Die funktionsorientierte Messtechnik ist gegenwärtig für die Optimierung von Herstellung und Endbearbeitung thermisch gespritzter, tribologisch belasteter Kontakte unterrepräsentiert. Obwohl sich das Leitmotiv „Messen, Analysieren und Verbessern“ wie ein roter Fa-den durch gängige Standards (ISO/TS 16949, VDA 6.1, …) zieht, werden kaum effektive Verbesserungspotenziale identifiziert und industriell umgesetzt. In der Praxis wird vor allem die Stückzahl von fehlerbehafteten Teilen mittels statistischer Methoden gesteuert und geregelt (IPC 9199/DGQ-Band 16). Werden Fehlerzustandspopulationen in Softwaresystemen auf solche Weise identifiziert, verifiziert und mitigiert, so spricht man gem. IEC 62304 von Black-Box-Testing. Solange der Ertrag stimmt, steht die Zahl nicht zurückweisbarer Güter im Vordergrund und nicht, ob die Ereignisse im Produktentstehungsprozess beherrschten Regeln folgen. Im Gegensatz hierzu steht das sog. White-Box-Testing. Es bietet die Möglichkeit, Qualität nach DIN 55350 Teil 11 (sowie DIN ISO 9126) entlang aller Hilfs-, Stütz-, Wertschöpfungs- und Nutzungsvorgängen der Produkte konsistent zu behandeln. Das White-Box-Testing wird in der Fertigung von tribologischen Kontakten jedoch bisher nicht angewendet. In der vorliegenden Arbeit wird aufgezeigt, warum dieser Ansatz bei erstmaliger Implementierung zwar aufwändiger, umfassender Analysen bedarf, über das veränderte Leitmotiv im Gesamten jedoch die Erfolgsaussichten von Optimierungsinitiativen steigert. „Wie etwas Positives funktioniert“ wird dabei alternativ zur Frage, „wie etwas Schlechtes“ zu verhindern ist, behandelt. Über die Methodik hinaus werden konkrete Werk-zeuge vorgeschlagen, funktionsorientierte Konformitätszustände über den Fingerabdruck der Werkstoffbelastung zu identifizieren, in smarten und vernetzten Mess- und Prüfketten zu überwachen, zu regeln sowie mittels Leistungskennzahlen zu beurteilen.:1 EINLEITUNG UND MOTIVATION
1.1 Ausgangsituation
1.2 Allgemeine Bewertungskriterien der Zylinderlaufbahn
1.3 Beurteilungsformen fertigungstechnischer Aspekte
1.3.1 Verfahrensbeurteilung der Endbearbeitung und Herstellung
1.3.2 Beurteilung von Verfahrensanwendungen unter Gesichtspunkten industrieller Messtechnik
1.4 Zusamenfassung und Rezension existierender Konzepte zur Qualitätssicherung der technischen Oberfläche
2 FORSCHUNGSBEDARF UND THEMATISCHE EINGRENZUNG
2.1 Bestimmung des Untersuchungsgegenstandes
2.2 Problemstellung Anomalien thermisch gespritzter Zylinderlaufflächen in Serie und Vorserie
2.2.1 Konsekutive Phänomene der Materialauftragungen sowie Mikrofresser in motorischer Belastung und vorheriger Endbearbeitung
2.2.2 Beeinflusste Materialparameter durch Endbearbeitung und Auswirkungen auf die Laufstabilität/ Fressneigung
2.2.3 Limitierung in der Anwendung und Deutung genormter Parameter industrieller Oberflächenmesstechnik
2.3 Hypothesen und theoretischer Ansatz
2.4 White-Box-Ansatz zur funktionsorientierten Herstellung und Endbearbeitung
3 UMFELDANALYSE ZUR METHODENENTWICKLUNG
3.1 Einordnung existierender theoretischer Modelle und Konzepte
3.2 Tribologische Systemgrößen Zylinderlaufbahn im Betrieb und während der Endbearbeitung
3.2.1 Reibungsszustände
3.2.2 Verschleißmechanismen und -kenngrößen
3.2.3 Schmierung
3.2.4 Nutz- und Verlustgrößen, Tribologische Prüfungen
3.3 Gegenwärtige Gestaltung und Ausführung der Zylinderlaufbahn
3.3.1 Zylinderlaufbahnkonzepte
3.3.2 Einfluss moderner Konzepte der Kolbengruppe und der Schmierung
3.3.3 Topographie und abgeleitete Endbearbeitungskonzepte
3.3.4 Honen von Zylinderbohrungen
3.4 Tribologie der Endbearbeitung als Schlüssel zu funktionsgerechten Oberflächen
3.4.1 Abtragsvorgänge beim Honen und Superfinishen
3.4.2 Oberflächenanalytik zur Beschreibung von Abtragsmechanismen
3.4.3 Kraftdynamik in der Endbearbeitung
3.4.4 Kombinierte Technologie: Sensitives-adaptives Honen und Superfinishen
3.5 Thermisches Spritzen von Zylinderlaufflächen
3.5.1 Vorgänge des Werkstoffauftrags im Zuge des Thermischen Spritzens
3.5.2 Lichtbogendrahtspritzen, LDS
3.5.3 Zerstäubung und Spritzstrahlausprägung
3.5.4 Auftreffen und Erstarrung der Spritzpartikel im Schichtverbund
3.6 Werkstoffintegrität der LDS-Spritzschicht
4 ABLEITUNG UND FESTLEGUNG FUNKTIONSRICHTIGER MESSSTRATEGIE
4.1 Begründung und Verwertung des White-Box-Testing-Ansatzes
4.2 Werkstoffparameter funktionaler Oberflächen
4.2.1 Struktureigenschaften und Festigkeit
4.2.2 Physikalische und chemische Eigenschaften
4.3 Technische Oberfläche, lang- und kurzwellige Gestaltabweichungen
4.3.1 Skalenabhängige, geometrische Kontaktbedingungen
4.3.2 Meso- und Mikrokontakt der Zylinderlauffläche
4.4 Operationalisierung der Testhypothese
5 NUTZUNG MESSTECHNISCH RÜCKFÜHRBARER WECHSELWIRKUNGEN FÜR HERSTELLUNG UND ENDBEARBEITUNG
5.1 Funktionsorientierte, definierte Variation lokalisierter Fertigungsmerkmale
5.1.1 Endbearbeitung der Spritzschicht
5.1.2 Herstellung der Spritzschicht
5.1.3 Spezifikation und Verifikation varianter Merkmale der Laufbahn
5.2 Versuchseinrichtung und -bauteile zur Methodenentwicklung
5.2.1 Ausführung im Sinne des White-Box-Testings
5.2.2 Flachproben
5.2.3 Zylinder
6 ANWENDUNG FUNKTIONSORIENTIERTER WERKZEUGE IM
QUALITÄTSREGELKREIS
6.1 Verifikationsstrategie
6.2 Spezifische Merkmale der Werkstoffbelastung in Fertigung und Tribometrie
6.3 Fehlerinduktion, -Verifikation und -Behandlungsroutine im geschlossenen Qualitätsregelkreis
6.3.1 Charakterisierung zuordbarer Zylinderlaufbahnperformanceabweichungen
6.3.2 Rückverfolgbare Messkette von tribologischer Belastung über die Endbearbeitung bis zur Herstellung
6.3.3 Werkstoffintegrität als Einflussgröße in der Endbearbeitung und Tribometrie
6.4 Ermittlung von Leistungskennzahlen während der Fertigung mit Auswirkung auf das Verhalten bei tribologischer Prüfung zur Qualitätsregelung
7 ZUSAMMENFASSUNG UND FAZIT
8 LITERATURVERZEICHNIS
9 VERZEICHNIS DER ABBILDUNGEN UND TABELLEN
10 ANHANG
10.1 Messtechnische Grundlagen, Stichwortverzeichnis
10.2 Oberflächenunvollkommenheiten nach DIN EN ISO 8785
10.3 Weiterführende Ergebnisse der Analyse von Oberflächenunvollkommenheiten
10.4 Ausgewählte Ergebnisse im Zuge der Zusammenarbeit und Veröffentlichung Hick et al. 2018 [336] (nicht in der Form veröffentlichtes Material) / Function-oriented measurement technology is currently underestimated when it comes to optimizing layer production and finishing of thermally sprayed, tribologically stressed contacts.
Although the fundamental premise 'measure, analyse and improve' runs like a common thread through all the common standards (ISO/TS 16949, VDA 6.1, ...), hardly any effective improvement potentials are identified and realized with industrial profit. In today’s industrial applications, the number of defective parts is controlled and regulated using conventional statistical methods (IPC 9199/DGQ Volume 16). This is a so-called “black box testing” according to IEC 62304 when used at error management in software applications for identifaction, verification and mitigation. Finally, quantitative production output is focussed and not the inner operating system’s processes of the manufacturing system or interdependencies at product use.
Opposite to this, the so-called “white box testing” alternatively focuses on the inner functioning of the processes and the quality of its results according to DIN 55350 Part 11 (as well as
DIN ISO 9126) at each value-added process from production to product use on an equal footing. While this approach is more elaborate and demanding because of wide-ranging analysis,
in the presented work it is demonstrated why it is more promising at holistic optimisations efforts in terms of the leitmotiv with the question 'how something positive works' versus the
more conventional defensive recognized question 'how something bad can be prevented'. However, white box testing has not yet been used in manufacturing of tribological contacts.
In addition to the methodology, concrete tools are proposed to identify function-oriented states of conformity via the fingerprint of the material load, to monitor and regulate them in smart,
networked measurement and test chains using suitable performance indicators.:1 EINLEITUNG UND MOTIVATION
1.1 Ausgangsituation
1.2 Allgemeine Bewertungskriterien der Zylinderlaufbahn
1.3 Beurteilungsformen fertigungstechnischer Aspekte
1.3.1 Verfahrensbeurteilung der Endbearbeitung und Herstellung
1.3.2 Beurteilung von Verfahrensanwendungen unter Gesichtspunkten industrieller Messtechnik
1.4 Zusamenfassung und Rezension existierender Konzepte zur Qualitätssicherung der technischen Oberfläche
2 FORSCHUNGSBEDARF UND THEMATISCHE EINGRENZUNG
2.1 Bestimmung des Untersuchungsgegenstandes
2.2 Problemstellung Anomalien thermisch gespritzter Zylinderlaufflächen in Serie und Vorserie
2.2.1 Konsekutive Phänomene der Materialauftragungen sowie Mikrofresser in motorischer Belastung und vorheriger Endbearbeitung
2.2.2 Beeinflusste Materialparameter durch Endbearbeitung und Auswirkungen auf die Laufstabilität/ Fressneigung
2.2.3 Limitierung in der Anwendung und Deutung genormter Parameter industrieller Oberflächenmesstechnik
2.3 Hypothesen und theoretischer Ansatz
2.4 White-Box-Ansatz zur funktionsorientierten Herstellung und Endbearbeitung
3 UMFELDANALYSE ZUR METHODENENTWICKLUNG
3.1 Einordnung existierender theoretischer Modelle und Konzepte
3.2 Tribologische Systemgrößen Zylinderlaufbahn im Betrieb und während der Endbearbeitung
3.2.1 Reibungsszustände
3.2.2 Verschleißmechanismen und -kenngrößen
3.2.3 Schmierung
3.2.4 Nutz- und Verlustgrößen, Tribologische Prüfungen
3.3 Gegenwärtige Gestaltung und Ausführung der Zylinderlaufbahn
3.3.1 Zylinderlaufbahnkonzepte
3.3.2 Einfluss moderner Konzepte der Kolbengruppe und der Schmierung
3.3.3 Topographie und abgeleitete Endbearbeitungskonzepte
3.3.4 Honen von Zylinderbohrungen
3.4 Tribologie der Endbearbeitung als Schlüssel zu funktionsgerechten Oberflächen
3.4.1 Abtragsvorgänge beim Honen und Superfinishen
3.4.2 Oberflächenanalytik zur Beschreibung von Abtragsmechanismen
3.4.3 Kraftdynamik in der Endbearbeitung
3.4.4 Kombinierte Technologie: Sensitives-adaptives Honen und Superfinishen
3.5 Thermisches Spritzen von Zylinderlaufflächen
3.5.1 Vorgänge des Werkstoffauftrags im Zuge des Thermischen Spritzens
3.5.2 Lichtbogendrahtspritzen, LDS
3.5.3 Zerstäubung und Spritzstrahlausprägung
3.5.4 Auftreffen und Erstarrung der Spritzpartikel im Schichtverbund
3.6 Werkstoffintegrität der LDS-Spritzschicht
4 ABLEITUNG UND FESTLEGUNG FUNKTIONSRICHTIGER MESSSTRATEGIE
4.1 Begründung und Verwertung des White-Box-Testing-Ansatzes
4.2 Werkstoffparameter funktionaler Oberflächen
4.2.1 Struktureigenschaften und Festigkeit
4.2.2 Physikalische und chemische Eigenschaften
4.3 Technische Oberfläche, lang- und kurzwellige Gestaltabweichungen
4.3.1 Skalenabhängige, geometrische Kontaktbedingungen
4.3.2 Meso- und Mikrokontakt der Zylinderlauffläche
4.4 Operationalisierung der Testhypothese
5 NUTZUNG MESSTECHNISCH RÜCKFÜHRBARER WECHSELWIRKUNGEN FÜR HERSTELLUNG UND ENDBEARBEITUNG
5.1 Funktionsorientierte, definierte Variation lokalisierter Fertigungsmerkmale
5.1.1 Endbearbeitung der Spritzschicht
5.1.2 Herstellung der Spritzschicht
5.1.3 Spezifikation und Verifikation varianter Merkmale der Laufbahn
5.2 Versuchseinrichtung und -bauteile zur Methodenentwicklung
5.2.1 Ausführung im Sinne des White-Box-Testings
5.2.2 Flachproben
5.2.3 Zylinder
6 ANWENDUNG FUNKTIONSORIENTIERTER WERKZEUGE IM
QUALITÄTSREGELKREIS
6.1 Verifikationsstrategie
6.2 Spezifische Merkmale der Werkstoffbelastung in Fertigung und Tribometrie
6.3 Fehlerinduktion, -Verifikation und -Behandlungsroutine im geschlossenen Qualitätsregelkreis
6.3.1 Charakterisierung zuordbarer Zylinderlaufbahnperformanceabweichungen
6.3.2 Rückverfolgbare Messkette von tribologischer Belastung über die Endbearbeitung bis zur Herstellung
6.3.3 Werkstoffintegrität als Einflussgröße in der Endbearbeitung und Tribometrie
6.4 Ermittlung von Leistungskennzahlen während der Fertigung mit Auswirkung auf das Verhalten bei tribologischer Prüfung zur Qualitätsregelung
7 ZUSAMMENFASSUNG UND FAZIT
8 LITERATURVERZEICHNIS
9 VERZEICHNIS DER ABBILDUNGEN UND TABELLEN
10 ANHANG
10.1 Messtechnische Grundlagen, Stichwortverzeichnis
10.2 Oberflächenunvollkommenheiten nach DIN EN ISO 8785
10.3 Weiterführende Ergebnisse der Analyse von Oberflächenunvollkommenheiten
10.4 Ausgewählte Ergebnisse im Zuge der Zusammenarbeit und Veröffentlichung Hick et al. 2018 [336] (nicht in der Form veröffentlichtes Material)
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:86999 |
| Date | 13 September 2023 |
| Creators | Bussas, Michael |
| Contributors | Lampke, Thomas, Gröger, Sophie, Nebeling, Paul Helmut, Technische Universität Chemnitz |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa-113873, qucosa:19884 |
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