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Wirtschaftlichkeit in der Konstruktion 2.2 Hinweise für den Konstrukteur Funktionssicherheit und Fertigungskosten Der Schweißkonstrukteur ist die Fachkraft für die Berechnung und Gestaltung von Schweißkonstruktionen. Vor allem die Funktionssicherheit und die Fertigungskosten werden ganz entscheidend durch eine richtige, beanspruchungsgerechte schweißtechnische Ausführung bestimmt. Konstruieren ist das vorwiegend schöpferische, auf Wissen und Erfahrung gegründete und optimale Lösungen anstrebende Vorausdenken technischer Erzeugnisse, Ermitteln ihres funktionellen und strukturellen Aufbaus und Schaffung fertigungsreifer Unterlagen sowie für technische Probleme optimale Lösungen zu finden und dafür fertigungsreife Unterlagen zu schaffen. Ziel des Konstruierens ist damit die optimale Lösung.

Herstellung, Gebrauch und Entsorgung Die optimale Lösung ist erreicht, wenn sie alle Anforderungen bezüglich Herstellung, Gebrauch und Entsorgung erfüllt und zudem wirtschaftlich, also kostengünstig ist. Damit gilt: Optimale Herstellbarkeit liegt vor, wenn die Bauteile so gestaltet sind, dass sie mit minimalem Kosten- und Zeitaufwand gefertigt und montiert werden können. Optimale Funktionserfüllung liegt vor, wenn die notwendigen Funktionen unter den vorgegebenen Bedingungen (z.B. Belastungen, Klima, Umweltverträglichkeit) erfüllt sind. Optimale Entsorgung gewinnt mit zunehmenden Kosten für Rohstoffe und Entsorgung an Bedeutung. Im Konstruktionsprozess wird sie durch recyclinggerechtes Gestalten berücksichtigt.

Konstruktive Gestaltung des zu schweißenden Bauteils Beim fertigungsgerechten Konstruieren sind verschiedene Fragestellungen zu beachten: Gibt es Alternativen bei der Bauteilgestaltung, zum Fertigungsverfahren oder zum Werkstoff? Sind Forderungen an die Makro- und Mikrogeometrie gerechtfertigt bzw. umsetzbar und prüfbar? Ist Transport bzw. Montage möglich? Das Verhalten eines Werkstoffs beim Schweißen ist keine reine Werkstoffeigenschaft, sondern wird u.a. von dem angewandten Schweißverfahren, vom eingesetzten Zusatzwerkstoff sowie von der konstruktiven Gestaltung des zu schweißenden Bauteils bestimmt.

Die konstruktive Gestaltung des Bauteils Die Wahl des Werkstoffs hängt von den geforderten mechanischen, physikalischen und chemischen Eigenschaften ab. Der Werkstoff hat also der zu erwartenden Betriebsbeanspruchung in der gewählten Konstruktion gerecht zu werden. Die konstruktive Gestaltung des Bauteils muss so ausgeführt werden, dass bei dem gewählten Werkstoff das vorgesehene Schweißverfahren anwendbar ist. Dies wiederum beeinflusst sowohl die konstruktive Gestaltung des Bauteils als auch die Eigenschaften des Werkstoffs. Bei den meisten Konstruktionsaufgaben stehen also mehrere Kriterien im Widerspruch. Daher geht es beim Konstruieren immer um Kompromisse. Beim heutigen Wettbewerbsdruck der Unternehmen und immer krasser werdenden Terminvorstellungen der Kunden wird das Ausbalancieren dieser Kompromisse zu einer ständigen Gratwanderung.

Anforderungsprofil für einen Konstrukteur Ein guter Konstrukteur muss daher die oben genannten Kriterien und Regeln nicht nur ungefähr kennen, sondern er muss präzise abschätzen können, welche Folgen zu erwarten sind, wenn er diese Regeln verletzt. Mit folgender Checkliste lässt sich ein Anforderungsprofil für einen Schweißkonstrukteur formulieren: Abb. 2: Checkliste Anforderungsprofil an den Schweißkonstrukteur


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Weitere Hinweise

Hinweise für Schweißnahtanordnungen Drucktragende Schweißnähte müssen wenigstens einmal im Zuge der Fertigung mit dem jeweils vorgesehenen Prüfverfahren geprüft werden können. Bei der Gestaltung ist zu berücksichtigen, dass einseitig geschweißte Nähte schwierig zu beurteilen sein können. Daraus lässt sich eine Forderung für günstige Nahtanordnungen ableiten: Stumpfnähte statt Kehlnähte. Konstruktionen unter vorwiegend ruhender Beanspruchung verzeihen in der Regel Kerben, weil Grund- und Zusatzwerkstoff an Stellen mit örtlich hohen Spannungen plastizieren können („es fließt sich zurecht“). Aber: Viele Konstruktionen sind nur „vorwiegend“ ruhend beansprucht, d.h., sie dürfen zwar in der Berechnung wie „ruhend“ behandelt werden, sind aber dennoch Veränderungen in der Belastung unterworfen („dynamische Belastung“). Das gilt z.B. für alle Bauwerke oder Bauteile, die dem natürlichen Wind ausgesetzt sind. Konstruktive Empfehlung: statisch rechnen, „dynamisch“ konstruieren. Konstruktive Regel für „dynamisch“, d.h. ermüdend beanspruchte Bauteile: Stumpfstöße statt Überlappstöße möglichst nur Stumpfnähte (DHV-Nähte), keine (Doppel-)Kehlnähte vorsehen alle Querschnittsübergänge 1 : 4 abschrägen 3) Abb. 3: Schweißnahtformen in Abhängigkeit von der Beanspruchung


Eigenspannungen Als Eigenspannungen bezeichnet man Spannungen, die im Inneren eines Körpers vorhanden sind, ohne dass von außen eine Kraft einwirkt. Eigenspannungen entstehen z.B.: beim Umformen (kalt Abkanten) beim Umwandeln von Austenit in Ferrit oder Martensit (z.B. beim Meißelhärten) bei ungleichmäßigen Abkühlbedingungen Beim Schweißen entstehen Eigenspannungen, wenn sich die erhitzten Bereiche des Werkstoffs beim Abkühlen nicht ungehindert verformen können. Je mehr an einem Bauteil geschweißt wird, desto mehr Eigenspannungen werden erzeugt. 3)

vgl. www.peterknoedel.de © 2011 WEKA MEDIA GmbH & Co. KG

Wirtschaftliches Konstruieren beim Schweißen  

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