Technischer und wirtschaftlicher Vergleich von Herstellungsverfahren bei der Entwicklung von Kunststoffhohlkörpern in Automobilanwendungen
Year: 2014
Type: article
Abstract: Kraftstofftanks sind heute nicht mehr einfache Behälter, sondern ein komplexes, hochintegriertes System in der Kraftstoffversorgungsanlage mit zahlreichen und hohen Anforderungen – auch wenn der Endkunde davon nur den Tankeinfüllstutzen und die Tankanzeige im Fahrzeug wahrnimmt. Die Anforderungen an Kraftstoffbehälter steigen z. B. hinsichtlich der Umweltanforderungen und aufgrund neuer Fahrzeugarchitekturen und Antriebskonzepte, wie z. B. im Rahmen der Elektrifizierung. Der Tank ist somit Veränderungen unterworfen. Dies erfordert laufend die Optimierung und Neugestaltung von Herstellungsprozessen und Technologien. Heute steht eine Vielzahl von alternativen Fertigungsverfahren für Kunststoffkraftstoffbehälter zur Verfügung. Tankhersteller müssen das für den jeweiligen Kraftstoffbehälter unter technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten optimale Herstellungsverfahren auswählen, um die hohen technischen Anforderungen zu erfüllen und die Komponente wirtschaftlich zu produzieren. Bei der Neuanschaffung von Anlagen sind große Investitionen zu tätigen und damit weitreichende Entscheidungen zu treffen. Dabei sind zahleiche und unterschiedlichste Kriterien zu berücksichtigen, was zu entsprechender Komplexität führt. Diese Arbeit widmet sich diesen Themen und liefert einen umfassenden Überblick über die aktuellen Herstellungsverfahren und deren Leistungsspektrum sowie die Anforderungen an moderne Tanksysteme und die Verfahren zur Produktion von Kraftstoffbehältern. Die Methoden in der Produktentwicklung und bei der Entscheidung, welches Verfahren für welchen Tank am besten geeignet ist, stehen im Mittelpunkt dieser Arbeit. Für die Produktentwicklung in der Automobilindustrie existieren viele verschiedenartige Methoden und Prozessmodelle. Für die wirtschaftliche Bewertung von Produkten, Projekten und Investitionsvorhaben gibt es ebenso zahlreiche Werkzeuge und Rechenschemata. Somit entsteht bei Herstellern von Fahrzeugkomponenten und Systemen eine Vielfalt und Heterogenität von Werkzeugen im Produktentstehungsprozess. Es ist nicht möglich, ein wirtschaftlich und technisch vollständiges Bild bei der Auswahl von Herstellungsverfahren zu gewinnen, was negative Einflüsse auf die Anwenderakzeptanz, Vergleichbarkeit von Projekten und die Effizienz hat. Die vorliegende Dissertation löst dieses Problem mit einer neuen, vollständigen Methodik zur reproduzierbaren Bewertung und Auswahl von Konzepten, Herstellungsverfahren und Handlungsalternativen, insbesondere für Kunststoffkraftstoffbehälter im Zuge der Produktentwicklung. Dabei wird auch auf bekannte Methoden zurückgegriffen. Kern der Bewertung ist die Nutzwertanalyse. Die Methodik unterstützt die Integration aller relevanten Fachbereiche (z. B. strategische Planung, Entwicklung, Prozessplanung, Einkauf, Logistik, Produktion, etc.) in einem flexibel nutzbaren Tool, mit einem einheitlichen, nachvollziehbaren Vorgehen und einem vollständigen Kriterienkatalog. Die Komplexität von Produktvarianten und -konzepten und den unterschiedlichen Herstellungsverfahren sowie die Abhängigkeiten zwischen Produktausführung und Herstellungsverfahren sind damit beherrschbar. Ein zentrales Thema ist die Generierung vollumfänglicher Anforderungslisten, die neben den produkt- und verfahrensspezifischen Kriterien um ergänzende Anforderungen erweitert wer-den. Diese Anforderungslisten wurden hier zusammengeführt und nach verschiedenen Gruppen strukturiert, um handhabbare und damit bewertbare Hierarchieebenen und Cluster zu erarbeiten. So entstand ein strukturierter und gewichteter Bewertungskatalog mit technischen und wirtschaftlichen Kriterien für Produkt und Herstellungsverfahren. Die Cluster wurden gewichtet, ebenso die Kriterien. Alle relevanten Bewertungskriterien sind in eine Entscheidungssystematik eingebettet. Mit der durchgeführten Bedatung konnte eine Bewertung und Auswahl des am besten geeigneten Herstellungsverfahrens durchgeführt und das Vorgehensmodell anhand von zwei fiktiven Beispielen erprobt werden. Die entwickelten Werkzeuge bieten Hilfestellung bei der Vorauswahl und anschließenden Detailbewertung der Herstellungsverfahren anhand objektiver Kriterien, auch bei veränderlichen Anforderungen in neuen Projekten. Theoretische Ansätze lassen sich auf weitere praktische Anwendungen übertragen. Die Methodik ist auf neu hinzukommende Verfahren und andere Produkte übertragbar, ebenso ist sie herstellerspezifisch anpassbar, führt jedoch unter Umständen zu anderen gültigen Ergebnissen. Die Erstbewertung führt bei der Erprobung der Methode zu einem Ergebnis, das durch die Detailbewertung bestätigt und verfeinert wird. Die Detailbewertung liefert eine realistische Beurteilung, da das Tool im Ergebnis erwartungsgemäß jeweils das optimale Herstellungs-verfahren auswählt, mit dem vergleichbare, reale Kraftstoffbehälter in Serie gefertigt werden. Technische und wirtschaftliche Vor- und Nachteile der Herstellungsverfahren und Varianten sind transparent gegenübergestellt.
Author: Martin Reuter
Language: German
Subfield: Mechanical Engineering
Field: Engineering
Domain: Physical Sciences
Open Access status: green
OpenAlex ID: W1485157944