der Mensch im Mittelpunkt. Design Thinking hilft dabei traditionelle Denk- und Arbeitsmodelle zu überwinden und schafft eine agile Lern- und Arbeitskultur, um im digitalen Wandel bestehen zu können.

Drei Prinzipien des Design Thinking

1.    Mensch als Ausgangspunkt (Was)

·       Mensch ist Inspirationsquelle für neue Ideen

·       Bedürfnisse des Menschen im Vordergrund

·       Daher zuerst Bedürfnisermittlung

·       Anschließend: Was ist machbar? (Technologie/ Produkt)

·       Welche Lösung ist wirtschaftlich?

2.    Multidisziplinäre Teams (Wer)

·       Kreative Leistungsfähigkeit von interdisziplinären Teams im Vordergrund

·       Auf heterogene Gruppenverteilung achten

·       Jedes Mitglied wird als Design Thinker bezeichnet (individueller Hintergrund wie Ausbildung/ Geschlecht/ Alter usw.

Wichtig: Eigenschaften der Design Thinker spielen eine große Rolle:

3.    Interativer Prozess (Wie)

·       Ausgangslage: Da heterogenes team à Individuelle Arbeitsweise

·       Daher besteht Notwendigkeit für einen Prozess der Intuition und Analytik verbindet

4.    Kreatives Umfeld (Wo)

·       Prozess findet in kreativem Umfeld statt, mit ideenförderlicher Aufteilung und Einrichtung (Workshop Räume)

·       Bereitstellung von benötigten Materialien

Design Thinking ist von vier grundlegenden Prinzipien geprägt, die sich gegenseitig beeinflussen. Das erste Prinzip betrachtet den Menschen als Ausgangspunkt und beantwortet die Frage nach dem „WAS“, also danach, welche Bedürfnisse und Probleme vorliegen, für die Lösungen gefunden werden sollen. Erst danach wird geprüft, ob eine technische Machbarkeit vorliegt und eine Wirtschaftlichkeit gegeben ist.

Das zweite Prinzip beinhaltet den Einsatz von multidisziplinären Teams und beantwortet die Frage nach dem „WER“, also danach, wer beteiligt ist. Hierbei ist darauf zu achten, dass unterschiedliche Disziplinen gleichmäßig in den Teams verteilt sind. Die Teammitglieder werden als Design Thinker bezeichnet und sollten folgende Eigenschaften aufweisen: Optimismus, Empathie, integratives Denken, Kooperationsfähigkeit und Experimentierfreude.

Das dritte Prinzip beinhaltet einen Prozess, also das „WIE“. Der Design Thinking Prozess verläuft iterativ und lässt Anpassungen zu, indem auf vorherigen Phasen zurückgegriffen wird.

Verstehen: In der Phase des Verstehens steckt das Team den Problemraum ab.

Sichtweise definieren: In dieser Phase geht es darum, die Sichtweise zu definieren. Es werden die gewonnenen Erkenntnisse zusammengetragen und verdichtet.

Ideen finden: In der Phase Ideen finden entwickelt das Team zunächst eine Vielzahl von Lösungsmöglichkeiten, um sich dann zu fokussieren.

Prototypen entwickeln: Das anschließende Prototypen dient der Entwicklung konkreter Lösungen, die an den passenden Zielgruppen getestet werden können.

Das vierte Prinzip beinhaltet die Arbeit in einem kreativen Umfeld unter Zuhilfenahme von Materialien, die den kreativen Arbeitsprozess fördern. Es beantwortet also die Frage „WO“ Design Thinking stattfindet

Da es sich um einen iterativen Prozess handelt, ist es wichtig aus Tests und Prototypen Rückschlüsse die für Verbesserung zu ziehen. Additive Fertigungsverfahren eignen sich insb. Für das Rapid Prototyping und das schnelle testen von neuen Ideen.

1. Urformen (Herstellen eines Werkstücks aus einem formlosen Stoff)

• Gießen, Sintern, Spritzguss

1. Umformen (Formänderung eines Werkstücks, Stoffzusammenhalt bleibt erhalten)

• Walzen, Schmieden, Tiefziehen, Gesenkschmieden

1. Trennen (Formänderung eines Werkstücks, Teile werden abgetrennt)

• Fräsen, Brennschneiden, (Zerspanung)

1. Fügen (Zusammenfügen von Teilen zu einem Werkstück)

• Schweißen, Löten, Kleben, Schrauben, Nieten

1. Beschichten (Aufbringen einer haftenden Schicht auf ein Werkstück)

• Lackieren, Galvanisieren

1. Stoffeigenschaften ändern (Änderung der Eigenschaften eines Werkstücks)

• Härten, Weichglühen

Formänderung eines Werkstücks, Stoffzusammenhalt bleibt erhalten

Trennen

Urformen

Stranggießen

Gießen in verlorene Formen

• Mit Dauermodellen z.B. Sandguss

• Mit verlorenen Modellen z.B. Feinguss

Gießen in Dauerformen

• Kokillenguss

• Metalldruckguss

• Herstellung von Werkstücken, die durch andere Verfahren nur unwirtschaftlich oder nicht möglich sind

• Große, homogene Bauteile möglich (>200t)

• Werkstoffeigenschaften bestimmen das Fertigungsverfahren (Gleiteigenschaften)

Wichtig:

·       Hinterschnitte sind nicht möglich

·       Radien bei Konstruktion einplanen, sonst Gefahr von Lunker oder Flussstörung

·       Eignet sich zur Verarbeitung von niedrigschmelzenden Werkstoffen

o   z.B. Zinkdruckguss

·       Radien bei Konstruktion einplanen (sonst Flussstörung oder Rissbildung)

·       Hinterschnitte vermeiden (gilt nur bei Dauerformen)

·       Bauteildicke beachten (Gefahr von Lunkern)

Der Auswerfer sorgt dafür, dass das gegossene Bauteil aus der Dauerform entfernt wird.

z.B. durch FIT-Hybrid-Verfahren oder im In-Mould-Forming

Grundsätzliches Vorgehen: Organoblech (Faserverbundwerkstoff) wird erhitzt, ggf. in Form gepresse (In Mould Forming). Anschließend wird Spritzgussmaterial in die Form injeziert und verbindet sich mit dem Faserverbundwerkstoff.

(in Mould Forming)

(FIT-Hybrid-Verfahren)

Vorteile: Leichter, und stabiler als reine Spritzgussbauteile

Verfahrensablauf:

1.    Formgebung

Das gemischte Pulver wird in eine Form gepresst oder eingekapselt und verdichtet, sodass ein Grünkörper (Grünling) entsteht, der zwar annähern die gewünschte Form, aber noch nicht die gewünschte Festigkeit und Endmaße (Übermaß) erreicht.

2.    Sintern

In einer oder zwei Stufen (Vorsintern -Sintern) wird der Grünling häufig unter Schutzgaß auf eine Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur erwärmt und ggf. gleichzeitig gepresst. Dadurch zersetzt sich der Polymerbinder und das poröse Werkstück wird verdichtet. Die Pulverkörnchen verbinden sich so zu einem festen Körper mit neu entstandenem Gefüge und das Werkstück erhält seine endgültige Form und Festigkeit

• Elektronik-Herstellung

• Lager (insb. Gleitlager) à Schmierstoff setzt sich auf grobkörniger Oberfläche fest)

• Schneidplatten und Werkzeuge

• Verarbeitung von hochschmelzenden Werkstoffen z.B. Wolfram, Molybdän, Carbid-Mischungen

• Erstellung von Keramiken

Als additive Fertigung werden alle Fertigungsverfahren bezeichnet, die Bauteile durch Auf- oder Aneinanderfügen von Volumenelementen, vorzugsweise schichtweise, automatisiert herstellen.

·       Generierung einer Schicht in der X-Y Ebene

·       Verbinden dieser Schicht mit der vorhergehenden (Z-Richtung)

• Kein Einsatz produktspezifischer Werkzeuge notwendig

• Generierung der Schichtgeometrie erfolgt aus 3D-CAD Daten

• Es ist möglich jede beliebige Geometrie und Orientation zu fertigen (keine Spannproblematik)

1.    Generieren aus der flüssigen Phase

·       Polymerisation

·       Stereolithographie

2.    Generieren aus der festen Phasen

·       Lasersintern

·       Fuse Layer Modeling (FLM)

3.    Generieren aus der Gasphase

·       Aerosoldruckverfahren

·       Laser Chemical Vapor Deposition

Formative Fertigungsverfahren (Urformen)

·       Subtraktive Fertigungsverfahren (Trennend à z.B: Fräsen)

·       Formative Fertigungsverfahren (Umformung à z.B. Pressen)

·       Additive Fertigungsverfahren

·       Rapid Prototyping = Fertigung von Konzeptmodellen und Prototypen

·       Rapid Manufacturing = Additive Fertigung von (End-) Produkten

·       (Rapid Tooling) = Additiver Werkzeugbau

Rapid Prototyping bezeichnet die Anwendung der Technologie „Additive Fertigung“ zur Herstellung von Modellen und Prototypen, also von physischen Bauteilen ohne Produktcharakter

Rapid Manufacturing bezeichnet die Anwendung der additiven Fertigungsverfahren zur Herstellung von Bauteilen, die die Eigenschaften von Endprodukten aufweisen.

Aufbau durch Verschmelzen

FusedDeposition Modeling (oder Fused Filament Fabrication (FFF) bezeichnet ein Fertigungsverfahren aus dem Bereich des Rapid Prototyping, mit dem ein Werkstück schichtweise aus einemschmelzfähigen Kunststoff erstellt wird.

Aufbau durch punktuelles Verkleben von Binder und Pulver

1.    Flüssiges Bindemittel wird auf eine Pulverschicht augespritzt

2.    Verschiedene Materialien möglich

3.    Kein Temperaturanstieg

4.    Große Strukturen möglich

5.    Hohe Geschwindigkeiten

6.    Keine Grundplatte, sondern Jobbox

z.B. Häuserdruck

·       Treppenstufeneffekt à Aufbau des Volumenkörpers durch einzelne Schichten

Der Treppenstufeneffekt lässt sich durch eine Verringerung der Schichtdicke reduzieren, aber nie ganz beseitigen.

Mit Hilfe eines Slicer-Programmes: Ausgangspunkt ist ein vollständig geschlossenes 3D Volumenmodell. Zur Generierung eines Bauteils wird dieses CAD-Modell mit mathematischen Methoden in Schichten gleicher Stärke geschnitten.

Unter Polymerisation versteht man eine Kettenreaktion, bei der ungesättigte Moleküle zu Makromolekülen (polymeren) reagiere. Dadurch entsteht aus einem Gemisch von Einzelmolekülen (Monomeren) ein vernetztes Makromolekül, der ausgehärtete Kunststoff. à Prozess funktioniert mit UV-Lichtquellen

Vorteile:

• Werkzeuglose Fertigung,

• Unbegrenzte Gestaltungsmöglichkeiten, da Komplexität des Bauteils nicht die Komplexität der Fertigung beeinflusst

• Erschaffung neuer Materialeigenschaften durch Kombination verschiedener Materialien

• Materialwiederverwendbarkeit

• Konstruktive Optimierung: Formen erschaffen, die mit herkömmlichen Verfahren nicht möglich sind

• Keine Kühlchemikalien notwendig

Nachteile:

• Meist Nachbearbeitung notwendig

• Prozessdauer (Aushärtedauer einzelner Schichten)

• Hoher Stromverbrauch

Recheninternes CAD-Modell, Recheninterne Schnittdarstellung

• Spannungsfreies Trennen

• Geringe Schnittbreite

• Enges Verschachteln der Bauteile möglich

• Harte Materialien schneidbar

• Komposit-Material möglich

• Freischneiden; kein Verklemmen

• Geringe Wärmebelastung des Bauteils (keine Veränderung der Materialeigenschaften)

• Große Werkstückdicken möglich

Lunker?

z. B. 5-Achs CNC Fräsen oder Tiefziehen (z.B. Badewanne)

Degens Antwort: Gießen mit Mikrowerkzeug

• Fügen mit Formschluss

  • Passfederverbindung, Keilwellenverbindung, Bolzenverbindung, Passschraubenverbindung

• Fügen mit Kraftschluss

  • Schraubenverbindung, Kegelverbindung, Klemmverbindung, Einscheibenkupplung

• Fügen mit Stoffschluss

  • Schweißen, Kleben, Löten

• Geschwindigkeit

• Werkstoff- und Gewichtseinsparung (keine Überlappung)

• Keine Schwächung durch z. B Bohrung (wie bei Niet/Schraub)

• Unlösbare Verbindung (Recycling)

• Gefügeänderung durch Wärmeeinbringung

• Verzug und Schrumpfungen durch örtliche Erwärmung

• Nicht alle Metalle sind schweißbar

• Aufwändige Qualitätssicherung manuell geschweißter Nähte

• Kleben —> muss kompatibel mit der spezifischen Beschichtung sein, Flächen vorher gründlich reinigen und vorbereiten

• Mechanische Verbindungen wie Nieten oder Schrauben

Schweißen, Kleben (Flächige Fügung)

• Teile müssen sich überlappen (Presschweißen)

• Keine dichte Verbindung, da Punktuell

Zusätzlich kleben oder schweißen

Der Direktschraub-Prozess ist ein Montageverfahren, bei dem Schrauben direkt in ein Bauteil eingeschraubt werden, ohne dass ein vorgefertigtes Gewinde erforderlich ist.

Vorteile des Direktschraub-Prozesses sind:

• Effizienz: Der Prozess ist schneller als das traditionelle Gewindeschneiden, da kein separater Arbeitsschritt für das Gewinde erforderlich ist.

• Kosteneinsparungen: Durch den Wegfall des Gewindeschneidens können Kosten für zusätzliche Werkzeuge, Maschinen und Arbeitskräfte reduziert werden. Es wird auch weniger Material benötigt, da keine Gewindebohrung erforderlich ist.

• Stabilität: Da die Schraube direkt in das Bauteil eingeschraubt wird, entsteht eine stabile Verbindung mit hoher Festigkeit.

• Flexibilität: ermöglicht die Montage in Materialien, die nicht für das Gewindeschneiden geeignet sind, wie zum Beispiel dünne Bleche oder Kunststoffe.

• Gewichtsreduktion durch den Wegfall des Gewindes

1.    Thermische Behandlung:

• Verringerung von Eigenspannungen

• alleinige Wirkung einer/(mehrerer) Temperatur-Zeit-Folge(n): z.B. Erwärmung und langsame Abkühlung

2. Thermo-chemische Behandlung:

• gleichzeitige Überlagerung eines chemischen (Stoffaustausch mit dem umgebenden Medium) mit einem thermischen Regime

3. Thermo-mechanische Behandlung:

• gleichzeitige Überlagerung oder vorgelagerte bzw. nachfolgende Kopplung einer plastischen Deformation (ohne oder mit Rekristallisationsvorgängen) mit einem thermischen Prozess

• Verringerung von Eigenspannungen

• Alleinige Wirkung einer/(mehrerer) Termperatur-Zeit-Folgen: z.B. Erwärmung und langsame Abkühlung

• z.B. Weichglühen, Härten

• Phasenänderung

• Änderung der Korngröße

• Bildung von Mischkristallen

• Diffusion: Ent- oder Aufkohlen (Kohlenstoffgehalt ändern)

Spannungsarmglühen

Das Spannungsarmglühen erfolgt mit dem Zweck, im Werkstück innere Spannungen abzubauen. Es wird bei Stahl meist in einem Temperaturbereich von 550-650 °C durchgeführt, wobei der Werkstoff den Spannungen entsprechend plastisch zu fließen beginnt.

Härten

Das Härten von Eisenwerkstoffen (Stahl und Gusseisen) oder die Eisenhärtung ist ein Verfahren zur Erhöhung ihrer mechanischen Widerstandsfähigkeit durch gezielte Änderung und Umwandlung ihrer Gefüge. Es kann durch Wärmebehandlung mit anschließendem Abschrecken (schnelles Abkühlen) erfolgen

Anlassen

Das Anlassen oder Bläuen ist eine Wärmebehandlung, in der ein Werkstoff gezielt erwärmt wird, um seine Eigenschaften zu beeinflussen, insbesondere um Spannungen abzubauen, aber auch zu rein dekorativen Zwecken

Spannungsarmglühen

Das Spannungsarmglühen erfolgt mit dem Zweck, im Werkstück innere Spannungen abzubauen. Es wird bei Stahl meist in einem Temperaturbereich von 550-650 °C durchgeführt, wobei der Werkstoff den Spannungen entsprechend plastisch zu fließen beginnt

• Gleichmäßiges Aufheizen der zu härtenden Stellen

• Kurze Erwärmungszeiten

Hohe Anschaffungskosten

Thermochemische Behandlungen (TCB) sind Verfahren der Werkstofftechnik, mit denen bei metallischen Werkstoffen durch Stoffaustausch mit der Umgebung bestimmte Eigenschaften erreicht werden sollen. Der Stoffaustausch findet während einer Wärmebehandlung überwiegend in den Randschichten statt.

Verfahren: Borieren, Carbonitrieren, Oxidieren

Eine thermomechanische Behandlung ist ein Warmumformen mit gezielter Temperaturführung, bei dem sich Gefüge und damit Eigenschaften in Stählen ausbilden, die sich über eine getrennte Warmumformung und Wärmebehandlung nicht erzielen lassen. Eine thermomechanische Behandlung ist irreversibel.

z.B. Walzen oder Schmieden

• kontinuierliches Erwärmen des Materials

• anschließender meist mehrstufiger plastischer Umformung

• Temperatur-, zeit- und verformungsabhängige Rekristallisations-, Umwandlungs-und Ausscheidungsvorgänge

• Einsatzgebiete: Baustähle; Fahrzeugfedern, Achsen

Durch Thermomechanische Behandlung, Erwärmen, Umformen, Erwärmen usw. z.B: Falten beim Schmieden —> Vorteil, erhöhte Festigkeit + 15% Materialersparnis da Werkstoff fester wird. (Bauteil wird leichter)

• Bessere Werkstoffausnutzung

• Einsparen von Fertigungszeit

• Steigerung der Werkstückqualität

• Erhöhung der Werkstück-Festigkeit

  • Durch Gefügeänderung

• Einsatz von Stählen mit geringer Festigkeit und Kosten

• Hohe Stückzahlen sind Voraussetzung für Wirtschaftlichkeit

• Hohe Druckkräfte erforderlich

• Teure Werkzeuge

Durch Gewindewalzen können Gewinde wirtschaftlich und mit großer Genauigkeit hergestellt werden. Der nicht unterbrochene Faserverlauf des Materials erhöht die Festigkeit, reduziert die Kerbwirkung und spart Material.

Zunächst wird durch Biegen oder Walzen von Blech ein Hohlkörper hergestellt, der dann an den Stößen verschweißt wird. Rohre bis zu etwa einem Meter Durchmesser können längs geschweißt werden, größere Rohre werden als Wickelrohr spiralnahtgeschweißt und Großrohre aus Grobblechen gebogen und in Stücken verschweißt.

Alternativ: Strangpressen/ Fließpressen

Temperatur-, zeit- und verformungsabhängige Rekristallisations-, Umwandlungs- und Ausscheidungsvorgänge

•       Korrosionsschutz

•       Verschleißverhalten

•       Leitfähigkeitsverhalten, elektrisch und thermisch

•       optisches Verhalten

•       Dekoration und Ästhetik

•       Benetzbarkeit

•       Elektrische, katalytische und biochemische Aktivität

•       spezielle Topografie

•       Wärmedämmschicht

Grundsätzlich im ersten Schritt: Bauteil so gestalten, dass der Korrosionsprozess verhindert oder verringert wird, z.B: Werkstoffauswahl und Formgebung (Bauteilschrägen damit Wasser abläuft und nicht stehen bleibt)

Beispiel: Zahnrad im Salzwasser à Reibung + Korrosion

Eisenoxid: Fe2O3

chemischen Angriff durch Elektrolyten mit zusätzlich mechanische Beanspruchungen (Zug, Druck, Biegung)

von Grund- und/oder Gegenkörper mit Bestandteilen des Schmierstoffes oder Umgebungsmediums infolge einer reibbedingten, chemischen Aktivierung der beanspruchten Oberflächenbereiche.

Z.B Sand zwischen zwei Bauteilen à Mechanische Bearbeitung

• Interkristalline Korrosion à Warmes, dann kaltes Wasser.. (Wechselspannung)

• Flächenkorrosion

• Lochfraßkorrosion

„Verschleiß ist der fortschreitende Materialverlust aus der Oberfläche eines festen Körpers, hervorgerufen durch mechanische Ursachen.“

Adhäsion

• Bei geringer Realtivbewegung von Bauteilen und hoher Punktlasten führt zu Mikroverschweißung. Beim Lösen der Bauteile löst sich zufällig Material ab.

Abrasion

• Z.B Sand zwischen zwei Bauteilen à Mechanische Bearbeitung zwischen den Bauteilen. Partikel lösen sich und sorgen für weitere Reibung.

Oberflächenzerrüttung

• U.a bei nichtgehärteten Bauteilen à Härten löst das Problem durch harte Oberfläche.

Tribo-Chemische Reaktion

• Zusätzlich zur Reibung noch chemische Reaktion à erhöhter Verschleiß

• Entfernung von Verunreinigungen

• Entfernung von Korrosionsprodukten

• Aufrauen der Oberfläche (Sandstrahlen), Glätten, Polieren mit Einstellen der physikalischen Eigenschaften

  • Mirko-Aufrauhung z.B. durch Beizen (chemisch-physikalisch)

• Einstellung der Haftungsbedingungen

War/ist das übliche, industrielle Verfahren

• Qualität der beschichteten Teile ist sehr unterschiedlich

• Vorbeigehender Nasslack muss aufgefangen und entsorgt werden

• Schlechter Umwelt und Arbeitsschutz

• Deutlich einfacher

• Anwendung bei großen Bauteilen

KTL – Kathodische Elektrotauchlackierung

Die KTL-Beschichtung ist ein elektrochemisches Verfahren, bei dem Bauteile in einem Tauchbad mit elektrisch leitfähigem, wässrigem Tauchlack beschichtet werden. Die Schichtdicke, mit der der Lack auf dem Bauteil abgeschieden wird, ist abhängig von der Teilegeometrie und der Höhe der angelegten Spannung

Elektrostatische Pulverbeschichtung

1.    Kunstpulver wird beim Versprühen elektrostatisch aufgeladen und am geerdeten Werkstück durch elektrostatische Kräfte festgehalten

2.    Gepulverte Teile werden anschließend zur Aushärtung des Pulvers und Beschichtungsbildung in einen Wärmeofen gefahren

• Durch Tauchbad: Beschichtung von Hohlräumen

• Geeignet die nach Beschichtung verschraubt werden müssen (auf Grund geringer Schwankung in der Lackschichtdicke)

Vorteile:

• Überschüssiges Pulver kann aufgefangen und erneut verwendet werden

• Gleichmäßige Schichtdicke

• Hohe Abriebfestigkeit

Nachteil:

• Sorgfältige Vorbereitung (Reinigung, Entfettung) der Oberfläche notwendig

Werkstoffe: Zink (450°C), Aluminium, Zinn, Blei (niedrigschmelzend)

Wichtig: zu schützendes Metall muss edler als das Überzugsmetall sein = echtes Schutzmetall à Funktionsprinzip Opferanode (unedleres Metall löst sich im Korrosionsfall zuerst auf)

Funktionsprinzip Opferanode (unedleres Metall löst sich im Korrosionsfall zuerst auf)

Ist nach der Bauteilverbindung eine Beschichtung möglich? Wie weit dringt die Lackschicht ein? Mechanische Beanspruchung des Bauteils? à Korrosion

Reihenfolge: Erst Beschichten dann montieren oder erst verschweißen, dann Beschichten.

Mit Beispiel Flugzeug

• Werkstoffleichtbau

  • Werkstoffauswahl z.B. Alu statt Stahl

• Formleichtbau

  • z.B. Materialreduktion/ Topologieoptimierung, z.B. Wabenstruktur oder Vollmaterial?

• Fertigungsleichtbau

  • Eher Schweiß oder Nietverfahren? Taylored Blanks?

• Konzeptleichtbau

  • z.B. ein Triebwerk statt zwei Triebwerke?

Übergeordnete Rolle dar:

Warum hat der Fertigungsleichtbau eine übergeordnete Funktion?

Der Fertigungsleichtbau hat eine übergeordnete Funktion, da er sich auf die Optimierung der Fertigungsprozesse und der Produktionsmethoden für Leichtbaukomponenten konzentriert.

Auslöser z.B. Kundenanforderungen nach mehr Leistung, daraus ergibt sich Notwendigkeit eines größeren Motors. Bei gleicher Reichweite wird dann ein größerer und schwerer Tank benötigt, der wiederum eine steifere Struktur verlangt.

Gegenläufige Spirale: Anforderung vom Gesetzgeber: Autos müssen sparsamer und „Grüner“ werden, daher muss Auto leichter werden, kleinerer Motor usw.

Anderes Beispiel z.B. Crashstruktur

Maximale Reduktion des Gewichtes, um Kosten im späteren Betrieb zu senken. z.B. Aufwendige und teure Leichtbaukonstruktion einer Rakete, um erhöhte Zuladung zu ermöglichen. (höchster Leichtbaugrad – geringstes Gewicht zu höchsten Kosten)

Günstigste Werkstoffkosten, höhere Herstellkosten. Reduktion des Gewichts, um Werkstoffkosten zu sparen und Kosten im späteren Betrieb zu senken.

z.B. CW-Wert optimierung um später Kraftstoff zu sparen und weniger CO2 Emissionen zu erzeugen

Einsparung von Werkstoff oder Verkürzung von Prozessketten durch Funktionsintegration für geringste Herstellkosten. (Eher günstige Fertigung auf Kosten des Gewichtes)

Beispiel: Wenn Leichtbau keine Rolle spielt, sondern nur Produktionskosten.

• Topologie Optimierung/ Mikrostrukturen (maximale Stabilität bei geringem Gewicht)

• Prinzipien der Bionik zur Bauteilgestaltung (Besonders Stabil)

• Neue Werkstoffe erforschen (z.B. „Nano“-Materialien à kleinere Strukturen= geringeres Gewicht=

• Fertigungsprozesse àkombinierung von Werkstoffen z.B. Faserverstärkungen

• Hybride Fertigungsverfahren, z.B. Verbindung von Werkstoffen (schnellere Kleben oder Nieten usw.)

• Mehrphasenstähle mit höherer Umformbarkeit

Tailored Blanks ist eine Produktionstechnik, die eine variable Blechdicke ermöglicht.

Materialstärke dort erzeugen wo es notwendig ist

Eine Tailored Blank ist eine Blechplatine, welche typischerweise aus verschiedenen Werkstoffgüten und Blechdicken zusammengesetzt ist. Dieses vorgefertigte Halbzeug wird anschließend zum Beispiel durch Tiefziehen zum gewünschten Bauteil umgeformt.

Was ist zu beachten:

Geometrie muss passend positioniert werden.

Innenhochdruckformen bedeutet das Umformen metallischer Rohre oder Hohlkörper im geschlossenen Formwerkzeug mittels Innendruck.

Der Druck wird z. B. durch eine Wasser-Öl-Emulsion in den Hohlkörper eingebracht. Die Öffnungen werden während des Umformprozesses durch Dichtstempel, die durch Hydraulikzylinder angetrieben werden, abgedichtet. Wesentliche Prozessparameter sind dabei der Innendruck, der bis zu 30.000 bar betragen kann, sowie im Falle von Rohren das Nachschieben von Material bzw. Stauchen von den Bauteilenden her mit Hilfe der Dichtstempel.

Berücksichtigt Masse im Verhältnis zur Torsionsfestigkeit und der Projizierten Fläche des Bauteils

Anwendung: Erhöhung der Vergleichbarkeit im Leichtbau z.B. Golf 1 bis Golf 7

—> beide ergänzen sich

·       Korrosionsbeständigkeit?

·       Festigkeitseigenschaften?

·       Einsatzgebiete?

Chemisch-biologische Prüfungen

• Ermittlung von Werkstoffkennwerten

• Ermittlung und Aufklärung von Schadensfällen

• Begleitung der Werkstoffentwicklung sowie des wirtschaftlichen Werkstoffeinsatzes (Prüfung ob Werkstoff geeignet)

• Betriebsüberwachung

• Qualitäts- und Fehlerprüfung Qualitätssicherung

• Abgleich mit Simulationen bei der Bauteilauslegung

Axiale Beanspruchung in einer Richtung (Pfeil)

Standardisierte Prüfeinrichtung mit standardisierten Prüflingen.

Kennlinie über Spannung und Dehnung, daraus ergibt sich z.B. Zugfestigkeit, Streckgrenze, eines Werkstoffes.

—> Wichtig für Auslegung eines Bauteils. (z.B: Brücken)

• Prüfung durch Dauerschwingversuche mit mehrachsigen Prüfständen

• „Jede Resonanz ist eindeutig mit einer geometrischen Schwingungsform, der sog. Eigenform verbunden.“

• Problem: Auch wenn ein Werkstoff mit seinen Eigenschaften durch z.B. Zugversuch für eine Anwendung geeignet erscheint, kann er unter permanenter, dynamischer nachgeben.

• „Viele Schäden entstehen nicht durch spontanes Bauteilversagen, sondern durch Dauerbrüche“

N beschreibt Anzahl der Schwingungen ist logarithmisch angegeben

z.B. Zugprüfung, Dauerschwingversuche multi-axialen Prüfständen

—> In der Regel überlagerte Spannungsfälle

• Statisch, z.B: Montagekräfte, Trocknung von Lackierung

• Schwellend, z.B. Belastung des Fahrwerks bei unebener Straße

• Wechselschwellend, z.B. Zug Druck Wechsel im Rahmen bei Beschleunigung und Abbremsung

Aussage: Die meisten Fehler entstehen im Entwicklungsprozess, die meisten Fehlerbehebungen bei der Qualitätsprüfung. Durch bessere Integration von QM im Entwicklungsprozess, kann die Anzahl der notwendigen Fehlerbehebungen reduziert werden.

Lieferant soll Verantwortungsbereich voll ausschöpfen, möglichst frühe Prüfung der Qualität.