In der Arbeit wird ein Modell zur Abstimmung der Prozesskombination Hartdrehen-Honen aufgestellt und für das vorliegende Bearbeitungssystem verifiziert. Die beschriebene Vorgehensweise kann für Prozesskombinationen von Drehoperationen mit nachfolgenden Schleif- oder Finierprozessen wie Honen und Polieren allgemeingültig verwendet werden. Die jeweiligen Prozesse können charakterisiert, hinsichtlich ihrer Kombinierbarkeit untereinander verglichen und abschließend als Prozesskette ausgelegt werden.

Unternehmen in Hochlohnländern stehen heute vor der Herausforderung hochdifferenzierte Produkte zu weltmarktfähigen Preisen anbieten zu müssen. Die Gewinner dieses Wettbewerbs sind diejenigen Unternehmen, die das Dilemma zwischen „Economies of Scale“ und „Economies of Scope“ bestmöglich auflösen. Ein in diesem Zusammenhang von vielen Unternehmen erfolgreich eingesetzter Ansatz besteht in der Gestaltung von Produktbaukästen, die es ermöglichen eine hohe Vielfalt nahezu individueller Produkte mit einer vergleichsweise geringen Komponenten- und Baugruppenvielfalt zu realisieren. Die proaktive Gestaltung dieser Baukastensysteme führt jedoch zu einer erhöhten Komplexität in den Entwicklungsprozessen im Vergleich zur Einzelproduktentwicklung - beispielsweise aufgrund der zu berücksichtigenden Anforderungsvielfalt der auf dem Baukasten basierenden Produkte. Da bestehende Methoden und Vorgehensmodelle diesem Komplexitätsanstieg nur unzureichend Rechnung tragen, gestalten viele Unternehmen ihre Baukastensysteme intuitiv reaktiv und nur wenig systematisch, was dazu führt, dass Potenziale für Skaleneffekte teilweise unerschlossen bleiben. Dieses Defizit wird vom Autor der vorliegenden Arbeit adressiert, indem die Gestaltung des Sachsystems (bzw. des Baukastensystems) und des Handlungssystems (bzw. der Produktentwicklungsorganisation) integriert betrachtet wird. Hierfür wird zunächst ein generisches Beschreibungsmodell für Baukastensysteme erarbeitet, auf dessen Basis Komplexitätstreiber abgeleitet werden, die sich aus der Struktur des Baukastensystems für die Entwicklungsorganisation ergeben. Zur Beherrschung dieser Komplexität entwickelt der Autor ein ganzheitliches Gestaltungsmodell. Dieses umfasst zum einen die Systematisierung der Gestaltungsaktivitäten in Bezug auf die Baukastenstrukturgestaltung sowie die Koordination der Modul- und Produktentwicklungsprojekte. Zum anderen wird die Verankerung dieser Aktivitäten in der Aufbau- und Ablauforganisation der Produktentwicklung und im Problem- und Verhandlungsverhalten der involvierten Mitarbeiter beleuchtet. Das entwickelte Modell wird anhand verschiedener Praxisbeispiele veranschaulicht und dient so als praxisorientierter Ordnungsrahmen für die systematische Gestaltung von Produktbaukästen in produzierenden Unternehmen.

An der Schnittstelle zwischen Serienentwicklung und Serienproduktion ermöglicht der Werkzeugbau die effiziente Herstellung von Bauteilen. In den vergangenen Jahren wurde im traditionell handwerklich geprägten Werkzeugbau der Wandel zum industriellen Werkzeugbau vollzogen.

The technological analysis contributes to the understanding of the polishing behaviour of advanced ceramics. Alumina, silicon carbide, silicon nitride, and zirconia are polished to identify material specific influences on the process and its outcome. The investigations follow the common goals of polishing processes: low roughness, high removal rates, and defect-free surfaces. The phenomenological approach is based on the hypothesis that polishing can be modelled as a tribological system. Thus, removal mechanisms in polishing are analysed in accordance to wear mechanisms and the respective models originating from wear theory. On the one hand, diamond slurry is used to investigate the significant process interactions of advanced ceramics polishing. On the other hand, soft polishing agents, i.e., ceria and zirconia, are employed to polish silicon nitride. Both investigations are designed to follow an analogous procedure. First, an evaluation of stability and reproducibility of the removal rate is given. Second, an analysis based on online monitored data, e.g., polishing power, process energy, slurry pH, and temperature is provided. Third, the resulting surface quality is quantitatively and qualitatively examined. Fourth, the resulting boundary layers are inspected to determine mechanical and chemical interactions. The polishing experiments with diamond slurry proved that mechanical interactions dominate the material removal. The findings represent both a broad overview due to the wide range of polished ceramics but also a detailed analysis on the nano- and microscale due to the employed advanced analytical methods, e.g., scanning and transmission electron microscopy. The diverse results are explained based on the material specific characteristics determining the resulting removal mechanisms. According to the state-of-the-art, polishing of silicon nitride with ceria and zirconia slurries benefits from a synergy of mechanical and chemical interactions, whereas the published explanations of process interactions are partially contradicting. Therefore, the experiments are designed to clarify the validity of the various hypotheses. The investigation concludes with a new model elucidating the responsible mechanochemical interactions. Contrary to polishing with diamond slurry and to Preston’s hypothesis, the influence of pressure is more significant than relative velocity. The achievable roughness values of the defect-free surfaces are as low as Sa ~2 nm and Sz ~20 nm.

Zu Beginn werden die Mechanismen bei der CO2-laserinduzierten Erwärmung von teiltransparenten Tapes aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) wissenschaftlich analysiert. Auf Basis dieser Erkenntnisse werden sowohl ein experimentelles Gesamtsystem inklusive CO2-Laserstrahlformungs- und Homogenisierungsoptik als auch die zugehörige Prozesstechnologie zum CO2-laserunterstützten Tapelegen und -wickeln wissenschaftlich erarbeitet. Zur Validierung werden GFK-Demonstratoren hergestellt und getestet.

Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Vorgehensweise erarbeitet, mit der die Prozessstabilität als effizientes Bewertungskriterium im Entwicklungsprozess von Werkzeugmaschinen verwendet werden kann. Zentraler Bestandteil ist die Simulation der dynamischen Wechselwirkungen zwischen Maschine und Prozess. Dazu werden zwei Simulationsansätze verifiziert und gegenübergestellt. Zum Schluss wird die Vorgehensweise für den Entwicklungsprozess abgeleitet und in mehreren Beispielen vorgestellt.

Moderne Werkzeugmaschinen müssen hohe Anforderungen an Produktivität und Bearbeitungsqualität erfüllen. Neben einer hohen Bahngenauigkeit ist eine hohe Bahndynamik gefordert. Bei Eckfahrten und engen Konturradien werden bei hohen Ruckwerten untere Maschineneigenfrequenzen angeregt, die sich als Bahnabweichungen auf dem Werkstück abbilden. Ziel dieser Arbeit ist es daher, die Analyse der Bahngenauigkeit und der Bahndynamik von Werkzeugmaschinen während des Entwicklungsprozesses zu verbessern. Durch eine Kombination der Mehrkörpersimulation mit evolutionären Algorithmen wird eine Mehrkriterienoptimierung von Werkzeugmaschinenstrukturen in der Konzeptphase durchgeführt. Zielfunktionen sind unter anderem die Antriebskräfte und die dynamischen Bahnabweichungen. Im zweiten Teil der Arbeit wird die Berechnung der Bahngenauigkeit von Werkzeugmaschinen mit detaillierten, flexiblen Mehrkörpermodellen entwickelt. Sowohl die Genauigkeitsanforderungen im Bereich der Werkzeugmaschinen als auch die notwendige Effizienz zur vollständigen Abbildung komplexer Maschinenkinematiken sind zentrale Randbedingungen für die in dieser Arbeit neu entwickelte Simulationsmethode. Die Modelle für Antriebs- und Führungskomponenten von Werkzeugmaschinen werden an mehreren Antriebsprüfständen einfacher Bauart messtechnisch verifiziert und anschließend auf verschiedene Maschinentypen angewendet. Beispielszenarien in der virtuellen Produktion sind Betriebsschwingungsanalysen, Positionierfahrten, Kreisformtests und einfache Drehprozesse.