Auswirkung der Drahtfunkenerosion auf die mechanischen Eigenschaften von Festkörpergelenken

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2-3 Tage
Autor:
Hensgen, Lars
ISBN
978-3-86359-544-9
39,00 €
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Quick Overview

Festkörpergelenke werden in der Feinwerktechnik zur Führung hochpräziser Bewegungen genutzt. In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss des Drahtfunkenerosionsprozesses auf hochgenaue Festkörpergelenke erforscht. Dazu wurden die fertigungsprozessbedingten Eigenschaftsveränderungen im Bauteil experimentell und simulativ analysiert. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen konnte das mechanische Verhalten der Gelenke modellbasiert vorhergesagt und so die Bewegungsgenauigkeit gesteigert werden.

In der Fotolithografie finden sich Positionieraufgaben mit einer notwendigen Genauigkeit von unter einem Nanometer. Für die Erreichung solcher Genauigkeiten ist die Verwendung von Festkörpergelenken notwendig. Festkörpergelenke erreichen ihre Beweglichkeit durch die elastische Verformung eines Teilbereichs der Struktur und besitzen daher weder Spiel, noch Reibung oder Verschleiß. Der nachgiebige Bereich der Gelenke weist ein sehr hohes Aspektverhältnis auf und stellt so die fertigungstechnische Herausforderung in der Gelenkherstellung dar.

Aufgrund des Funktionsprinzips stellt die Drahtfunkenerosion ein geeignetes Fertigungsverfahren zur Erzeugung der filigranen Gelenkgeometrie dar. Die Drahtfunkenerosion nutzt die thermische Energie elektrischer Entladungen für den lokalen Werkstoffabtrag. Der prozessinhärente Eintrag von thermischer Energie führt allerdings zu einer Beeinflussung der Randzone an der bearbeiteten Oberfläche. Diese Werkstoffbereiche können unter anderem verschlechterte mechanische Eigenschaften besitzen. Diese Eigenschaftsveränderungen wirken sich negativ auf das Funktionsverhalten des gesamten Festkörpergelenks aus.

Gegenstand dieser Arbeit ist daher die Analyse des Einflusses der Drahtfunkenerosionsbearbeitung auf das mechanische Funktionsverhalten der Festkörpergelenke. Dazu wurden zunächst die Zusammenhänge zwischen den maschinenspezifischen Einstellgrößen und den charakterisierenden Prozesskenngrößen offengelegt. Durch die Verwendung neuster Werkstoffanalysetechniken wurde die entstandene Randschicht hinsichtlich ihrer Zusammensetzung und Eigenschaften umfassend charakterisiert. Anschließend war es möglich die Oberflächenintegrität der Festkörpergelenke mit angepassten Erosionsbearbeitungen gezielt einzustellen. Durch simulative Analysen wurden diese Zusammenhänge verfeinert. In mechanischen Untersuchungen konnte eine Korrelation zwischen der Lebensdauer, der Bewegungsgenauigkeit und der erzeugten Oberflächenintegrität nachgewiesen werden. Durch die Korrelation dieser Eigenschaften mit der Oberflächenrauheit war es möglich das Verhalten des Gelenks unter den Randbedingungen der Arbeit einfach zu überprüfen. So kann mit dieser Methodik das Funktionsverhalten von drahtfunkenerosiv gefertigten Festkörpergelenken anhand der Oberflächenrauheit abgeschätzt und so die Konstruktion und Auslegung vereinfacht werden. Zur Steigerung der Bewegungsgenauigkeit kann dann die vorhandene Werkstoffveränderung berücksichtigt werden.

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Autor Hensgen, Lars
Lieferzeit 3-4 Tage
Gewicht 0.238 kg
Erscheinungsdatum 04.10.2017
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In der Fotolithografie finden sich Positionieraufgaben mit einer notwendigen Genauigkeit von unter einem Nanometer. Für die Erreichung solcher Genauigkeiten ist die Verwendung von Festkörpergelenken notwendig. Festkörpergelenke erreichen ihre Beweglichkeit durch die elastische Verformung eines Teilbereichs der Struktur und besitzen daher weder Spiel, noch Reibung oder Verschleiß. Der nachgiebige Bereich der Gelenke weist ein sehr hohes Aspektverhältnis auf und stellt so die fertigungstechnische Herausforderung in der Gelenkherstellung dar.

Aufgrund des Funktionsprinzips stellt die Drahtfunkenerosion ein geeignetes Fertigungsverfahren zur Erzeugung der filigranen Gelenkgeometrie dar. Die Drahtfunkenerosion nutzt die thermische Energie elektrischer Entladungen für den lokalen Werkstoffabtrag. Der prozessinhärente Eintrag von thermischer Energie führt allerdings zu einer Beeinflussung der Randzone an der bearbeiteten Oberfläche. Diese Werkstoffbereiche können unter anderem verschlechterte mechanische Eigenschaften besitzen. Diese Eigenschaftsveränderungen wirken sich negativ auf das Funktionsverhalten des gesamten Festkörpergelenks aus.

Gegenstand dieser Arbeit ist daher die Analyse des Einflusses der Drahtfunkenerosionsbearbeitung auf das mechanische Funktionsverhalten der Festkörpergelenke. Dazu wurden zunächst die Zusammenhänge zwischen den maschinenspezifischen Einstellgrößen und den charakterisierenden Prozesskenngrößen offengelegt. Durch die Verwendung neuster Werkstoffanalysetechniken wurde die entstandene Randschicht hinsichtlich ihrer Zusammensetzung und Eigenschaften umfassend charakterisiert. Anschließend war es möglich die Oberflächenintegrität der Festkörpergelenke mit angepassten Erosionsbearbeitungen gezielt einzustellen. Durch simulative Analysen wurden diese Zusammenhänge verfeinert. In mechanischen Untersuchungen konnte eine Korrelation zwischen der Lebensdauer, der Bewegungsgenauigkeit und der erzeugten Oberflächenintegrität nachgewiesen werden. Durch die Korrelation dieser Eigenschaften mit der Oberflächenrauheit war es möglich das Verhalten des Gelenks unter den Randbedingungen der Arbeit einfach zu überprüfen. So kann mit dieser Methodik das Funktionsverhalten von drahtfunkenerosiv gefertigten Festkörpergelenken anhand der Oberflächenrauheit abgeschätzt und so die Konstruktion und Auslegung vereinfacht werden. Zur Steigerung der Bewegungsgenauigkeit kann dann die vorhandene Werkstoffveränderung berücksichtigt werden.

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Institut für Industriekommunikation und Fachmedien (IIF) GmbH an der RWTH Aachen

Steinbachstr. 25
52074 Aachen
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