Wirtschaftlichkeit in der Konstruktion

2.2 Hinweise für den Konstrukteur

Funktionssicherheit und FertigungskostenDer Schweißkonstrukteur ist die Fachkraft für die Berechnung und Gestaltung von Schweißkonstruktionen. Vor allem die Funktionssicherheit und die Fertigungskostenwerden ganz entscheidend durch eine richtige, beanspruchungsgerechte schweißtechnische Ausführung bestimmt.Konstruieren ist

das vorwiegend schöpferische, auf Wissen und Erfahrung gegründete und optimale Lösungen anstrebende Vorausdenken technischer Erzeugnisse, Ermitteln ihresfunktionellen und strukturellen Aufbaus und Schaffung fertigungsreifer Unterlagen sowiefür technische Probleme optimale Lösungen zu finden und dafür fertigungsreife Unterlagen zu schaffen.

Ziel des Konstruierens ist damit die optimale Lösung.

Herstellung, Gebrauch und EntsorgungDie optimale Lösung ist erreicht, wenn sie alle Anforderungen bezüglich Herstellung, Gebrauch und Entsorgung erfüllt und zudem wirtschaftlich, also kostengünstig ist.Damit gilt:

Optimale Herstellbarkeit liegt vor, wenn die Bauteile so gestaltet sind, dass sie mit minimalem Kosten- und Zeitaufwand gefertigt und montiert werden können.Optimale Funktionserfüllung liegt vor, wenn die notwendigen Funktionen unter den vorgegebenen Bedingungen (z.B. Belastungen, Klima, Umweltverträglichkeit)erfüllt sind.Optimale Entsorgung gewinnt mit zunehmenden Kosten für Rohstoffe und Entsorgung an Bedeutung. Im Konstruktionsprozess wird sie durch recyclinggerechtesGestalten berücksichtigt.

Konstruktive Gestaltung des zu schweißenden BauteilsBeim fertigungsgerechten Konstruieren sind verschiedene Fragestellungen zu beachten:

Gibt es Alternativen bei der Bauteilgestaltung, zum Fertigungsverfahren oder zum Werkstoff?Sind Forderungen an die Makro- und Mikrogeometrie gerechtfertigt bzw. umsetzbar und prüfbar?Ist Transport bzw. Montage möglich?

Das Verhalten eines Werkstoffs beim Schweißen ist keine reine Werkstoffeigenschaft, sondern wird u.a. von dem angewandten Schweißverfahren, vom eingesetztenZusatzwerkstoff sowie von der konstruktiven Gestaltung des zu schweißenden Bauteils bestimmt.

Die konstruktive Gestaltung des BauteilsDie Wahl des Werkstoffs hängt von den geforderten mechanischen, physikalischen und chemischen Eigenschaften ab. Der Werkstoff hat also der zu erwartendenBetriebsbeanspruchung in der gewählten Konstruktion gerecht zu werden. Die konstruktive Gestaltung des Bauteils muss so ausgeführt werden, dass bei dem gewähltenWerkstoff das vorgesehene Schweißverfahren anwendbar ist. Dies wiederum beeinflusst sowohl die konstruktive Gestaltung des Bauteils als auch die Eigenschaften desWerkstoffs.Bei den meisten Konstruktionsaufgaben stehen also mehrere Kriterien im Widerspruch. Daher geht es beim Konstruieren immer um Kompromisse. Beim heutigenWettbewerbsdruck der Unternehmen und immer krasser werdenden Terminvorstellungen der Kunden wird das Ausbalancieren dieser Kompromisse zu einer ständigenGratwanderung.

Anforderungsprofil für einen KonstrukteurEin guter Konstrukteur muss daher die oben genannten Kriterien und Regeln nicht nur ungefähr kennen, sondern er muss präzise abschätzen können, welche Folgen zuerwarten sind, wenn er diese Regeln verletzt.Mit folgender Checkliste lässt sich ein Anforderungsprofil für einen Schweißkonstrukteur formulieren:

Abb. 2: Checkliste Anforderungsprofil an den Schweißkonstrukteur

Download (Word, 164 KB)

Weitere Hinweise

Hinweise für SchweißnahtanordnungenDrucktragende Schweißnähte müssen wenigstens einmal im Zuge der Fertigung mit dem jeweils vorgesehenen Prüfverfahren geprüft werden können. Bei der Gestaltungist zu berücksichtigen, dass einseitig geschweißte Nähte schwierig zu beurteilen sein können.Daraus lässt sich eine Forderung für günstige Nahtanordnungen ableiten:

Stumpfnähte statt Kehlnähte.

Konstruktionen unter vorwiegend ruhender Beanspruchung verzeihen in der Regel Kerben, weil Grund- und Zusatzwerkstoff an Stellen mit örtlich hohen Spannungenplastizieren können („es fließt sich zurecht“).Aber: Viele Konstruktionen sind nur „vorwiegend“ ruhend beansprucht, d.h., sie dürfen zwar in der Berechnung wie „ruhend“ behandelt werden, sind aber dennochVeränderungen in der Belastung unterworfen („dynamische Belastung“). Das gilt z.B. für alle Bauwerke oder Bauteile, die dem natürlichen Wind ausgesetzt sind.Konstruktive Empfehlung: statisch rechnen, „dynamisch“ konstruieren.Konstruktive Regel für „dynamisch“, d.h. ermüdend beanspruchte Bauteile:

Stumpfstöße statt Überlappstößemöglichst nur Stumpfnähte (DHV-Nähte), keine (Doppel-)Kehlnähte vorsehenalle Querschnittsübergänge 1 : 4 abschrägen 3)

Abb. 3: Schweißnahtformen in Abhängigkeit von der Beanspruchung

EigenspannungenAls Eigenspannungen bezeichnet man Spannungen, die im Inneren eines Körpers vorhanden sind, ohne dass von außen eine Kraft einwirkt.Eigenspannungen entstehen z.B.:

beim Umformen (kalt Abkanten)beim Umwandeln von Austenit in Ferrit oder Martensit (z.B. beim Meißelhärten)bei ungleichmäßigen Abkühlbedingungen

Beim Schweißen entstehen Eigenspannungen, wenn sich die erhitzten Bereiche des Werkstoffs beim Abkühlen nicht ungehindert verformen können. Je mehr an einemBauteil geschweißt wird, desto mehr Eigenspannungen werden erzeugt.

3) vgl. www.peterknoedel.de

© 2011 WEKA MEDIA GmbH & Co. KG