Table Of ContentForschung und Praxis . Band 76
Berichte aus dem Fraunhofer-Institut
fur Produktionstechnik und Automatisierung,
Stuttgart, und dem Institut
fUr Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb
der Universitiit Stuttgart
Herausgeber: Prof. Dr.-Ing. H. J. Warnecke
Wolfgang Marx
Berechnung der
Gestaltiinderung von Profilen
infolge StrahlverschleiB
Mit 58 Abbildungen
Springer-Vertag
Bertin Heidelberg New York Tokyo 1983
Dipl.-Ing. Wolfgang Marx
Fraunhofer-Institut fOr Produktionstechnik und Automatisierung (lPA), Stuttgart
Dr.-Ing. H. J. Warnecke
o. Professor an der Universitat Stuttgart
Fraunhofer-Institut fOr Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart
093
ISBN-13: 978-3-540-13054-3 e-ISBN-13: 978-3-642-47935-9
001: 10.1007/978-3-642-47935-9
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© Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg 1983.
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Geleitwort des Herausgebers
Die Entwicklungen in der Produktionstechnik in den letzten Jahr
zehnten haben entscheidend zur positiven wirtschaftlichen und
sozialen Entwicklung in der Bundesrepublik Deutschland beigetra
gen. Die Produktivitat konnte jedes Jahr urn durchschnittlich
etwa 3,5 % gesteigert werden. Mechanisierung und Automatisierung
wurden und werden stetig weiter vorangetrieben. Wah rend es sich
bisher jedoch urn Verbesserungen an einzelnen Maschinen und Anla
gen sowie Verfahren handelte, werden heute aIle Unternehmens
bereiche erfaBt, und man ist bemliht, das gesamte System Unter
nehmen bzw. Produktionsbetrieb zu optimieren. Das klassische
Bemlihen urn Optimierung des Einsatzes und Zusammenwirkens der Pro
duktionsfaktoren Mensch, Maschine und Material muB heute erwei
tert werden urn die Berlicksichtigung sozialer Belange, gesetz
licher Auflagen, Probleme der Energieversorgung , schnellen Ver
anderungen an den Produkten und auf den Markten sowie Sicherung
der Qualitat und der Lieferfahigkeit.
Von wissenschaftlicher Seite wird und muB dieses Bemlihen unter
stlitzt werden durch die Entwicklung von Methoden und Vorgehens
weisen zur systematischen Analyse und Verbesserung des Systems
Produktionsbetrieb. Hier ist heute insbesondere auch der Fer
tigungsingenieur gefordert, nicht nur einzelne Maschinen und
Verfahren zu beherrschen, sondern das gesamte komplexe System
hinsichtlich der Verknlipfung seiner Elemente durch zweckmaBigen
lnformations- und MaterialfluB. Beispielhaft seien dazu nur hin
sichtlich des Informationsflusses die heute gegebenen Moglich
keiten der Datenerfassung und -verarbeitung in Fertigungsplanung
und -steuerung an den einzelnen Produktionsanlagen sowie im
Qualitatswesen genannt. lm MaterialfluB geht es urn richtige
Auswahl und Einsatz von Fordermitteln, Forderhilfsmitteln sowie
Anordnung und Ausstattung von Lagern. Der weiteren Automatisie
rung in der Handhabung von Werkstlicken und Werkzeugen sowie der
Montage von Produkten wird in nachster Zukunft allergroBte Auf
merksamkeit geschenkt werden. Leistungsfahige Sensoren werden
die Moglichkeiten daflir sehr stark vergroBern.
Die beiden vom Herausgeber geleiteten Institute, das Institut
fur Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb der Universitat
Stuttgart sowie das Fraunhofer-Institut fur Produktionstechnik
und Automatisierung in Stuttgart, arbeiten in grundlegender und
angewandter Forschung intensiv an den aufgezeigten Entwick
lungen in der Produktionstechnik mit. Zur Umsetzung gewonnener
Erkenntnisse wird die Schriftenreihe "IPA Forschung und Praxis"
herausgegeben. Der vorliegende Band setzt diese Reihe fort,
eine Ubersicht uber bisher erschienene Titel wird am SchluB
d"ieses Bandes gegeben.
Dem Verfasser sei fur die geleistete Arbeit gedankt, dem Sprin
ger-Verlag fur die Aufnahme dieser Schriftenreihe in seine An
gebotspalette und der Druckerei fur saubere und zugige Aus
fuhrung.Moge das Buch von der Fachwelt gut aufgenommen werden.
Hans-Jurgen Warnecke
Vorwort
Die vorliegende Dissertation entstand wahrend meiner Tatig
keit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am ~raunhofer-Institut
fUr Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) in Stuttgart.
Herrn Professor Dr.-Ing. H.-J. Warnecke, dem Direktor des IPA
und Leiter des Instituts fUr Industrielle ~ertigung und ~abrik
betrieb (I~~) der Universitat Stuttgart, bin ich fUr seine
wohlwollende ~orderung und UnterstUtzung sowie fUr die wert
vollen Hinweise zu dieser Arbeit zu groEem Dank verpflichtet.
Herrn Professor Dr.-Ing. H. Uetz, dem stellvertretenden Direk
tor der MaterialprUfungsanstalt (MPA) Universitat Stuttgart,
danke ich fUr die wertvollen fachlichen Anregungen, fUr die
Bereitschaft zur kritischen Durchsicht des Manuskripts und fUr
die Ubernahme des Mitberichts.
DarUberhinaus mochte ich mich bei allen Mitarbeitern des IPA
bedanken, die durch ihre Mitarbeit und anregende Kritik zum
Gelingen der Arbeit beigetragen haben. Mein besonderer Dank
gilt Herrn Masch.-Tech. P. Willems fUr die UnterstUtzung bei
der VersuchsdurchfUhrung und ~rau Dipl.-Des. B. Schon Ie fUr die
unermUdliche Hilfe bei der Erstellung des Manuskripts.
Stuttgart 1983 Wolfgang Marx
-9-
Seite
0.1 Inhaltsverzeichnis 9
0.2 Formelzeichen und Einheiten der verwendeten GraBen 11
Einleitung 15
1.1 HinfUhrung zum Thema 16
1.2 Aufgabenstellung 17
2 Grundsatzliche Betrachtungen zum StrahlverschleiB 19
2.1 VerschleiBmechanismus 19
2.2 VerschleiE-MeBgraBen 21
2.3 EinfluBgraBen auf den StrahlverschleiB 22
2.3.1 Anstrahlwinkel 23
2.3.2 Partikelgeschwindigkeit 25
2.3.3 Partikelkonzentration 27
2.3.4 Oberflachengeometrie 30
2.3.5 Werkstoffeigenschaften 31
3 Verfahren zur Berechnung der zeitlichen Gestalt-
anderung strahlverschleiBbeanspruchter Bauteile 33
3. 1 Rechengrundlagen 34
3. 1 • 1 Ortlicher linearer VerschleiB 35
3.1.2 ortliche Strahlintensitat 37
3.1.3 Beschreibung des Oberflachenprofils 38
3.1 .4 VerschleiBberechnung am Profilsegment 40
3.2 Programmstruktur fUr den RechenprozeE 41
3.2.1 Eingabe der Rechendaten 43
3.2.2 VerschleiB am Liniensegment 45
3.2.3 Generation der Profilpunkte 47
3.2.4 Grenzen des Verfahrens 50
3.2.5 Kennzahlen 51
4 Experimentelle Untersuchungen zur Gestaltanderung
infolge StrahlverschleiB 52
4.1 Vorversuche zur Ermittlung der EinfluB
graBen 52
4. 1 • 1 Aufbau der Versuchsanlage 52
4.1 .2 Proben- und Partikelwerkstoff 53
4.1.3 Messung der Anlagenparameter 55
-10-
Seite
4.1.3.1 Partikeldurchsatz in Abhangigkeit vom
Blasdruck 55
4.1.3.2 Partikelgeschwindigkeit in Abhangigkeit
vom Blasdruck 57
4.1.1 Messung im Strahl bereich 59
4.1.4.1 ~rtliche Partikelkonzentration 59
4.1.4.2 ~rtliche Partikelgeschwindigkeit 62
4.1.5 Messung der Verschleiegr6een an der ebenen
Platte 64
4.1.5.1 Einflue der Partikelkonzentration 66
4.1.5.2 Einflue des Anstrahlwinkels 67
4.1.5.3 Einflue der Partikelgeschwindigkeit 70
4.2 Hauptversuche zur Gestaltanderung 73
4.2.1 Versuchsbedingung und PrUfmethode 74
4.2.2 Gestaltanderung am Rundprofil 76
4.2.3 Muldenbildung an der ebenen Platte 80
4.2.4 Fehlerrechnung 87
4.2.5 Abschatzung anderer FehlereinflUsse 92
5 Untersuchungen zur Gestaltanderung mit fiktiven
Einfluegr6een 94
5.1 BerUcksichtigte Einfluegr6een 94
5.2 Verschleie am Rundprofil 98
5.3 Muldenbildung an der ebenen Platte 103
5.4 Zusammenfassung 108
6 Ubertragbarkeit der Versuchs- und Rechenergebnisse
auf Bauteile 109
7 Zusammenfassung 112
8 Literaturverzeichnis 114
-11-
002 Formelzeichen und Einheiten der verwendeten GroBen Seite
A Faktor der Geradengleichung 40
Ai konstante RechengroBen 95
mm2 VerschleiBflache der Mulde 80
~M
AM mm2/min VerschleiBgeschwindigkeit der Muldenflache 85
°AoM mm2/min2 VerschleiBbeschleunigung der Muldenflache 85
mm2 VerschleiBflache am Rundprofil 76
~R
h, mm2/min VerschleiBgeschwindigkeit der Flache AR 79
AR mm2/min2 VerschleiBbeschleunigung der Flache AR 79
As mm2 Strahlquerschnitt in Probenhohe 21
Asr mm2 ortlicher Strahlquerschnitt 29
a mm Teilstlick eines Liniensegmentes 48
a Faktor der quadratischen Gleichung 78
a mm Probenabstand zur Strahldlise 21
MaBstabfaktor 96
Gewichtungsfaktor des GleistrahlverschleiB
anteils 96
Gewichtungsfaktor des PrallstrahlverschleiB
anteils 96
B Faktor der Geradengleichung 40
b mm Teilstlick eines Liniensegmentes 48
b mm Schli tzbrei te 57
b Faktor der quadratischen Gleichung 78
C Faktor der Geradengleichung 40
c Faktor der quadratischen Gleichung 78
Partikelkonzentration 28
ortliche Partikelkonzentration 29
bezogene ortliche Partikelkonzentration 29
mm Durchmesser der Strahldlise 52
urn, mm Partikeldurchmesser 20
mm Durchmesser des Rundprofils 74
mm Strahldurchmesser in Probenhohe 60
Funktion allgemein 88
N Reibungskraft 23
N StoBkraft 23
N Tangentialkraft 23
Formfaktor eines Partikels 24
-12-
Seite
HNK N/mm2 Harte nach Knoop 54
HV N/mm2 Harte nach Vickers 54
h mm Plattenabstand 57
h ~m, mm Eindringtiefe eines Partikels 19
I N/s StoBimpuls 23
1- Strahlintensitatstyp 97
1+ bezogene ortliche Strahlintensitat 37
r
i ZahlgroBe 34
ki Ppoportionali tatsfaktor 25
k spezieller Proportionalitatsfaktor 70
-v
[ mm mittlere Segmentlange 48
L m-te Querschnittsprofillinie 34
m
ilL n-tes Liniensegment von Lm 39
m,n
llL' generiertes Linensegment von Lm 48
m,n
ID mm DUsenlange 52
m ZahlgroBe 39
m g Partikelmasse 22
.p
m kg/min Massenstrom der Partikeln 28
.p
mpr kg/min ortlicher Massenstrom der Partikeln 29
n ZahlgroBe 39
n 1/min Drehzahl 57
n. Geschwindigkeitsexponent 25
~
n Zahl der Partikeln 28
.p
n 1/s zeitliche Anzahl der Partikeln 59
.p
npr 1/s ortliche zeitliche Anzahl der Partikeln 59
n Anzahl der Profilaufschriebe 44
s
nv Geschwindigkeitsexponent auf der Basis Wv/z 26
nz Anzahl der Zwischenrechnungen 44
P n-ter Punkt der m-ten Oberflache 38
m,n
p' generierter Punkt der Oberflache 48
m,n
p bar Blasdruck 53
P1 bar Referenzdruck 53
r mm Scheibenradius 57
r ~m, mm Partikelradius 19
s mm Scheibendicke 57
Gesamtfehler allgemein 88
Fehler, Standardabweichung 88
