Die vorliegende Arbeit trägt zur Erweiterung des Wissensstandes von geeigneten Spanntechnologien bei, um die Einführung des Rührreibschweißverfahrens in die Großkomponentenmontage der Luftfahrtindustrie zu erleichtern. Dabei werden die beim Rührreibschweißen auftretenden Kräfteverhältnisse mit Fokus auf dünnwandige Komponenten und das jeweils eingesetzte Spannsystem ermittelt und bewertet. Mit einer eigens programmierten thermo-mechanischen FEM-Simulation werden zudem Rückschlüsse auf das Verzugsverhalten gezogen, Möglichkeiten der Verzugsreduzierung untersucht sowie die im Prozess herrschenden Einspannkräfte berechnet. Zusammen mit der Simulation der auftretenden Bauteilverzüge, Reaktionskräfte und einer Toleranzstudie werden so Empfehlungen zur Gestaltung neuartiger Spanntechniken für die Großkomponentenmontage der Luftfahrt gegeben. Die erzielten Ergebnisse dienen weiterhin als Grundlage für die Entwicklung einer neuartigen Spanntechnik, welche im Rahmen der vorliegenden Arbeit vorgestellt wird.
Aktualisiert: 2023-06-01
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Bei der Bearbeitung dünnwandiger Bauteile werden während des Fräsprozesses durch den Zahneingriff Festkörperschwingungen im Werkstück induziert, welche in Form von Biege- und Torsionsschwingungen auftreten. Diese können das Bearbeitungsergebnis hinsichtlich Formgenauigkeit und Oberflächengüte negativ beeinflussen und sind deshalb besonders bei Schlichtprozessen zu reduzieren, um teure und aufwändige Nacharbeiten zu vermeiden.
Die Werkstückspanntechnik bietet aufgrund ihrer Lage im Kraftfluss Potential zur Dämpfung von Bauteilschwingungen. Bisherige Arbeiten fokussieren auf aufwändige aktiv geregelte Systeme oder passiv dämpfende Spanntechnik, welche keine Einstellbarkeit der Dämpfungswirkung erlauben. Die vorliegende Arbeit hingegen untersucht einen semi-passiven Ansatz zur Dämpfung und Beeinflussung von Bauteilschwingungen dünnwandiger Bauteile mittels Werkstückdirektspannung. Durch die Einstellbarkeit der axial auf einen mit dem Werkstück verbundenen Spannbolzen wirkenden Einzugskraft und der radial wirkenden Hydrodehnspannung werden die Schwingungseigenschaften des Bauteils hinsichtlich Eigenfrequenz, Dämpfung sowie dynamische Nachgiebigkeit beeinflusst. Anhand eines Funktionsmusters mit Demonstratorbauteil kann gezeigt werden, dass durch die Hydrodehnspannung eine dreifach höhere Dämpfung der Biegemode erzielt wird. Durch die zusätzliche Optimierung der Fuge zwischen Bauteil und Spannmittel wird ein Dämpfungsgrad von bis zu 6 % erreicht. Anhand eines Vorhersagemodells wird untersucht, inwiefern eine bauteilunabhängige Vorhersage der Dämpfungsgrade in Abhängigkeit der Spannkräfte möglich ist. Aus den gewonnenen Erkenntnissen werden abschließend Gestaltungsrichtlinien für die Umsetzung von Werkstückdirektspannungssystemen mit Hydrodehnspanntechnik abgeleitet.
Aktualisiert: 2023-02-16
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Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) eröffnen neue Möglichkeiten zur Gewichtsreduzierung für hochbelastete Bauteile in zahlreichen Industriesegmenten. Zur Ermöglichung der zahlreichen Anwendungen muss innerhalb der Prozesskette auch die Bohrungsbearbeitung und die Spanntechnik zur Vermeidung von Schädigungen beherrscht werden.
Das Ziel dieser Arbeit besteht in der Entwicklung einer neuen Bearbeitungsstrategie, die Schädigungen bei der Bohrungsbearbeitung von CFK reduziert und zusätzlich die Werkzeugstandzeit erhöht. Zur Realisierung dieses Ziels wird die Vorschubgeschwindigkeit dynamisch in Abhängigkeit des Verschleißzustandes des Bohrers angepasst, um vordefinierte Eingriffsverhältnisse zwischen der Schneidkante und dem Werkstück konstant zu halten. Die Ergebnisse zeigen, dass die Werkstückschädigungen geringer sind, wenn Eingriffsverhältnisse eingestellt werden, bei denen der Vorschub je Zahn senkrecht zur Schneidkante größer ist als der aktuelle Schneidkantenverschleiß. Zudem wird mit einer Variation der Eingriffsverhältnisse die Möglichkeit der Selbstschärfung der Schneidkanten untersucht.
Mit den Untersuchungen der Spanntechnik konnte festgestellt werden, dass unterhalb eines werkstoffspezifischen Einspannabstandes keine Verschlechterung der Qualität entsteht. In weiteren Untersuchungen wurde die Variation der Bohrungsparameter aufgrund der Durchbiegung des Bauteils untersucht. Diese Untersuchungen zeigen, dass der tatsächliche Vorschub je Zahn in den unterschiedlichen Bohrungsphasen nicht konstant ist.
Zuletzt wird mit der Kombination der Methode der dynamischen Vorschubanpassung und der Spanntechnik eine Vorgehensweise vorgestellt, die die Einhaltung des voreingestellten Vorschubs je Zahn unabhängig von der aktuellen Durchbiegung des Bauteils ermöglicht.
Aktualisiert: 2020-12-08
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Die vorliegende Arbeit trägt zur Erweiterung des Wissensstandes von geeigneten Spanntechnologien bei, um die Einführung des Rührreibschweißverfahrens in die Großkomponentenmontage der Luftfahrtindustrie zu erleichtern. Dabei werden die beim Rührreibschweißen auftretenden Kräfteverhältnisse mit Fokus auf dünnwandige Komponenten und das jeweils eingesetzte Spannsystem ermittelt und bewertet. Mit einer eigens programmierten thermo-mechanischen FEM-Simulation werden zudem Rückschlüsse auf das Verzugsverhalten gezogen, Möglichkeiten der Verzugsreduzierung untersucht sowie die im Prozess herrschenden Einspannkräfte berechnet. Zusammen mit der Simulation der auftretenden Bauteilverzüge, Reaktionskräfte und einer Toleranzstudie werden so Empfehlungen zur Gestaltung neuartiger Spanntechniken für die Großkomponentenmontage der Luftfahrt gegeben. Die erzielten Ergebnisse dienen weiterhin als Grundlage für die Entwicklung einer neuartigen Spanntechnik, welche im Rahmen der vorliegenden Arbeit vorgestellt wird.
Aktualisiert: 2023-03-31
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