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Fertigungsverfahren – Lichtbogenhandschweißen

Veröffentlicht in Fertigungstechnik von Redakteur am 29. Aug. 2013

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.

Durchführung des Lichtbogenschweißens

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. (mehr…)


Fügen durch Schweißen

Veröffentlicht in Fertigungstechnik von Redakteur am 29. Aug. 2013

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.

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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

Veröffentlicht in Fertigungstechnik, Werkstofftechnik von Redakteur am 14. Aug. 2011

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.

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Thermoplaste – Werkstoff und Verarbeitung

Veröffentlicht in Fertigungstechnik, Werkstofftechnik von Redakteur am 24. Jul. 2011

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.

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Grundlagen der Fertigungstechnik – Buchempfehlung

Veröffentlicht in Bücher, Fertigungstechnik von Redakteur am 17. Jul. 2011

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

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Beschichtungen

Veröffentlicht in Fertigungstechnik von Redakteur am 3. Jul. 2011

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.

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Bruchtest und Bruchformen von Klebverbindungen

Veröffentlicht in Fertigungstechnik, Werkstofftechnik von Redakteur am 13. Jun. 2011

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.

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Fügen durch Kleben

Veröffentlicht in Fertigungstechnik von Redakteur am 10. Jun. 2011

Kleben ist ein stoffschlüssiges Fügeverfahren und gehört damit in die Hauptgruppe Fügen der DIN 8580. Die Verbindung der Werkstoffe der Fügeteile wird über einen zugegebenen Werkstoff – der Klebstoff – geschaffen. Die fügende Verbindung entsteht durch den Klebstoff und physikalische und chemische Wechselwirkungen, durch welche der Klebstoff aushärtet und die Fügeteile zusammenhält.

In einigen Anwendungsgebieten konkurriert das Fügen durch Kleben mit dem Fügen durch Schweißen. In den letzten Jahren konnte sich in manchen Fällen das Kleben jedoch gegenüber dem Schweißen durchsetzen.

Klebstoffe sind vor dem eigentlichen Fügen im flüssigen Aggregatzustand. Physikalische/chemische Prozesse, welche durch unterschiedliche Auslösemechanismen geschehen, sorgen für eine Umwandlung in feste Zustände (Aushärtung).

Konkret einzuleitende Auslösemechanismen kennen die Reaktionsklebstoffe (Epoxidharze, Acrylat, Cyanacrylat und Polyurethan Klebstoffe), welche als Monomere appliziert werden und bei Vermischung chemisch reagieren. Bekanntestes Beispiel sind die Epoxidharze (Zweikomponentenkleber).

Monomer A + Monomer B -> Polymer AB

Andere Klebstoffe binden sich physikalisch bereits beim Hersteller und müssen nur noch aushärten und gegebenenfalls hierfür (z. B. durch Temperatur) unterstützt werden.

Die meisten Klebstoffsysteme haben eine Topfzeit (Zeit der kritischen Aushärtung), nach welcher der Klebstoff nicht mehr verarbeitet werden darf.

Klebstoffe in Natur und Technik

Klebstoff ist eines der ältesten Werkstoffe. Die Menschheit entdeckte die Nutzbarkeit von natürlichen Klebstoffen sehr schnell, um Unterkünfte, Werkzeuge und Waffen zu bauen. Vor etwa 5000 Jahren nutzten Ägypter bereits Leime aus tierischen und pflanzlichen Stoffen. Natürliche Klebstoffe kommen in der Natur in vielfältiger Form vor.

Natürliche Klebstoffformen:

  • Pflanzensäfte
  • Wachse
  • Harze (insbesondere von Nadelbäumen)
  • Eiweiße
  • Kohlenhydrate

Natürliche Klebstoffe sind nur begrenzt einsatzfähig hinsichtlich Haftung, Lebensdauer, Zerfall und Qualitätsstandard. Die Menschheit hat daher künstliche Klebstoffe entdeckt und für die technische Anwendung nutzbar gemacht. Verbreitete künstliche Klebstoffe sind Silikone, Epoxidharze, Polyarcylate und Polyurethane. Im Bereich der Klebstoffe ist jedoch noch lange kein Ende der Innovation zu erwarten, jährlich werden bestehende Klebstoffe verbessert und neue Klebstoffe entdeckt oder erschaffen.

Heutzutage wird Klebstoff vermehrt benutzt, auch in Anwendungsbereichen mit hohen mechanischen Belastungen, zum Beispiel in der Luftfahrt (der Rumpf vom Airbus A 380 ist zum Teil geklebt) oder im Automobilbau. (mehr…)


Einteilung der Fertigungsverfahren

Veröffentlicht in Fertigungstechnik von Redakteur am 9. Okt. 2009

Die Einteilung der Fertigungsverfahren kann auf verschiedene Art und Weise geschehen, beispielsweise nach Wirkungsprinzipien, wie etwa das Formen oder Trennen von Material, oder nach dem Bearbeitungsziel (Änderung der Grobgestalt oder Feingestalt eines Werkstücks).

Innerbetrieblich werden Fertigungsverfahren i. d. R. nach Produktionsstufe gegliedert, wie Fertigung (z. B. Formen und Trennen) -> Montage (z. B. Zusammenfügen durch Kleben) -> Funktionssicherung (z. B. Beschichten mit Korrosionsschutz).

Für die einheitliche Fertigung und der verständlichen Kommunikation zwischen den verschiedenen Abteilungen und gar Unternehmen und Behörden zu gewährleisten, wurden in ingenieurtechnischen Disziplinen Standardisierungen durch Normen eingeführt, die Begriffe, Bezeichnungen und Definitionen der einzelnen Fertigungsverfahren beinhalten.

Die Einteilung der Fertigungsverfahren ist in der DIN Norm 8580 festgelegt. Diese Einteilung gliedert sich in sechs Hauptgruppen mit jeweils eigenen Verfahrensgruppen und Verfahrensuntergruppen.

Die sechs Hauptgruppen nach DIN 8580:

    Schaffen der Form 

  1. Urformen (Zusammenhalt der Form schaffen)
  2. Ändern der Form

  3. Umformen (Zusammenhalt beibehalten)
  4. Trennen (Zusammenhalt vermindern)
  5. Fügen (Zusammenhalt vermehren)
  6. Beschichten (Zusammenhalt vermehren)
  7. Ändern der Stoffeigenschaften

  8. Stoffeigenschaftsänderung
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CNC

Veröffentlicht in Fertigungstechnik, Prozessgestaltung von Redakteur am 9. Okt. 2009

CNC (Computerized Numerical Control, etwa: „computerisierte numerische Steuerung“) ist ein Verfahren zur elektronischen Steuerung und Regelung von Werkzeugmaschinen (CNC-Maschinen) über spezielle CNC-Steuereinheiten wie Controller und Computer. CNC ist ein komplexes Regelungssystem, die Steuerung erfolgt mit programmierbaren Mikroprozessoren.

Die Bearbeitungsabfolge und zugehörige Parameter werden in einem NC-Programm definiert, eine Dreh-/Fräsmaschine führt diese Bearbeitungsabfolge aus.

CNC ist die erweiterte, modernere Form des NC (Numerical Control). NC basierte noch weitgehend auf der Lochkarteneinlesung und konnte nur extern verändert werden, der Bediener kann das Programm also nur starten/beenden, aber (anders als bei CNC) nicht anpassen.

CNC spielt in der Produktion (speziell in der Prozessgestaltung und Fertigungsplanung) eine wichtige Rolle. (mehr…)


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