Designbeispiel: Werkstückträger

Designbeispiel: Werkstückträger

Im Vordergrund steht die Optimierung der Produktion

Im Rahmen der Herstellung von Steuergeräten nutzt die Robert Bosch GmbH in ihrem Werk in Ansbach für den Transport der Komponenten zwischen den verschiedenen Bearbeitungsstationen spezielle Werkstückträger, sog. Mover. Die zu transportierenden Elektronikteile liegen dabei auf einer Trägerplatte, die auf der Oberseite des Movers befestigt ist. Die Mover sind mittels spezieller Rollen auf einer Führungs- und einer parallel dazu verlaufenden Beschleunigungsschiene montiert und werden durch Magnetkraft sekundenschnell hin und her bewegt.

Um die Taktfrequenz der Fertigungsstraße zu optimieren, sollte die Geschwindigkeit des Movers auf der Magnetbahn gesteigert werden. Nachdem der bisher verwendete Werkstückträger aus fünf massiven, konventionell gefrästen und verschraubten Einzelteilen bestand, ließ sich auf dieser Basis keine konstruktive Verbesserung realisieren, um die anvisierte Transportgeschwindigkeit zu erreichen. Aus diesem Grund wurden die Konstruktionsprofis bei FIT von Bosch beauftragt, ein additiv optimiertes Design für den Mover zu entwickeln, das vor allem eins sein sollte: Deutlich leichter!

Der Weg vom CT-Scan zum Implantat

50 % weniger Gewicht und trotzdem absolut stabil

Am Beginn der Designanpassung stand eine Topologieoptimierung der Komponente, durch die konsequent überflüssiges Material identifiziert und anschließend entfernt wurde. Übrig blieben nur die mechanisch belasteten Partien des Movers. Um das Gewicht des Werkstückträgers noch weiter zu reduzieren, wurde eine hohle Außenschale konstruiert, die im Inneren durch Verstrebungen stabilisiert ist. Die anschließende FEM-Analyse zeigte, dass bei dem neuen Design die globalen Spannungen weit unter der Streckgrenze lagen und die Anforderungen an Steifigkeit, Traglast und Betriebssicherheit sogar über-erfüllt wurden.

Zur Optimierung des Designs wurden verschiedene Iterationsphasen absolviert, in denen additiv gefertigte Prototypen des Movers bei FIT hergestellt und bei Bosch getestet wurden. Aus den Testergebnissen wurden die erforderlichen Designanpassungen abgeleitet und umgesetzt. In dem Zusammenhang wurde die Bauteilgeometrie gleichzeitig so für die Additive Fertigung ausgelegt, dass sie mit möglichst wenig Stützstrukturen und materialoptimiert hergestellt werden kann. Das finale Design hat Bosch überzeugt und wurde entsprechend für die Produktion freigegeben.

Vom Datensatz zum Serienbauteil

Vom Datensatz zum Serienbauteil

Der neu konstruierte Werkzeugträger wird heute bei FIT als Serienbauteil mittels Laserschmelzen (LM bzw. PBF-LB/M) aus Aluminium additiv gefertigt. Im Anschluss erfolgt eine verfahrensbedingte Nachbearbeitung, bei der die Stützstrukturen entfernt und die Oberfläche gestrahlt werden. Danach wird das Bauteil an den Funktionsflächen gefräst. Abschließend werden die Fräslaschen entfernt und die Oberfläche final verschliffen.

Die Fertigungsprozesse des Movers werden von umfangreichen Qualitätssicherungsmaßnahmen begleitet. So wird das verwendete Aluminiumpulver regelmäßig einer metallographischen Analyse unterzogen. Anhand von Zug- und Schliffproben werden die mechanischen Bauteileigenschaften überprüft. Für die Analyse der Maßhaltigkeit wird ein optischer 3D-Scan an ausgewählten Bauteilen durchgeführt. Außerdem werden alle Teile von unseren Experten visuell überprüft, bevor sie transportsicher verpackt und zu BOSCH gesendet werden.

Die speziellen Prozess-Anforderungen

Die speziellen Prozess-Anforderungen

Die besondere Anforderung in dem Projekt bestand darin, ein bestehendes Bauteil so zu optimieren, dass es trotz deutlich weniger Gewicht über eine bessere Funktionalität verfügt und am Ende auch noch wirtschaftlich Sinn macht. Das ist FIT durch die Entwicklung eines additiv gerechten Designs gelungen. Dadurch wurde es möglich, 50 % Gewicht einzusparen und die Zielgeschwindigkeit auf der Förderstrecke zu erreichen. Die Investition in die Entwicklung und Qualifizierung eines additiv designten und gefertigten Werkstückträgers hat sich also für Bosch gelohnt.

Additives Design ist einer der zentralen Schlüssel, um Bauteile so zu optimieren, dass sie für mehr Effizienz in der Produktion sorgen. Setzen Sie dabei auf die bewährte Lösung ADM-E und die Experten der FIT. Wir stehen Ihnen jederzeit mit Rat und Tat zur Verfügung.


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Der Weg zum additiven Design

Service

Inhalt

Ergebnis

Definition der Rahmenbedingungen
Zusammen mit Ihnen definieren wir die Ziele, Anforderungen und Rahmenbedingungen Ihres Design- bzw. Konstruktionsvorhabens.
Sie erhalten von uns ein Angebot mit den Angaben zu den Projektschritten, den Projektkosten und dem Zeitpunkt der Fertigstellung
Designentwicklung/-anpassung
Wir optimieren das bestehende Bauteildesign anwendungs- und fertigungsgerecht oder entwickeln eine komplett neue Bauteilgeometrie/-konstruktion.
Präsentation des Designs/der Konstruktion und Festlegung der weiteren Schritte
Designprüfung
Wir führen Designsimulationen durch, um die geforderten Bauteileigenschaften zu verifizieren.

Sofern erforderlich, stellen wir Design- oder Funktionsprototypen für Testzwecke her.
Präsentation der Prüfungsergebnisse und Festlegung der weiteren Schritte
Designoptimierung
Wir optimieren das Design entsprechend der virtuellen oder realen Testergebnisse bis das optimale Ergebnis für die Bauteilanwendung sowie das geplante Fertigungsverfahren erreicht ist.
Präsentation des finalen Designs/ der finalen Konstruktion inkl. Angaben zu den Herstellkosten des Bauteils

Fakten zum Mover

FIT Lösung:ADM-E (Design und Konstruktion)
Leistungsumfang:Topologieoptimierung
Leichtbaukonstruktion
Designsimulation
Designiteration
Verpackung und Versand
Lieferzeit:6 Wochen
FIT Lösung:ADM-V (Additive Serienfertigung)
Leistungsumfang:Additive Fertigung und Nachbearbeitung
Qualitätssicherung
Verpackung und Versand
Lieferzeit:6 Wochen
Bauteilabmessungen:126 x 140 x 94 mm
Bauteilgewicht:320 g
Losgröße:40 Stück
Material:Aluminiumlegierung (AlSi10Mg)
Herstellverfahren:Laserschmelzen (LM bzw. PBF-LB/M)
Nachbearbeitung:Strahlen
CNC-Fräsen
Qualitätssicherung:Sichtprüfung
Optischer 3D-Scan (Stichproben)
Zertifikat:ISO 9001

Hier erfahren Sie mehr!


Vorteile

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Lesen Sie hier, welche weiteren Vorteile der 3D-gedruckte Mover für Bosch liefert.

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Alexander Ervin

Ihr Ansprechpartner

Alexander Ervin
Branchenspezialist Maschinenbau

+49 (0) 9492 9429 837

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