Sara Salman Hassan Al-Maeeni

Re-engineering of Machine Tools in the Context of Sustainability and Industry 4.0

Case Study: Rotary Draw Bending Machines


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ISBN:

978-3-8440-7830-5

Reihe:

Forschungsberichte des Lehrstuhls für Umformtechnik
Herausgeber: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Bernd Engel
Siegen

Band:

Schlagwörter:

Machine Tools; Rotary Draw Bending Machines; Re-engineering; Sustainability; Industry 4.0

Publikationsart:

Dissertation

Sprache:

Englisch

Seiten:

164 Seiten

Abbildungen:

78 Abbildungen

Gewicht:

245 g

Format:

21 x 14,8 cm

Bindung:

Paperback

Preis:

48,80 € / 61,10 SFr

Erscheinungsdatum:

Februar 2021

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DOI:

10.2370/9783844078305 (Online-Gesamtdokument)

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Zusammenfassung:

Natural resources limitation and emerging environmental regulations encourage the machinery manufacturing industry to be responsible for retrieving outdated machine tools of high value-added using sustainable methods like machine retrofitting, rebuilding, or remanufacturing. Besides, to cope with the era of Industry 4.0, industrial companies are presently seeking to modernize their manufacturing systems through the upgrading of existing machine tools to reduce time, effort, and cost while increasing profits. Based on the industrial survey conducted in this work, there is an urgent need in the industry to find an integrated methodology for predicting the life-span of reused components and ensuring their reliability capable of being applied by the machine users and independent remanufacturers who do not have access to the original design specifications of outdated machines. In this work, an integrated approach was created to predict the remaining lifetime and the mechanical behavior of old components that belong to outdated machine tools before reusing them in a second lifecycle. The created approach can be used for any kind of old mechanical parts after applying some adjustments related to the geometrical shape of the part, the type of used material, and the nature of the loads that the intended part is exposed to in the real application.

Die begrenzte Verfügbarkeit an natürlichen Ressourcen und die immer zahlreicher werdenden Regulierungen zum Schutz der Umwelt verleiten die Maschinenbau Industrie dazu, veraltete aber dennoch wertvolle Maschinen durch Retrofitting, Instandsetzung und Wiederaufbereitung nachhaltig wieder nutzbar zu machen. Gleichzeitig suchen Unternehmen nach der Möglichkeit schon vorhandene Maschinen und Anlagen im Zuge der Industrie 4.0 zu modernisieren um den Aufwand, die Zeit und die Kosten der Fertigung zu senken während der Profit maximiert wird. Trotzdem gibt es noch keine Standardisierung oder Norm zum Retrofitting, Instandsetzen und Wiederaufbereiten von veralteten Maschinen und Anlagen. Durch konstruktive Einschränkungen, wie nicht vorhandene technische Dokumentationen, kompliziert Konstruierte Bauteile und unkontrollierbare Fehlerquellen stellen sich die Maßnahmen als kompliziert dar.

Viele Unternehmen bieten alte gebrauchte Maschinen an, jedoch besteht aufgrund häufig nicht verfügbarer technischer Unterlagen keine Möglichkeit die restliche Nutzungsdauer und Zuverlässigkeit dieser zu bestimmen. Basierend auf den Recherchen in dieser Arbeit, besteht in der Industrie ein dringender Bedarf nach einer Methodik zur Bestimmung der Zuverlässigkeit und Lebensdauer von gebrauchten Maschinen und Maschinenteilen. Diese sollte für Maschinennutzer und Instandsetzungsunternehmen zugänglich sein, welche keinen Zugriff auf originale und ursprüngliche Daten oder Zeichnungen der veralteten Maschinen haben.

In dieser Arbeit wurde ein ganzheitliches Konzept entwickelt um die verbleibende Nutzungsdauer und das mechanische Verhalten alter gebrauchter Komponenten hervorzusagen, bevor diese wiederverwendet werden. Mit Hilfe der in der vorliegenden Arbeit präsentierten Methodik ist es möglich, diese Faktoren zu bestimmen insofern keine technischen Dokumentationen vorliegen.

Im ersten Schritt wurde eine Umfrage durchgeführt, welche sich an Maschinennutzer und Hersteller von Rotationszugbiegemaschinen richtet, exemplarisch für Werkzeugkomponenten. Die Umfrage an der sich 36 internationale Unternehmen beteiligt haben zeigte, dass alte gebrauchte Maschinenteile wiederverwendet werden können, wenn die Zuverlässigkeit für eine zweite Betriebsdauer gewährleistet werden kann. Des Weiteren zeigten die Ergebnisse, dass die oftmals nicht verfügbaren technischen Dokumentationen zu den originalteilen das größte Problem für diese Methodik sind. Eine genaue Analyse der VECTOR BEND (300C-MP) NC RDB Biegemaschine stützt die Ergebnisse der Umfrage. In dieser Fallstudie wurde die Maschine demontiert und untersucht, wobei das Hauptaugenmerk zur Bestimmung der Nutzungsdauer und des mechanischen Verhaltens dabei auf der Biegewelle lag, als das zentrale Element zur Übertragung von Kräften und Momenten. Aufgrund nicht vorhandener technischer Dokumentationen wurde eine „reverse engineering“ Methodik entwickelt, bestehend aus mehrfach integrierten und untersuchten Strukturen, um die Konstruktionselemente der Welle zu bestimmen.

Die Vorgehensweise ist einzigartig in diesem Bereich, denn vorangegangene Studien konzentrierten sich nicht auf die Entwicklung einer integrierten Methodik, welche es ermöglicht Konstruktionseigenschaften alter Bauteile durch Maschinennutzer und Instandsetzungsunternehmen zu bestimmen. Anschließend wurde das Verhalten der Welle unter Krafteinwirkung beobachtet welche den realen Nutzungsbedingungen entsprechen. Mithilfe eines drei Punkt Biegeversuch wurde die Ermüdungsgrenze der alten Welle anhand der gemessenen Kräfte ermittelt. Letztlich wurde die Ermüdungsgrenze der gebrauchten mit der ursprünglichen Ermüdungsgrenze verglichen.

Diese Herangehensweise ist für alle möglichen mechanischen Bauteile anwendbar, nachdem Faktoren wie die geometrischen Eigenschaften des Bauteils, der Werkstoff und die Art und Größe der wirkenden Kräfte angepasst wurden. Neben der oben genannten grundlegenden Arbeit zeigten die eigens durchgeführten Umfragen und Gespräche mit den entsprechenden Experten auch andere Konstruktionsdefizite auf. Experten empfehlen die Etablierung effektiver Konstruktionslösungen in den Entwicklungsphasen der Maschinen um die oben angesprochenen Herausforderungen zu umgehen und eine zukünftige Produktion von wiederverwendbaren Maschinen zu ermöglichen.