TY - THES

T1 - Leichtbau von Fräsvorrichtungen

AU - Sauseng, Josef

N1 - gesperrt bis 28-02-2027

PY - 2022

Y1 - 2022

N2 - Hohe Massen von Vorrichtungen, welche auf der Forderung nach einer großen Funktionalität und Flexibilität beruhen, führen zu Herausforderungen bei der hochdynamischen Fräsbearbeitung. Im Rahmen dieser Arbeit wurden daher Leichtbauansätze hinsichtlich ihrer Praktikabilität für den Vorrichtungsbau untersucht. Nach der einleitenden Literaturrecherche zu Vorrichtungen und Leichtbaustrategien wurde eine exemplarische Vorrichtung für die Fräsbearbeitung eines Schmiedeteils hinsichtlich ihres Leichtbaupotentials optimiert. Die fünf Leichtbaustrategien dienen als Leitlinie der beschriebenen Ansätze. Beim Bedingungsleichtbau wurde ein systematisches Abwiegen der Anforderungen als Schlüssel zur erfolgreichen Gewichtsminimierung gefunden. Die Überlegungen zum Konzeptleichtbau ergaben, dass ein konsequentes Abstimmen mit der Bearbeitungsstrategie zu einer optimalen Wahl und Positionierung verfügbarer Spannelemente führt. Im Zuge des Stoffleichtbaus wurden eine hohe statische und dynamische Steifigkeit als auch ein großes Dämpfungsvermögen als die essentiellen Forderungen an eine Vorrichtungsstruktur beschrieben. Sowohl niedriglegierte Stähle als auch Mineralguss wurden als geeignete Werkstoffe gefunden. Die im Rahmen des Formenleichtbaus durchgeführte Topologieoptimierung zeigte, dass durch gezielte Verringerung des Materialeinsatzes an ausgewählten Stellen und eine kraftflussgerechte Gestaltung das Gewicht in großem Umfang gesenkt werden kann. Bei den Betrachtungen des Fertigungsleichtbaus wurde eine verrippte Schweißstruktur mit Mineralgussfüllung als optimale Lösung für eine gewichtsparende Konstruktion des Vorrichtungsgrundkörpers gefunden. Durch die Optimierung wurde die Masse der Vorrichtung um 67 % gesenkt. Darüber hinaus konnten sowohl die statische als auch die dynamische Steifigkeit erhöht werden und das Dämpfungsvermögen gesteigert werden. Ausgehend von den beschriebenen Leichtbauansätzen konnte ein Empfehlungskatalog mit 14 allgemeinen Punkten für die zukünftige Gestaltung leichter und kostengünstiger Vorrichtungen abgeleitet werden.

AB - Hohe Massen von Vorrichtungen, welche auf der Forderung nach einer großen Funktionalität und Flexibilität beruhen, führen zu Herausforderungen bei der hochdynamischen Fräsbearbeitung. Im Rahmen dieser Arbeit wurden daher Leichtbauansätze hinsichtlich ihrer Praktikabilität für den Vorrichtungsbau untersucht. Nach der einleitenden Literaturrecherche zu Vorrichtungen und Leichtbaustrategien wurde eine exemplarische Vorrichtung für die Fräsbearbeitung eines Schmiedeteils hinsichtlich ihres Leichtbaupotentials optimiert. Die fünf Leichtbaustrategien dienen als Leitlinie der beschriebenen Ansätze. Beim Bedingungsleichtbau wurde ein systematisches Abwiegen der Anforderungen als Schlüssel zur erfolgreichen Gewichtsminimierung gefunden. Die Überlegungen zum Konzeptleichtbau ergaben, dass ein konsequentes Abstimmen mit der Bearbeitungsstrategie zu einer optimalen Wahl und Positionierung verfügbarer Spannelemente führt. Im Zuge des Stoffleichtbaus wurden eine hohe statische und dynamische Steifigkeit als auch ein großes Dämpfungsvermögen als die essentiellen Forderungen an eine Vorrichtungsstruktur beschrieben. Sowohl niedriglegierte Stähle als auch Mineralguss wurden als geeignete Werkstoffe gefunden. Die im Rahmen des Formenleichtbaus durchgeführte Topologieoptimierung zeigte, dass durch gezielte Verringerung des Materialeinsatzes an ausgewählten Stellen und eine kraftflussgerechte Gestaltung das Gewicht in großem Umfang gesenkt werden kann. Bei den Betrachtungen des Fertigungsleichtbaus wurde eine verrippte Schweißstruktur mit Mineralgussfüllung als optimale Lösung für eine gewichtsparende Konstruktion des Vorrichtungsgrundkörpers gefunden. Durch die Optimierung wurde die Masse der Vorrichtung um 67 % gesenkt. Darüber hinaus konnten sowohl die statische als auch die dynamische Steifigkeit erhöht werden und das Dämpfungsvermögen gesteigert werden. Ausgehend von den beschriebenen Leichtbauansätzen konnte ein Empfehlungskatalog mit 14 allgemeinen Punkten für die zukünftige Gestaltung leichter und kostengünstiger Vorrichtungen abgeleitet werden.

KW - Leichtbau

KW - Vorrichtungen

KW - Spannvorrichtungen

KW - Zerspanen

KW - Fräsen

KW - Lightweight design

KW - fixtures

KW - clamping fixtures

KW - machining

KW - milling

M3 - Masterarbeit

ER -