Ohne die passenden Förderbänder ruht die ganze Produktion. Schon bei der Ausstattung von Fertigungs- und Produktionsanlagen ist es wichtig, auf Qualität zu achten. Innerbetriebliche Transporte von A nach B, aber auch Produktionen selbst sind darauf angewiesen, dass die Förderung reibungslos läuft. Nahezu alle Industrien nutzen die Technik des Förderbandes, im Automobilsektor ebenso wie in der Lebensmittelindustrie. Wir verraten, welche Ansprüche ein gutes Fördersystem erfüllen muss.
Fertigungstechnik
Stoffe umformen: Walzen, Drucken und Pressen in der Industrie
In der Industrie müssen Stoffe ständig verändert werden. Flüssigkeiten werden zu Gasen, Stahl wird gehärtet, Holz wird geschnitten. Was für Wirtschaftsingenieure (und andere) jedoch besonders wichtig ist, ist eine Unterscheidung der Verfahren und eine Klassifizierung.
Denn schon in der Ausbildung (beziehungsweise im Studium) lernt man die Verfahrenstechniken nach DIN 8580 kennen: Umformen, Urformen, Beschichten, Fügen, Trennen und Stoffeigenschaften ändern. Es gibt zu jeder dieser Hauptgruppen noch präzisere Untergruppen. Im Folgenden soll es jedoch speziell um das Verfahren der Umformung gehen.
Fertigungsverfahren – Lichtbogenhandschweißen
Das Lichtbogenhandschweißen (EN ISO 4063: Prozess 111) ist einfach anzuwenden und gilt als eines der ältesten, aber auch immer noch der am häufigsten eingesetzten Schweißverfahren, auch wenn es sich über die Jahrzehnte leicht verändert haben mag. Das Lichtbogenhandschweißen gehört zu den Schmelzschweißverfahren. In der DIN Norm 8580 (Einteilung der Fertigungsverfahren) ist das Lichtbogenschweißen in der Hauptgruppe 4 (Fügen) zu finden, Fügen durch Schweißen DIN 8593 Teil 6.
Das Lichtbogenhandschweißen ist ein Verfahren mit Zusatzhilfstoff in Form von abschmelzender Stabelektrode. Der Anwendungsbereich im Rahmen des Fügens erstreckt sich auf metallische Werkstoffe mit einem maximalen Kohlenstoffanteil von 0,22%, beispielsweise aus dem Grundwerkstoff S235 JRG2 DIN EN 10025.
In den Anfängen des Lichtbogenhandschweißens wurden nackte Metallelektroden oder auch Kohleelektroden als Elektroden verwendet. Heute sind Stabelektroden um den Kernstab herum mit einem mineralischen Stoff ummantelt, welcher ein Schutzgas und Schlacke freisetzen soll.
Das durch die Hitze des Schweißprozesses aus der Hülle entstandene Schutzgas schirmt das aufgeschmolzene Metall des Kernstabendes und die Schweißstelle von der Umgebungsluft ab. Die Schlacke dient der Isolation der Schweißnaht bis zur Erkaltung.
Die Umhüllung erleichtert den Schweißprozess auch aus dem Grund enorm, dass die Umhüllung zur Stabilisierung des Kernstabs und des Lichtbogens beiträgt.
Der Lichtbogen selbst bildet sich vom Kernstab aus zum Werkstück.
Lichtbogenhandschweißen gehört auch heute noch zu den am häufigsten eingesetzten Schweißverfahren, insbesondere im Stahl- und Rohrleitungsbau. Die Anwendung gilt als relativ materialfehlertolerant und ist bei allen Witterungsbedingungen, sogar unter Wasser, einsetzbar. Neben dem Fügen ist auch das Beschichten (Auftragsschweißen) ein Anwendungsgebiet.
Fügen durch Schweißen
Unter dem Begriff Schweißen wird das Fügen bzw. Beschichten von Werkstoffen verstanden. Die Werkstoffe können sich dabei im flüssigen oder plastischen Zustand befinden. Das fügende Schweißen erzielt die Schaffung einer haltbaren Stoffverbindung mit Hilfe von Wärme und/oder Druck mit oder auch ohne zusätzliche Hilfsstoffzuführung. Das Schweißergebnis ist eine unlösbare und stoffschlüssige Verbindung. Schweißhilfsstoffe können Schutzgas, Schweißpulver oder –paste sein.
Schweißverfahren werden weltweit, vor allem im Maschinenbau und Bauwesen eingesetzt, unter Erdatmosphäre, unter Wasser und im luftleeren Raum. Geschweißt wird mit immer kompakter werdenden Handschweißanlagen bis hin zur vollautomatisierten Schweißanlage.
Die Energieträger Strom, Bewegung, Strahlung und Strom können für Schweißverfahren genutzt werden. So kommt Energie durch Gasverbrennung, Plasmalichtbögen, elektrische Lichtbögen, Laser, Druckkraft oder Ultraschall oder eine Kombination aus diesen zum Einsatz. Schweißen ist eines von acht Fügeverfahren in der Fertigungstechnik und konkurriert unter bestimmten Voraussetzungen insbesondere mit dem Löten und Kleben.
| ONr.* | HAUPTGRUPPE 4 : FÜGEN |
| 4.1 | Zusammensetzen / DIN 8593 Teil 1 |
| 4.2 | Füllen / DIN 8593 Teil 2 |
| 4.3 | Anpressen, Einpressen / DIN 8593 Teil 3 |
| 4.4 | Fügen durch Urformen / DIN 8593 Teil 4 |
| 4.5 | Fügen durch Umformen / DIN 8593 Teil 5 |
| 4.6 | Fügen durch Schweißen / DIN 8593 Teil 6 |
| 4.7 | Fügen durch Löten / DIN 8593 Teil 7 |
| 4.8 | Fügen durch Kleben / DIN 8593 Teil 8 |
| 4.9 | Textiles Fügen / DIN 8593 Teil 9 |
Schweißen kann neben dem Zweck des Fügens auch andere Zwecke erfüllen. Laut Einteilung nach DIN Normen darunter beispielsweise auch das Beschichten durch Schweißen (5.5).
Wärmebehandlung von Stahl
Stähle müssen verschiedenste fertigungs- und anwendungsgerechte Eigenschaften erfüllen. Mit einer Wärmebehandlung von Stählen wird angestrebt, die Werkstoffeigenschaften so zu ändern, dass diese belastbarer oder anderweitig anwendungsgerechter sind und/oder um die Bearbeitung des Werkstoffes (Umformen oder Zerspanen) zu ermöglichen bzw. zu erleichtern. Nach der DIN 8580 gehört die Wärmebehandlung zu den Fertigungsverfahren der Stoffeigenschaftsänderung.
Die Wärmebehandlung erfolgt immer im festen Zustand. Wärmebehandlung von Stählen definiert sich nach Temperatur und Zeit. Wichtige Parameter der Wärmebehandlung:
- Glühtemperatur
- Glühdauer
- Abkühlung (Art und Geschwindigkeit)
- Prozessfolge von Wärmebehandlungsschritten
Für die Wärmebehandlung ist die A1-Linie (P-S-K-Linie bei 723°C) im Eisen-Kohlenstoff-Diagramm eine wichtige Markierung, denn bei mehr als 0,02% Kohlenstoffanteil (Stahl) und unter der A1-Linie zerfällt Austenit zu Perlit. Wenn keine Kornänderung erzielt werden soll, ist die Erwärmung unterhalb der A1-Linie zu halten.
Die A2-Linie ist für die Wärmebehandlung weniger von Bedeutung. Wird die A2-Linie (und damit eine Erwärmung von 768°C) überschritten, verliert sich der Ferromagnetismus.
Wichtig ist hingegen die A3-Linie (G-O-S-Linie), bei deren Unterschreitung (Abkühlung) sich freiwerdender Kohlenstoff im Austenit anreichert bis die A1-Linie erreicht wird.
Thermoplaste – Werkstoff und Verarbeitung
Thermoplaste sind die erfolgreichsten Kunststoffe und eine der erfolgreichsten Werkstoffarten der Neuzeit. Aus Sicht der Werkstofftechnik gibt es zwei Formen von Thermoplaste:
- Amorphe Thermoplaste
- Teilkristalline Thermoplaste
Amorphe Thermoplaste haben eine Struktur, welche sich durch ineinander verflochtene lange Fadenmoleküle auszeichnet. Bei Raumtemperatur sind Thermoplaste hart. Die Vernetzung besteht nicht in einer dichten Struktur sondern durch ungeordnete Überlappung. Thermoplaste sind tendenziell – jedoch nicht zwingend – wärmeempfindlich. Bei Erhitzung geraten die Fäden in Schwingung und lockern sich, weiß zu einer Erweichung führt.
Teilkristalline Thermoplaste bestehen hingegen aus teilweise parallel anliegenden, verwobenen Fadenmolekülen in einer dichten Anordnung. Teilkristalline thermoplastische Bauteile sind bei höheren Temperaturen daher besser konstruktiv nutzbar.
Grundlagen der Fertigungstechnik – Buchempfehlung
Fertigungstechnik ist eines der wichtigsten Kernfächer im Maschinenbau. Die Fertigungsverfahren sind mit dem technischen Fortschritt im Wandel. Das Buch Grundlagen der Fertigungstechnik vom Carl Hanser Verlag geht auf die grundlegenden Verfahren und Prozesse in der modernen Fertigungstechnik ein. Beleuchtet werden Prinzipien, Anwendungsbeispiele und Eigenschaften moderner Fertigungsverfahren aus Perspektive der Produktivität, Flexibilität, Automatisierbarkeit und Umweltverträglichkeit.
Ziel der Herausgeber ist es, dem technisch interessierten Leser ein Nachschlagewerk sowie eine fachliche Hilfe zur Analyse fertigungstechnischer Sachverhalte zu bieten.
Grundlagen der Fertigungstechnik
Beschichtungen
Technische Anforderungen an Bauteile steigen permanent, auch und insbesondere Bauteiloberflächen müssen auf neue Anwendungsfelder abgestimmt und an steigende Anforderungen angepasst werden. Weder Konstruktions- noch Funktionswerkstoffe können allen Oberflächen-Anforderungen alleine gerecht werden. Im Fokus der Bemühungen für den technologischen Fortschritt stehen Beschichtungen, welche speziellen Anforderungen gerecht werden und oftmals simultan mehrere Funktionen erfüllen.
Beschichtungen sind als ergänzende Fertigungsverfahren zu sehen, welche einen Konstruktionswerkstoff um Eigenschaften ergänzt und/oder negative Eigenschaften ausgleicht. Die Beschichtung ist die abtrennende Grenze zwischen Konstruktionswerkstoff und der Umwelt.
Beschichten ist ein Fertigungsverfahren durch Aufbringen einer haftenden Schicht aus formlosen Stoff auf der Werkstückoberfläche, näher definiert durch die DIN 8580. Beschichtungen erhöhen die Anwendungsmöglichkeiten von Werkstücken durch Anpassung der Werkstoffoberfläche an die einsatzbedingten Anforderungen. Dabei können Beschichtungen hauchdünn (kleiner als 1μm) oder auch sehr dick sein. In der technologischen Evolution steht die Menschheit sehr wahrscheinlich noch am Anfang des Möglichen. Die Nanotechnologie wird zukünftig entscheidende Beiträge zu Beschichtungsverfahren leisten und nahezu grenzenlose Möglichkeiten schaffen.
Bruchtest und Bruchformen von Klebverbindungen
Fügen durch Kleben ist ein verbreitetes und zukunftsträchtiges Verfahren in Fertigung und Montage. Neben den vielen Vorteilen des Klebens gibt es auch eine Reihe von Nachteilen, zu denen auch die schwierigen Qualitätstests für Klebverbindungen zählen. Eine fertige Klebverbindung lässt sich nur durch Zerstörung in Form von experimentellen Bruchtests feststellen.
Bruchtests
Fügeverbindungen durch Klebstoff sind eher unempfindlich gegenüber Druck- und Zugbelastungen, problematisch sind hingegen Scherbelastungen. Entsprechend sinnvoll ist die experimentelle Erprobung von Klebverbindungen mit Scherkrafteinwirkung. Die DIN 53 283 definiert einen Zugscherversuch, welcher die Haftung von Klebverbindung zwischen zwei länglichen Fügeteilen erprobt. Der Versuch arbeitet mit Kräften und Momenten.
Der Zugscherversuch nach DIN 53 283 hat jedoch den Nachteil, das die Fügeteile durch Biegung vo dem Versuch durch Knicken angewinkelt werden müssen. Der Versuch scheitert hier möglicherweise bereits durch das materielle Nachgeben der Fügeteile.