Entwicklung und Optimierung eines additiv hergestellten Werkzeugs zur automatisierten Umhüllung von Leitungssätzen unter Verwendung der statistischen Versuchsplanung

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

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.