Anfangs wird durch die Analyse der technischen Grundlagen und des Stands der Technik die Basis geschaffen. Zunächst werden die Themen Bordnetze, Dosiertechnik, additive Fertigung und die statistische Versuchsplanung näher behandelt. Deren Systematik findet Anwendung in den Versuchsreihen des methodischen Teils. Nachfolgender Schritt behandelt vertiefend den Stand der Erkenntnisse der vorherigen Forschungsarbeiten, da diese als Ausgangsbasis vorliegender Arbeit dienen. Des Weiteren können durch diese Analyse der Handlungsbedarf und die Zielsetzung dieser Arbeit definiert werden. Anschließend wird im Methodenteil das Grundlagenwissen in den Kontext des erarbeiteten Handlungsbedarfes gesetzt. Einleitend wird die Wahl eines additiven Fertigungsverfahrens als Herstellungsprozess für das Werkzeug in Frage gestellt. Darauffolgend werden zwei Versuchsreihen, unterteilt in vier weitere Teilschritte, durchgeführt. Ziel der zweifachen Durchführung ist, Ergebnisse der ersten Versuchsreihe in die Zweite einfließen zu lassen, um darauf aufbauende Forschungsergebnisse zu erhalten. Anschließend werden die Erkenntnisse, Erfahrungswerte und Ergebnisse der beiden Versuchsreihen zusammengefasst und ein Fazit formuliert. Dieses beinhaltet zunächst die Rückführung auf realitätsnahe Schlussfolgerungen, Vorschläge für weitere Forschungsarbeiten sowie einen Zukunftsausblick.
Inhaltsverzeichnis
1 EINLEITUNG
2 TECHNISCHE GRUNDLAGEN
2.1 Die Fertigung und die Anforderungen von Bordnetzen
2.1.1 Bordnetze
2.1.2 Die Montage eines Kabelsatzes
2.1.3 Anforderungen an die Kabelsatzumhüllung
2.2 Dosiertechnik
2.2.1 Definition von Dosiertechnik
2.2.2 Dosieren im Kontext der Kabelsatzumhüllung
2.3 Additive Fertigung
2.3.1 Definition der additiven Fertigung
2.3.2 Prozessabfolge additiver Fertigungsverfahren
2.3.3 Einteilung der additiven Fertigungsverfahren
2.4 Statistische Versuchsplanung
2.4.1 Ausgangssituation und Untersuchungsziel
2.4.2 Festlegung der Parameter und Faktoren
2.4.3 Aufstellung des Versuchsplans
2.4.4 Durchführung der Versuche
2.4.5 Auswertung der Versuchsergebnisse
3 BISHERIGE VERSUCHSREIHEN
3.1 Versuchsaufbau
3.2 Versuchsablauf
4 HANDLUNGSBEDARF UND ZIELSETZUNG
5 FERTIGUNG DER DÜSE
5.1 Vorteile der additiven Fertigung
5.2 Das angewandte additive Fertigungsverfahren
5.3 Material des Werkzeuges
5.4 Hardware
5.5 Software
5.6 Wirtschaftliche Prüfung des gewählten Verfahrens
6 VORUNTERSUCHUNG
6.1 Ausgangssituation und Untersuchungsziel
6.2 Festlegung der Parameter und Faktoren
6.2.1 Eingangsgrößen
6.2.2 Störgrößen
6.2.3 Steuergrößen
6.2.4 Zielgrößen
6.3 Aufstellung des Versuchsplans
6.4 Durchführung der Versuche
6.5 Auswertung der Versuchsergebnisse
6.6 Fazit der Voruntersuchung
7 HAUPTUNTERSUCHUNG
7.1 Ausgangssituation und Untersuchungsziel
7.2 Festlegung der Parameter
7.2.1 Eingangsgrößen
7.2.2 Störgrößen
7.2.3 Steuergrößen
7.2.4 Zielgrößen
7.3 Aufstellung des Versuchsplans
7.4 Durchführung der Versuche
7.5 Auswertung der Versuchsergebnisse
7.5.1 Auswertung des ersten Versuchssystems (DOWSIL™ 732/ zweiadrig)
7.5.2 Auswertung des zweiten Versuchssystems (Poly Max/ zweiadrig)
7.5.3 Auswertung des dritten Versuchssystems (DOWSIL™ 732 / siebenadrig)
7.5.4 Auswertung des vierten Versuchssystems (Poly Max/ siebenadrig)
7.6 Fazit der Hauptuntersuchung
8 VERBESSERUNGSVORSCHLÄGE UND KRITISCHE DISKUSSION
9 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit zielt darauf ab, ein automatisiertes Konzept zur Umhüllung von Kabelsätzen zu entwickeln, wobei der Fokus auf der Optimierung eines additiv hergestellten Werkzeugs (Dosierdüse) liegt, um durch statistische Versuchsplanung verbesserte Umhüllungsergebnisse zu erzielen und der industriellen Automatisierung näherzukommen.
- Automatisierung der Bordnetzfertigung
- Optimierung von 3D-gedruckten Dosierdüsen
- Statistische Versuchsplanung (Design of Experiments)
- Einfluss von Prozessparametern auf die Umhüllungsqualität
- Bewertung von Geometrie und Prozessstabilität
Auszug aus dem Buch
Die Fertigung und die Anforderungen von Bordnetzen
Die Bezeichnung des Bordnetzes eines Automobils als „automobiles Nervensystem“ [30] verschafft einen Eindruck der großen Bedeutung und die gleichzeitige Komplexität dieses Systems. So ist das Bordnetz für das Fahrzeug im Vergleich mit dem Nervensystem eines Lebewesens gleichzusetzen [5]. Wie ein Nervensystem übernimmt das Bordnetz simultan viele verschiedene Funktionen. Aufgrund von neuen technologischen Möglichkeiten stieg dessen Komplexität und Ausmaß über die Jahre hinweg immer mehr an und steigt auch weiterhin. Der Aufgabenbereich eines Bordnetzes erstreckt sich über die grundlegende Funktion der zielgerichteten Fortbewegung, der Realisierung von Komfortfunktionen für die Insassen bis hin zu Entertainment- und Assistenzanwendungen [30]. Hierfür übernimmt das Bordnetz sowohl die Stromversorgung als auch den Informationsfluss der verbauten Elemente und Steuergeräte [31]. Zusammengefasst ist es für das Management von Signalen und Energien verantwortlich.
Die fortwährende Entwicklung des Bordnetzes lässt sich einerseits sehr gut an der Zunahme der Bordnetzspannung von zunächst 6V auf 12V und nun, im Kontext der Elektroautomobilität, auf 48V feststellen. Andererseits steigt in Folge dessen schlichtweg auch der physische Umfang des Bordnetzes von anfänglichen 40 Leitungen und 60 Kontakte auf bis zu 1000 – 4000 Leitungen, einer Länge von bis zu 6000 Meter und einem Gewicht von bis zu 60 kg [30]. Somit ist das Bordnetz nun auf Platz 1 der teuersten und schwersten Zukaufteile der Automobilindustrie [5]. Zusätzlich ist das Bordnetz in der Automobilbranche kein gleichbleibendes System, sondern variiert aufgrund des hohen Individualisierungsgrad stark. So entstehen mehrere Milliarden Varianten des Kabelsatzes nach den jeweiligen Kundenspezifikationen. Ein Kabelsatz, synonym Kabelbaum, besteht aus einem Verbund aus Kabeln. Ein Kabel wiederum ist ein Verbund aus Adern, welche Energie und Signale transportieren. So entsteht aus mehreren Kabelbäumen in Kombination mit weiterer Elektronik ein Bordnetz, welches in ein technisches System integriert wird [12, 45].
Zusammenfassung der Kapitel
1 EINLEITUNG: Einführung in die Bordnetzproblematik und Vorstellung der Forschungsarbeit sowie der angewandten Methodik zur Optimierung der Umhüllungsdüse.
2 TECHNISCHE GRUNDLAGEN: Vermittlung von theoretischem Wissen zu Bordnetzen, Dosiertechnik, Additiver Fertigung und statistischer Versuchsplanung als Basis für die weiteren Untersuchungen.
3 BISHERIGE VERSUCHSREIHEN: Analyse der am Lehrstuhl FAPS durchgeführten Vorarbeiten und des vorhandenen Versuchsaufbaus, welcher als Ausgangspunkt für die Optimierung dient.
4 HANDLUNGSBEDARF UND ZIELSETZUNG: Definition der Ziele zur Entwicklung eines automatisierten Umhüllungskonzepts und Ableitung konkreter Gestaltungsrichtlinien für die Dosierdüse.
5 FERTIGUNG DER DÜSE: Detaillierte Betrachtung der additiven Fertigung (FLM), der Materialwahl (PLA), der verwendeten Hardware und Software sowie der wirtschaftlichen Bewertung des Herstellungsprozesses.
6 VORUNTERSUCHUNG: Durchführung der ersten Versuchsreihe unter Variation von Parametern der inneren Geometrie und Auswertung der Ergebnisse hinsichtlich Schichtdicke, Gleichmäßigkeit und Konzentrizität.
7 HAUPTUNTERSUCHUNG: Erweiterte Versuchsreihe unter Einsatz neuer Materialien und Leitungssatzdurchmesser, inklusive der Implementierung einer Pinole zur Verbesserung der Materialzuführung.
8 VERBESSERUNGSVORSCHLÄGE UND KRITISCHE DISKUSSION: Reflexion der Ergebnisse und Diskussion möglicher Optimierungsmaßnahmen für das Werkzeugkonzept sowie den Versuchsaufbau.
9 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK: Zusammenfassende Bewertung der erreichten Ziele und Ausblick auf zukünftige Forschungsnotwendigkeiten, insbesondere bezüglich der Umhüllung von Knotenpunkten.
Schlüsselwörter
Bordnetz, Kabelbaum, Umhüllung, Automatisierung, Dosiertechnik, Additive Fertigung, Fused Layer Modelling, Statistische Versuchsplanung, Design of Experiments, Polylactid, Dosierdüse, Pinole, Prozessoptimierung, Schichtdicke, Konzentrizität
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der Automatisierung der Kabelsatzumhüllung im Bordnetz eines Fahrzeugs durch die Entwicklung und Optimierung eines additiv gefertigten Werkzeugs.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Zu den Kerngebieten zählen die Bordnetzfertigung, der Einsatz von 3D-Druck (FLM-Verfahren) im Rapid Tooling, Dosiertechnik und statistische Methoden zur Versuchsplanung.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das Ziel ist die Optimierung einer Dosierdüse, um eine kontinuierliche, lückenlose und gleichmäßige Umhüllung von Kabelsätzen zu erreichen und somit den Automatisierungsgrad in der Kabelbaumfertigung zu erhöhen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit nutzt die statistische Versuchsplanung (Design of Experiments), um systematisch den Einfluss verschiedener Geometrieparameter des Werkzeugs auf die Zielgrößen Schichtdicke, Gleichmäßigkeit und Konzentrizität zu untersuchen.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in eine Voruntersuchung und eine Hauptuntersuchung, in denen durch iterative Anpassungen der Werkzeuggeometrie (z.B. Einbau einer Pinole) und durch Variation von Prozessparametern die Umhüllungsqualität verbessert wird.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Bordnetz, Automatisierung, Additive Fertigung, Dosiertechnik, Statistische Versuchsplanung, Dosierdüse und Schichtdicke sind entscheidende Begriffe der Forschungsarbeit.
Warum ist das gewählte 3D-Druckverfahren für die Düsenfertigung vorteilhaft?
Das Fused Layer Modelling ermöglicht eine schnelle, kosteneffiziente und flexible Herstellung komplexer Werkzeuggeometrien, was besonders bei iterativen Optimierungsprozessen im Rahmen der Versuchsreihen von Vorteil ist.
Welchen Einfluss hatte die Integration einer Pinole auf das Ergebnis?
Die Integration einer Pinole führte in der Hauptuntersuchung zu einer verbesserten, gleichmäßigeren Materialzuführung und trug somit maßgeblich dazu bei, die problematische ungleichmäßige Umhüllung im unteren Bereich des Kabelsatzes zu reduzieren.
Warum ist die Umhüllung von Knotenpunkten weiterhin eine Herausforderung?
Die Umhüllung von Knotenpunkten erfordert aufgrund der komplexen Geometrie und der Problematik der Kabel-Fixierung spezielle Werkzeuganpassungen, die über das aktuelle, für lineare Abschnitte optimierte Konzept hinausgehen.
- Citar trabajo
- Felix Burgahn (Autor), 2019, Entwicklung und Optimierung eines additiv hergestellten Werkzeugs zur automatisierten Umhüllung von Leitungssätzen unter Verwendung der statistischen Versuchsplanung, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1170678
