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Forschung und Praxis
Band 218
Berichte aus dem
Fraunhofer-Institut fOr Produktionstechnik
und Automatisierung (IPA), Stuttgart, .
Fraunhofer-Institut fur Arbeitswirtschaft
und Organisation (lAO), Stuttgart,
Institut fOr Industrielle Fertigung und
Fabrikbetrieb der Universitat Stuttgart und
Institut fOr Arbeitswissenschaft und
Technologiemanagement, Universitat Stuttgart
Herausgeber: H. J. Warnecke und H.-J. Bullinger
Thomas Weisener
Herstellung
geformter Schläuche
mit Formdornen aus
Formgedächtnislegierung
Mit 48 Abbildungen
Springer-Verlag Berlin
Heidelberg GmbH 1995
Dipl.-Ing. Thomas Weisener
Fraunhofer-Instltut far Produktlonstechnlk und Automatlslerung (IPA). Stuttgart
Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. Dr.-Ing. E. h. H. J. Warnecke
o. Professor an der Unlversltllt Stuttgart
Fraunhofer-Instltut fOr Produktlonstechnlk und Automatlslerung (IPA). Stuttgart
Prof. Dr.-Ing. habil. Dr. h. c. H.-J. Bullinger
o. Professor an der Unlversltllt Stuttgart
Fraunhofer-Instltut fOr Arbeltswlrtschaft und Organisation (lAO). Stuttgart
093
ISBN 978-3-540-60019-0 ISBN 978-3-662-07750-4 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-662-07750-4
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CI Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1995.
UrsprOnglich erschienen bei Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York 1995.
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Gesamtherstellung: Copydruck GmbH. Heimshelm
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Geleitwort der Herausgeber
Uber den Erfolg und das Bestehen von Unternehmen in einer markt
wirtschaftlichen Ordnung entscheidet letztendlich der Absatzmarkt.
Das bedeutet, moglichst fruhzeitig absatzmarktorientierte Anforde
rungen sowie deren Veranderungen zu erkennen und darauf zu reagie
reno
Neue Technologien und Werkstoffe ermoglichen neue Produkte und er
offnen neue Markte. Die neuen Produktions- und Informationstechno
logien verwandeln signifikant und nachhaltig unsere industrielle
Arbeitswelt. Politische und gesellschaftliche Veranderungen signa
lisieren und begleiten dabei einen Wertewandel, der auch in unse
ren Industriebetrieben deutlichen Niederschlag findet.
Die Aufgaben des Produktionsmanagements sind vielfaltiger und an
spruchsvoller geworden. Die Integration des europaischen Marktes,
die Globalisierung vieler Industrien, die zunehmende Innovations
geschwindigkeit, die Entwicklung zur Freizeitgesellschaft und die
ubergreifenden okologischen und sozialen Probleme, zu deren Losung
die Wirtschaft ihren Beitrag leisten muE, erfordern von den Fuh
rungskraften erweiterte Perspektiven und Antworten, die uber den
Fokus traditionellen Produktionsmanagements deutlich hinausgehen.
Neue Formen der Arbeitsorganisation im indirekten und direkten
Bereich sind heute schon feste Bestandteile innovativer Unterneh
men. Die Entkopplung der Arbeitszeit von der Betriebszeit, inte
grierte Planungsansatze sowie der Aufbau dezentraler Strukturen
sind nur einige der Konzepte, die die aktuellen Entwicklungsrich
tungen kennzeichnen. Erfreulich ist der Trend, immer mehr den Men
schen in den Mittelpunkt der Arbeitsgestaltung zu stellen - die
traditionell eher technokratisch akzentuierten Ansatze weichen ei
ner starkeren Human- und Organisationsorientierung. Qualifizie
rungsprogramme, Training und andere Formen der Mitarbeiterent
wicklung gewinnen als Differenzierungsmerkmal und als Zukunftsin
vestition in Human Recources an strategischer Bedeutung.
Von wissenschaftlicher Seite muE dieses Bemuhen durch die Ent
wicklung von Methoden und Vorgehensweisen zur systematischen
Analyse und Verbesserung des Systems Produktionsbetrieb ein
schlieElich der erforderlichen Dienstleistungsfunktionen unter
stutzt werden. Die Ingenieure sind hier gefordert, in enger Zusam
menarbeit mit anderen Disziplinen, z.B. der Informatik, der Wirt
schaftswissenschaften und der Arbeitswissenschaft, Losungen zu er
arbeiten, die den veranderten Randbedingungen Rechnung tragen.
Die von den Herausgebern geleiteten Institute, das
- Institut fur Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb der
Universitat Stuttgart (IFF),
- Institut fur Arbeitswissenschaft und Technologiemanagement (IAT)
- Fraunhofer-Institut fur Produktionstechnik und Automatisierung
(IPA) ,
- Fraunhofer-Institut fur Arbeitswirtschaft und Organisation (lAO)
arbeiten in grundlegender und angewandter Forschung intensiv an
den oben aufgezeigten Entwicklungen mit. Die Ausstattung der
Labors und die Qualifikation der Mitarbeiter haben bereits in der
Vergangenheit zu Forschungsergebnissen gefuhrt, die fur die Praxis
von groBem Wert waren. Zur Umsetzung gewonnener Erkenntnisse wird
die Schriftenreihe "IPA-IAO - Forschung und Praxis" herausgegeben.
Der vorliegende Band setzt diese Reihe fort. Eine Ubersicht uber
bisher erschienene Titel wird am SchluB dieses Buches gegeben.
Dem Verfasser sei fur die geleistete Arbeit gedankt, dem Springer
Verlag fur die Aufnahme dieser Schriftenreihe in seine Angebots
palette und der Druckerei fur saubere und zugige Ausfuhrung. Mage
das Buch von der Fachwelt gut aufgenommen werden.
H.J. Warnecke H.-J. Bullinger
Vorwort
Die vorliegende Arbeit entstand wah rend meiner Tatigkeit als wissenschaftlicher Mit
arbeiter am Fraunhofer-Institut fUr Produktionstechnik und Automatisierung (IPA),
Stuttgart.
Mein besonderer Dank gilt Herrn Prof. Dr.-Ing. h.c. mult. H.-J. Warnecke, Prasident
der Fraunhofer Gesellschaft, fUr seine groBzugige UnterstUtzung und Ferderung, die
zur erfolgreichen DurchfUhrung dieser Arbeit beigetragen hat.
Herrn Prof. Dr.-Ing. K. Langenbeck danke ich fUr die Obernahme des Mitberichts und
die eingehende Durchsicht der Arbeit.
Bedanken mechte ich mich bei Herrn Prof. Dr.-Ing. R.-D. Schraft und Herrn Dr.-Ing.
M. Schweizer, bei allen Kolleginnen und Kollegen sowie Studenten, die mich am
Institut durch ihre konstruktive Mitarbeit unterstUtzt haben. Vor all em die Zusammen
arbeit mit Herrn Dr.-Ing. T. Leicht, Herrn Dipl.-Ing. G. Vegele und Frau Dipl.-Ing. (FH)
A. Hasenclever hat mir viel bedeutet.
Meiner Familie und ganz besonders meiner Frau Evelyn danke ich fUr das Ver
standnis, mit dem sie das Entstehen dieser Arbeit begleitet haben.
Heimerdingen, Marz 1995 Thomas Weisener
INHALT SVERZEICHNIS
Seite
0 Abkurzungen und Formelzeichen 12
Einleitung 17
1.1 Problemstellung 17
1.2 Zielsetzung und Vorgehensweise 18
2 Ausgangssituation 20
2.1 Begriffe und Definitionen 20
2.2 Stand der Technik 22
2.2.1 Herstellung geformter Schlauche 22
2.2.2 Formgedachtnislegierungen 25
3 Anaillse der Fertigungsaufgabe uhd Ableitung von Anforderungen
an die automatisierte Herstellung geformter Schlauche mit
Formdomen aus Formgedachtnislegierung 28
3.1 Analyse der Fertigungsaufgabe 28
3.1.1 Produktspektrum 28
3.1.2 Geometrie geformter Schlauche 29
3.1.3 Toleranzen geformter Schlauche 32
3.1.4 Parameter der Fertigungsvorgange 33
3.1.5 Automatisierung der Herstellung geformter Schlauche 34
3.1.6 Auswahl eines geeigneten Legierungssystems fUr Formdome 35
3.1.7 Fazit der Analyse 37
3.2 Anforderungen an ein Verfahren zur automatischen Herstellung
geformter Schlauche mit Formdomen aus Formgedachtnislegierung 38
3.2.1 Teilfunktionen der Herstellung geformter Schlauche 38
3.2.2 Anforderungen an das Gesamtsystem 38
3.2.3 Anforderungen an die Teilsysteme 39
3.2.3.1 Anforderungen an das Formgebungssystem 39
3.2.3.2 Anforderungen an das Fugesystem 40
-10-
4 Theorie des Formgebungs-und FugeQrozesses 41
4.1 Theorie des Formgebungsprozesses 42
4.2 Theorie des Fugeprozesses 47
5 KonzeQtion der Teilsllsteme des Formgebungs- und FugeQrozesses 49
5.1 Randbedingungen der Systemkonzeption 49
5.2 Konzeption Formgebungssystem 49
5.2.1 Wirkungsmechanismen Werkstoffsystem 49
5.2.2 Formdorn 50
5.2.3 Formdornerwarmung 52
5.3 Konzeption Fugesystem 54
5.3.1 Fugekinematik 54
5.3.2 Richttechnik 55
5.3.3 Reibkraftreduzierung 55
5.4 Integration zum Gesamtsystem 56
6 Entwicklung des Formgebungs- und Fugesllstems 57
6.1 Thermodynamische Untersuchung 57
6.1.1 Temperaturfeldbestimmung im Formgebungssystem 58
6.1.2 Ergebnis der thermodynamischen Simulation 60
6.2 Herstellung von Biegeversuchsproben 63
6.2.1 Korrektur der Dornprobenform 64
6.2.2 Entwicklung eines Korrekturverfahrens 66
6.3 Werkstofftechnische Untersuchung 67
6.3.1 Versuchsaufbau und -ablauf 67
6.3.2 Untersuchung der EinflOsse ausgewahlter Parameter 70
6.3.2.1 Ausgangsdehnung 70
6.3.2.2 Warmebehandlungstemperatur 71
6.3.2.3 Auffutterung und Ruckstellkratte 73
6.4 Entwicklung des Fugesystems 74
6.4.1 Versuchsaufbau 74
6.4.2 Experimentelle Untersuchung der Fugekrafte 74
-11 -
7 Erprobung im Gesamtsystem 76
7.1 Auswahl des Versuchsmusters und Ablauf des Fertigungsversuchs 76
7.2 Aufbau der Fertigungsversuches 76
7.2.1 Gesamtaufbau 76
7.2.2 Teilsysteme 77
7.2.2.1 Formdornsystem 77
7.2.2.2 FGgesystem 77
7.3 Versuchsergebnisse 78
7.3.1 Effektstabilitat 78
7.3.2 ProzeBzeiten 80
7.3.3 Fehlerbetrachtung 80
7.4 Foigerung aus den Versuchen 81
8 Zusammenfassung und Ausblick 82
9 Schrifttum 84
